автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Моделирование и анализ двухзонной системы управления электроприводами копающих механизмов экскаваторов, выполненными по системе тиристорный возбудитель-генератор-двигатель

На правах рукописи

□031Т1043

ШКОДА Руслан Валерьевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ДВУХЗОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

КОПАЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ ЭКСКАВАТОРОВ, ВЫПОЛНЕННЫМИ ПО СИСТЕМЕ ТИРИСТОРНЫЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ-ГЕНЕРАТОР-ДВИГАТЕЛЬ

Специальность: 05 09.03 - Электротехнические комплексы

и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2008

? 9 г.'- -

J

003171043

Работа выполнена в ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Бурковский Виктор Леонидович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Зайцев Александр Иванович,

кандидат технических наук, доцент Смольянинов Андрей Викторович

Ведущая организация «НИИ Механотроники - Альфа»

(г Воронеж)

Защита состоится « 25 » июня 2008 г в 10 часов в конференц - зале на заседании диссертационного совета Д 212 037 09 ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу 394026, г Воронеж, Московский просп, 14

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет

Автореферат разослан « 23 » мая 2008 г

Ученый секретарь —

диссертационного совета Кононенко К.Е

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В новых экономических условиях горные предприятия имеют ограниченные возможности обновления действующего парка машин, установок и прежде всего экскаваторной техники. При этом основным путем поддержания работоспособности и улучшения технических показателей карьерного технологического оборудования является модернизация главных электроприводов, при этом задача модернизации заключается в повышении производительности, сокращении простоев при отказах, уменьшении износа механического оборудования и сокращении потребления электроэнергии

В настоящее время в нашей стране получили наибольшее распространение экскаваторы типа ЭКГ - 10 (экскаватор, карьерный, гусеничный, 10 м3 - объем заполняемого ковша), электрический со стандартным или удлиненным оборудованием, который предназначен для разработки и погрузки в транспортные средства полезных ископаемых или в отвал пород вскрыши С использованием данной техники выполняется большой объем земляных работ, связанных с сооружением каналов и гидротехнических устройств, мелиорацией и осушением земель, разработкой полезных ископаемых открытым способом- на угольных разрезах, строительных карьерах, на железорудных карьерах горно -обогатительных комбинатов

Большой вклад в теорию и практику создания, совершенствования и модернизации электропривода ЭКГ различной производительности, а также управления им внесли В И Юпочев, В В. Сафошин, А М Лузянин, А Я Микитченко, М В Мительман, С В Павленко, В А Осетров, С.В Горшков, Э Л. Греков, Т 3 Портной, Н Н Чулков, А М. Усманов, Б М Парфенов, А И. Коган, Ю Я Вуль, В Б Славгородский и др.

Следует отметить, что вопросы исследования и модернизации систем управления главных ЭП карьерного экскаватора приобретают все большее значение, что обусловлено возможностью существенного увеличения срока службы, обеспечения работы в жестких условиях эксплуатации, универсальности регулировочных свойств, а также достаточной гибкости в управлении Кроме того, в условиях серийного производства низковольтных комплектных устройств (НКУ) модернизация систем управления затруднена, так как требует дополнительных затрат, связанных с изменением технологической оснастки, контрольно - поверочной аппаратуры и конструкторской документации

Основные исследования в этой области ориентированы на решение прикладных вопросов проектирования отдельных узлов НКУ и их конструктивного совершенствования Значительно меньшее количество работ посвящено вопросам разработки новых универсальных алгоритмов и методов управления электромеханическими системами, направленных на улучшение их энергетических показателей В этой связи в области разработки систем управления экскаваторными электроприводами возникает ряд вопросов и связанных с ними проблем теоретического и прикладного характера, для решения которых необходимо проведение соответствующих исследований

Таким образом, актуальность диссертационного исследования продиктована необходимостью создания высоконадежной системы управления экскаваторным электроприводом, а также совершенствования средств повышения качества рабочих процессов и динамических свойств соответствующих электротехнических комплексов, в том числе на базе энергосберегающих технологий

Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных научных направлений ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные системы и программно-аппаратные электротехнические комплексы»

Объектом исследования является система управления электроприводом (ЭП) подъема и напора.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и исследование системы управления применительно к условиям экскаваторных электроприводов копающих механизмов, реализующей двухзонный метод регулирования скорости и режима автокопания при совместной работе ЭП подъема и напора одноковшового карьерного экскаватора-лопаты ЭКГ-10, выполненного по системе тиристорный возбудитель-генератор-двигатель

Исходя из данной цели, в работе поставлены и решены следующие задачи

1 Проанализировать существующие системы управления экскаваторными электроприводами.

2 Разработать общие и специфические требования, предъявляемые к электроприводам основных механизмов одноковшовых экскаваторов

3. Разработать математическую модель для исследования существующей двухконтурной системы управления по системе ТВ-Г-Д.

4 Разработать математическую модель двухзонной системы регулирования скорости по системе ТВ-Г-Д

5. Провести анализ объекта исследования с позиции увеличения срока использования электрического и механического оборудования, снижения динамических нагрузок и повышения коэффициента загрузки оборудования.

6 Осуществить разработку и анализ режима автокопания в условиях совместной работы ЭП подъема и напора.

Методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач использовались методы теории автоматического управления, теории автоматизированного электропривода, теории систем управления электроприводами, а также методы теории оптимального управления, прикладные методы математического моделирования и компьютерных технологий.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной

1 Разработаны функциональная схема и математическая модель ЭП подъема и напора, отличающиеся реализацией двухзонной системы регулирования скорости по системе ТВ-Г-Д и позволяющие осуществить анализ средств повышения эффективности управления рабочими органами экскаватора, как альтернативы существующей двухконтурной СУ.

2 Предложен модифицированный метод управления экскаваторным электроприводом, отличающийся регулированием тока возбуждения ДПТ НВ в контуре регулирования ниже скорости идеального холостого хода

3 Разработан способ управления электроприводом экскаватора в режиме автокопания, обеспечивающий сглаживание пиков нагрузки, что позволяет осуществить снижение динамических нагрузок и повысить коэффициент загрузки оборудования

4 Разработана математическая модель режима автокопания в условиях совместной работы ЭП подъема и напора, позволяющая осуществить оперативную адаптацию системы управления к изменяющимся условиям работы рабочего органа машины

Практическая значимость работы.

Предложенные в работе математические модели анализа альтернативных систем управления могут найти свое применение по двум направлениям- во-первых, в рамках проектных работ при разработке

систем управления электроприводами подъема и напора в опытно-конструкторских бюро, научно-исследовательских и проектных организациях, во-вторых, в рамках программно-аппаратных комплексов автоматизированных системах управления сложными

электротехническими комплексами

Полученные в работе теоретические результаты также могут быть использованы в учебном процессе для подготовки студентов соответствующих специальностей

Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов работы в промышленность обусловлен повышением функциональной надежности элементов соответствующих электротехнических систем и снижением затрат на энергопотребление.

Реализация результатов работы.

Основные теоретические результаты внедрены

• В учебный процесс кафедры «Автоматика и информатика в технических системах» ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет в рамках курса «Теория электропривода» и «Системы управления электроприводами» для студентов специальности 180400 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»

• В учебный процесс кафедры «Техника и технология горного производства» Московского государственного открытого университета в рамках курса «Электрический привод» и «Электромеханика» для студентов специальности 140211 «Электроснабжение», филиал в г.Губкин

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональной научно-технической конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2003), Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве НТ - 2004» (Воронеж, 2004), научно-технической конференции «Образование, наука, производство и управление» СТИ МИСиС (Старый Оскол, 2007), Международной конференции «Высокие технологии энергосбережения» (Воронеж, 2007) и межрегиональной научно-технической конференции «Роль вузовской науки в обеспечении качества подготовки специалистов» МГОУ (Губкин, 2008)

Кроме того, результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Автоматика и информатика в технических системах» ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» (2003-2008 гг)

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 13 научных работ, в том числе 1 - в издании, рекомендованном ВАК РФ

В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат [2, 6] приведен анализ динамических свойств электропривода подъема и напора существующей двухконтурной системы управления, [3, 7] проанализированы преимущества однодвигательного электропривода напора, перед двухдвигательным, [4, 5, 9] проанализированы особенности построения систем управления экскаваторными электроприводами, [8, 11, 12] осуществлена разработка двухзонной системы регулирования скорости экскаваторного электропривода подъема и напора, [1, 10, 13] предложен адаптивный режим автокопания для совместной работы ЭП подъема и ЭП напора

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 124 наименований Основная часть работы изложена на 146 страницах, содержит 132 рисунка, 19 таблиц и 5 приложений

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, определена научная новизна и практическая значимость работы

В первой главе проведен анализ режимов работы экскаваторных электроприводов, сформулированы требования, предъявляемые к ЭП основных механизмов одноковшовых экскаваторов типа ЭКГ-10 Приведен обзор систем управления экскаваторными электроприводами, проведен анализ систем управления электроприводами, применяемых на карьерных экскаваторах

Рассмотрена методика определения показателей надежности СУЭП на стадии проектирования и осуществлено их сравнение с реальными показателями Приведен расчет надежности СУЭП и осуществлена

сравнительная оценка числа используемых элементов в различных НКУ Проанализированы комплектующие существующих НКУ и показатели их надежности Рассмотрена сравнительная оценка механических показателей по экскаваторам с различными НКУ. Представлены диаграммы аварийного простоя экскаваторов, а также диаграммы средней продолжительности ремонтов и межремонтных периодов в сутках для экскаваторов с разными НКУ.

Кроме того приведены результаты анализа себестоимости добычи 1 тыс м3 горной массы от замены канатов для экскаваторов с различной СУ. Сделаны выводы о целесообразности решения задачи дальнейшего совершенствования средств и методов управления экскаваторными электроприводами

Во второй главе приведена оптимальная структура существующей двухконтурной СУ экскаваторного электропривода по системе ТВ-Г-Д и осуществлен её анализ Рассмотрена методика для расчета параметров системы ТВ-Г-Д Произведен расчет и построение тахограмм и нагрузочных диаграмм для ЭП подъема и напора карьерного экскаватора Разработана математическая и структурная модели электропривода подъема и напора по системе ТВ-Г-Д, позволяющие провести анализ при постоянной нагрузке - Мс = const, иЗАд = const, для исследования механизмов в случае проявления случайной Harpy3KH-Mc=RANDOM, иЗАд = const, для получения экскаваторной механической характеристики -

Мс= \Ml,M2,M3,...,MN\ N=100, U3Afl=const Кроме того,

предложенные модели позволяют осуществить исследования в следующих трех режимах работы ЭП копание, поворот платформы с груженным ковшом к месту разгрузки и поворот платформы с порожним ковшом в забой.

"3840 ,0 £ t < 9,7,

2310 ,9,7 £ t < 16,2, - (типичный момент нагрузки ЭП подъема) 2140 ,16,2 <f <19,2, 1420 ,19,2 <: t < 29 8,0 < t ^ 16,2,

1,16,2 ^ / s 19,2, " (типичные задания нагрузки ЭП подъема)

М СП

U зла п

-8,19 ,2 Si <28 ,7, 0,28,7 ¿t<. 29,

которые задает машинист при некотором положении командоконтроллера.

Аналогично математическим моделям ЭП подъема с соответствующими изменениями осуществлена разработка модели для ЭП

напора (индекс «П» (ЭП подъема) в уравнениях должен быть заменен индексом «Н» (ЭП напора))

Сравнительный анализ полученных в результате математического моделирования кривых с раннее рассчитанными нагрузочными диаграммами и тахограммами на характерных участках показал, что предложенные математические модели вполне адекватно отражают реальные процессы

В третьей главе осуществлен анализ предложенной в работе двухзонной СУ на ЭКГ-10. На рис 1 приведена функциональная схема экскаваторного электропривода, на которой представлены следующие элементы. РЭ - Регулятор ЭДС (П-регулятор), БО - Блок ограничения, РТ -Регулятор тока (ПИ-регулятор), ТВ - Тиристорный возбудитель, Г -Генератор (генератор постоянного тока), ОВГ - Обмотка возбуждения генератора, Д - Двигатель (ДПТ НВ), ОВД - Обмотка возбуждения двигателя, ДПТ (ДПД) - Доп полюса генератора (двигателя), ДЭ - Датчик ЭДС, ДТ - Датчик тока, ПДТ - Преобразователь датчика тока, БМ - Блок модульный, СЭ - Согласующий элемент, БОВ - Блок ограничения возбуждения (в контуре), БОН - Блок ограничения напряжения (в контуре), РТВ - Регулятор тока возбуждения (ПИ-регулятор) может использоваться в данном случае и П-регулятор, ДГВ - Датчик тока возбуждения

1тах1

п-р бо 1 пи-р

Чотз

«УСТ ■ + 18

и

Об

0, Р 1«

Рис 1. Функциональная схема экскаваторного ЭП (* - для ЭП подъема может применяться нереверсивный ТВ)

Ниже представлена математическая модель двухзонного регулирования скорости ЭП по системе ТВ-Г-Д, положенная в основу проведенных в диссертации исследований, как альтернатива двухконтурной СУ При расчете параметров модели учитывалась кривая намагничивания ДПТ НВ

Данная модель включает следующие уравнения

- основное уравнение движения

с £ а

- уравнение момента

М=кФ1я, (2)

- уравнение напряжения генератора

а

- уравнение ЭДС электродвигателя

Ед=кФм>, (4)

- уравнение напряжения тиристорного возбудителя и Г- + 1л. аи г (5)

иг = Яя 1я+Ья-^ + Ед; (3)

Кг Кг Л

- уравнение напряжения регулятора тока

и ТВ , Ттв ¿и

и„

тв (6)

К ТВ К ТВ Ж

■ уравнение напряжения задания тока

1 „„ ¿и

иЗТ ~ гг ТГ Урт + Кот 1Я, С^)

Т,- Крт ск

■ уравнение задания напряжения

+ (8) К рэ т0э р + 1

• система уравнении напряжения задания тока

{-12,ирэ <-12,

изт -

(9)

и рЭ,-\2{и РЭ{\2, \2,ирэ>\2,

- уравнение напряжения тиристорного возбудителя ДПТ НВ

ш

- уравнение напряжения регулятора тока в контуре возбуждения

и - Ттвд ТВ д итвд (11)

РТ В и" Af V '

Л7В Д ш *^ТВ Д

- система уравнений напряжения обратной связи по ЭДС электродвигателя по возбуждению

К п ч

и,

10,-

/7 + 1

Еп 2 10,

К

о э

о э Р + 1

Ко э

К,

р + 1

<Ю,

о э

р + 1

Еп <

(12)

- уравнение напряжения задания в контуре возбуждения

и,,

иР

Т„ Кр.

аи

л

п в + К дг 1В +II о э в ,

уравнение напряжения задания в контуре возбуждения

и

ЗАД

К ЗАД В V Я |>

(13)

(14)

а также постоянная времени возбуждения

т - (15)

Для анализа преимущества двухзонного регулирования скорости в работе разработана структурная модель для исследования системы управления при появлении случайной нагрузки (рис.2) Для имитации случайной нагрузки использовался генератор случайных чисел с равномерным законом распределения Для исследования ЭП подъема также разработана аналогичная структурная модель

Еп

Вп

В-

а

■в

ен

у 1 » I [лжи

щыа туелг сьаоца тс-Ьв^ОУ

ИК-1 м

В—

•В-

и

Рис 2 Структурная модель двухзонного регулирования ЭП напора для исследования механизма

Полученные в результате матемаггаческого моделирования переходные характеристики и их сравнение с раннее рассчитанными нагрузочными диаграммами и тахограммами на характерных участках показывают, что предложенные математические модели адекватны исследуемым процессам Предложенные математические модели могут быть использованы при разработке НКУ для других систем управления электроприводами экскаваторов

Кроме того в работе разработана система управления, реализующая режим автокопания. Для обоснования преимущества данного режима при совместной работе электропривода подъема и напора на экскаваторе ЭКГ -10 перед раздельным управлением этих приводов сформулирована математическая модель режима совместной работы (уравнения (16) - (19) приведены ниже).

и К ЗАД Н ~ ^ЗАД Н ^ОБР П ' 0*>)

Мс^п =мсп +Мсн-п ' (17)

(0,при!яп <1ЯПН0М ,

ОБР П \ X/" Т Т \Т • ( '

IЛОЯР ' 1Я П > ПРШЯ Л I1 ЯП НОМ >

Мсн-п = Ки\щ (19)

Реализация математической модели осуществляется следующим образом в электроприводе подъема и напора с двухзонной системой регулирования скорости на ЭП напора имитируется случайная нагрузка Моделирование ЭП подъема состоит из двух моментов формируется момент случайной нагрузки по форме, аналогичной нагрузке ЭП напора, только в 1,5 раза больше по амплитуде, формируется момент нагрузки прямо пропорциональный выдвижению рукояти ЭП напора Реализация двухзонной системы регулирования скорости и режима автокопания позволяет осуществить адаптацию к появлению случайной нагрузки и сброс скорости, даже в случае, когда машинист продолжает выполнять задание на копание и увеличивать величину снимаемого слоя

Кроме того в работе разработана структурная модель для анализа совместной работы электропривода подъема и напора на карьерном экскаваторе типа ЭКГ-10, представленная на рисЗ, где Рпуос! Ро(1ета -блок, реализующий математическую модель двухзонного регулирования скорости ЭП подъема, Рпуос! Иарога - блок, реализующий математическую модель двухзонного регулирования скорости ЭП напора, Мядкп - момент

случайной нагрузки, Мс п. - момент случайной нагрузки ЭП подъема, Км -коэффициент, учитывающий влияние выдвижения рукояти на величину момента нагрузки ЭП подъема, Кобр _ коэффициент обратной связи ЭП напора по 1Я ЭП подъема, иКзлдн - корректированное задание приводу напора в режиме автокопания, и0врп - напряжение корректировки задания ЭП напора в зависимости от 1я ЭП подъема, Мс ^п - суммарный момент

нагрузки ЭП подъема, МСн - п - момент нагрузки ЭП подъема в зависимости от выдвижения рукояти

Широкое промышленное внедрение систем автоматического управления рабочим процессом, отвечающим требованиям технологии выемки и повышения производительности несомненно будет способствовать повышению эффективности использования карьерных экскаваторов

Внедрение системы автокопания способствует снижению износа всех механических составляющих привода подъема, а также позволяет увеличить срок эксплуатации электродвигателей в обоих приводах Система управления устраняет перегрузки электродвигателя и механизма и обеспечивает сброс скорости и уменьшение величины снимаемого слоя

Рис 3 Структурная модель режима автокопания (режим совместной работы ЭП подъема и напора)

Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности и практической возможности дальнейшей модернизации, усовершенствования и изменения существующей системы управления электропривода постоянного тока подъемно-транспортных машин

В четвертой главе приведены результаты сравнительного анализа данных моделирования двухконтурной системы управления и двухзонной системы регулирования скорости. Для удобства визуального анализа представлены совмещенные переходные характеристики для обоих систем управления. Кроме того рассмотрены данные натурного эксперимента (рис 6) и проведено их сравнение с результатами моделирования двухзонной системы регулирования скорости

На рис 4, 5 представлены экскаваторные механические характеристики ЭП подъема и ЭП напора, соответственно.

Рис 4 Экскаваторная механическая Рис 5 Экскаваторная механическая характеристика ЭП подъема характеристика ЭП напора

(1 - Двухконтурная СУ, 2 - Двухзонное регулирование скорости)

Сравнивая экскаваторные механические характеристики для ЭП подъема и ЭП напора можно заключить, что при подаче в обмотку двухкратного 1воэб момент двигателя возрастает на 20-25% и обороты возрастают на 15-17% Диапазон изменения момента развиваемого двигателем от Мт1П до Мтах равен 40-45%. Выборка зазоров в редукторах приводов подъема, напора и венцовых шестернях привода поворота осуществляется при ослабленном I возбуждения (моменте) при начале движения и начале торможения После выбора зазоров происходит контролируемое САР увеличение I возбуждения до 2-х 1н0„ и более интенсивный разгон или торможение электропривода Нагрев двигателей от повышенного возбуждения не происходит, т.к разгон и торможение электроприводов не превышает 20% рабочего цикла экскаватора В остальное время двигатели работают с пониженным возбуждением

На рис б (кривая 2) представлена аппроксимированная экскаваторная механическая характеристика в относительных единицах ЭД подъема Р=200кВт, ЭКГ-8, снятая путем натурного эксперимента от источника стабилизируемого питания (до 75 мВ), при имитации работы токовой отсечки и экскаваторная характеристика в относительных единицах (рис.7 (кривая 1)) для ЭД напора Р=200кВт, ЭКГ-10, полученная в результате математического моделирования. Сравнивая полученные характеристики, нетрудно видеть, что они совпадают на характерных участках, отсюда можно сделать вывод, что разработанная математическая модель адекватно отражает реальные процессы

Разработанная САР практически апробирована в реальных условиях на Лебединском ГОКе в течение четырех месяцев на ЭКГ-8 и на Стойленском ГОКе в течение трех месяцев на ЭКГ-10.

Рис. 6. Сравнительная экскаваторная механическая характеристика

Двухзонную САР можно внедрять как при полной модернизации главных приводов экскаваторов и как дополнительную к уже установленным и работающим электроприводам, без замены электрических машин Отправной точкой для внедрения двухзонной САР на экскаваторах является то, что при номинальном токе возбуждения электродвигателей железо главных полюсов намагничено на 75%

Положительные результаты при внедрении двухзонной САР заключаются

- в сокращении цикла экскавации и повышении производительности, либо снижении max U и I всех электроприводов на 10-15% при той же производительности,

- в снижении динамических ударов в механизмах и соответственно электродинамических ударов в обмотках электродвигателей и генераторов;

- в увеличении срока службы механизмов, электродвигателей, генераторов и снижении затрат на их обслуживание

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проанализированы существующие системы управления экскаваторными электроприводами.

2. Сформулированы основные и специфические требования, предъявляемые к электроприводам основных механизмов одноковшовых экскаваторов

3 Проведен анализ оптимальной структуры двухконтурной системы управления экскаваторного электропривода по системе ТВ-Г-Д, а также разработана математическая модель для исследования существующей двухконтурной системы управления для ЭП подъема и напора

4 Предложена и разработана функциональная схема экскаваторного электропривода с двухзонным регулированием скорости по системе ТВ-Г-Д, а также разработана математическая модель ЭП подъема и напора, реализующая двухзонную систему регулирования скорости по ТВ-Г-Д

5 Проведен анализ, а также исследования с позиции увеличения срока использования электрического и механического оборудования, снижения динамических нагрузок и повышения коэффициента загрузки оборудования

6 Предложена система управления, реализующая режим автокопания (режим совместной работы) ЭП подъема и напора, позволяющая осуществить оперативную адаптацию к изменяющимся условиям работы рабочего органа машины без участия машиниста Разработана математическая и структурная модель реализации режима автокопания.

7. Проведенная промышленная апробация и полученные характеристики подтвердили целесообразность и объективную необходимость проведения дальнейшей модернизации существующей СУ на основе двухзонного метода управления.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1 Бурковский В Л. Моделирование электропривода подъема и напора при совместной работе. Учет влияния случайной нагрузки / В Л Бурковский, Р В. Шкода // Системы управления и информационные технологии науч.-техн журнал 2006. №4 1(26) С 136-140.

Статьи и материалы конференций

2 Шкода Р В Динамические свойства привода напора экскаватора ЭКГ - 10 / Р В Шкода // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве труды регион, науч -техн конф Воронеж, 2003 С 174-176

3 Шкода РВ Сравнительный анализ динамических свойств двухдвигательного и одно двигательного электропривода напора ЭКГ-10 / Р В Шкода, Ю М Фролов, А.В Романов // Промышленная информатика межвуз сб науч тр Воронеж, 2003 С. 140-143.

4 Шкода Р В К вопросу построения систем управления главными электроприводами экскаватора / Р В. Шкода, Ю М. Фролов, А В Романов // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве НТ - 2004 труды Всерос. конф Воронеж, 2004. С 187-189.

5 Шкода Р В Исследования приводов подъема и напора экскаватора ЭКГ-10 / Р В Шкода, Ю М Фролов // Промышленная информатика П-2004 межвуз сб науч тр. Воронеж, 2004. С 81-86

6 Бурковский В Л Анализ систем управления экскаваторными электроприводами / В Л Бурковский, Р В. Шкода // Промышленная информатика П - 2006-межвуз сб науч тр Воронеж, 2006, С. 103-111

7 Бурковский В Л Моделирование двухдвигательного электропривода напора Сравнение динамических свойств однодвигательного и двухдвигательного электропривода напора карьерного экскаватора / В Л Бурковский, Р В Шкода // Информационные технологии моделирования и управления науч -техн журнал 2006. Вып 9(34) С 1192-1197

8 Шкода Р.В Анализ системы двухзонного регулирования скорости на экскаваторных электроприводах / РВ Шкода, В.Л Бурковский // Электротехнические комплексы и системы управления науч -техн. журнал. 2007. Вып 1(7) С. 2-6.

9 Бурковский В JI Моделирование электропривода подъема карьерного экскаватора ЭКГ-10 / В JI Бурковский, Р В Шкода // Экономика, наука, производство сб науч тр Губкин МГОУ, 2007 С 3544

10 Бурковский В JI Моделирование энергосберегающего режима автокопания / В Л Бурковский, Р В Шкода // Высокие технологии энергосбережения Междунар конф Воронеж, 2007 С 20-23

11 Шкода Р В Двухзонное регулирование скорости в энергосберегающей системе экскаваторного электропривода постоянного тока / Р В Шкода, В Л Бурковский, В С Титов // Высокие технологии энергосбережения. Междунар конф Воронеж, 2007 С 86-88

12. Двухзонное регулирование скорости электроприводов подъема и напора ЭКГ-10 / РВ Шкода, В Л Бурковский, В А Осетров, С В Горшков II Роль вузовской науки в обеспечении качества подготовки специалистов материалы межрегион науч -техн конф Губкин МГОУ, 2008 Т2 С 79-84

13 Бурковский В Л Анализ режима автокопания

экскаваторного электропривода / В Л Бурковский, Р В Шкода // Электротехнические комплексы и системы управления науч -техн журнал 2008 Вып 1(9) С 23-25

Подписано в печать 22 05 2008 Формат 60x84/16 Бумага для множительных аппаратов Уел печ л 1,0 Тираж 85 экз Заказ №<¿¿10 ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп , 14

Список используемых сокращений

Введение

1 Анализ систем управления и режимов работы электроприводов одноковшового карьерного экскаватора

1.1. Общие требования, предъявляемые к электроприводам основных механизмов экскаватора

1.2. Обзор и анализ существующих систем управления, применяемых на карьерных экскаваторах

1.3. Сравнительный анализ расчетных показателей надежности различных систем управления с реальными показателями 25 Выводы

2 Математическая модель двухконтурной системы управления для электропривода подъема и напора ЭКГ

2.1. Анализ оптимальной структуры двухконтурной системы управления экскаваторного ЭП по системе ТВ-Г-Д

2.2. Инженерная методика для расчета системы ТВ-Г-Д

2.3. Расчет и построение тахограмм и нагрузочных диаграмм для

ЭП подъема и напора карьерного экскаватора типа ЭКГ

2.4. Алгоритм расчёта параметров электроприводов

2.5. Математическое моделирование системы ТВ-Г-Д для электропривода подъема и напора 78 Выводы

3 Математическая модель двухзонной системы регулирования скорости и режима автокопания для совместной работы электропривода подъема и напора ЭКГ

3.1. Анализ возможности реализации двухзонной системы управления и функциональная схема электропривода с двухзонным регулированием скорости

3.2. Алгоритм расчёта параметров электроприводов

3.3. Математическая модель двухзонной системы регулирования скорости для системы ТВ-Г-Д электропривода подъема и напора на карьерном экскаваторе типа ЭКГ

3.4. Моделирование режима автокопания для совместной работы электропривода подъема и напора на экскаваторе ЭКГ - 10 136 Выводы

4 Исследование электроприводов ЭКГ — 10 с применением двухзонной системы регулирования скорости

4.1. Сравнительный анализ результатов моделирования двухконтурной системы управления и двухзонной системы регулирования скорости

4.2. Анализ результатов моделирования двухзонной системы регулирования скорости с данными натурного эксперимента

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В новых экономических условиях горные предприятия имеют ограниченные возможности обновления действующего парка машин, установок и прежде всего экскаваторной техники. При этом основным путём поддержания работоспособности и улучшения технических показателей карьерного технологического оборудования является модернизация главных электроприводов, при этом задача модернизации заключается в повышении производительности, сокращения простоев при отказах, уменьшения износа механического оборудования и сокращении потребления электроэнергии.

В' настоящее время в нашей стране получили наибольшее распространение экскаваторы типа' ЭКГ - 10' (экскаватор, карьерный, о гусеничный, 10 м - объем заполняемого ковша), электрический, со стандартным или удлиненным- оборудованием, который предназначен для разработки и погрузки в транспортные средства полезных ископаемых или в отвал-пород вскрыши. С использованием данной техники выполняется большой объем t земляных работ, связанных с сооружением каналов и гидротехнических устройств, мелиорацией и осушением земель, разработкой полезных ископаемых открытым способом: на угольных разрезах, строительных карьерах, на железорудных карьерах горно - обогатительных комбинатов.

Большой вклад в теорию и практику создания, совершенствования и модернизации электропривода ЭКГ различной производительности, а также управления им внесли: В.И. Ключев, В.В. Сафошин, A.M. Лузянин, А.Я. Микитченко, М.В. Мительман, С.В. Павленко, В.А. Осетров, С.В. Горшков, Э.Л. Греков, Т.З. Портной, Н.Н. Чулков, A.M. Усманов; Б.М. Парфёнов, А.И. Коган, Ю.Я. Вуль, В.Б. Славгородский и др.

Следует отметить, что вопросы исследования и модернизации систем управления главных ЭП карьерного экскаватора приобретают все большее значение, что обусловлено возможностью существенного увеличения срока службы, обеспечения работы в жестких условиях эксплуатации, универсальности регулировочных свойств, а также достаточной гибкости в управлении. Кроме того, в условиях серийного производства низковольтных комплектных устройств (НКУ) модернизация систем управления затруднена, так как требует дополнительных затрат, связанных с изменением технологической оснастки, контрольно — поверочной аппаратуры и конструкторской документации.

Основные исследования в этой области ориентированы на решение прикладных вопросов проектирования отдельных узлов НКУ и их конструктивного совершенствования. Значительно меньшее количество работ посвящено вопросам разработки новых универсальных алгоритмов и методов управления электромеханическими системами, направленных на улучшение их энергетических показателей. В4 этой связи в области разработки систем управления экскаваторными электроприводами возникает ряд вопросов1 и связанных с ними проблем теоретического и прикладного характера, для решения которых необходимо проведение соответствующих исследований.

Таким образом, актуальность диссертационного исследования продиктована необходимостью создания высоконадежной системы управления экскаваторным электроприводом, а также совершенствования средств повышения качества рабочих процессов и динамических свойств соответствующих электротехнических комплексов, в том числе на' базе энергосберегающих технологий.

Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Вычислительные системы и программно-аппаратные электротехнические комплексы».

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ является система управления электроприводом (ЭП) подъема и напора.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью диссертационной работы является разработка и исследование системы управления применительно к условиям экскаваторных электроприводов копающих механизмов, реализующей двухзонный метод регулирования скорости и режима автокопания1 при» совместной работе ЭП подъема и напора одноковшового карьерного экскаватора-лопата ЭКГ-10, выполненного по системе тиристорный возбудитель-генератор-двигатель.

Исходя из данной цели, в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Проанализировать ' существующие системы управления экскаваторными электроприводами.

2. Разработать общие и специфические требования, предъявляемые к электроприводам основных механизмов одноковшовых экскаваторов.

3. Разработать математическую модель для исследования существующей двухконтурной системы управления по системе ТВ-Г-Д.

4. Разработать математическую модель двухзонной системы регулирования скорости по системе ТВ-Г-Д.

5. Провести анализ объекта исследования с позиции увеличения срока использования электрического и механического оборудования, снижения динамических нагрузок и повышения коэффициента загрузки оборудования. i

6. Осуществить разработку и анализ режима автокопания в условиях совместной работы ЭП подъема и напора.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для решения поставленных в диссертации задач использовались методы теории автоматического управления, теории автоматизированного электропривода, теории систем управления электроприводами; а также методы теории оптимального управления, прикладные методы математического моделирования и компьютерных технологий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Разработаны функциональная схема и математическая модель ЭП подъема и напора, отличающиеся реализацией двухзонной системы регулирования скорости по системе ТВ-Г-Д и позволяющие осуществить анализ средств повышения эффективности управления' рабочими органами экскаватора, как альтернативы существующей двухконтурной СУ.

2. Предложен модифицированный метод управления^ экскаваторным электроприводом, отличающийся ре1улированием тока возбуждения ДПТ НВ в контуре регулирования ниже скорости идеального холостого хода;

3. Разработан способ управления электроприводом экскаватора в режиме автокопания, обеспечивающий сглаживание пиков нагрузки, что> позволяет осуществить снижение динамических нагрузок и< повысить, коэффициент загрузки* оборудования. .

4. Разработана математическая модель режима автокопанияi в условиях совместной» работы ЭП подъема и напора, позволяющая осуществить оперативную адаптацию системы управления к изменяющемся условиям работы рабочего органа машины.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

Предложенные в работе математические модели анализа альтернативных систем управления могут найти свое применение по двум направлениям: во-первых, в рамках проектных работ при разработке систем управления электроприводами подъема и напора в опытно-конструкторских бюро; научно-исследовательских и проектных организациях; во-вторых, в рамках программно-аппаратных комплексов автоматизированных системах управления сложными электротехническими комплексами.

Полученные в работе теоретические результаты также могут быть использованы в учебном процессе для подготовки студентов соответствующих специальностей.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов работы в промышленность обусловлен повышением функциональной надежности элементов соответствующих электротехнических систем и снижением затрат на энергопотребление.

РЕАЛИЗАЦИЯРЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основные теоретические результаты внедрены:

• В учебный процесс кафедры «Автоматика и информатика в технических системах» Воронежского государственного технического университета в рамках курса «Теория электропривода» и «Системы управления электроприводами» для студентов специальности 180400 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»

• В учебный процесс кафедры «Техника и технология горного производства» Московского государственного! открытого университета в рамках курса «Электрический привод» и «Электромеханика» для студентов специальности 140211 «Электроснабжение», филиал в г.Губкин.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Региональной научно-технической конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж^ 2003г.); на Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве НТ - 2004» (Воронеж 2004г.); на научно-технической конференции «Образование, наука, производство и управление» СТИ МИСиС (Старый Оскол 2007г.); на Международной конференции «Высокие технологии энергосбережения» (Воронеж 2007г.) и на Межрегиональной научно-технической конференции «Роль вузовский науки в обеспечении качества подготовки специалистов» МГОУ (Губкин 2008г.).

Кроме того, результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Автоматика и информатика в технических системах», Воронежского государственного технического университета (2003-2008г.г.).

ПУБЛИКАЦИИ.

По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе одна статья в издании рекомендованном ВАК РФ.

В работах, опубликованных в соавторстве лично соискателем: в [2, 6] приведен анализ динамических свойств электропривода подъема и напора существующей двухконтурной системы управления; в [3, 7] проанализированы преимущества однодвигательного электропривода напора, перед двухдвигательным; в [4, 5, 9] проанализированы особенности построения систем управления экскаваторными электроприводами; в [8; 11, 12] осуществлена разработка двухзонной системы регулирования скорости экскаваторного электропривода подъема и напора; в [1, 10, 13] предложен ^ адаптивный режим автокопания для совместной работы ЭП подъема и ЭП напора:

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка использованных литературы из 124 наименований и содержит 146 страниц машинописного текста, 132 рисунков, 19 таблиц и 5 приложений.

ВЫВОДЫ

Двухзонную САР можно внедрять как при полной модернизации .главных приводов экскаваторов, так и как дополнительную к уже установленным, ш работающим электроприводам. Отправной точкой для1 внедрения двухзонной САР на экскаваторах является то, что* при номинальном токе возбуждениям электродвигателей железо главных полюсов намагничено на 75%. При подаче в» обмотку двух кратного I возбуждения момент двигателя, возрастает на 20-25%, а при снижении I возбуждения, до 0.7-0.8% момент двигателя пропорционально падает, а, обороты возрастают на 15-17%. Диапазон изменения момента развиваемого двигателем от Mmin до Мтах равен* 40-45%. Выборка зазоров в; редукторах приводов подъема; напора и венцовых шестернях привода поворота' осуществляется при ослабленном L возбуждения (моменте) при1 начале1 движения и начале торможения. После выбора зазоров происходит контролируемое САР увеличение I возбуждения- до 2-х 1ном и более-интенсивный разгон или торможение электропривода. Нагрев двигателей от повышенного возбуждения не происходит, т.к. разгон и торможение электроприводов не превышает 20% рабочего цикла экскаватора. В остальное время двигатели работают с пониженным возбуждением.

Положительные результаты при* внедрении двухзонной САР заключаются:

- в сокращении цикла экскавации и повышение производительности, либо1 снижение max U и I всех электроприводов, на 10-15% при той же производительности;

- в снижении динамических ударов в механизмах и соответственно' электродинамических ударов в обмотках электродвигателей и генераторов; в увеличении срока службы механизмов, электродвигателей, генераторов и снижение затрат на их обслуживание.

ЭКГ

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ -ЮС ПРИМЕНЕНИЕМ ДВУХЗОННОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

В данной главе провиден сравнительный анализ результатов моделирования двухконтурной системы управления и двухзонной системы регулирования скорости. Приведены для удобства визуализации совмещенные переходные характеристики обоих систем управления. Сделаны выводы.

Рассмотрены данные натурного эксперимента и сделан анализ результатов моделирования двухзонной системы регулирования скорости.

4.1 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ДВУХКОНТУРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ДВУХЗОННОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ I

Для проведения сравнительного анализа существующей двухконтурной системы управления и предложенной новой разработанной двухзонной системы регулирования скорости возникла необходимость совмещения переходных характеристик для визуального анализа, методом наложения графиков переходных процессов друг на друга.

На рисунках 4.1, 4.2, 4.3 и 4.4 представлены переходные характеристики скорости и тока якоря электродвигателей подъема и напора при номинальной нагрузки.

На рисунках 4.5 и 4.6 приведены графики нагрузок для ЭП подъема и напора, совпадающие для обоих СУ.

На рисунках 4.7, 4.8, 4.9 и 4.10 представлены переходные характеристики скорости и тока якоря электродвигателей подъема и напора при возникновении случайной нагрузки.

Рис. 4.1. Переходная характеристика функции скорости ЭД подъема (1 - Двухконтурная СУ, 2 - Двухзонное регулирование скорости)

Рис. 4.3. Переходная характеристика функции скорости ЭД напора (1 - Двухконтурная СУ, 2 - Двухзонное регулирование скорости)

1а, А

5 1« t, С

Рис. 4.4. Переходная характеристика функции тока ЭД напора (1 - Двухконтурная СУ, 2 - Двухзонное регулирование скорости)

14И1

12119

1IIII

• 21 41 tl II 1» t, С

Рис. 4.5. Характеристика генератора случайных чисел (подъем)

ЯП

7IH em

5IIS зт

2111

1Ш

• 21 41 61 II 1М t, С

Рис. 4.6. Характеристика генератора случайных чисел (напор)

Рис. 4.7. Переходная характеристика функции скорости ЭД подъема (1 - Двухконтурная СУ, 2 - Двухзонное регулирование скорости) la, А

25Н

2111

1511

ИИ

511

V. 1

KZl

1 21 41 61 81 111 t, С

Рис. 4.8. Переходная характеристика функции тока ЭД подъема (1 - Двухконтурная СУ, 2 - Двухзонное регулирование скорости)

Рис. 4.9. Переходная характеристика функции скорости ЭД напора (1 - Двухконтурная СУ, 2 - Двухзонное регулирование скорости) la, А гам

1508

1ма

5М

- 2 rv

-5Н

2>

4> ее

•• t, с

Рис. 4.10. Переходная характеристика функции тока ЭД напора (1 - Двухконтурная СУ, 2 - Двухзонное регулирование скорости)

Рис. 4.11. Экскаваторная механическая характеристика ЭД подъема (1 - Двухконтурная СУ, 2 - Двухзонное регулирование скорости)

Рис. 4.12. Экскаваторная механическая характеристика ЭД напора (1 - Двухконтурная СУ, 2 - Двухзонное регулирование скорости)

На рисунках 4.11 и 4.12 приведены экскаваторные механические характеристики электропривода подъема и напора, соответственно.

4.2 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВУХЗОННОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ С ДАННЫМИ НАТУРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

На рисунках 4.11, 4.12 и 4.13 представлена зависимость напряжения от тока якоря, кривая намагничивания и экскаваторная механическая характеристика ЭД, соответственно, для ЭП поворота.

На рисунках 4.14, 4.15 и 4.16 приведена зависимость напряжения от тока якоря, кривая намагничивания* и экскаваторная механическая характеристика

ЭД, соответственно, для ЭП подъема.

Все эти характеристики получены при проведение натурного 2 эксперимента на карьерном экскаваторе типа ЭКГ-8 (объем ковша 8 м ). и'Ч n / у. Л ' / у / tv ' / / •v /, / '' / / / * \

V/ / . / / / / , /' у \

1/ х- / / / ' / у / ' / /' / / / / У

1 / /у v /■ У / / /' / / ] у // ' / / / / у S t 1 / f< v X / / / / / У / / 1 / J / /" / / / / / / у у / у у у / 1 \ / ' г" / У / у / / /У/ / У

Рис. 4.13. Переходная характеристика зависимости напряжения от 1а

1 [

1„,Л г д

26 / f

J / /

14 /

8 / бОО ЗОО ЗОО 600 ГЯ,А

Рис. 4.14. Переходная характеристика кривой намагничивания и/- Л t > ii

S л

J. л 1

1

Л<Т

Рис. 4.15. Экскаваторная механическая характеристика ЭД поворота

Рис. 4.16. Переходная характеристика зависимости напряжения от I.

Рис. 4.18. Экскаваторная1 механическая характеристика ЭД подъема

Экскаваторная механическая характеристика для ЭП подъема, снятая путем натурного эксперимента (см.рис.4.18) от источника стабилизируемого питания (до 75 мВ), имитируя работу токовой отсечки, были получены I следующие характеристики: 1-для системы МУ-Г-Д и 2-для двухконтурного регулирования скорости системы ТВ-Г-Д трех положений командоконтроллера (данные завода изготовителя для ЭД подъема Р=200кВт, ЭКГ-8); и 3-для двухзонного регулирования скорости системы ТВ-Г-Д.

Если мы совместим в относительных единицах, аппроксимированную экскаваторную механическую характеристику ДПТ НВ ЭП подъема (Р = 200' кВт), снятую путем натурного эксперимента с экскаваторной механической характеристикой ДПТ НВ ЭП напора той же мощностью (Р = 200кВт), но полученную путем математического моделирования (см.рис.4.19,) то мы увидим, что на характерных участках они совпадают. 1 к

Рис. 4.19. Сравнительная экскаваторная механическая характеристика (1 - полученная в результате моделирования 2- полученная в результате натурного эксперимента)

Разработанная САР проходила испытания на Лебединском ГОКе в течение четырех месяцев на ЭКГ-8 и на Стойленском ГОКе в течение трех месяцев на ЭКГ-10.

Сравнивая совмещенные переходные характеристики изображенные на рис.4.1. и 4.3., 4.2. и 4.4. полученные при номинальном режиме работы как двухконтурного управления так и двухзонного регулирования скорости, мы видим, что расхождения небольшие. Но если сравнить переходные характеристики полученные на рис.4.7. и 4.9., 4.8. и 4.10. при появление случайной нагрузки (или в режиме стопорения) мы сразу увидим преимущества двухзонного регулирования перед двухконтурным управлением, а именно исключаются броски и провалы в характеристиках, сокращается время переходных процессов.

Сравнивая экскаваторные механические характеристики (см.рис.4.11. и

4.12.) для ЭП подъема и ЭП напора мы увидим, что при подаче в обмотку двух кратного 1в03б. момент двигателя возрастает на 20-25% и обороты возрастают на 15-17%. Диапазон изменения момента развиваемого двигателем от Mmin до Мтах равен 40-45%. Выборка зазоров в редукторах приводов подъема, напора и венцовых шестернях привода поворота осуществляется при ослабленном I возбуждения (моменте) при начале движения и начале торможения. После выбора зазоров происходит контролируемое САР увеличение I возбуждения до 2-х 1ном и более интенсивный разгон или торможение электропривода. Нагрев двигателей от повышенного возбуждения не происходит, т.к. разгон и торможение электроприводов не превышает 20% рабочего цикла экскаватора. В остальное время двигатели работают с пониженным возбуждением.

Проведенные промышленные испытания и анализ полученных переходных характеристик при математическом моделирование и натурном эксперименте показали, что разработанная математическая модель адекватно отражает действительность и может применяться для исследований одномассовой системы карьерных электроприводов подъема и напора, а также при разработки НКУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ t >

При решении поставленных в рамках диссертационного исследования задач, в области сбережения энергоресурсов экскаваторного электропривода, в работе получены следующие основные результаты:

1. Проанализированы существующие системы управления j экскаваторными электроприводами.

2. Сформулированы основные и специфические требования, предъявляемые к электроприводам основных механизмов одноковшовых экскаваторов.

3. Провиден анализ оптимальной структуры двухконтурной системы управления экскаваторного электропривода по системе ТВ-Г-Д, а также разработана математическая модель для исследования существующей I двухконтурной системы управления для ЭП подъема и напора.

4. Предложена и разработана функциональная схема экскаваторного электропривода с двухзонным регулированием'скорости по системе ТВ-Г-Д; а также разработана математическая модель ЭП подъема и напора, реализующая двухзонную систему регулирования скоррсти по ТВ-Г-Д.

5. Проведен анализ, а также исследования с позиции увеличения срока , использования электрического и механического оборудования, снижения ) динамических нагрузок и повышения коэффициента загрузки оборудования.

6. Предложена система управления, реализующая режим автокопания режим совместной работы) ЭП подъема и напора, позволяющая осуществить оперативную адаптацию к изменяющемся условиям работы рабочего органа машины без участия машиниста. Разработана математическая и структурная модель реализации режима автокопания.

7. Проведенная промышленная апробация и полученные характеристики подтвердили целесообразность и объективную необходимость проведения' дальнейшей модернизации существующей СУ на основе двухзонного метода управления.

1. Абрамов Б.И., Портной Т.З. и др. Направления совершенствования электрооборудования одноковшовых экскаваторов // Электротехника. 2001. №1.

2. Абрамов Б.И., Парфенов Б.М., Шевырев Ю.В. Методы выбора параметров ФКУ ступенчатого типа для тиристорных электроприводов в системах соизмеримой мощности // Электротехника, 2001. №1. с. 23-27.

3. Абрамович М.И., Бабайлов В.М., Ливер В.Е. и др. Диоды и тиристоры в преобразовательных установках. М.: Энергоатомиздат. 1992. 432 с. ил.

4. Автоматизированный электропривод // Сб. науч. тр. ОАО «Электропривод» / Под общ. ред. Юнькова М.Г., Слежановского О.В. М.: Изд. «Знак», 2002. 272 с.

5. Бариев Н.В. Электрооборудование и электропривод одноковшовых экскаваторов. М: Недра, 1970 248 с.

6. Беспалов В.Я. Современные коллекторные двигатели // Электропривод постоянного тока. Состояние и тенденции.: Докл. на науч.-практич. семинаре 5 февраля 2002 г. М.: Изд-во МЭИ. 2002. с. 4-12.

7. Бессонов И.В., Копылов Н.А. Сравнение тхнических характеристик электроприводов экскаваторов РН-2300 фирмы «Harnischfeger» и ЭКГ-20.

8. Букатова В.Е., Винакуров С.А. Основы теории систем подчиненного управления электроприводами. Учеб.пособие. Воронеж: ВГТУ, 2003 — 98 с.

9. Бурковский В. Л., Шкода Р.В. Анализ систем управления экскаваторными электроприводами // Промышленная информатика П 2006: межвуз. сб: науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2006. С. 103-111.

10. Бурковский В.Л., Шкода Р.В. Моделирования энергосберегающего режима автокопания // Международная конференция: высокие технологии энергосбережения. Воронеж: Кварта 2007. С. 20-23.

11. Бурковский В. Л., Шкода Р.В. Анализ режима автокопания экскаваторного электропривода // Электротехнические комплексы и системы управления: науч.-техн. журнал, выпуск 2008/ 1(9). Воронеж: Кварта 2008. С. 23-25.

12. Ващенко А.ГЬ, Онищенко Г.Б. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод // Сер. «Электропривод и автоматизация промышленных установок» (Итог науки и техники). М.: ВИНИТИ, 1988. 96 с.

13. Вешневский С.Н. Характеристики двигателей в, электроприводе. M.:-JI.: Энергия, 1966: 400*с.

14. Волков' Д.П., Каминская Д.А. Динамика электромеханических систем: — М: Мишиностроение, 1971. 384 с.

15. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978. 832 с.20: Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. М.: Изд. Дом Додэка-ХХ1, 2001. 384 с.

16. Вуль Ю.Я., Ключев В.И., Седаков Л.В. Наладка электроприводов экскаваторов. М., Недра, 1969. 312 с.

17. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем' в MATLAB 6.0: Учебное пособие. СПб.:. КОРОНА принт. 2001. 320 с. ил.

18. Глинкерник С.Р. Тиристорные преобразователи со статическими компенсирующими устройствами. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд, 1988. 240 с.

19. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов // Под редацией В.А. Лабунцова. М.: Энергоатомиздат. 1988. 320 е.: ил.

20. Гультяев А.И. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебный курс. СПб.: Питер, 2000. 430 с.

21. Добрусин Л.А., Павлович А.Г. Влияние конденсаторов в составе фильтро-компенсирующего устройства'на несинусоидальность напряжения сети. Электричество. №12. 1975. с. 71-74.

22. Добрусин Л.А., Павлович А.Г. Выбор средств компенсации для сетей с тиристорными преобразователями. «Электротехническаяпромышленность». Серия «Преобразовательная техника». Вып. 9. /56/, 1974, с. 25-27.

23. Дорофеюк А.С., Хечумян А.П. Справочник по наладке электроустановок. Изд. 2-е, перераб. И доп. М., Энергия, 1976. 560 с.

24. Дьяконов В .П. Справочник по MathCAD-Plus 6.0 PRO. М.: СкПресс, 1997. 336 с.

25. Елисеев В.А., Шинянский А.В. Справочник по автоматизированному электроприводу. М.: Эергоатомиздат, 1983. 616 с.

26. Ермуратский П.В., Косякин А.А., Лычкина Г.П. и др. Справочное пособие по основам электротехники и электроники // Под редакцией А.В. Нетушила. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Энергоатомиздат, 1997. 352 е.: ил.

27. Ефимов В.Н., Цветков В.Н., Садовников Е.М. Карьерные экскаваторы. М.: Недра. 1994.

28. Загривный Э.А., Козярук А.Е. и др. Электропривод и автоматика горных машин и технологических комплексов // Горный журнал. 1998. №10.

29. Ильинский Н.Ф., Юньков М.Г. Итоги развития и проблемы электропривода // Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1990. с. 4-14.

30. Инструкция по наладке схем управления главными приводами экскаватора ЭКГ 10. - Губкин, ОАО ЛГОК, Рудоуправление, 2001. - 21 с.

31. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2001. 704 с.

32. Ключев В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода, М., Энергия, 1971. 320 с. с ил.

33. Ключев В.И. Автоматизация реверсивных электроприводов (подъемно-транспортные машины), М.-Л., Энергия, 1966. 144 с. с черт.

34. Ключев В.И. Разработка и исследование экскаваторных электроприводов // Электротехника. 1995. №10.

35. Ключев В.И. Теория электропривода: учебник для вузов. М., Энергоатомиздат. 2002. 560 е.; ил.

36. Ключев В.И. / Под ред. Л.В. Жильцова. Энергетика электропривода. М.: МЭИ, 1994. 84 с.

37. Ключев В.И., Калашников Ю.Т., Данченков А.А. и др. Разработка унифицированной системы тиристорного возбуждения для экскаваторных электроприводов // В книге «Автоматизированный электропривод». М., Энергоатомиздат, 1990. с. 280-284.

38. Ключев В.И., Микитченко А .Я., Сафошин В.В. Модульные тиристорные преобразователи для тяжелых условий эксплуатации // Приводная техника. 1997. №3. с. 33-34.

39. Ключев В.И., Миронов Л.М. Оптимизация регулируемого электропривода с упругими связями по критерию минимума колебательности / Ключев В.И. М.: Энергоатомиздат, 1998. с.602-618.

40. Ключев В.И., Миронов Л.М., Ефимов В.Н. Серия унифицированных модульных тиристорных преобразователей для тяжелых условий эксплуатации // Горные машины и автоматики. 2001. №10. с.25-27.

41. Ключев В.И., Миронов Л.М., Постников С.Г. Комбинированное моделирование электроприводов // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Сб. науч. тр. Междунар. конф. В 2-х ч. 4.2. ВолгГТУ. Волгоград, 2000. с. 80-81.

42. Ключев В.И., Миронов Л.М., Постников С.Г., Сапельников А.С. Моделирование модельного транзисторного преобразователя для электроприводов постоянного и переменного тока // МГОУ-ХХ1-Новые технологии. 2000. №3. с. 48-52.

43. Ключев В.И., Миронов Л.М., Резниковский A.M., Фомин С.А. Разработки и исследования экскаваторных электроприводов // Электротехника. 2000. №2. с. 20-25

44. Ключев В.И., Миронов JI.M., Сафонов Ю.М., Резниковский Л.М., Сапельников А.С., Шеляховский М.А., Фомин G.A. // «Применение силовой электроники в электротехнике», М: МНТОРЭС имени А.С. Попова, 2000 г.

45. Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация: общепромышленных механизмов. Mi, Энергия. 1980.

46. Краткая информация о новых разработках в области экскаваторного электропривода на кафедре АЭП МЭИ / В.И. Ключев, JI.M. Миронов и др. // Электропривод и системы управления. Тр. Моск. энерг. Ин-та. 2001. Вып. 677. с. 4-10.

47. Кудрявцев А.В., Ладыгин А.Н. Современные преобразователи частоты в электроприводе // Приводная техника. 1998. №3. с. 21-28.

48. Кудрявцев А.В., Ладыгин А.Н. Современные преобразователи частоты в электроприводе // Преобразователи частоты в современном электроприводе: Докл. науч.-прак. семинара 3 февраля 1998 г. М.: Изд-во МЭИ. 1998. с. 4-30.

49. Лузянин A.M., Микитченко А .Я., Греков Э.Л. Системы управления экскаваторными электроприводами производства ОАО «Рудоавтоматика». г.Железногорск. rudavt@046.ru

50. Микитченко А.Я., Беспалов В.Я. Модернизация двигателя постоянного тока под экскаваторный электропривод переменного тока по, системе НПЧ-АД. ОАО Рудоавтоматика. г.Железногорск, МЭИ. г.Москва. rudavt@046.ru

51. Миронов Л.М. Модификация модульных преобразователей частоты, // Привод и управление. 2001. №4. с. 20-23.

52. Миронов Л.М. Разработка и исследование серии модульных тиристорных экскаваторных преобразователей постоянного тока. // Доклады научно-практического семинара. М.: Издательство МЭИ, 2002. 72 с.

53. Миронов Л.М., Постников С.Г. Имитационное моделирование электропривода постоянного тока7/ Вестник МЭИ.2000. №4. с. 61-68.

54. Павленко С.В: Диссертация на соискания ученой степени кандидата технических наук «Модернизация- главных электроприводов действующего парка карьерных экскаваторов». М.: 2003.

55. Павленко С.В. Система: тиристорный преобразователь-двигатель для экскаватора ЭКГ-4,6. Тезисы докладов 6-й Международной- научно-технической конференции студентов и аспирантов в Москве. 1-2 марта 2000 г. с. 103-104.

56. Павленко С.В. Экскаваторы с разными системами управления, главных электроприводов для горнорудных предприятий; Статистический анализа надежности // Привод исправление. 2001. №1 с. 6-10.

57. Певзнер Л.Д., Ломакин М.С. Современное . состояние и перспективы., развития систем: электропривода и автоматизации одноковшовых экскаваторов (обзор). Московский государственный1 горный университет. 2000.

58. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых горных работ. М.: Недра. 1985.

59. Портной Т.З., Парфенов Б.М. Современный электропривод карьерных экскаваторов // Привод и управление, 2001. №1. с. 2-6.

60. Портной Т.З., Парфенов Б.М., Коган А.И. Современное: состояние и; направления; развития электротехнических комплексов одноковшовых экскаваторов: Me, Знак. 2002; 113 с.

61. Портной Т.З., Ушаков Л.И. и др. Проблемы создания электроприводов с тиристорными преобразователями для нестационарных условий работы горных механизмов // В кн. «Автоматизированный электропривод». М.: Энергия-1980. с. 317-328.

62. Преображенский В.И. Полупроводниковые выпрямители. — Mi: Энергоатомиздат, 1986. 82 с.

63. Преобразователи частоты в современном электроприводе: // Доклады научно-практического семинара. М.: Издательство МЭИ. 1998. 72 с.

64. Преобразователь тиристорный экскаваторный моноблочный тииа ПТЭМ — 2Р — 2М;. Руководство, по эксплуатации: — Губкин, ОАО ЛГОК, Рудоуправление, 2001 — 37 с.

65. Применение; силовой; электроники в; электротехнике / Ключев В.И., Миронов Л.М. и др. М.: МНТОРЭС имени А.С. Попова; 2000 г. с. 17-22.

66. Проблемы, автоматизированного- электропривода, теория и практика. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. Выпуск 113. ХГПУ 2000.

67. Разработка и исследования экскаваторных; электроприводов // В.И. Ключев, Л.М. Миронов, A.M. Резниковский, С .А. Фомин. Электротехника. 2002. №2. с. 20-25.

68. Резинский С.Р., Мошкович Б.И;, Евзеров И.Х., Венделанд В.М. Силовые полупроводниковые преобразователи в* металлургии. Справочник. М., Металлургия, 1976. 184 с.

69. Рейнгольд Ю.Р. Новые разработки для. модернизации электроприводов мощных экскаваторов // Электротехника. 2001. №1.

70. Реконструкция, модернизация; наладка, сервис электропривода экскаваторов; Проспект ОАО «Рудоавтоматика», г. Железногорск Курской обл. 2000.

71. Сапельников A.G. Разработка и исследование модульного экскаваторного преобразователя на транзисторах' IGBT. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: 2001.

72. Сафошин В.В., Лузянин A.M., Микитченко, Черкаев)В.И1, Греков-Э.Л:, Павленко С.В. Полупроводниковые преобразователи ОАО «Рудоавтоматика» для экскаваторного электропривода. Статья в «ПУ» С.К. Козыреву, rudavt@046.ru

73. Силовая электроника. Полупроводниковые приборы. Каталог ОАО * «Электровыпрямитель». Саранск. 2000.

74. Соколов Н.Г. Основы конструирования электроприводов. М::\ Энергия. 1971. изд. 2-е, перераб. И доп. 256 с. ил.89: Справочник энергетика карьера1. Под ред. В.А. Голубева. М:: Недра, 1986. 420 с.

75. Стандарт предприятия: СТП ЕИЛА-149-86. Оценка надежности САУ электроприводами на стадии проектирования'.

76. Тезисы докладов на IV Всесоюзной конференции по электроприводу экскаваторов. М.: Информэлектро. 1989.

77. Терехов В.М. Современные способы управления1 в электроприводе // Электротехника. 2000. №2. с. 15-19.

78. Терехов В.М., Осипов О.И. Система управления электроприводов. — М: Академия, 2005. 304с.

79. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе / А.Я. Берштейн, Ю.М. Гусяцкий, А.В. Кудрявцев, Р.С. Сарбатов; Под ред. Р.С. Сарбатова. М.: Энергия, 1980. 328 с.

80. Хоровец П., Хилл У. Искусство! схемотехники: Пер. с англ. — 5-е. изд.,. перераб. -М.: Мир, 1998.

81. Хабигер Э. «Электромагнитная совместимость, основы ее обеспечения в технике»: пер. с нем. Москва Энергоатомиздат, 1995 г. 304 с.

82. Чебовский 0;Г. и др: Силовые полупроводниковые приборы: Справочник;:. М.: Энергоатомиздат. 1985.

83. Чулков IT.H. Расче т приводов карьерных машин. М., Недра, 1987. 196 с.

84. Шкаф управления главными приводами экскаватора ЭКГ-Ш Паспорт. Низковольтное комплектное устройство типа ЭГ-10-У2. Железногорск, ОАО Рудоавтоматика 2002 - 54 с.

85. Шкода Р.В. Динамические свойства привода напора экскаватора ЭКГ 10 // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании,4, управлении, производстве: труды? регион, науч.-техн. конф: Воронеж: ВГГУ, 2003. С 174-176.

86. Шкода Р.В. Сравнительный анализ динамических свойств двухдвигательного и;однодвигательного электропривода напора ЭКГ 10 / Р.В. Шкода, Ю:М. Фролов, А.В: Романов // Промышленная информатика: сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2003. С 140-143.

87. Шкода Р.В., Фролов Ю.М. Исследования приводов подъема и напора экскаватора ЭКГ — 10 // Промышленная информатика П-2004: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2004. С. 81-86.

88. Шкода Р.В., Бурковский B.JI. Анализ системы двухзонного регулирования скорости на экскаваторных электроприводах // Электротехнические комплексы и системы управления: науч.-техн. журнал, выпуск 2007/1 (7). Воронеж: Кварта 2007. С. 2-6.

89. Шкода Р.В., Бурковский B.JL, Титов B.C. Двухзонное регулирование скорости в энергосберегающей системе экскаваторного электропривода постоянного тока // Международная конференция: высокие технологии-энергосбережения. Воронеж: Кварта 2007. С. 86-88.

90. Шкода Р.В., Бурковский B.JI. Моделирование электропривода подъема карьерного экскаватора ЭКГ-10 // Образование, наука, производство и управление: науч.-техн. конф. Старый Оскол: СТИ, МИСиС, 2007. С. 3544.

91. Щадов М.И., Подэри Р.Ю. Справочник. Механика открытых работ Экскавационно транспортные машины циклического действия. — М: Недра, 1989. - 374с.

92. Экскаватор карьерный гусеничный типа ЭКГ-10. Старый Оскол: Рудоуправление, ОАО СГОК, 1996. - 99 с.

93. Экскаваторы ЭКГ-10. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Губкин: ОАО ЛГОК, Рудоуправление, 2001. —86 с.

94. Экскаваторы ЭКГ-10. Техническое описание и инструкция по эксплуатации электроприводов. — Старый Оскол: ОАО СГОК, 1999. — 168 с.

95. Электропривод и сетевые технологии: Доклады научно-практического семинара, 4 февраля 2003 г., Москва. М.: Издательство МЭИ. 2003. 144 с.

96. Электропривод и системы управления: Труды Московского энергетического института. 1997. Вып. № 675.

97. Электропривод постоянного тока. Состояние и тенденции. // Доклады научно-практического семинара. М.: Издательство МЭИ. 2002. 72 с.

98. Электротехнический справочник. В 3 т. Т. 3: Под общ. ред. профессоров МЭИ: И.Н. Орлова (гл. ред.) и др. 7-у изд., испр. И доп. М.: Энергоатомиздат, 1988. 616 е.: ил.

99. Перевод материалов фирмы «Harnischfeger» по экскаватору модели Р&Н 2800. Ред. Маслов И.Г. ВНИИЭлектропривод. 1975.

100. Проспект фирмы «Bucyrus Erie». 1987.

101. Проспект фирмы «Harnischfeger». 1987.

102. Проспект компании «Объединенная энергия». 2000

103. Рис.1. Общий вид экскаватора типа ЭКГ-10

104. Рис.2. Расположение электрооборудования на поворотной платформе1. РУП380/22С1. А 9. А10)1. Пи Напенобание Кол

105. W ГЩюдои ощанй Шапаь СИ 800-642 1йн Генератор постояшо тока ГШ 300 - Ю00-42 Шът! 1

106. GSP Гещшор тетиного таяГПЗ (50 - Ш - УЯпаЬщп-ха! 1

107. ССР Генерамр лосшяшо нага ГТВ 220 - ХЮО - Ь0нчюр-хаИ 1мю Злещюдбигалепь абдубо генеращю подъема 1

108. Mil Злещюдбигате/ь обдфо генератора (т&орап-ход 1

109. М12 ЭяекароВбигвюъ абдфа генератора frenop-xoSl 1мнт Зжтродбигапе/ъ подъема MB350 900-42 2hЧ,№ ЗлещвдСигате/ъ обдуСю уж/проприбода подъема 2

110. M2S Эйещюдбцгшйе/ь котрессоро 1

111. M1S.M2S Злещидбигапе/ъ поборот пмщгь МЗВ 812 IfflkBtnl 2тт ЗжщодЬмтль обдубо у&ЩХГриЬода поборот 2

112. YBS ГШмобенгш, злехтроприбодо поборото 1

113. ГВС Пнейноб&шяь электропривода нщю 1

114. Пебнобенпиль элещюприбода подъема 1т Граефорютар пзВст1&шг нрд i

115. TV2 Т/хнсфармотор осбещешя 1т Грасформатор цепей упрабгения 1мх ЗлекщоаЗбигапе/ь напора MB 200 750-42 1

116. MB Злекгяродбигяпель обдуба злекгщяприбода напора 11 Шинная пуфяш 12 Хомойткрат напора 1

117. М2 йбигапе/ъ аткрыйтия днища кобшо 11. ХА Калиевой пхжоаривнх 1

118. А1 Высокобо/ьжэе рапределительюе усщхйстба t

119. А2 Шкаф упроб/тя гпйтт прибодст 11. A3 Шкаф сшюбш гуибодоВ 1м Шкаф /итшх конмхщюб 1

120. AS Шкаф Вспамогте/ыт прибадоб !1. А6 Пулт <ррабления 1

121. А7 Ксго&хащюплер ЗПююр/хад дергач сигнал 1

122. AS Кою&ксмпраллер ЗП подъем/ход поборот 11. А9 РУЛ-360/0 цепях 380W 1

123. АЮ РИЛ -220 (В цепях 220В! 1

124. Alt Шкаф кемщшя ихляцш lb цепях постоянного тока! 1

125. Технические характеристики ЭКГ — 10