автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Электропривод с линейным двигателем для скоростного опытового бассейна с ограниченной длиной гидроканала

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ СССР

ЛЕНИНГРАДСКИП ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА имени академика В. Н. ОБРАЗЦОВА

На правах рукописи

ШЫМЧАК Петр

УДК 62-83.-G21.3J3.333 001.24:021.314.57

ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЛИНЕЙНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ДЛЯ СКОРОСТНОГО ОПЫТОВОГО БАССЕЙНА С ОГРАНИЧЕННОЙ ДЛИНОЙ ГИДРОКАНАЛА

Специальность 05.09.03— Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЛЕНИНГРАД 1991

■

/ •. ' / , - ' У

/

/

Работа выполнена на кафедре «Электрические машины» Ленинградского ордена Ленина и ордена Октябрьской Реио-людии института инженеров железнодорожного транспорта имени академика В. Н. Образцова.

Научный руководитель — кандидат технических паук, доцент БОЛДЫРЕВ Геннадий Леонидович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

САРАПУЛОВ Федор Никитич, кандидат технических наук, доцент РОГОВ Александр Николаевич

Ведущая организация — Ленинградский государственный технический университет имени М. И. Калинина.

Защита состоится 26 июня 1991 г. в 15 часов на заседании специализированного совета К 114.03.07 Ленинградского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции института инженеров железнодорожного транспорта имени академика В. Н. Образцова по адресу: 190031, Ленинград, Московский пр., 9, ЛИИЖТ, ауд. 5-407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзыв на реферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по адресу совета института.

Автореферат разослан «^Р.» . . 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

В. С. СМИРНОВ

0!ЩЯ ХАГАКТВШТШ'Л ршптг

Современное развита0 судостроения ставит задачу иэшаэнич скорости буКС11рОВОЧННХ ТЭЛОЯЙК ДО 35 м/с It ВНЯЭ. Получопия I'JO-Mix скоростей буксировки моделей судов в услопиях ограниченной длина гидрэканяло огалового бассейна требует применения тягового привода нового типа. В существующих огштових бассейнах повышение максимальной скорости буксировочной тэлстшт возможно только за счет увеличения ускорения и замедления но участках разгона и торможения. Из анализа различных енотам приводов следует, что вншо-уквзвнному требованию наиболее полно удовлетворяет система автоматизированного частотно-упрайяяамого линейного асинхронного электропривода. Важнейшими доотоииотбамй в тих машин являются простота конструкции, способность создавать Поступательное Движение без использования сил сцепления, технологичность в изготовления и удобство в эксплуатация.

Огштовый бассейн имеет значительную стоимость, которая ч исчислении на I и длины бассейна состаэляэг более 5 млн. польских ojioiux. Использования тяговых линейных аоиьхрошмх двигателей позволяет либо в несколько раз повысить скорость испитаний в существующих бассейнах, »idо значительно умвйынйть общую длину проектируемых бассяйнап.

Цель работа - соз.цвчиэ линейного электропривода для научно-учебного бассейна судостроительного факультета ГданЬского политехнического института.

Задачи исследования

1. Анализ существующих ойстом. Выбор рационального варианта автоматизированного электропривода.

2. Разработка математических моделей системы: тиристорный преобразователь частоты - тяговый линейный асинхронный двигатель.

3. Исследование электромеханических процессов электропривода с учетом особенностей тягового линейного асинхронного двигателя и при изменении параметров системы автоматического регулирования.

4. Экспериментальная проверка предложенных математических моделей на лабораторных стендах и разработка рекомендаций по проектировании линейного электропривода для скоростной буксировочной тележки.

Мотели исследований. В работа использованы аналитические и • >1 I

экспериментальные метода исследования. Применен си с темный подход к анализу привода в целом.

Диализ тепдовых процессов тягового линейного асинхронного двигателя (ШД) проводился на основа численного решения нестационарных: двухмерных краевых задач теплообмена,

При решении теоретических задач использовались методы математического моделирования, численные метода решения систем нелинейных дифференциальных уравнении, основные положения теории электрических машин, теории электропривода и автоматического регулирования.

Моделирование переходных электромеханических процессов в системе электропривода проводилось на ЭВМ'ЕС-1045, ХШ РС/ХТ. Адекватность разработанных моделей проверялась на лабораторных стендах.

"ручрги дови?ндг Одкошма положения, вдноскмиа на зещит.у:

- разработана уточненная математическая модель системы автоматизированного частотно-управляемого тягового линейного асинхронного привода с программным обеспечением для ЭВМ ЕС-1045 и 1Ш РСДТ. Она позволяет исследовать электромеханические процессы в различных режимах работы привода при переменных окороити движения и частота и произвольной форме питающего напряжения о учетом особенностей тягового линейного двигателя и роторной полосы, а также зго модальной компоновки;

- разработана математическая модель системы электропривода с использованием детализированных схем замещения электрич .ских и магнитных цепей двигателя, позволяющая учитывать особенности различных конструкций тягового линейного асинхронного двигателя И возможную несимметрию отдельных контуров;

- выполнена теоретические исследования линейного электропривода базе уточненной математической модели с исполиованием ЭШ и получены зависимости силы тяги на тормозном участке от сопротивления роторной полосы (РП) и длины термосного участка в трэхнерном простансгве;

- произведен анализ модульной компоновки привода и сформулированы главные условия стыковки с использованием серийно выпускаемых в Польше индукторов.

Практической значение рабогьг:

- разработан проект системы автоматизированного электропривода, который в настоящее время внедряется в научно-учебном бас-

свйне ГОИ длиной 30

- выполнят расчет« привода с польскими индукторами в трет-модульной компоновке; их примонения в режимах, близких к номинальному, позволяет увеличить скорость в 2+3 раза (от 2 до 6 м/с); уменьшение паспортной ПВ с 15 до З-б % польских ТЛДЦ позволяет повысить фактор нагрева и том самим достичь скорости до 10 м/с без дополнительного увеличения длины гидроканвяа;

- сформулированы рекомендации по дальнейшему совершенствованию конструкции двигателя -5-270, серийно шпускпемого в Польше, и двнн предложения по дополнению государственных и отраслевых стандартов Реодбляки Польша в области ТЛДЦ;

- определены пути повышения ускорения и замедления скоростных буксировочных тзлсжок с целью увеличения максимальной скорости моделей судов при испытаниях в бассейнах научно-исследовательского центра в Гданьск-Оливе!

- дополнена методика проектирования тяговых линейных асинхронных Двигателей, разработанная на кафедре "Электрические машины" ЛИИНТа.й разработана программа САПР ТЯАД; спроектирован линейный асинхронный двигатель типа 31- -10-2800, обеспёчивающий необходимые диапазоны ускорения и скорости для научно-учебного бассейна ИТИ; '

- предложено конструкция секционной роторной полосы, обеспечивающая минимальное время торможения и сокращение тормозного пути примерно но 30 %.

Апробация работы. Основные научные и практические положения, изложенные в диссертации, докладывались, обсуждались и получили одобрение не конференциях: ХПУ1 научно-техническая конференция, посвященная 50-летаю ХабИИКТа, Хабаровск, 1969; Специальные транспортные установки. Напряжение, износ и восстановление колесных пар, Гливицэ, 1989; Современный рвльсошй транспорт - теория и практика, Краков, 3990; Первой международный коллоквиум-семинар по линейным машинам и линейному электроприводу, Одесса, 1990; 1У Международная научно-техническая конференция: .Проблемы комплексной автоматизации, Киев, 1990; П научная конференция молодых ученых и студентов, Софпя, 19Э0; на заседаниях кафедр: "Электрические машины" ЛИЖТа, "Электрические машины и электропривод" ШЛИ, "Гидромеханика судов" ГШ, "Общая электротехника" УПЛ, а такие на научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов в ЛКШ'э - "Неделя науки -69 и -90".

;1убл};кп)пш. Результаты шполнанпих исследовании опубликованы ь шести научных работах.

Объем оабаун. Лисоэртацищшая работа состоит из введения» списка основных усдоьних обозначений и сокращений (терминов), шести глав, заключения, списка исиодьзованних источников иа 221 наименования и двух приложении. Общий объем работи составляет 199 е., цкцючая £6 иллюстраций, II с. приломаний.

СОДЕЕгМВЕ ГАБОН!

fh ¡¡'[Г-7;р|»1г! ОбОСЦЭШШУТСЯ ьктуипыюсть ДИССерГаЦИОШШП работы и приводится ее краткая аннотация,

Ij перво:'; Tolano рассмотрело состояние иссдздуамои проолзш и одорцулироодш эоноадца задачи диссертации, проанализировано при-ыенашш буксирошчних. таденек с ТДАД при испытании «одолен судов в огштошх бассшшах.

Активное .Участие в саздащш пзрвзго в Рссыш оптового бассейна пришт великий русский учений Д.ИЛЛонцелоев, Э®йм бисссйиш руководил шдищвйся юташтк и механик, кораблестроитель, академик А..Н.Крылов. С начала ISVu г. под руководством чльнп-коррэс-понданта All СССР А.Е.Аявксозва и канд, техн. наук Г,Л.Болдырева -начались работы но примэнэшгю лннеинаго привода к скороотнш буксировочный тедожкш, о в 1975 году создан первый в СССР частогно-управляемцн влэктропривод с ТЛАД для буксировки моддлеи судов, котория позволил в гидроканалв длиной 6U ы реализовать скорость билеэ 12 м/с.

Следу а г гашпт,, что аналогичными проблемам;: занимались епбциалисти из Ленинградского института текстильной и легкой про-кшилеинооги, Особого конструкторского бюро линейшх электроприводов с 'jfiuTiitiM производством в Кмеъэ. Близкую задачу разработки стона» для цинаыичьсклх 'исследований шзтэшбклел решили учение. Московского автодородного института. Пьрша ТЛАД в СССР применены я Горькой, Киаье и Ленинграде, а за рубежом - в ФРГ, США, Англии и Сфани.ии. Опит примэнения 'ГЛАД и ошгових бассейнах, накопленной к яастоящэку вреыэли, нььэллк. Публикации о вицах скоростных буксировочных- тележек и системах привода ¡uíqiqv общий, рекламный характер.

Рабочий цикл иегшганяй в опытов«;« бассейне состоит из следующих этапов: разгон твлакки с заданным ускорением, двихоние с

требуемой скоростыэ, которая должна изменяться в широком диапазоне, затем форсированное торможение to возврат твлежки в исходное положение в порт.

Сановной задачей при проектировании электропривода является обеспечение оптимального комплекса показателей функционирования системы в целом. К таким показателям прежде всего относятся: скорость, требуемые ускорения (замедления), обеспечивающие минимальное время разгона (торможения).

Существует ряд работ по Исследованию переходных процессов в системе линейного электропривода с ТЛЛД с использованием вычислительных машин. В них подробно рассмотрен ражим о постоянной скорость*), но недостаточно изучен режим работы с переменной окороотыо. Большое влияние На характеристики ТЛАД оказывают краевые и поверхностный эффекты*

Расчет нестационарного температурного поля ТЛЛД в настоящее время возможен путем решения краевой задачи теплопроводности численными методами,

Першм этаном разработки проекта электропривода для оптового бассейна ЮТ была оценка возможности яри мнения ужа выпускаемых ТЛАД в Полыаз, СССР й других странах. В итога автор пришел к вывода о необходимости либо проектирования нового ТЛЛД, либо применения польских ТЛАД э модульной компоновке.

В результате анализа современного состояния исследуемо» проблемы о£оредяйрованы цели и задачи диссертационной работы.

Во BTODOit гдаве рассматриваются вопроси, связанные с построением системы электропривода.

Процесс проектирования системы электропривода включает выбор основных звеньев И параметров, определяющих его структуру и статические качества, а также Программное обеспечение параметров и структуры САР.

Одйим из общественных Вопрооов на первом этапе является выбор, компоновочной схемы скоростной буксировочной тележки и конструктивных исполнений ТЛАД и HÍ. Анализ проводился с учетом имеющихся й вбзможлостей создания ноРьгх Конструкций буксировочной тележки, сложности и&готовлеНйЯ PTÍ и возможностей приобретет« соогвет-' ствувдего преобразователя частоты и напряжения. В итоге были приняты следующие решения. Первый вариант предусматривает использований четЫрехопорной скоростной буксировочной тележки (на рельсах, расположенных вдоль гидроканала) с двухсторонним индуктором

в Ш, закрепленной н центра гдцроканада. Второй и третий варианты рассчитаны на дарсдективу.

Рассматривались разные варианты примзнания производимых индукторов. Волэдствиз того,что вштускаеша индукторы не всегда подходят по мощнооти и скоросм, а такие из-за значительной их стоимости рвшэйо; а) отдельно спроектировать двухсторонний ТДйД} б) применить польские двигатели типа ££ -5-270 в модульной компоновка.

'Теоретический анализ работы привода базируется на математических моделях, разработанных в га. 3, и на уравнении состояния (гл. 5). В результата раочэтов подучены кривые изменения сил, скорости, ускорения и торможения» других вэличнн. Но этим данным возможен выбор элэкгричэшсих и мошшчзстх устройств, проведение электромагнитных и тепловых расчетов. Анализ теплового состояние ТЛДД позволил использовать польские двигатели в приводах для скоростных буксировочных лележек (СБТ) опытового бассейна.

Чтобы получать максимальное быстродействие, разгон должен произойти за минимальное время, го есть необходимо обеспечить максимальную силу тяги НАД. Формирование требуемой тяговой характеристики осуществляется путам реализации выбранного закона частотного регулирования,

Основной закон регулирования ТЛАД вследсгвиа явления ПКЭ отличаотся от линейного, хнрактэрного для круговых машин. Стопень различия зависит от параметров и прежде всего ,

2р , & , а в итога от показателя ке . Для рассматриваемого привода СБТ ГОИ ке = 0Ю.075, следовательно, корректировка регулирования как по току Х/ • так и пэ частота ^ будет весьма незначительной.

Автором предложена микропроцессорная система автоматического регулирования с применением микропроцессоров фирмы ШШЛЬ, тика В060А, выпускаемых в Польша под названием МСУ 7880, а также типа 8086. На рис. I представлена структурная схема системы автоматизированного линейного влекгропривода скоростной буксировочной тележки опытового басоейна. Такая компоновка позволяет создать быстродействующую систему автоматического регулирования, обэопе-чивавадю, во-первых, реализацию необходимых законов управления, электроприводом, во-вторых, постоянство скорости на мерном участке с широким диапазонам регулирования, в-третьих, интенсивный разгон и тормокение с ускорением и замедлением, иоредса 10-15 м/с*\

Рис. I. Структурная схема система автоматизированного линейного электропривода скоростной буксировочной тэяенки опытового бассейна

J] ypijT^aii f'^iio разработани математические модели смогами электропривода для исследования электромеханических переходных процессов при изменяющейся скорости движения и с учетом явлений, присущих ТЛАД. Математичиская модель включает в себя три подсистемы с последующим их объединением уравнениями связи. При этом в электрическую подсистему входят; управляемый мостс-flcii выпрямитель СУЗ), с[.и«ьтр (Ф), звено постоянного тока и автономный инвертор напряжения Шй), Механическая подсистема включает и сэйя ТЛДЦ И буксировочную тележку о моделью судна. Управляющая подсистема содержит регуляторы частот, тока, а также модуль динамических параметров ТЛАД, определяющий изменение коэффициентов сисгемн дифференциальных уравнений привода при разных режимах работу.

С точки зрения исследования переходных процессов целесообразно использовать трансформацию Кларк - Г.Станли, а при анализе привода частотно-управляемого ТЛАД - трансформацию - V, 0 а,у,о).

Решение задач, связанных о исследованием переходных режимов ТЛАД, основано на теории цепей и теории математического моделирования. Методы математического моделирования-обеспечивают практически любую точность раочетов, определяемую допущениями, с когорцш составлены уравнения электропривода. Высокая достоверность полученных результатов обоспечиваегоя: во-первых, точностью определения параметров схемы замещения известными полевыми методшли, во-вторых, отдельным аналитическим и д^сгаточ-'ю строгим определением влияния краевцх зухГактов и скин-з^фек-та в новых постановках, раньше в СССР це применявшихся. При составлении уравнении электромеханического преобразования энергии били учтэны шмалящиеся параметры ТЯДЦ.

Кйтеиатичеокие гдоири подсистемы.

1. Электрическая подсистема.

Приняты общеизвестные уравнения для управляемого выпрямителя, ¿ильгра (L ,С) и автономного иявэртора напряжений (ШИР с законами управления IBû° и 120°).

2. ивхштчеснах подсистема.

Подали ТЛАД созданы двумя путями. Первая модель ТЛАД раз- • рьботана с использованием метода' обобщенной электрической машин, а вторая - на база детализированных магнитных и электрических схем замещения.

На базе теории обобщенной шшиян выведены формул« Для динамической мвханичоской характеристики и свли ШД в матричной форма, эапиоаниио в коордаяптлвх осях, перемещающмхоя о произвольной скоростью Y/f , в следующем вида:

лМ - NM^JM'MJ^

en

где 2)

- оператор дифференцирования по времени;

- матрица потокосцеплений статора и ротора; #,¿,¿0 - матрица сопротивлений и индуктйвйостей ТЛАД;

и - матрица фазных напряжений; V -'матрица скорости. Токи МАЛ» в свои очередь, связаны о потокосцеплениями следующими зависимостями:

■ М • №. м • <а>

где [¿.¿^ - обратная матрица индуктивноотей ШД.

Электромагнитная ойла тяги ТЛАД определена из выражения

im ^f

ja../ .

ltti

liV

А Л

(3)

где Г. - полюсное деление ТЛАД;

к^к^коэффициент, определяющий влияние крвезых фактов ' ШД по трем координатам Х,У, £ \ км ~ результирующий коэффициент модульной компоновки привода.

ИополЬзуя положения метода детализированных схем замещения, разработанного в Уральском политехническом инатигуте, который позволяет учесть возможную несимметри» двигателя, составлены уравнения состояния для трех детальных схем замещения (магнитной цепи, электрической цепи индуктора и электрической цепиРП), описывающие электромагнитные процесса в ТЛАД в матричной форма:

й - * [фГр - [к^пф

М«3. - [фс * Ы^ > М4)

Ы[фт0 ^м

где й. - вектор напряжения контуров электрической схемы обмотки;

Д? и I. - матрицы активного сопротивления и индуктивности с учетом подключенных 3! нему внешних элементов; Т^т, - вектор независимого тока в вотвях мантрической

схемы обмотки; Хр - вектор тока в стержнях клетки РП; ф - вактор магнитных потоков на зубцовых делениях индуктора;

£г<1 - матрица магнитного сопротивления магнитной цепи; обмоточные матрицы приведения независимого тока электрической схемы обютки; , ¿с ~ матрицы сопротивления и индуктивности РП. Электромагнитная сила тяги рассчитана по зависимости

16 - 1е ¿Л , (5)

где В л - индукция в аазорэ; - линейная плотность тока РП; £с - длина стермця.

Уравнение движения скоростной буксировочной тележки представлено в виде

м * Лг - г* т , (6)

йс тс

где Щс - суммарна* масса инерции, изменяющаяся за счет присоединенной массы, зависящей в сановном ат чисел Фруда (/>), Рейнольдса ( № };

ГС(У1 - сопротивление движении транспортной установки; состоит из аэродинамического (ГСА), гидродинамического ( ) и -моханпчеокого ( ) сопротивлений, которые можно записать в функции скорости движения в следующей форме;

Рет - >СА * ИТ * гыга<3у*г VI (7)

где Я ~ показатель, изменяющийся в пределах 7,6-3,0; обычно сроднее значение ц. - 2.

Лмнойшй привод работает в форсированных режимах работы, Чтобы определить допустимую нагрузку двигателя, сформирована математическая модель нестационарных топловых прэцеооов в 1ЛАД .{уравнения (6) н (9)), Анализ тенлошх процессов в ТЛАД с внутренними источниками тепля (электрический потери в обмотке, маг-

шт¡на потери в магнитопроводэ и добавочные потэри в двигателе) проведан о использованием ди^орэнцияльного уравнения теплопроводности

^.(узсТ) - + (в)

и граничных условий Ш-го рода в виде

таН) у-лсп-гф, , (9)

гдо ^ - плотность материала, кг/м3)

С - удельная теплоемкость, Дж/кг-К! Т - температура, К{ Л - теплопроводность, Вт/м-К!

V/ - объемная плотность внутренних тепловыделений, Вт/м3; ■ г? - время, о, 3« Управляющая поданотема.

Воздейотвиз на режим работы осуществляется двумя величинами: Уйг , ^ чаг « Частота тока статора, ротора и скорость двчжешМ связаны соотношением

Г

4

Закол изменения напряжения записывается в виде:

где А' - требуемая инерционность регулирования; - требуемое значение тока. Таким образом, уравнения (I), (2), (3), (6), (7), (10), (II) представляют собой уточненную математическую модель системы привода на базе обобщенной электрической машины, а уравнения (4), (5), (6), (7), (10), (II) - модель с детализированными схемами.

Учет особенности ТЛАД главным образом основан на анализе краевых эффектов.

Исследования продольного краевого эффекта проведены на базе теории С.Ямамуры и новейших работ Я.Гвраса в этой области. В результате автором разработана программа на языке МАТЛЛБ, позволяющая определять коэффициент продольного краевого эффекта в зависимости от скорости, частоты и конструкционных параметров двигателя. Характеристики изменения ке приведены на рис. 2. Параметр является базовым для электромагнитного анализа ШД.

Анализ ÍJQI?9P94-liopo краевого еФ(5й}с~ те продолен «а ооноеа ийростша неудах работ,

О применением палевого метода определен« параметры РП. На первом этапе рассмотрена щюотранствзялая идеализация электрических контуров РП в трех коодцинатах, а ца втором, в оряаи р условием ¿БШ1 5*0,3^-раоочйтано полное са-«ротиплонва в двух координатах с учетом поверхностного ¡зффэктй я и ааншшаоте ат скольдшния. Дед удобства анализа электромеханических процессов использовали соотвеготдуюцш коои-флциенты и .

jg чатпо[)тпй главе изложена результата вксперлмонтальних ис-сдэдонаний на лабораторию стендах, В соответствии о цоотавдец-ш:ли задачами в научно-исследовательской лаборатории электрической тяги на рвроменлом тока кафедри "Здактрическив мавдщы" ЛШТа проведены экспериментальные исследования двух польских двлгателел типа .ЗА -Í3-27Ü ¡I фпзичсэскои модели двигателя типа 61 -JQ-2SOÜ, соотвотствувдей габаритам я элертичаошде показателям спрооктяро ванн ого автором линейного .двигателя для оцытово-га бассейна 1Ш1,

В задачи исследования входиюи

- изучение переходных процессор линейных асинхронных двигателей типа Si -6-27Ü (2р - 4, V - б см, ¿д = 10 см, {4=220/380 Б Тд= 13,В/и А, 53 - 15 %, Гц = £70 И) с целью дальнейшего совершенствования конструкции ГЛАД, а также рассмотрения возможностей применения их в модульной компоновке;

- исследование заданных режимов работн (разгон, движение с установившейся скоростью, торможение) с двигателями типа -5-27D S¿-JÜ-2600 Íтехнические данчие представлены в гл. 4), а тагаа проверка адекватности разработанных математических моделей;

М

С/; ÜÍ

Q.C5,

fémiu

f'rpfí} ¡ / J ■..... / ./■ snn, / /

S-js-

9

V

*» 4S

/й

0

Рис, 2, Зависимости козшгщиэнта продольного краевого эгдакта от скорости, частоты и конструкции нише параметров для двигателя •ama SA -6-27U

- рпредедениа оптимальных пусковых чаотог ТЛАД.

Статические I испытания проводились на двигателях, иест-ко закрепленных на экспериментальном лабораторном стенда для отатичосвд исследований. Два однотипных статора располагались зубцами друр к другу о некоторым регулируемом зазором мзаду активными поверхностями, в центре еозора специально крепилась роторная полоса из дюралюминия Д—16 о разной толщиной {(¿--'¿-12 мм),

Дицамичеокиа испцтания проводились на лабораторном стенда для динамических исследовании, впервые цоотроошшм в СССР в 1968 г. Стенд имэет ститори, жестко закрепленные на специальном основании, и ротор ц вида диска диаметром 1,2 м, насаженного на ось. Материал диска Д-16 выбран, как иалоподрэрженный тошора-гурным воздействиям, достаточно стойкий к усталостным напряяени-шл и облздеюВДй требуемой электропроводностью. Толщина диска -13 шл, Вазрр между сгатораг.ш можно регулировать ( ¿Г = 19-38 мм). Диск через клипоременную передачу соединен с генератором постоянного тока, который позволяет имитировать нагрузку электропривода, Питание линейного двигателя обеспечивал источник с регулируемой частотой в пределах 6-300 Гц.

При исследовании распределения магнитных палой польских двигателей в зазоре использовался преобразователь Холла типа ПХЭ, усилитель и графопостроитель. Картины ноля, снятие для разных режимов, продстаияеци на рисунках в диссертационной работе.

Разработана модель тепловых процессов 'ГЛАД, адекватность которой проверена да результатам проведенных в Польше экспериментов,

Для определения влияния параметров ротора (толщины реактивной шины, величин« зазора и частоты тока) на пусковую силу тяги проводились наследования на статическом стенде. Ца динамическом стенда били проведанц исследования перэходних процессов для двух уко упомянутых двигатолай. Рабочий цикл двигателя, например типа -10-2В00, показан на рис, 3,

р пятр!\ глава вщшвдвны теоретические исследования переходных процессов с использованием разработанных моделей линопнзго электропривода о применением Э&М.

Для решения систеки нелинейных ди^орэмциальних уравнений использован метод Рунгэ-Кугга четвертого порядка с модификацией Дкидяа. Расчеты проведены на ЭВМ ЕС-КК5 и Ш'Л РС/Х'Г. Исследован

Рис. 3. Копия осциллограммы снята Яа лабораторном стенде Для двигателя -10-2800 ,

прлвод для басоейна ГГЬ. с использованием двух вариантой двигателей: типа 51 -5-270 в модальной компоновке и спроектированный автором -Ю-2800.

Результаты расчета шдаготся в вЕде таблицы мгновенных значений токоз и яапряжэний на отдельных элементах силовой схемы одокгропривода, скорости движения, сияй тйги, пройденного пути, Еримени и других параметров.

Были составлены уравнения состояния в системе координат 21, V , 0 с цэяью комплексного анализа электропривода в целом.

- Г 1 - • - - ■

л» -а, %аа 0 0 К й

Аг -вЛ -а, 0 аг 0 Ъ а

*» 2Д 0 f а( 0 -X* X Ъ * & 0

х* 0 0 а* -а* X3 Ь 0

0 -а?х4 а7Х3 о 0 0 26

где А

4г -

г

X,

Гс Уш

а /

й.

-

(12)

х. > а4 • ас

ХЛ = %г л = -Вк^иа.

■г £•% ¿{Ь,г -

<

V = /и/~.«« " ^Г

Ь 3 г

Для буксировочной тадежкц'с гочш! зрения надехсноеги л обеспечения техники безопасности гормэвешщ принято динамическое торможение с питанном от независимого источника постоянного тока. В связи с тем, что тормозной участок бассейна в ШИ имеет строго обозначенные границы (до 4 м), исследовалось влияние сопротивления ИТ иэ эффективность динамического тормокения для секционной РП (при различных значениях сопротивления вдоль тормозного участка). На ЭЗД проведены расчеты д получены зависимости изменения скорости движения, тормозной силы от тормозного пути для разных в трехмерном пространства /у. , /Ра , 5 (рис, 4,а,б). В результате получены зависимости оптимального сопротивления секционной роторной полосы вдоль тормозного участка и предложен« конструктивные решения,

Анализ второго и третьего вариантов электропривода прово' дился с использованием модели на бьзэ детализированных схем замещения, основанных |1а применении развернутых схем замещения с куоочнэ-посгоянной аппроксимацией параметров в пределах зубцово-го деления. Сила тцги при пуске электропривода с двигателями типа -5-2800 представлена № рнс- 5.

На базе трехмерной методики раската полей и характеристик ТЛАД, разработанной па кафедра "Электрические машины" Ленинградского государственного технического университета, выполнены тоо-ретическиа исследования двигателя-типа ££ -5-270 в модульной компоновке. В результате получены зависимости силы тети от сколь-кошш для одно-, двух- и трэхшдулышх блоков, а таккз распрэдо-лйниз нормальной составляющей магнитной шщукцни в зазоре вдоль индукторов (рис. 6), Ил основании анализа результатов расчетов определены условия наиболее эффективной стыковки модулой: величина расстояния - ¿р « * = 20,4 мм; сдвиг начальной фазы намагничивающей силы последнего индуктора ¿-р ~ 1,28 рад.

Возможно также значительно улучшить энергетические показатели польских двигателей, применяя роторную полосу либо, с высокой про-

Гис. 4. Двигатель гйпа ¿/-10-2800 в режиме динамичес сэГо торможения:

е) зависимости. гррмозйой сйлы Гг ог длины тормозного участка «5 при различных сопротивлениях ротора

б) конструкционная аппроксимация кривой

Лй -10-2800

водимо сгуо, либо а вида кар этко замкну той клетки.

Исследование нестационарных тепловых процессов проведено с использованием уравнений (8) и (Э). Программа написана на языке ФОРТРАН для ЭШ серии СЫ. Для аппроксимации уравнений использовался метод конечных разностей. Разностные уравнения решались методом Дибмана, В результате исследования получены грарики нестационарного нагрева двигателей типа £¿-5-270 и температурного поля при различных нагрузках и условиях охлавдвния двигателей, что позволило определить допустимую удельную плотность тока в обмотке двигателя.

Теоретические исследования позволили проанализировать влияние некоторых переменных, таких как касса тележки, сопротивление и индуктивность двигатэля, параметры САР, на протекание переходных динамических процессов в линейном электроприводе.

Hi ее тая глава посвящена разработке методики проектирования линейного электропривода в условиях оптового бассейна, и также технико-экономической оценке и выбору варианта электропривода.

Предложенная процедура прэакгироваьия была направлена на нахождение надлучшай совокупности параметров привода в рамках требований технической задачи. Процесс проектирования разделен на дна этапа.

Чйж

«г

0.4

т

ел 0.1 О

Гл

а.) ¿р'Щ4ат,

S

/ И ч А \

Г \

/

г ¿11т лг ГС / г Г ¿ш ¿Г г /г/ м

0.5

еЛ

0.3

о.г а.!

е

5) «АК -/

* а» \

? / * \

Г , / ! / /

кГ ¿>Г и 4Т т ее ¿г -а г ег ¿г /г

Рис. 6. Огибающие магнитной индукции в зазора вдоль индукторов для двигатэлеи типа ¿¿-5-270:

в модульной компоновке единичный индуктор

Первый связан с выбором основных компонентов, определяющих статические качества электропривода и формирования вариантного входного вектора. В рамках отого процесса при проектировании выбираются:

- компоновочная схема и конструкция скоростной буксировочной тележки;

- тип индуктора, его исполнение;

- структура и конструкция роторной полосы;

- вид источника питания и его параметры;

- алгоритм управления двигателем.

На этом но этапа отыскиваются значения параметров, удовлетворяющие заданному критерию оптимальности (быстродействие систо-мы, минимум массы, максимум энергетических показателей, минимум массогабаритных показателей и минимум приведенных затрат и т.п.).

Задачей второго этапа является выбор структуры и параметров системы автоматического регулирования.

Автор разработал программу САПР-ТЛАД для персонального компьютера и спроектировал двигатель, обеспечивающий трабуомне диапазоны ускорения до 10 м/са, скорости дз 10 м/с на длине гидроканала ГПИ, равной 30 м, и до 30 м/с при длине гидрокаяала 260 м.

Все работы выполнялись о использованием компьютера 1ВМ РСДТ. Данные спроектированного двигателя Ы -10-2800: 2р = 6, & = 6 мм, (У- 14 мм, ¿ц = 13,5 см, 144, Г= 11,6 см, /у = 69 А, и„ =-- 220/380 В, = 2800 Н, /еер(= = 13,4 Гц, =60 Гц, 0,65, к.п.д. = 0,48.

На базе проведенных теоретических и экспериментальных исследований, а такие на основе опыта, накопленного на кафедре "Электрические машины" ЛИШТа, автор определил выбранные конструкционные коэффициента, когорнмл можно воспользоваться при проектировании линейных двигателей, а также получил зависимость, позволяющую оценить требуемую мощность привода буксировочной телеяки на опытовых бассейнах при применении линейных двигателей.

На база разработанной автором методики технико-экономического расчета проведено окономичоское обосчованиа внедрения лян&;-ного электропривода и сделано сопоставление двух вариантов: клво-сического и линейного. Сделано следующее заключение: расчеши!! годовой экономический эффект от внедрения линейного асинхронного привода в оптовом бассейне ШИ cocтaвляet 1,03 млрд. польских злотых; эксплуатационные расходы сократятся примерно на 80 млн. польских злотых, что в 3,6 раза меньше по сравнению с классическим приводом; расчетный годовой экономический эффект от внедрения линейного электропривода на бассейнах Ноучно-иоследоватоль-ского центра судостроения составит 4,8 млрд. злотых.

Предложенная система автоматизированного частотна-упрааляо-мого линейного электропривода о автоматической системой регистра-

\

ции экспериментальная Данных позволит в 3-4 раза сократить сроки проведения и обработки результатов испытаний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На ооновании проведенных теоретических и экспериментальных исследований пожучены следующие ооновные выводы и результаты.

1. Разработана уючнвнная математическая модель ойстемы автоматизированного частотно-управляемого электропривода окорост-ной буксировочной тележки о тяговым линейным асинхронным двигателем. Модель позволяет вссяедоватЬ переходные электромеханические процессы при переменных окороотй движения i частоте, произ-" вольной форме питающего напряжения о учетом особенностей тягового линейного двигателя!, роторной Полоса, а такжй его модульной компоновки.

2. Подтверждена адекватность математической модели рввуль-татами экспериментальных исследований, выполненных на Дисковом стенде с использованием различных Натурйых и проиввоДсгвенных образцов, в юм числе польских двигателей типа A¿ -5-270. Расхождения экспериментальных и расчетных значений не превышают! 4 % -для скорости, 6 % - для напряжения и Э % - для тока.

3. Проведены ka ЭВМ расчеты и ййлучени зависимости силы торможения от сопротивления роторной пелосн и длины »ормозного участка в трехмерном яроотраНотве. На базе расчетов установлена зависимость изменения оптимального сопротивления секционной pdторной полосы по длине тормозного участка гидроканала ílffl, обеспечивающая минимальное время торможения и сокращение Тормозного пути примерно на 30

4. Даны практические рекомендации для электропривода буксировочной тележки оиытового бассейна ИШ, Предлагаемый Привод со спроектированным двухсторонним двигателем типа SC -10-2800 позволит увеличить уокореНив И замедление с 1 До 10 м/с2, повысить скорость в 4-5 раз • (с 2 до 10 м/с) без дополнительного увеличения длины глдроканала.

5. Обоснована возможность применения польских линейных двигателей типа Sí. -5-270 на бассейне ГШ! в модульной компоновка при последовательном соединении трэх двухсторонних двигателей.

В форсированном режиме возможна вести исследования при скоростях до 10 м/с без дополнительного увеличения длины гидроканвла»

6. Расчетный годовой экономический эр4ект от внодрення линейного асинхронного привода в онытовом бассейне 1Т1И составляет I.U3 млрд.польских злотых, а на бассейнах Научно-исследовательского центра судостроения составит 4,8 млрд. злотых.

Результаты работы огранены в публикациях:

1. Шымчвк П. Некоторые вопроьц применения привода скоростной транспортной системы на базе применения ЛАД//С6. трудов Сидез. политехи, ин-га. - 1990, - № 34.

2. Болдырев Г.Л., Шишак П. К вопросу создания САПР электропривода с линейным асинхронным двигагалем//Тоз. докл. ХХХУ1 науч.-техн. конф., посвящ. БО-летию ХабИКЗГа. - Хабаровск, 1989.

3. Болдырев Г.Л., Матвеев М.З., Шшлчак П. Автоматизированный электропривод скоростной установки о тяговым ЛД1д/Д1еханика (Краков). - 1991. - № 2,

4. Моделирование линейного частотно-управляемого электропривода для гидродинамических испытаний в оптовом бассейна//

Г.Л.Болдырев, С.В.Иваницкий, М.В.Матвеев, П.Шнмччк//Про0лемы комплексной автоматизации: 1У Междунар. науч.-техн. конф., Киев, окт. 1990 г. Секпия 1У: Прикладные аспекты современной теории автоматизации. -- Киев, I99G.

5. Болдырев ГЛ., Матвеев М.В., Шшлчак П. Электропривод с ЛАД для буксировочной гэлежки скоростного опытового бассейна// Тез. докл. X Мэздунар. коллоквиума-семинара по линейным машинам и линейным олоктроприводам, Одесса, сэдт. 1990. - Одесса, I9S0.

6. Шымчок П,, Галашш С.А. Моделирование теплового состояния тяговых линейных асинхронных двигателей, работающий в кратковременных и повторно-кратковременных роммах//Молпдежь и научно-технический прогресс: Материалы Btoooü молодежной науч. копр., Сория, дек. 1990. - Сосрия:ВШТУ "Годор Каблешкод", 1991.