автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Обоснование параметров конденсаторного торможения электропривода переменного тока применительно к механизмам передвижения грузоподъемных кранов

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОНДЕНСАТОРНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К МЕХАНИЗМАМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЁМНЫХ КРАНОВ

Специальность: 05.09.03 — «Электротехнические комплексы и системы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Малиновский Анатолий Кузьмич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Алексеев Виталий Васильевич

кандидат технических наук, профессор

Бабичев Юрий Егорович

Ведущая организация - ОАО «ВНИИПТмаш»

Защита диссертации состоится 2006 года в // часов на за-

секании диссертационного совета Д212.128.09 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский пр., д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат хтост^Л^-КЛЛ^рЛ

2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук,

профессор \ п Шешко Евгения Евгеньевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Значительная роль в проблеме осуществления научно-технического прогресса отводится подъемно-транспортному машиностроению, перед которым поставлена задача широкого внедрения во всех областях народного хозяйства комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, ликвидации ручных погрузочно-разгру-зочных работ и исключения тяжелого ручного труда при выполнении основных и вспомогательных технологических операций.

Жизненно необходимым является увеличение производства прогрессивных средств механизации подъемно-транспортных работ. Автоматизация технологических процессов на предприятиях народного хозяйства стала в условиях перехода России к рыночной экономике одним из основных факторов повышения эффективности производства. Поэтому подъемно-транспортное оборудование в настоящее время превратилось в один из основных решающих факторов, определяющих эффективность производства. Насыщенность производства средствами механизации трудоемких и тяжелых работ, уровень механизации технологического процесса определяют собой степень совершенства технологического процесса.

Повышение производительности и эффективного использования грузоподъёмных кранов может быть достигнуто с помощью реализации стабильных доводочных скоростей и повышения общего диапазона регулирования не только для специальных кранов со скоростями передвижения 1,6 - 2,0 м/с, но и для массовых кранов со скоростями передвижения до 1,0 м/с. В настоящее время стабильное регулирование скорости передвижения крана обеспечивается посредством применения системы импульсно-ключевого или фазо-импульсного регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором.

Импульсно-ключевой или фазоимпульсный способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя в сочетании с режимом конденсаторного торможения с конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора позволяет получить достаточно жёсткие механические характеристики как в двигательном, так и тормозном режимах. Наличие таких характеристик позволяет осуществлять передвижение крана с постоянной скоростью как в двигательном, так и тормозном режимах. Это необходимо, так как кран обладает парусностью, и момент сопротивления на валу двигателя может менять направление своего действия в зависимости от направления ветра. При встречном ветре момент сопротивления - реактивный, а при попутном ветре -активный.

В существующих электроприводах переход из двигательного режима в тормозной и наоборот с целью поддержания скорости передвижения крана производится машинистом, что усложняет управление краном. При попутном ветре момент сопротивления на валу двигателя снижается, а при малой его величине частота вращения двигателя, согласно его механической характеристике, резко возрастает, а с ней возрастает и скорость передвижения кра-

на. Для предотвращения возрастания скорости передвижения машинист переводит двигатель в тормозной режим, а с уменьшением скорости он вновь переключает его в двигательный режим, тем самым поддерживая постоянство скорости. Всякий переход из одного режима в другой сопровождается бросками тока, а, следовательно, и момента, что отрицательно сказывается на механической части привода и крана, а также приводит к раскачиванию груза.

Повысить срок службы механической части крана и исключить режим раскачивания груза можно путём плавного перехода из одного режима в другой, реализацией системы автоматического перехода из двигательного режима в тормозной и наоборот при изменении направления действия момента сопротивления без участия машиниста. Поэтому обоснование параметров электропривода переменного тока с конденсаторным торможением позволяет обеспечить плавный переход из двигательного режима в тормозной и наоборот, что является актуальной научной задачей.

Целью работы является установление зависимостей и обоснование параметров, характеризующих работу асинхронного двигателя в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора.

Идея работы заключается в снижении динамических нагрузок, возникающих в электромеханической системе привода механизма передвижения грузоподъёмных кранов при переходе из двигательного режима в тормозной, путём выбора оптимальных параметров электролитического конденсатора. Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:

• математическая модель асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения, отличающаяся наличием электролитического конденсатора в цепи выпрямленного тока ротора;

• зависимость диапазона регулирования частоты вращения и минимальной нагрузки асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора от её номинальной мощности;

• зависимость тока разряда электролитического конденсатора, включённого в цепь выпрямленного тока ротора, от его ёмкости и напряжения заряда при различной частоте вращения ротора асинхронной машины.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использованием в работе математического аппарата, математического моделирования и удовлетворительной сходимостью экспериментальных данных с данными, полученными при компьютерном моделировании исследуемых процессов (расхождение в пределах 10-15%).

Значение работы.

Научное значение работы состоит:

• в разработке математической модели асинхронной машины, работаю-

щей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатбром в цепи выпрямленного тока ротора, положенной в основу расчёта переходных процессов и позволяющей определить рациональные его параметры;

• установлении зависимости тока разряда электролитического конденсатора, включённого в цепь выпрямленного тока ротора, от его ёмкости и напряжения заряда при разной частоте вращения ротора асинхронной машины, позволяющей определить область существования режима электродинамического торможения с самовозбуждением;

• установлении зависимости диапазона регулирования частоты вращения и минимальной нагрузки асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, от его номинальной мощности. Данные зависимости отличны от существующих аналогичных зависимостей режима динамического торможения с независимым возбуждением тем, что диапазон регулирования частоты вращения меньше, а минимальная нагрузка асинхронной машины больше. Практическое значение работы заключается:

• в разработке методики расчёта механических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, и интерактивной компьютерной программы к ней;

• разработке принципиальной электрической схемы управления электроприводом механизма передвижения грузоподъёмного крана, обеспечивающей автоматической переход из двигательного режима в тормозной и обратно при изменении направления ветровой нагрузки.

Реализации результатов работы. Разработанная принципиальная электрическая схема электропривода грузоподъёмных кранов, обеспечивающая автоматический переход из двигательного режима в тормозной и обратно в зависимости от ветровой нагрузки; методика расчёта механических характеристик электрической машины, работающей в режиме конденсаторного торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, и интерактивная компьютерная программа к ней приняты к использованию ОАО «СКТБ БК» при проектировании.

Разработанная методика расчёта механических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме конденсаторного торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, используется в учебном процессе на кафедре «Электрификация и энергоэффективность горных предприятий» Московского государственного горного университета.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались и были одобрены:

- на научных симпозиумах: "Неделя горняка-2005" (г. Москва, МГТУ,

2005 г.); "Неделя горпяка-2006" (г. Москва, МГГУ, 2006 г.);

- на научных семинарах кафедры "Электрификация и энергоэффективность горных предприятий" МГТУ (г. Москва, 2004 - 2006 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных статей и получен патент на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит 60 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 63 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследования.

Проведён обзор технической литературы, который показал, что при эксплуатации механизмов передвижения грузоподъёмных кранов возможен неустойчивый режим работы на малых скоростях передвижения из-за наличия парусности крана.

Показано, что устойчивой работы электропривода механизма передвижения на малых скоростях можно добиться путём реализации системы автоматического перехода из двигательного режима в тормозной и наоборот при изменении направления действия момента сопротивления.

Обоснована необходимость применения режима динамического торможения с электролитическим конденсатором в выпрямленной цепи ротора асинхронного двигателя на основе анализа ранее разработанных принципиальных схем электроприводов механизма горизонтального передвижения грузоподъемного крана.

В диссертационной работе решаются следующие научные задачи:

1. Разработка методики расчёта статических механических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме динамического торможения с самовозбуждением, и интерактивной компьютерной программы, написанной на современном языке программирования С++, позволяющей получать желаемые механические характеристики и соответствующие им величины добавочных активных сопротивлений, включённых в выпрямленную цепь ротора.

2. Разработка математической модели асинхронной машины с фазным ротором, работающей в режиме конденсаторного торможения и позволяющей исследовать динамические режимы.

3. Исследование режима работы электропривода механизма горизонтального перемещения крана при переходе из двигательного режима в режим конденсаторного торможения и наоборот.

4. Исследование режима конденсаторного торможения асинхронного двигателя с целью определения необходимых параметров электролитического конденсатора (ёмкость и напряжение заряда) в зависимости от частоты вращения ротора.

5. Разработка принципиальной схемы электропривода механизма передвижения крана, обеспечивающей автоматический переход из двигательного режима в тормозной и наоборот без участия машиниста.

Большую роль в исследовании режима динамического торможения асинхронных двигателей и внедрении в производство схем управления этим режимом сыграли учёные Данилов П.Е., Ключей В.И., Малиновский А.К., Масандилов Л.Б., Онищенко Г.Б., Певзнер Е.М., Петров Л.П., Соколов М.М., Танатар А.И., Хватов C.B. и многие другие.

Для определения минимальных скоростей и моментов асинхронных двигателей, работающих в режиме динамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, разработана методика расчёта статических механических характеристик, на базе которой создана прикладная программа на языке С++«avtomcolcDD.exe».

На рис.1 показана схема включения асинхронного двигателя (АД), реализующая режим конденсаторного торможения с самовозбуждением, для которой приняты следующие условные обозначения: UZ - неуправляемый

выпрямитель, включённый в цепь ротора АД; 1\ - переменный ток фазы статора АД; /2 - переменный ток фазы ротора АД; I2d - постоянный ток на выходе выпрямителя UZ ; rl,r2 - соответственно активные сопротивления фазы статора и ротора АД; х, ,х2 - соответственно индуктивные сопротивления фазы статора и ротора АД; i?2a - резистор в цепи ротора АД.

КМ2

Коэффициент обратной связи по току определяется по формуле

Т к -к

2 же _ сх _ и

Y~~~T~~oc> d)

2 /

где ка- коэффициент, зависящий от схемы соединения обмоток статора (ка = 0,816 - для соединения обмоток статора в звезду); ке - коэффициент трансформации АД; т7 - коэффициент схемы выпрямления по току (= 0,815 - для трёхфазной схемы выпрямления); /2 - ток ротора, приведенный к цепи статора, А; 1ЭКв - эквивалентный ток, А.

Используя известные выражения, характеризующие режим динамического торможения, величину минимального скольжения Цпь, АД находим

из следующего выражения:

D*

I, _ min _

min I / " -rr ,

где «min ,пи0м - соответственно минимальная и номинальная частоты вращения АД, мин'1; хм - индуктивное сопротивление контура намагничивания АД, Ом; Яэкв - эквивалентное активное сопротивление цепи ротора, приведенное к цепи статора АД, Ом; х2 - индуктивное сопротивление фазы ротора, приведенное к цепи статора АД, Ом.

Минимальное скольжение, или минимальная частота вращения АД в режиме ДТ с самовозбуждением может быть получено при условии, когда Кд2 = 0. Загрузка двигателя при этом минимальна, а индуктивное сопротивление контура намагничивания максимально хи - и находится из кривой намагничивания АД. Тогда при постоянном коэффициенте к0£ минимальное скольжение umin будет зависеть только от величин активных сопротивлений обмоток статора и ротора и коэффициента трансформации АД, так как

KKe=h+TR-Rx-k2e, (3)

где г2 - активное сопротивление фазы ротора, приведенное к цепи статора АД, Ом; тй - коэффициент, связывающий активные сопротивления в цепи постоянного тока с цепью переменного тока (для трёхфазной мостовой схемы XR =0,525); /?]- полное активное сопротивление цепи статора (при соединении обмоток статора в звезду Rx =2 •/■,), Ом.

Расчёт электромагнитного момента асинхронных машин проводится в следующей последовательности:

- по формулам (1) и (3) находим соответственно кд с и ЯЭКв;

- задаваясь минимальным значением тока и используя кривую намагничивания, определяем ЭДС статора Е^;

- по найденной величине ЕХф и известном определяем х^, а затем по формуле (2) находим ит!п;

- ток ротора /2 находим по формуле

ф ■

где Е1ф-1/1=[1::

(4)

- далее находим тормозной момент АД по известной формуле

Мт

м

28,6

(5)

где и0- синхронная частота вращения АД; Мт1П, Мном —минимальный тормозной и номинальный электромагнитный момент соответственно.

Для крановых двигателей, параметры которых приведены в табл. 1, рассчитаны величины минимальных скольжений От;пи электромагнитных моментов рт,„, работающих в режиме конденсаторного торможения.

Таблица 1

Тип Двигателя Р2> А Е2, в Г1> Ом Ом *2 > Ом А К ^тт И Йшп1

1 *> 3 4 - 5 6 7 8 9 10 11

МТН 111-6 3,0 176 2,25 0,775 0,829 9,65 1,98 0,278 3,3 0,003

мтн 112-6 4,5 203 1,67 0,505 0,905 11,25 1,7 0,229 3,7 0,0045

МТН 211-6 7,0 236 0,835 0,466 0,666 19 1,48 0,21 4,16 0,0047

МТН 311-6 11 172 0,488 0,173 0,241 23,2 2,05 0,13 5,13 0,0076

МТН 312-6 15 219 0,377 0,125 0,254 34,3 1,63 0,135 6,1 0,0072

МТН 411-6 22 235 0,219 0,08 0,233 39,7 1,54 0,09 8,0 0,0112

МТН 412-6 30 255 0,133 0,059 0,173 51,8 1,4 0,075 10 0,0132

МТН 512-6 55 346 0,0553 0,0575 0,199 55 1,1 0,06 10,5 0,017

По данным таблицы построены зависимости диапазона регулирования частоты вращения О и минимального электромагнитного момента /лт1п в относительных единицах от номинальной мощности Рном асинхронного двигателя, работающего в режиме конденсаторного торможения, которые представлены на рис.2. Анализ этих зависимостей показывает, что величина минимального скольжения снижается от ит;п = 0,278 до 1)т,п = 0,06 с увели-

чением мощности асинхронного двигателя от Рном = 3 кВт до Риаи = 55 кВт. Это объясняется тем, что с увеличением мощности двигателя снижаются величины активных сопротивлений обмоток статора и ротора, как это следует из данных таблицы. Следовательно, механическая характеристика динамического торможения с самовозбуждением начинается не со скольжения ипш = 0 > а со скольжения ит;п > 0. Это приводит, независимо от типа двигателя, к снижению диапазона регулирования скорости АД в режиме динамического торможения.

0,3

0,2

0.1

Пт1п Ггиои

/Л ГГЯГ: —

0.015

0,010

0,005

Рнси

Мтнг Миом

Рном

10 20 30 40 50 «Вт

10 20 30 40 50 «Вт

а) б)

Рис.2. Зависимости О = /(Рном)(а) и Цтт = /(Рном) (б) для разных типов двигателей

Что же касается электромагнитного момента асинхронного двигателя при конденсаторном торможении, то он составляет сотые и даже тысячные доли от номинального момента, т.е. практически находится на оси ординат. Для упрощения и ускорения ведения расчётов механических характеристик по заданным параметрам цепи выпрямленного тока ротора, а также для определения . величины сопротивления добавочного резистора, включённого в цепь выпрямленного тока ротора, обеспечивающего необходимую начальную частоту вращения асинхронного двигателя, разработана программа «ау-tomcolcDD.exe». Согласно структуре этой программы, которая приведена на рис.3, можно производить автоматизированный расчёт статических механических характеристик асинхронного двигателя, работающего в режиме конденсаторного торможения.

Рис.3. Структура программы «avtomcolcDD.exe»

Результаты расчётов статических механических характеристик асинхронного двигателя типа МПТ 112-6 с различными добавочными сопротивлениями в выпрямленной цепи ротора, работающего в режиме конденсаторного торможения с самовозбуждением, показаны на рис.4. На рис.4 также нанесены точки, снятые экспериментально, что указывает на хорошее совпадение экспериментальных данных с расчётными.

Для исследования режима конденсаторного торможения асинхронного двигателя с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора в переходных режимах разработана математическая модель.

При математическом описании асинхронной машины, работающей в режиме динамического торможения, приняты следующие допущения:

> электрическая машина ненасыщена;

> остаточное намагничивание отсутствует;

> потери в стали пренебрежительно малы;

> магнитное поле обмоток синусоидально;

> влияние формы пазов отсутствует;

> асимметрия в фазах статора и ротора отсутствует;

> воздушный зазор равномерен;

> вентили в роторном выпрямителе идеальны.

М.И'м

Рис.4. Механические характеристики конденсаторного торможения асинхронного двигателя с разными сопротивлениями в цепи выпрямленного

тока ротора

Такая асинхронная машина имеет круговое поле в воздушном зазоре.

Уравнения, представленные во вращающейся системе координат с осями дс и j и описывающие переходный процесс динамического торможения с самовозбуждением, который начинается посредством разряда конденсатора на обмотки статора АМ при вращающемся роторе, имеют вид

')* ~ Лтга = ^э/и ihy ~ ®

О = -«0-V2,;

м = ' (6)

2 эхе

'и =

V 21 = ^12 ■ ' I х + ^ 2 SM " '21 ; V 2 у = ^ 2 ж» * Ч > »

(О ■= V • СО . эл Jr я г "

где 'и, - проекции пространственного вектора тока статора на оси хну соответственно, Л;

A max ~ амплитудное значение тока статора, А;

12х,12у - проекции пространственного вектора тока ротора, приведённого к цепи статора, на оси хну соответственно, А;

- эквивалентное сопротишгепие ротора, приведённое к цепи статора,

Ом;

где - коэффициент, связывающий сопротивление в цепи постоянного тока с цепью переменного (для трёхфазной мостовой схемы = 0,525); к е - коэффициент трансформации АД;

Кдоб — добавочное сопротивление в цепи выпрямленной ЭДС ротора, Ом; Г/ - активное сопротивление фазы статора, Ом; г2 — активное сопротивление фазы ротора, Ом;

У*гх у - проекции пространственного вектора потокосцепления на оси х и у соответственно, Вб;

со0м- синхронная электрическая угловая скорость вращения, соответствующая частоте сети (частота сети равна 50 Гц, й>0зл =314 рад/с), рад/с;

- электрическая угловая скорость, соответствующая угловой скорости ротора, рад/с;

Рп - число пар полюсов;

Фг - угловая скорость вращения ротора, рад/с;

2 - индуктивность намагничивания, Гн; ¿2»-» - эквивалентная приведённая индуктивность ротора, Гн

где Ьи, - индуктивности рассеивания фазы статора и ротора соответственно {Гн), которые определяются по формулам:

Т - *1 / (9)

Ма ~ ' ~ '

где XI, Х2— индуктивное сопротивление рассеивания фазы статора и ротора

соответственно, Ом;

М— момент двигателя, Н.м;

Мс - статический момент на валу двигателя, Н.м;

У г ] - модуль пространственного вектора тока ротора, приведённый к цепи статора, Л;

•Лр - суммарный момент инерции, кг ■ мг;

=Jd,+J6.d, о<»

где Jds - момент инерции испытуемого двигателя, кг ■ м2;

Jб.д - момент инерции якоря двигателя постоянного тока, находящегося в балансирном динамометре, кг • м2.

В системе уравнений (6) нет уравнения, описывающего разряд конденсатора на обмотки статора, так как оно решается отдельно. В результате этого расчёта, моделируется сигнал, который задаёт начальное значение тока

, необходимое для решения системы уравнений (6).

Ток в цепи разряда конденсатора описывается следующим дифференциальным уравнением

dt С J

где индуктивность контура намагничивания;

R - полное сопротивление обмоток статора; С - ёмкость конденсатора;

/' - разрядный ток конденсатора.

Исследование на математической модели асинхронного двигателя, работающего в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи ротора, проводилось на ЭВМ в компьютерной программе «Matlab». Совместное решение системы уравнений (6) и уравнения (II) позволило получить зависимости различных параметров электропривода от времени. Приведенные на рис.6 осциллограммы переходного процесса при торможении получены для асинхронной машины типа MTF 112-6 мощностью 5 кВт . Режим электродинамического торможения создавался током разряда электролитического конденсатора ёмкостью С=470 мкФ и напряжением заряда Uco = 50 В.

Из осциллограмм, приведенных на рис.6, следует, что кривые выпрямленного тока ротора = /(г), электромагнитного момента М = /(/) и частоты вращения ротора v=f(t), которая представлена в относительных единицах (где v = п/п0 - отношение текущей частоты вращения к синхронной), носят экспоненциальный характер.

Анализ кривых переходного процесса id = f(t) и М — f(t) показывает высокое быстродействие при изменении этих величин. Так, нарастание выпрямленного тока ротора от ij =0 до id =125 А, что составляет 6,9-1сном, происходит за t = 0,1 с, а электромагнитный момент за это же время достигает величины М = 200 Н- м, что составляет 3,89-Мтм асинхронной ма-шииы. Максимальная величина электромагнитного момента в процессе торможения при отсутствии добавочных резисторов в цепи ротора достигает

М = 235 Н • м , что составляет 4,57-Миом.

Рис.6. Переходные процессы, рассчитанные для асинхронной машины типа МП7112-6

Высокое быстродействие при нарастании выпрямленного тока ротора и соответственно электромагнитного момента М асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с питанием обмоток статора от собственного ротора, объясняется тем, что выпрямленный ток ротора играет роль положительной обратной связи, и тем самым обеспечивается форсирование переходного процесса.

Анализ кривых переходного процесса — /(О и М ~ /(I) показывает также, что электромагнитный момент асинхронной машины возникает с задержкой по времени на 0,03 с по отношению к выпрямленному току ротора ¡с/. Это объясняется тем, что сначала идёт разряд конденсатора на обмотки статора, предназначенный для создания магнитного поля статора, а вместе с ним возрастает и ЭДС ротора. Пока ЭДС ротора Е2 не превысит напряжение разряда конденсатора IIс, тока в роторе нет, а следовательно, нет и электромагнитного момента. Ток в роторе появится лишь при условии, когда Ег станет больше ис Это хорошо видно на осциллограмме, приведенной на рис.6. До момента, когда Е2 = ис, проходит время ? = 0,03 с, а выпрямленный ток ротора принимает величину /</ = 1,7 А.

Снижение начальной частоты вращения пнач асинхронной машины, при которой начинается режим электродинамического торможения, как показали

дальнейшие исследования, приводит к увеличению тока разряда конденсатора, а следовательно, и эквивалентного тока 1азт. Результаты этих исследований представлены осциллограммами, представленными на рис.7, а. Из приведенных осциллограмм зависимости М=/(0 следует, что снижение начальной частоты вращения с п„ач =1000 мин' до пнач =400 мин' привело к увеличению эквивалентного тока разряда конденсатора с гс_же — 1,5 Л до гс эы — 8 А . При дальнейшем снижении начальной частоты вращения до величины пнач = 200 мин' ток статора возрастает до величины = 25 А . Одновременно с этим снижается величина максимального электромагнитного момента асинхронной машины с М = 235 Нм при частоте вращения пиач - 1000 мин1 до М=70 Нм при частоте вращения пнач =400 мин1. С другой стороны, величина максимального момента асинхронной машины практически не зависит от тока разряда конденсатора. Анализ кривых М =/(1), приведенных на рис.7, б,

м, н*

Рис.7. Кривые переходного процесса при различных начальных частотах вращения п„ач и токе разряда ¡с жв

показывает, что при начальной частоте вращения п„ач =400 мин'1 изменение тока разряда конденсатора от 1с.зкв =8 А до ;'С.3,(1Т =12 А , т.е в 1,5 раза, не привело к изменению максимального тормозного момента. Лишь увеличение тока разряда в 2 раза привело к незначительному снижению максимального тормозного момента. Снижение максимального тормозного момента объясняется более ранним наступлением тормозного режима и более ранним снижением частоты вращения асинхронной машины, что и вызвало снижение максимального момента. При начальной частоте вращения п,юч =300 мин' вообще не наблюдалось изменения максимального момента.

Обработка осциллограмм переходного процесса при торможении асинхронной машины в режиме электродинамического торможения, приведенных на рис.7, позволила получить зависимость начальной частоты вращения пиач от эквивалентного тока статора ¡с.жс или тока разряда конденсатора. Эта зависимость пшч = представленная на рис.8 в виде кривой, позволила обозначить область существования режима динамического торможения с самовозбуждением, которая расположена выше этой кривой.

Рис,8. Условие самовозбуждения асинхронного привода в зависимости от частоты вращения ротора для двигателя типа МП7 112-6

Для создания тока разряда , обеспечивающего переход асинхронной машины из двигательного режима в режим электродинамического торможения при заданной начальной частоте вращения, необходим электролитический конденсатор с определёнными параметрами (ёмкость С, напряжение заряда 11с0). На рис.9 приведена зависимость 'с,„ - /(С,ил), позволяющая определить параметры конденсатора С, £/с0, обеспечивающие надёжный переход асинхронной машины из двигательного режима в тормозной при начальной частоте вращения птч = 200 мин'1. Аналогичные зависимости получены и для других начальных скоростей пмач = 400; 600; 800 и 1000 мин'1.

Параметры яондемсато)— необходимых для введем

асинхронного 1пвктропр| ■ режим динамического 1 ж«имя с самовозОуждаим! (по схем* мрядя комденс от питающей сети)

Уровень принудительного ааряда конденсатора от фазного напрня.«нчя оиг»«ю<«й сага

л .

300

"т ю

С,мкФ

400

500

Рис.9. Зависимость ¡СЭх«~/(С; и со) при п„а^=200мин

Экспериментальные исследования схемы электродинамического торможения асинхронной машины с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора подтвердили её работоспособность и хорошую сходимость статических механических характеристик. Погрешность находится в пределах от 5 до 15%. Минимальная погрешность относится к механической характеристике при отсутствии добавочного резистора в цепи ротора, а максимальная — к механическим характеристикам с добавочным сопротивлением и максимальной частотой вращения. Учитывая, что переход асинхронной машины из двигательного режима в тормозной происходит при малых скоростях, погрешность не превышает 10%.

Что же касается результатов экспериментальных исследований схемы электродинамического торможения асинхронной машины с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора в переходных режимах, то на рис.10 приведена осциллограмма процесса самовозбуждения, полученная в результате расчета на математической модели при начальном напряжении заряда 1/со = 50 В, ёмкости конденсатора С = 470 мкФ и скольжении о = 1. На этом же рисунке приведена осциллограмма, снятая при тех же параметрах конденсатора на экспериментальном стенде.

Сравнение этих двух осциллограмм показывает, что максимальные величины выпрямленного тока ротора отличаются друг от друга всего на 9 А (при токе более чем 100 А). Наблюдается некоторое запаздывание при достижении максимального тока ротора на математической модели по сравнению с натурным экспериментом на 0,155 с. Это говорит о хоро-

шей сходимости теоретических и экспериментальных данных, что подтверждает правильность математического описания переходного процесса.

Рис.10. Переходные процессы для асинхронной машины типа МТБ 112-6, полученные экспериментальным и расчётным путем

На рис.11 приведена осциллограмма, характеризующая работу электропривода механизма передвижения крана. Имитация нагрузки на валу испытываемого двигателя осуществлялась с помощью балансирного динамометра, а в качестве показателя момента взят ток якоря нагрузочной машины.

В момент времени электропривод работает согласно первой позиции командоаппарата. В этот момент асинхронная машина, работающая в двигательном режиме, развивает частоту вращения п = 190 мин'1, преодолевая реактивный момент сопротивления. Далее момент сопротивления плавно снижается от Мс - 0,81 • Мт до нуля, а частота вращения двигателя практически остаётся без изменения, что свидетельствует о её высокой жёсткости, так как двигатель работает в импульсно-ключевом режиме.

В момент времени tг, когда момент нагрузки не только снизился до нуля, но и изменил направление своего действия, т.е. стал активным моментом, частота вращения двигателя начинает увеличиваться и достигает величины п = 224,4 мин'' согласно механической характеристике двигательного режима. Одновременно с этим электролитический конденсатор подключается к обмоткам статора, а ток его разряда переводит асинхронную машину в режим конденсаторного торможения. Частота вращения при этом снижается до величины п - 224,4 мин~[. Дальнейшее увеличение момента на

Рис. 11. Осциллограмма работы электропривода механизма передвижения при плавном изменении момента нагрузки на валу испытуемого двигателя от 0,81 ■ Миом до - Мном и обратно

валу испытываемого двигателя приводит к увеличению его частоты вращения до значения и = 250 мин'', что соответствует номинальному моменту. До момента времени Г, электропривод работает в установившемся режиме.

В момент времени г3 движущий момент, создаваемый нагрузочной машиной снижается, а вместе с ним снижается и частота вращения испытываемого двигателя. В момент времени /, движущий момент снижается до нуля, а асинхронная машина переводится в двигательный режим и дальнейшее увеличение момента сопротивления, который становится вновь реактивным, не приводит к изменению частоты вращения.

Анализируя характер кривых переходного процесса, приходим к выводу о том, что при переходе из двигательного режима в режим конденсаторного торможения и наоборот происходит незначительное увеличение частоты вращения на величину Ли = 34,4 мин'1, необходимую для создания тормозного режима. При переходе из режима конденсаторного торможения в двигательный режим наблюдается плавный переход из одного режима в другой. Это означает, что начальные скорости тормозного и двигательного режимов совпадают.

Результаты экспериментальных исследований показали работоспособность электропривода механизма передвижения кранов и удовлетворительные динамические показатели.

По результатам аналитических и экспериментальных исследований была разработана электрическая схема электропривода механизма передвижения с импульсным регулированием и электродинамическим торможением с самовозбуждением, обеспечивающая автоматический переход из двигательного режима в режим конденсаторного торможения в зависимости от ветровой нагрузки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований дано новое решение актуальной научной задачи, состоящей в обосновании параметров электропривода переменного тока с конденсаторным торможением применительно к механизмам передвижения грузоподъёмных кранов, позволяющее улучшить их управляемость, повысить устойчивость и производительность.

Выполненные исследования позволили получить следующие результаты и выводы:

. 1. Аналитически обоснована возможность использования режима электродинамического торможения асинхронной машины с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора с целью применения его при автоматизации процесса перехода из двигательного режима в тормозной и обратно.

2. Разработана математическая модель электропривода механизма передвижения грузоподъёмного крана, позволяющая исследовать переходные процессы, происходящие в асинхронной машине при её работе в режиме конденсаторного торможения с самовозбуждением.

3. Получена зависимость эквивалентного тока статора асинхронной машины от частоты вращения ротора, позволившая определить область существования режима конденсаторного торможения с самовозбуждением.

4. Разработана методика расчёта механических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, позволяющая определить минимальные частоту вращения ротора и электромагнитный момент.

5. Получена зависимость эквивалентного тока статора асинхронной машины, позволяющая определить параметры электролитического конденсатора (ёмкость и напряжение заряда), обеспечивающие устойчивый режим конденсаторного торможения с самовозбуждением.

6. Разработана компьютерная программа, написанная на языке программирования С++, позволяющая в интерактивном режиме производить расчёт механических характеристик электродинамического режима с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора и опреде-

лить необходимую величину сопротивления добавочного резистора, включаемого в цепь постоянного тока ротора, при заданной частоте вращения.

7, Разработана принципиальная схема электропривода механизма передвижения грузоподъёмного крана, позволяющая обеспечить автоматизированный переход асинхронной машины из двигательного режима в режим электродинамического торможения и обратно при изменении направления действия ветровой нагрузки на кран.

8. Основные научные и практические результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, приняты ОАО «СКТБ БК» при проектировании в виде методики расчёта механических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме конденсаторного торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, и интерактивной компьютерной программы к ней, а также принципиальной электрической схемы электропривода механизма передвижения грузоподъёмных крапов, обеспечивающей автоматический переход из двигательного режима в тормозной и обратно в зависимости от ветровой нагрузки.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Малиновский А.К., Лебедев C.B., Ткаченко П.В. и др. Методика расчёта механических характеристик и определение диапазона регулирования скорости асинхронного двигателя, работающего в режиме динамического торможения. — М.: МГГУ// Горный информационно-аналитический бюллетень,-2003,-№12.-С. 181-184.

2. Малиновский А.К., Ткаченко П.В. Структура программы «AVTOM-COLDD.EXE» автоматизированного расчёта механических характеристик асинхронной машины в режиме конденсаторного торможения с самовозбуждением. — М.: МГГУ// Горный информационно-аналитический бюллетень,- 2005,- №7,- С. 312-316.

3. Малиновский А.К., Ткаченко П.В. Модернизация электропривода механизма передвижения грузоподъёмных кранов. - М.: МГГУ// Горный информационно-аналитический бюллетень.- 2005,- №5.- С. 252-254.

4. Малиновский А.К., Ткаченко П.В. Исследование переходных процессов асинхронного двигателя, работающего в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора. — М.: МГГУ, Горный информационно-аналитический бюллетень,- 2006,- №3,- С. 66-70.

5. Ткаченко П.В. Экспериментальные исследования электродинамического торможения асинхронного двигателя с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленной тока ротора. - М.: МГГУ, депонировано в Горном информационно-аналитическом бюллетене №7, 2006, 7с.

6. Патент РФ №2277746 на изобретение./ А.К. Малиновский, П.В. Ткаченко Опубл. Бюл. № 16, 10.06.2006.

Подписано в печать £$УА&Одбс. Формат 60x90/16 Объём 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ Ш2к£.

Типография МГТУ, Москва, Ленинский проспект, 6.

Введение.

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1 Общие сведения.

1.2 Обзор существующих электроприводов механизмов горизонтального передвижения грузоподъёмных кранов.

1.2.1 Электроприводы с асинхронным двигателем с фазным ротором и торможением противовключением.

1.2.2 Электроприводы с импульсно-ключевыми коммутаторами в цепи ротора асинхронных фазных электродвигателей.

1.2.3 Электропривод с противо-ЭДС в цепи ротора асинхронного двигателя.

1.2.4 Электроприводы с импульсными и импульсно-ключевыми коммутаторами в цепи ротора асинхронных фазных электродвигателей совместно с режимом динамического торможения с самовозбуждением.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. Разработка методики расчёта статических механических характеристик асинхронного двигателя, работающего в режиме динамического торможения с самовозбуждением.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Методика расчёта минимальной частоты вращения асинхронного двигателя, работающего в режиме динамического торможения с самовозбуждением.

2.3 Методика расчёта механических характеристик АД, работающего в режиме динамического торможения с самовозбуждением.

2.4 Расчёт статических механических характеристик асинхронного двигателя, работающего в режиме динамического торможения с самовозбуждением.

2.5 Разработка программы «avtomcolcDD.exe» автоматизированного расчёта статических механических характеристик асинхронной машины в режиме конденсаторного торможения с самовозбуждением.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. Разработка математической модели асинхронного двигателя с фазным ротором, работающим в режиме динамического торможения с электролитическим конденсатором в выпрямленной цепи ротора.

3.1 Особенности конденсаторного торможения асинхронной машины с фазным ротором.

3.2 Разработка математической модели асинхронной машины с фазным ротором, работающей в режиме конденсаторного торможения.

3.3 Описание особенностей построения структурной схемы в программе «Matlab 6.5».

3.3.1 Определение индуктивности намагничивания и электромагнитной постоянной времени ротора.

3.3.2 Подсистема формирования обратной связи по току.

3.3.3 Подсистема «Aperiodicheskiy uzel».

3.3.4 Решение уравнения движения.

3.4 Разработка математической модели, позволяющей исследовать переходные процессы, описывающие процесс возбуждения электролитическим конденсатором асинхронного двигателя с фазным ротором, работающим в режиме конденсаторного торможения.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. Аналитические исследования переходного процесса при автоматическом переходе асинхронного двигателя из двигательного режима в режим конденсаторного торможе

4.1 Условия перехода асинхронной машины из двигательного режима в режим конденсаторного торможения.

4.2 Определение условий самовозбуждения асинхронной машины, работающей в режиме конденсаторного торможения.

4.3 Выбор параметров электролитических конденсаторов.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования асинхронной машины, работающей в режиме конденсаторного торможения.

5.1 Цель экспериментальных исследований.

5.2 Описание экспериментального стенда и методика испытаний.

5.3 Результаты экспериментальных исследований.

Выводы по главе 5.

Актуальность исследования. Значительная роль в проблеме осуществления научно-технического прогресса отводится подъемно-транспортному машиностроению, перед которым поставлена задача широкого внедрения во всех областях народного хозяйства комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, ликвидации ручных погрузочно-разгру-зочных работ и исключения тяжелого ручного труда при выполнении основных и вспомогательных технологических операций.

Жизненно необходимым является увеличение производства прогрессивных средств механизации подъемно-транспортных работ. Автоматизация технологических процессов на предприятиях народного хозяйства стала в условиях перехода России к рыночной экономике одним из основных факторов повышения эффективности производства. Поэтому подъемно-транспортное оборудование в настоящее время превратилось в один из основных решающих факторов, определяющих эффективность производства. Насыщенность производства средствами механизации трудоемких и тяжелых работ, уровень механизации технологического процесса определяют собой степень совершенства технологического процесса.

Повышение производительности и эффективного использования грузоподъёмных кранов может быть достигнуто с помощы-о реализации стабильных доводочных скоростей и повышения общего диапазона регулирования не только для специальных кранов со скоростями передвижения 1,6 - 2,0 м/с, но и для массовых кранов со скоростями передвижения до 1,0 м/с. В настоящее время стабильное регулирование скорости передвижения крана обеспечивается посредством применения системы импульсно-ключевого или фазо-импульсного регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором.

Импульсно-ключевой или фазоимпульсный способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя в сочетании с режимом конденсаторного торможения с конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора позволяет получить достаточно жёсткие механические характеристики как в двигательном, так и тормозном режимах. Наличие таких характеристик позволяет осуществлять передвижение крана с постоянной скоростью как в двигательном, так и тормозном режимах. Это необходимо, так как кран обладает парусностью, и момент сопротивления на валу двигателя может менять направление своего действия в зависимости от направления ветра. При встречном ветре момент сопротивления - реактивный, а при попутном ветре -активный.

В существующих электроприводах переход из двигательного режима в тормозной и наоборот с целью поддержания скорости передвижения крана производится машинистом, что усложняет управление краном. При попутном ветре момент сопротивления на валу двигателя снижается, а при малой его величине частота вращения двигателя, согласно его механической характеристике, резко возрастает, а с ней возрастает и скорость передвижения крана. Для предотвращения возрастания скорости передвижения машинист переводит двигатель в тормозной режим, а с уменьшением скорости он вновь переключает его в двигательный режим, тем самым поддерживая постоянство скорости. Всякий переход из одного режима в другой сопровождается бросками тока, а следовательно, и момента, что отрицательно сказывается на механической части привода и крана, а также приводит к раскачиванию груза.

Повысить срок службы механической части крана и исключить режим раскачивания груза можно путём плавного перехода из одного режима в другой, реализацией системы автоматического перехода из двигательного режима в тормозной и наоборот при изменении направления действия момента сопротивления без участия машиниста. Поэтому обоснование параметров электропривода переменного тока с конденсаторным торможением позволяет обеспечить плавный переход из двигательного режима в тормозной и наоборот, что является актуальной научной задачей.

Целью работы является установление зависимостей и обоснование параметров, характеризующих работу асинхронного двигателя в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора.

Идея работы заключается в снижении динамических нагрузок, возникающих в электромеханической системе привода механизма передвижения грузоподъёмных кранов при переходе из двигательного режима в тормозной, путём выбора оптимальных параметров электролитического конденсатора. Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:

• математическая модель асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения, отличающаяся наличием электролитического конденсатора в цепи выпрямленного тока ротора;

• зависимость диапазона регулирования частоты вращения и минимальной нагрузки асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора от её номинальной мощности;

• зависимость тока разряда электролитического конденсатора, включённого в цепь выпрямленного тока ротора, от его ёмкости и напряжения заряда при различной частоте вращения ротора асинхронной машины.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использованием в работе математического аппарата, математического моделирования и удовлетворительной сходимостью экспериментальных данных с данными, полученными при компьютерном моделировании исследуемых процессов (расхождение в пределах 10-15%).

Значение работы.

Научное значение работы состоит:

• в разработке математической модели асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, положенной в основу расчёта переходных процессов и позволяющей определить рациональные его параметры;

• установлении зависимости тока разряда электролитического конденсатора, включённого в цепь выпрямленного тока ротора, от его ёмкости и напряжения заряда при разной частоте вращения ротора асинхронной машины, позволяющей определить область существования режима электродинамического торможения с самовозбуждением;

• установлении зависимости диапазона регулирования частоты вращения и минимальной нагрузки асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, от его номинальной мощности. Данные зависимости отличны от существующих аналогичных зависимостей режима динамического торможения с независимым возбуждением тем, что диапазон регулирования частоты вращения меньше, а минимальная нагрузка асинхронной машины больше. Практическое значение работы заключается:

• в разработке методики расчёта механических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, и интерактивной компьютерной программы к ней;

• разработке принципиальной электрической схемы управления электроприводом механизма передвижения грузоподъёмного крана, обеспечивающей автоматической переход из двигательного режима в тормозной и обратно при изменении направления ветровой нагрузки.

Реализация результатов работы. Разработанная принципиальная электрическая схема электропривода грузоподъёмных кранов, обеспечивающая автоматический переход из двигательного режима в тормозной и обратно в зависимости от ветровой нагрузки; методика расчёта механических характеристик электрической машины, работающей в режиме конденсаторного торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, и интерактивная компьютерная программа к ней приняты к использованию ОАО «СКТБ БК» при проектировании.

Разработанная методика расчёта механических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме конденсаторного торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, используется в учебном процессе на кафедре «Электрификация и энергоэффективность горных предприятий» Московского государственного горного университета.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались и были одобрены:

- на научных симпозиумах: "Неделя горняка-2005" (г. Москва, МГГУ, 2005 г.); "Неделя горняка-2006" (г. Москва, МГГУ, 2006 г.);

- на научных семинарах кафедры "Электрификация и энергоэффективность горных предприятий" МГГУ (г. Москва, 2004 - 2006 г.). Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных статей и получен патент на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит 60 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 63 наименований.

Выводы по главе 4

1. Определены условия, при которых наступает режим электродинамического торможения с самовозбуждением асинхронной машины.

2. Получена зависимость п = f(jC 3Ke) частоты вращения асинхронной машины от эквивалентного тока статора, являющейся границей областей двух режимов (область возможного и невозможного режима конденсаторного торможения с самовозбуждением).

3. Показано, что величина выпрямленного тока ротора ^ при постоянной начальной частоте вращения практически не влияет на величину максимального момента асинхронной машины, а сказывается лишь на времени наступления режима электродинамического торможения с самовозбуждением. Причём, чем меньше ток, тем меньше время запаздывания.

4. Получены зависимости iCV№ = f(C,UcQ) эквивалентного тока статора от ёмкости С и напряжения заряда Uc0 электролитического конденсатора при разной частоте вращения ротора асинхронной машины, позволяющие определить при заданной начальной частоте вращения параметры конденсатора, обеспечивающие надёжный переход в режим конденсаторного торможения.

5. Определена оптимальная величина частоты вращения асинхронной машины, обеспечивающей наилучшие динамические характеристики при переходе из двигательного режима в режим конденсаторного торможения.

125 Глава 5.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ, РАБОТАЮЩЕЙ В РЕЖИМЕ КОНДЕНСАТОРНОГО ТОРМОЖЕНИЯ

5.1. Цель экспериментальных исследований

Целью экспериментальных исследований является экспериментальное подтверждение:

-методики расчёта статических электромеханических и механических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме динамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора;

-математической модели асинхронной машины, работающей в режиме конденсаторного торможения, путём исследования нестационарных режимов при самовозбуждении и переходе из двигательного режима в тормозной при различных начальных условиях (частота вращения пнач, напряжение заряда Uc0-, ёмкость С конденсатора).

5.2. Описание экспериментального стенда и методика испытаний

Фотография экспериментального стенда и сопутствующего электрооборудования приведена на рис.5.1, а панель управления балан-сирным динамометром - на рис.5.2. Параметры балансирного динамометра приведены в табл.5.1, а технические данные испытываемого асинхронного двигателя с фазным ротором представлены в табл.3.1.

На рис.5.3 приведена принципиальная электрическая схема экспериментального стенда для снятия статических и динамических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме динамического торможения с самовозбуждением. В цепь выпрямленного тока ротора включён электролитический конденсатор С1 для создания начального тока возбуждения статора испытываемого двигателя (при снятии статических характеристик ём

Рис.5.1. Экспериментальный стенд

Рис.5.2. Панель управления балансирным динамометром

Рис.5.3. Принципиальная схема силовой части эксперементального стенда для снятия статических и динамических механических характеристик асинхронного двигателя в режиме конденсаторного торможения (с баластной емкостью С1 в выпрямленной цепи ротора) кость конденсатора принималась, равной Cl = 100 мкФ).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований дано новое решение актуальной научной задачи, состоящей в обосновании параметров электропривода переменного тока с конденсаторным торможением применительно к механизмам передвижения грузоподъёмных кранов, позволяющее улучшить их управляемость, повысить устойчивость и производительность.

Выполненные исследования позволили получить следующие результаты и выводы:

1. Аналитически обоснована возможность использования режима электродинамического торможения асинхронной машины с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора с целью применения его при автоматизации процесса перехода из двигательного режима в тормозной и обратно.

2. Разработана математическая модель электропривода механизма передвижения грузоподъёмного крана, позволяющая исследовать переходные процессы, происходящие в асинхронной машине при её работе в режиме конденсаторного торможения с самовозбуждением.

3. Получена зависимость эквивалентного тока статора асинхронной машины от частоты вращения ротора, позволившая определить область существования режима конденсаторного торможения с самовозбуждением.

4. Разработана методика расчёта механических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, позволяющая определить минимальные частоту вращения ротора и электромагнитный момент.

5. Получена зависимость эквивалентного тока статора асинхронной машины, позволяющая определить параметры электролитического конденсатора (ёмкость и напряжение заряда), обеспечивающие устойчивый режим конденсаторного торможения с самовозбуждением.

6. Разработана компьютерная программа, написанная на языке программирования С++, позволяющая в интерактивном режиме производить расчёт механических характеристик электродинамического режима с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора и определить необходимую величину сопротивления добавочного резистора, включаемого в цепь постоянного тока ротора, при заданной частоте вращения.

7. Разработана принципиальная схема электропривода механизма передвижения грузоподъёмного крана, позволяющая обеспечить автоматизированный переход асинхронной машины из двигательного режима в режим электродинамического торможения и обратно при изменении направления действия ветровой нагрузки на кран.

8. Основные научные и практические результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, приняты ОАО «СКТБ БК» при проектировании в виде методики расчёта механических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме конденсаторного торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, и интерактивной компьютерной программы к ней, а также принципиальной электрической схемы электропривода механизма передвижения грузоподъёмных кранов, обеспечивающей автоматический переход из двигательного режима в тормозной и обратно в зависимости от ветровой нагрузки.

150

1. Архангельский А .Я. Программирование в С++ Builder 6. - М.: Изд-во «БИНОМ», 2003.- 1152 с.

2. А.с. №177963 СССР, МПК Н 02 Р. Устройство для регулирования скорости асинхронного двигателя /Малиновский А.К. Опубл. 1966. Бюл. №2.

3. А.с. №1746505 СССР, Н 02 Р 3/24. Электропривод /Малиновский А.К. Опубл. 1992. Бюл. №25.

4. А.с. №1467724 СССР, Н 02 Р 3/24. Электропривод /Малиновский А.К. Опубл. 1989. Бюл. №11.

5. Барышников В.А., Рожков В.В. Замкнутые системы асинхронных электроприводов с фазовым управлением. Вестник национального технического университета «Харьковский политехнический университет». Сб. науч. Статей. Харьков, 2002. - №12, т.2, с.358-359.

6. Белов М.П., Новиков В.А., Рассудов Л. Н. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. М.: Изд. Центр «Академия№, 2004. - 576 с.

7. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Высш. шк., 1961. -791 с.

8. Боев B.C., Голев С.П., Певзнер Е.М. и др. Устройство для динамического торможения асинхронного двигателя. А.с. №868959 СССР, Н 02 Р 7/62. Опубл. 1981. Бюл.№36.

9. Великовский Я.А., Францишек И.В., Мордасов А.П. и др. Устройство динамического торможения в асинхронном вентильном каскаде. А.с. №809093 СССР, МКИ Н 02 Р 3/24. Опубл. 1981. Бюл.№5.

10. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. М.: Энергия, 1977.-430 с.

11. Гедеонов А.В., Голев С.П., Певзнер Е.М. и др. Устройство для управления асинхронным двигателем. А.с. №773877 СССР, Н 02 Р 3/36. Опубл. 1980. Бюл.№39.

12. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в Matlab 6.0. Санкт-Петербург, ООО «КОРОНА», 2001, 320 с.

13. Глушков С.В., Жакин И.А., Хачиров Т.С. Математическое моделирование. М.:, ООО «Изд. ACT», 2001. - 524 с.

14. Голев С.П., Зотова Т.В., Либман Г.М. и др. Устройство динамического торможения асинхронного двигателя. А.с. №664269 СССР, Н 02 Р 3/24. Опубл. 1979. Бюл.№19.

15. Данилов П.Е. Крановый асинхронный электропривод с импульсным регулятором в роторной цепи. Смоленск.: Смоленск, филиал ГОУВПО «МЭИ(ТУ)», 2005. - 92 с.

16. Данилов П.Е., Барышников В.А., Лебедев С.А. и др. Устройство для управления асинхронным двигателем с фазным ротором. А.с. №868959 СССР, Н 02 Р 3/24. Опубл. 1980. Бюл.№42.

17. Данилов П.Е., Барышников В.А., Лебедев С.А. и др. Устройство для управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором. А.с. №991572, Н 02 Р 7/62. Опубл. 1983. Бюл. №3.

18. Дранников В.Г., Звягинцев И.Е. Автоматизированный электропривод подъёмно-транспортных машин. -М.: Высш. шк., 1979, 280 с.

19. Дунаевский С.Я., Яуобсон Н.Б. Управление скоростью вращения асинхронного двигателя при помощи встречновключённых магнитных усилителей в цепи ротора. М.: Электричество, №12, 1962, с.21-24.

20. Кашкалов В.И. Конденсаторное торможение асинхронных двигателей. -М.: Энергия, 1977.- 120 с.

21. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

22. Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов. М.: Энергия, 1980. - 360 с.

23. Копылов И.П. Электрические машины. -М.: Высш. шк., 2002. -607 с.

24. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. -М.: Высш. шк., 2001. 327 с.

25. Корж Н.И., Мамедов В.М. Устройство для электродинамического торможения асинхронного двигателя с фазным ротором. А.с. № 338979 СССР, Н 02 Р 3/24. Опубл. 1972. Бюл. №16.

26. Костюк B.C. Устройство для динамического торможения асинхронного двигателя с фазным ротором. А.с. №135128 СССР, Н 02 Р 3/24. Опубл. 1961. Бюл.№2.

27. Крановое оборудование. Справочник /Алексеев Ю.В. и др. Под ред. А.А.Рабиновича/. М.: Энергия, 1979. 240 с.

28. Малиновский А.К. , Егоров Н.А. Анализ электромеханических свойств динамического торможения асинхронного двигателя. Международный симпозиум. «Горная техника на пороге XXI века». М.: ГГУ, 1996, с.464-469.

29. Малиновский А.К., Константинов А.С. Совершенствование электропривода вращающейся печи. М.: МГГУ, ГИАБ, №5, 2001, с.227-230.

30. Малиновский А.К., Бугерра А. Расчёт статических характеристик динамического торможения асинхронного двигателя со смешанным возбуждением. //Научн. практ. семинар с международным участием. «Проблемы развития горной техники» М.: МГГУ, 1995, с.9-14.

31. Малиновский А.К. Электропривод переменного тока с противо-ЭДС в цепи ротора. -РИИС, 1999. 175 с.

32. Малиновский А.К. Динамическое торможение асинхронного двигателя с фазным ротором при отсутствии источника постоянного тока.// Научн. практ. семинар с международным участием. «Проблемы развития горной техники» М.: МГГУ, 1995, с. 17-20.

33. Малиновский А.К., Лебедев С.В., Маминов Д.В. Исследование схемы конденсаторного торможения асинхронного двигателя с фазным ротором. -М.: МГГУ, ГИАБ, №5, 2001, с.223-226.

34. Малиновский А.К., Ткаченко П.В. Структура программы «AVTOM-COLDD.EXE» автоматизированного расчёта механических характеристик асинхронной машины в режиме динамического торможения. М.: МГГУ, ГИАБ, №7, 2005, с.312-315.

35. Малиновский А.К., Ткаченко П.В. Модернизация электропривода механизма передвижения грузоподъёмных кранов. М.: МГГУ, ГИАБ, №5, 2005, с.252-254.

36. Малиновский А.К. Расчёт механических характеристик схемы бесступенчатого регулирования скорости асинхронного двигателя с противо-ЭДС в цепи ротора. М.: Электротехническая промышленность, вып.256, 1966, с.12-13.

37. Малиновский А.К., Щуцкий В.И. Режим одновременного действия тормозных систем шахтной подъёмной машины как средство повышения надёжности аварийного торможения. Изв. вузов. Горный журнал, №6, 2001, с. 131-135.

38. Масандилов Л.Б. Электропривод подъёмных кранов. М.: МЭИ, 1998, -100 с.

39. Патент № 2075819 РФ, Н 02 Р 3/24. Электропривод. /Малиновский А.К., Турянский Р.В. Опубл. 1992. Бюл.№25.

40. Петров Л.П., Ледензон В.А., Буштян Л.В. Моделирование переходных процессов при конденсаторном торможении асинхронных электродвигателей.- Изв. Вузов, Электромеханика, №7, 1968, с.745-748.

41. Соколов М.М., Масандилов Л.Б., Рожанковский Ю.В. и др. Автоматизированный электропривод /Под общей ред. И.И.Петрова, М.М.Соколова, М.Г.Юнькова. М.: Энергия, 1980, с 289-299.

42. Соколов М.М., Петров Л.П., Масандилов Л.Б. и др. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе.- М.: Энергия, 1967, -201 с.

43. Страуступ Б. Язык программирования С++. Специальное издание. Пер. с англ. М.: ООО «Бином-Пресс», 2004, - 1104 с.

44. Танатар А.И. Режим динамического торможения с самовозбуждением крановых двигателей. М.: Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод, 1979, вып. 6(23), с.10-12.

45. Танатар А.И., Акимов Ю.И. Система динамического торможения асинхронного двигателя, обеспечивающего повышение среднего тормозного момента. Изв. вузов. Электромеханика, 1971, №11, с.15-18.

46. Танатар А.И., Акимов Ю.И. Исследование работы асинхронного двигателя в режиме динамического торможения со смешанным возбуждением. М.: Электротехническая промышленность, вып. 6, 1971, с. 15-16.

47. Танатар А.И., Дурнев В.И. Системы электродинамического торможения подъёмных кранов. Киев.: Техника, 1982. - 283 с.

48. Танатар А.И., Дурнев В.И., Ужеловский В.А. Система динамического торможения асинхронных двигателей с изменяющейся структурой. Электротехника, 1990, №4, с. 26-29.

49. Тищенко В.Н., Образцов В.П. Исследование асинхронного электропривода механизма подъёма крана в режиме динамического торможения с самовозбуждением. Электротехника, 1986, №8, с. 52-55.

50. Чумичёв В.Н. Расчёт механических характеристик крановых двигателей и определение максимального диапазона регулирования частоты вращения ротора в режиме динамического торможения со смешанным возбуждением. -Электротехника, 1993, №8, с. 59-63.

51. Электрооборудование кранов /А.П.Богословский, Е.М.Певзнер, Н.Ф.Семерня и др. -М.: Машиностроение, 1983. 310 с.

52. Электропривод мостового крана по системе асинхронного вентильного каскада. /Я.А.Великовский, А.Д.Мурзиков, А.И.Малыгин и др. Воронеж, ЦНТИ. Информ. листок, 1973, №495, 73 с.

53. Янцен В.И. Динамическое торможение двигателей подъёмных машин с питанием статора от собственного ротора. Горный журнал, №6, 1970, с.62-63.

54. Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988. 344 с.

55. Яуре А.Г., Певзнер Е.М., Голев С.П. и др. Устройство для динамического торможения асинхронного двигателя с фазным ротором. А.с. №613269 СССР, Н 02 Р 3/24. Опубл. 1978. Бюл.№24.

56. Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Новые электроприводы для грузоподъёмных кранов современных высокомеханизированных производств. Автоматизированный электропривод. /Под общей ред. Н.Ф.Ильинского, М.Г.Юнькова. 1990, с. 230-233.

57. Яуре А.Г., Богопольский А.П., Певзнер Е.М. Технический уровень и направление развития электроприводов крановых механизмов. В кн. Проблемы автоматизированного электропривода. -М.: Энергия, 1974, с. 146-153.

58. Яуре А.Г., Боев B.C., Голев С.П. и др. О применении электроприводов с импульсно-ключевым регулированием для крановых механизмов передвижения. М.: ВНИИПТМаш, 1986, - с. 43-50.

59. Simulink 4.Секреты мастерства /Дж. Б. Дебри, Т.Л. Харман. Пер. с англ. М.Л. Симонов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. - 403 с.1. Утверждаю» Директор СКТБипепнш'о краностроения

60. Заведующий отделом электроприводов и микропроцессорной техники, кандидат технических наук1. Певзнер Е.М.158