автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Модульные методы в задачах проектирования и синтеза единых серий крупных машин постоянного тока

Условные обозначения

ВВВДЕНИЕ

1. МОДУЛЬНАЯ СТРУКТУРА МПТ И СИНТЕЗ РЯДОВ ТИПО-ГАЕАРИТОВ ПРОКАТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1.1. Физическая сущность модуля. Модульная конструкция главной электрической цепи МИГ

1.2. Сущность модульного метода синтеза.рядов типо-габаритов МПТ возрастающей мощности

1.3. Задачи работн^^Т/. л»»«.;:'

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСШВЙДЮДУЛЬНЬК ПРИНЦИПОВ АНАЛИЗА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2.1. Модуль как элементарный преобразователь электрической энергии в механическую

2.2. Типовой строительный элемент синтеза машин

2.3. Модуль как типовой носитель информации

2.4. Выводы

3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОДУЛЬНЫХ ПРОКАТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРЩЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ 76 3.1. Проектирование МПТ как многокритериальная задача оптимизации типовых модулей

3.1.1. Критерии диагностики основных видов напряженности МПТ предельной мощности

3.1.2. Оптимальность модуля

3.1.3. Взаимное влияние электромагнитных нагрузок и размеров

3.1.4. Оптимизированное проектирование подсистемы предельной мощности П

3.2. О выборе величины воздушного зазора под серединой главного полюса •

3.3. Выводы 125 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МОДУЛЬНЫХ МЕТОДОВ. УРОВЕНЬ КАЧЕСТВА МАШИН МОДУЛЬНЫХ СЕРИЙ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

4.1. Методика проектирования модулей

4.2. Серии и ряды модульных прокатных двигателей

4.3. Уровень качества машин модульных серий

4.4. Экономическая эффективность внедрения модульных оптимизированных прокатных двигателей, регулируемых полем

Основные результаты работы представлены в следующих выводах:

1. Исследованы причины структурной и общей несистемности элементов и параметров прокатных двигателей предельной мощности серии П2. Ими являются способ соединения обмоток ДП и КО в две параллельные группы и вызываемая ш значительная дискретность изменения намагничивающих сил этих обмоток. Отсутствие системности отражается на уровне качества и надежности машин. Для достижения структурной и общей системности разработана модульная структура многополюсной МИТ и её типовой части - модуля, разработана конструкция главной электрической цепи модульной ШТ.

2. Разработаны модульный метод синтеза типо-габаритов МПТ; возрастающей модульности и мощности, теоретические основы модульных принципов анализа и внутреннего проектирования МПТ.

3. Разработаны специальные вопросы проектирования модульных прокатных двигателей предельной мощности. В их числе вопросы оптимальности и диагностики напряженного состояния, взаимного влияния электромагнитных нагрузок и размеров, вопросы оптимизации МПТ и выбора величины воздушного зазора под серединой главного полюса.

4. Разработана и апробирована методика одновременного расчета, проектирования и конструирования типовых оптимизированных модулей с помощью ЭЦВМ по желаемой модели ряда машин и исходным данным близким к оптимальным. Методика существенно

• сокращает трудоёмкость этапов проектирования рядов МПТ и полностью исключает индивидуальное проектирование, позволяя использовать опыт исследования базовой машины для всего ряда.

В обеспечении перечисленных достоинств методики велика роль собственно метода синтеза (общее упрощение задачи), теоретических основ анализа модулей (использование взаимосвязей и обобщений операций), способа оптимизации модульных машин посредством оптимизации типовых модулей. По данной методике выполнены эскизно-технические проекты ряда модулей (табл. П. 14.1 „ " . .), отличающиеся системностью параметров, основных размеров и нагрузок.

5. Разработаны варианты серий модульных прокатных двигателей (табл. 4.1., 4.2., 4.3., 4.4.), в которых номинальные мощности одноякорных двигателей 26-го габарита достигают

14,5 4 16,0 тыс. кВт, момент вращения 2400 * 2840 КНм, основной технический показатель - 2,9 * 3,34 х 10^ квт/с2. Сравнение одной из 10-и габаритных модальных серий прокатных двигателей и такого же количества двигателей эталона-аналога серии П2 выявило сокращение на 40% общего числа конструктивных решений, увеличение на 6*35$ единичной мощности и возросшую с 7 до 17 позиций из 27 идентичность значений параметров. Все модульные машины этой серии потенциально соответствуют высшей категории качества.

6. На 500 тыс.квт изготовленной мощности прокатных двигателей, полученных методом синтеза, экономится от 400 до 780 тонн листовой электротехнической стали, до 65 тонн меди, до 13 млн киловаттчасов электроэнергии в год.

7. Работа полностью подтвердила реальность использования потенциальных возможностей модульного метода синтеза единой серии прокатных двигателей предельной мощности как первого шага на пути модульного направления развития современного крупного электромашиностроения. В решении задач этого направления она мажет служить исходной базой.

159 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Рабинович И.Н., Шубов И.Г. Проектирование электрических машин постоянного тока. Л., "Энергия", 1967, 504 с.

2. Каталог-справочник "Электрические машины постоянного тока единой серии П. 1*22 габаритов". М, ЕНИИМ, 1964, 124 с.

3. Единая серия электродвигателей постоянного тока П*17-го и 18*26-го габаритов. НИИХЭМЗ, 1968*71, 67 с.

4. Алексеев Ю.В., Курочкин М.Н. и др. Основные направления развития электродвигателей, применяемых в черной металлургии. Минэлектропром. Тезисы докладов седьмой Всесоюзной конференции по автоматизированному электроприводу. Таллин, 1975, 205 с.

5. Тищенко H.A. Итоги и задачи развития автоматизированного электропривода реверсивных обжимных прокатных станов. Автоматизированный электропривод в народном хозяйстве. Т.З. М, "Энергия", 1971, с.3-4.

6. Ермолин Н.П., Жерихин И.П. Надежность электрических машин. Л., "Энергия", 1976 , 248 с.

7. Миничев В.М., Плюснин И.Л. Современные прокатные электродвигатели. Сб. "Электросила", № 31, Л., "Энергия", 1976, 231 с.

8. Толкунов В.П. Теория и практика коммутации машин постоянного тока. М., "Энергия", 1979, 224 с.

9. Крупович В.И. и др. Основные направления развития металлургического электропривода. Автоматизированный электропривод в промышленности. М., "Энергия", 1974, с.172-174.

10. Кузиков B.C. и др. Исследование производительности обжимного стана в функции жесткости механической характеристики главного привода. Известия вузов, Электромеханика, № 9, 1976, с.970 + 976.

11. Тищенко H.A. и др. Эффективные пути развития и модернизации автоматизированного электропривода действующих реверсивных и обжимных станов горячей прокатки. Автоматизированный электропривод в промышленности. М., 1974, с. 193+197.

12. Алексеев Ю.Н. и др. Состояние и перспективы развития электродвигателей, применяемых в металлургической промышленности. Автоматизированный алектропривод в промышленности. М., "Энергия", 1974, с.179+183.

13. Егоров В.П., Тищенко H.A. Требования черной металлургии к автоматизированному электроприводу. Автоматизированный электропривод в народном хозяйстве. Т.З. М., "Энергия", 1971, с.8*11.

14. Домбровский В.В., Хуторецкий Г.М. Основы проектирования электрических машин переменного тока. Л., "Энергия", 1974, 504 с.

15. Рихтер Р. Электрические машины. T.I. Расчетные элементы общего назначения. Машины постоянного тока. ОНТИ, 1935, 597 с.

16. Бергер А.Я. Выбор главных размеров электрических машин. I., "Энергия", 1972, 88 с.

17. Леш Э., Панцер М. Электромеханическое преобразование энергии. Изд. "Мир", М., 1969, 556 с.

18. Тищенко H.A. Динамическая устойчивость прокатных двигателей постоянного тока. "Электричество", № 9, 1963, с. 14-9.

19. Прусс-Жуковский В.В., Знесина М.К. Критерии оценки и анализ потенциальной напряженности тяговых двигателей. Теория, расчет и исследование высокоиспользованных электрических машин. Изд. "Наука", М-Л, 1965, с.190*203.

20. Каган В.Г. Оценка предельной добротности двигателей. Сб. Малоинерционные электродвигатели с печатным цилиндрическим якорем и системы их управления. Новосибирск, НЭИ, кн.1, 1970, с.140+150.

21. Касьянов В.Т. Машины постоянного тока предельной и большой мощности и особенности их расчета. М., ВЭП, № 5, 1939, с. 84-12.

22. Макаров Ф.К. и др. Параметры электрических машин переменного тока с магнитными клиньями. М., "Электротехника", Ш 12, 1974, с.13*16.

23. Кузнецов В.И. 0 влиянии толщины изоляции на степень использования электрических машин. М., ВЭП, № 4, 1956,с.5*17.

24. Постников И.М. Выбор оптимальных геометрических размеров в электрических машинах. ГЭИ, 1952, 115 с.

25. Алексеев А.Е. Конструкция электрических машин. ГЭИ. 1958, 426 с.

26. Шлыгин В.В. Прочностные и размерные расчеты электрических машин. М-Л., ГЭИ, 1962, 320 с.

27. Zozn M. Vomu&èe'zechnung de? Stiom -u/ende^pannunq und deà WendepoKuféèpo.Îie^von G^eich^t-zorn/na^chinen, Technischem bezieht j M. 354, 3d I, тв , 29 с .

28. Дурочка А.Л, Основы анализа и синтеза тяговых электрических машин кибернетическими методами. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Новочеркасск, НПИ, 1977.

29. Копылов И.П. Электромеханические преобразователи энергии. М-Л., "Энергия", 1973, 400 с.32. 1Урин Я.С., Кузнецов Б.И. Проектирование серий электрических машин. М., "Энергия", 1978, 480 с.

30. Вольдек А.й. Электрические машины. Л., "Энергия", 1978, 832 с.

31. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины. Часть 2. М.: Высшая школа, 1979, 302 с.

32. Ттценко H.A. Проблема надежности электродвигателей. М.: Электричество, № II, 1961, с.7+13.

33. Бертинов А.И., Алиевский БД., Троицкий С.Р. Униполярные электрические машины. М. : Энергия, 1966 , 312 с.

34. Подиновский В.В., Гавриков В.М. Оптимизация по последовательно применяемым критериям. М.: Советское радио, 1975,

35. Научно-технические проблемы создания современных серий машин постоянного тока. Под редакцией Кожевникова В.А. I., ВШЖЭЛЕКТРОМАШ, 1973.

36. Елюменкранц Д.М. Проблемы совершенствования технологии крупного электромашиностроения. Л. : Сб. Электросила,31, 1976, 231 с.

37. Толкунов В.П., Шевченко В.В, Проблемы создания машин постоянного тока предельной мощности. М.: Электричество,5, 1980, о.9*13.

38. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. 4.1. Л.: Энергия, 1973. 543 с.

39. Ермолин Н.П. Переходные процессы в машинах постоянного тока. М-Л.: Госэнергоиздат, 1951. - 190 с.

40. Дембо А.Р. Научно-технические задачи проектирования высокоиспользованных и надежных прокатных двигателей постоянного тока. М.-Л.: Наука, 1966. - 85 с.

41. Скороспешкин А.И., Лодочников Э.А., Костылев Б.И., Зинер Л.Я; Проблема коммутации коллекторных электрических машин на современном уровне их развития. Сб. Электрические машины, вып.2, Куйбышев, КПтй, 1975, с.3-8.

42. Скороспешкин А.И., Прудников В.А., Чеботков Э.Г., Трошин В.В. Исследование свойств скользящего контакта на постоянном и пульсирующем напряжении. Сб. Электрические машины, бып;3, Куйбышев, КПтИ, 1976, с.37-45.

43. Карасев М.Ф. Основная причина искрения щеток машин постоянного тока. Научн.тр.ОШЩТ, 1970, 112, $ I, с.54-54.

44. Обмотки электрических машин. В.Й.Зимин, М.Я.Каплан, А.М.Палей и др. Л.: Энергия, 1970. - 475 с.

45. Постников М.Й. Обобщенная теория и переходные процессы электрических машин. М.: Высшая школа, 1975.- 319 с.

46. Карасев М.Ф. Коммутация коллекторных машин постоянного тока. М-Л.: Госэнергоиздат, 1961. - 224с.

47. Вегнер О.Г. Теория и практика машин постоянного тока. М.: Госэнергоиздат, 1961. - 272 с.

48. Рогачевская Г.С., Сидельников Б.В. Учет коммутационных свойств МПТ в переходных режимах на этапе проектирования.- М.: Электротехника, № 8, 1980. с.11*14.

49. Алиевский Б.Л. Проектирование электрических машин кате многокритериальная задача оптимизации. М,: Электричество, № 5, 1979, - с.24*29.

50. Аветесян Д.А., Соколов B.C., Хан В.Х. Оптимальное проектирование электрических машин на ЭВМ. М.: Энергия, 1976.- 208 с.

51. Артамонова I.M., Мордвинов Ю.В., Пламодьяло Е.В., Сорокер Т.Г. Расчет серии асинхронных двигателей на АЦВМ. М., ЩНТИ ЭПИП, 1962.

52. Гнедин Л Л., Кожевников В.А., Петровский A.A. и др. Новая серия 2П машин постоянного тока для регулируемого тирис-торного электропривода. "Электротехника", № 7, 1972,с. 8*10.

53. Сардинский Н.П. Некоторые вопросы проектирования крупных машин постоянного тока. Сб. "Электрические машины. Машинно-вентильные системы, коммутация коллекторных электрических машин", Куйбышев, КПтИ Авиационный институт, шп.4, 1978, с.131*137.

54. Тшценко H.A. Оптимизация мощных электроприводов и машин постоянного тока при применении полиимидной изоляции обмотки якоря. "Электротехника", № 10, 1974, о.3*6.

55. Бирфельд А.Г., Тищенко Н.А., Шомин О.Ф, Возможности применения криогенных двигателей в приводе прокатных станов. Автоматизированный электропривод в промышленности. М."Энергия", 1974, с. 1694-171.

56. Глебов И.А., Лаверик Ч., Шахтарин В.Н. Электрофизические проблемы использования сверхпроводимости. Л», "Наука", 1980, 255 с.

57. Калиниченко СЛ., Загальский Л.Н., Кац B.C., Малецкий В.Н. Экспериментальное определение динамических параметров прокатных двигателей постоянного тока. Автоматизированный электропривод в народном хозяйстве. Т.З. М., "Энергия", 1971, с.61*63.

58. Сардинский Н.П. Модульное представление электрической машины. Электротехническая промышленность. Серия "Электрические машины", вып. 3/25, 1973, с.11*13.

59. Сардинский Н.П., Скороспешкин А.И. Особенности выбора конструктивных решений смежных базовых элементарных модулей для синтеза серии крупных электрических машин постоянного тока. Сб."Электрические машины", вып.З, Куйбышев, КПтИ, 1976, с.69*79.

60. Иванов А.И. Экономика рядов машин. Издательство стандартов. М., 1975. 107 с.

61. Постников И.М. Проектирование электрических машин. Гостехиздат УССР, Киев, I960. 910 с.

62. Андреев В.П. и Сабинин Ю.А. Основы электропривода. ГЭИ, М-Л, 1956. 448 с.

63. Стефанович В.Л. Автоматизация непрерывных и полунепрерывных широкополюсных станов горячей прокатки. М., "Металлургия", 1975, 208 с.

64. Касьянов В.Т. Расчет электрических машин постоянного тока. Л., 1952, 211 с.

65. Слежановский О.В. Реверсивный электропривод постоянного тока. Изд. "Металлургия", 1967, 423 с.

66. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства. М., "Высшая школа", 1977, 391 с.

67. Хуторецкий Г.М., Городецкий В.В., Зубков Ю.С. Особенности разработки системы автоматизированного проектирования крупных электрических машин. М., "Электричество", № 10, 1980, с.

68. Касьянов В.Т. Машины постоянного тока предельного использования по мощности и некоторые вопросы их проектирования. "Вестник электропромышленности", № II, 1948, с.3*6.

69. Шуйский В.П. Расчет электрических машин. Л., "Энергия", 1968, 731 с.

70. Готтер Г. Нагревание и охлаждение электрических машин. ГШ, 1961, 480 с.

71. Филиппов И.Ф. Вопросы охлаждения электрических машин. Л.: "Энергия", 1964, - 333 с.

72. Сардинский Н.П. К вопросу регулирования скорости двигателя постоянного тока. Сб. "Автоматическое управление непрерывными технологическими процессами". Куйбышев, КПтИ, 1976,с.138+145.

73. Чудновец П.И. Выбор параметров главных приводов обжимных прокатных станов. Сб.инструктивных указаний ГПИ ТПЭП № I, 1976, с.3+8.

74. Статистический ежегодник "Народное хозяйство СССР в 1970 г.г.". М., "Статистика", 1971, 823 с.

75. Михайлов В.А. Автоматизированные электроэнергетические системы судов. Л,, Судостроение, 1977, 512 с.

76. Фетисов В.В. 0 напряжении между смежными коллекторными пластинами в машинах постоянного тока с двухходовыми петлевыми обмотками. Известия дузов, Электромеханика, № 6, 1960,

77. Антипов В.Н., Луткин Е.М., Латышева В.А., Мещенина М.А., Пашкевич В.И., Фетисов В.В. Влияние конструкции секции на коммутацию машины постоянного тока, М, Электротехника, J& I, 1982, с,32-36,

78. Венецкий И.Г., Кильдишев Г.С, Теория вероятностей и математическая статистика. М., "Статистика", 1975, 264 с.

79. Ланцош К. Практические методы прикладного анализа. М., 1ИШ, 1961, 524 с.

80. Уилкинсон, Райнш. Справочник алгоритмов на языке АЛГОЛ, Линейная алгебра. М., "Машиностроение", 1976, 390 с.

81. Айнберг В.Д. Основы программирования на алгоритмическом языке АЛГОЛ-бО, М., "Машиностроение", 1978, 152 с.

82. Савинков В.М., Цальп В.Д. Программирование на АЛГОЛЕ. М., "Высшая школа", 1979, 192 с.

83. Машины электрические. Номинальные частоты вращения и допускаемые отклонения. ГОСТ 10683 73, 10 с#

84. Трапезников В.А. Вентиляция и вес электрических машин. "Электричество", № 22, 1935.

85. ОСТ 160,800,528 77, Отраслевой стандарт. Машины постоянного тока мощностью свыше 200 квт. Оценка уровня качества, 24 с.

86. Копылов И.П., Горяинов Ф.А,, Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф; Проектирование электрических машин. М., "Энергия", 1980, 495 с.

87. Сардинский Н.П. Модульный метод синтеза рядов крупных машин постоянного тока. Рукопись деп.в ИНФОРМЭЛЕКТРО 12.05.83, № 138 эт-Д83/Куйбышев.политехя.ин-т Куйбышев, 1983, - 15 с.

88. Морозов Д.П. Теория электропривода и автоматика реверсивных станов, ГЭИ. М.-Л.Д949, 315 с.

89. Альтшуллер И.Б., Данько В.Г., Перегудов И.Н, Толкунов В.П. Тепловое состояние якорных обмоток крупных прокатных двигателей постоянного тока.Электротехника,№ 3,1975, с. I * 5.

90. Ипатов П.М. Многоходовые обмотки якорей электрических машин постоянного тока. М. -Л., Наука, 1965, 62 с.

91. Тищенко H.A. Эксплуатационная надежность и энергетические показатели электродвигателей. Сб. Автоматизированный электропривод в промышленности. Энергия, М.,1974, с.15-18.

92. Виноградов Н.В. Производство электрических машин. М., Энергия , 1970, 288 с.

93. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. Л., Энергия, 1968, 574 с.

94. Глебов И.А., Новицкий В.Г. Разработка электрических машин со сверхпроводящими обмотками. Тр.конференций по техническому использованию сверхпроводимости. T.I, М., Атомиздат, 1977.

95. Морозов А.Г. Расчет электрических машин постоянного тока. М., "Высшая школа", 1977 , 264 с.

96. Зимин В.И. и др. Обмотки электрических машин. Л., "Энергия", 1975, 485 с.

97. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины. М., "Энергия", 1980, 927 с.

98. Грузов Л.Н. Методы математического исследования электрических машин. М-Л., ГЭИ, 1953, 264 с.

99. Дискуссия о надежности электрических машин. ВЭД, В 2, 1963.

100. Казовский Е.Я. Технико-экономические вопросы, связанные с изоляцией электрических машин. ЦБТИ, НИИЭП, 1958.

101. Гуревич Э.И., Мимиконянц Л.Г. Некоторые задачи диагностики теплового состояния электрической машины. М., "Электричество", № 10, 1979, с,20+26.

102. Сслодухо Ю.Я., Замараев B.C. и др. Пути улучшения энергетических показателвй вентильных электроприводов металлургических агрегатов. Автоматизированный электропривод в промышленности, М., "Энергия", 1974, с.185-188.

103. Орел O.A. Экспериментальное определение динамических параметров двухякорных двигателей постоянного тока. М., "Электротехника", № 12, 1974, с.19*21.

104. Ларичев О.Й. Наука и искусство принятия решений. М., "Наука", 1979, 200 с.

105. ПО. Туктаев И.И., Хлыстов М.Ф., Левашов Ю.С., Рузайкина О.В. Увеличение предельных плотностей тока в щеточном контакте при повышенных скоростях скольжения. М. , "Электротехника", № 4, 1980, с.48-50.

106. Аяьтшуллер И.Б. и др. Крепление сердечника якоря крупных прокатных двигателей постоянного тока, М., "Электротехника", № I, 1979, с.16-19,

107. Толкунов В.П., Шевченко В.В. Влияние высших гармонических в кривой тока дщухходовых несимметричных обмоток якоря машин постоянного тока на коммутацию. М., "Электротехника", № II, 1982, с.38440.

108. Толкунов В.П., Альтшуллер И.Б., Киреева Ж.А., Озерной Н.Ф. Подразделенный немагнитный зазор добавочного полюса крупных машин постоянного тока. М,, "Электротехника", $ 5, 1979, с.31433.

109. Гаррис М. и др. Системы относительных единиц в теории электрических машин. М., "Энергия", 1975, 121 с.

110. Сардинский Н.П. О группе взаимных связей относительных величин параметров в машине постиянного тока.-Куйбышев, I9B3,-12с.Рукопись представлена КуйОышевским политехи.ин-том. Деп.в ШФишЭЛЕкТРи 29.U6.83,№ 187 эт-Д83.

111. Сардинский Н.П. Анализ установившегося процесса энергопреоОразования в машине постоянного тока.-В сб.научн.тр.: Специальные электрические машинн.Куйбышев,КПтМ, 1983, с. 153-159.