автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка электропривода по системе "непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель" для карьерных экскаваторов

На правах рукописи

БЛАГОДАРОВ Дмитрий Анатольевич

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПО СИСТЕМЕ «НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ -АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ» ДЛЯ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004 г.

Работа выполнена на кафедре Автоматизированного электропривода Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

САФОНОВ Юрий Михайлович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

ИВАНОВ Гелий Михайлович - кандидат технических наук. ШЕВЫРЕВ Юрий Вадимович

Ведущее предприятие - ОАО "Рудоавтоматика"

Защита состоится 8 октября 2004 г. в аудитории М-611 в 14 час 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.02 в Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: Москва, Красноказарменная ул., д. 13.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан "_"_2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.02 канд. техн. наук, доцент

Цырук С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эффективность и оптимальность режимов работы карьерных экскаваторов во многом обеспечивается регулируемым электроприводом, поэтому создание простых, надежных, экономичных экскаваторных электроприводов, отвечающих современным технологическим и эксплуатационным условиям, является на сегодняшний день актуальной проблемой.

В' настоящее время половина действующего парка экскаваторов эксплуатируется со сверхнормативным сроком службы и должна быть заменена в течение ближайших нескольких лет, что ограничено отсутствием необходимых финансовых средств. Рациональным выходом из создавшегося положения является поддержание в работоспособном состоянии действующего парка карьерных экскаваторов за счет модернизации механической и электрической части. Одновременно с этим следует осуществлять поэтапный вывод из эксплуатации морально устаревших и физически изношенных экскаваторов с заменой на машины большей производительности и технологичности.

Учитывая тяжелые условия эксплуатации и четырехквадрантный режим работы экскаваторных» электроприводов, в качестве системы электропривода переменного тока следует применять систему «Непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель» (НПЧ-АД). Силовую часть НПЧ целесообразно комплектовать на базе модульных тиристорных преобразователей в объектно-ориентированном экскаваторном исполнении серии ГГТЭМ, разработанной, на кафедре АЭП МЭИ под руководством профессора Ключева В.И. Данные преобразователи уже более десятилетия успешно эксплуатируются на экскаваторах в качестве, тиристорных возбудителей генераторов и хорошо себя зарекомендовали. Замена двигателей постоянного тока асинхронными двигателями, управляемыми с помощью непосредственных преобразователей частоты, позволит увеличить КПД системы электропривода, обеспечит энергосбережение и повысит эксплуатационные показатели, что в целом должно обеспечить экономический эффект.

Цель работы. Разработка и исследование экскаваторного электропривода по системе «Непосредственный преобразователь частоты - асинхронный

двигатель», обеспечивающего

энергосбережение при модернизации главных электроприводов карьерных экскаваторов.

Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:

1. Дать анализ существующих систем электроприводов карьерных экскаваторов, указать тенденции их развития и обобщить комплекс требований к экскаваторному электроприводу.

2. Провести теоретическое исследование механических и электрических нагрузок главных электроприводов карьерных экскаваторов в цикле экскавации.

3. Разработать и обосновать структуру управления экскаваторным электроприводом по системе НПЧ-АД, обеспечивающую выполнение совокупности технологических требований.

4. Для исследования работоспособности и энергопотребления разработать имитационную модель экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД.

5. Создать макет и на его основе экспериментально исследовать энергетические показатели электропривода по системе НПЧ-АД.

6. Разработать практические рекомендации по выбору, конструктивному размещению, настройке и диагностике силового оборудования предлагаемой системы электропривода.

Методы исследования.. Исследования 1 выполнялись с использованием базовых законов теоретических основ электротехники, с применением теории Обобщенной электрической машины, методов имитационного математического моделирования.

Экспериментальные исследования выполнялись на разработанном макетном образце электропривода по системе НПЧ-АД как в лабораторных условиях, так и в работе на промышленных объектах.

Новые научные положения, выносимые на защиту.

1. Обобщены «требования к экскаваторному электроприводу и тенденции его развития, на основании которых предложена и обоснована структура управления экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД, отвечающая современным технологическим и эксплуатационным условиям.

2. Создана имитационная модель экскаваторного электропривода по системе. НПЧ-АД для его комплексного исследования в цикле экскавации с учетом особенностей реализации функциональных элементов реального преобразователя и системы управления;

3. На базе имитационной модели предложен алгоритм диагностирования тиристорного преобразователя ПТЭМ-2Р в стационарных условиях ремонта на основе таблиц функций неисправности преобразователя.-

4. Дана качественная и количественная оценка энергосбережения в системе электроснабжения экскаватора с нерегулируемым фильтро-компенсирующим устройством.

5. Для предлагаемой структуры управления экскаваторного электропривода экспериментально определен характер изменения коэффициента искажения тока нагрузки и коэффициента искажения синусоидальности сетевого напряжения.

6. Разработан вариант конструктивной модернизации главных электроприводов карьерного экскаватора ЭКГ-5 по системе НПЧ-АД.

Практическая ценность работы заключается в разработке экономичных, надежных электроприводов переменного тока по системе НПЧ-АД, полностью удовлетворяющих комплексу современных технологических и эксплуатационных требований к экскаваторным приводам. Разработанная имитационная модель позволяет всесторонне исследовать процессы в главных электроприводах карьерных экскаваторов, выполненных на базе модульных тиристорных преобразователей ПТЭМ-2Р. Основные результаты диссертационной работы используются: ОАО «Рудоавтоматика» при разработке главных электроприводов экскаватора ЭКГ-5 по системе НПЧ*АД; ОАО «Лебединский ГОК» для оценки эффективности энергопотребления экскаваторов при модернизации главных электроприводов по системе НПЧ-АД; в НИР кафедры АЭП МЭИ при разработке и исследовании экскаваторных электроприводов переменного тока.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Х1-ой международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика» (г. Харьков, 2003 г); на 1Х-ой и Х-ой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2003 г., 2004 г.); на заседании кафедры АЭП МЭИ.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано девять печатных работ, получен один патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из 95 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 195 страницах, содержит 62 рисунка и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы и конкретизированы основные задачи и способы их решения.

В первой главе проанализированы основные разработки и исследования в области экскаваторного электропривода. Сформулированы цели и задачи теоретического и практического исследований.

Представлено современное техническое состояние парка карьерных экскаваторов и возможности предприятий по их эксплуатации. На основании этого обобщен комплекс технологических и эксплуатационных требований к экскаваторным электроприводам на современном этапе, который характеризуется сложным экономическим положением в отраслях промышленности, где используются карьерные экскаваторы. Поэтому главным требованием, предъявляемым к электроприводам данных машин, является обеспечение максимальной интегральной производительности экскаватора при минимуме инвестиций со стороны собственников предприятий.

Показано, что современным требованиям может удовлетворить модернизация главных электроприводов посредством совершенствования существующих систем электропривода с использованием современной элементной базы и системы управления, введением элементов диагностики и контроля или посредством перехода на системы электропривода переменного тока, обеспечивающие увеличение производительности, снижение энергопотребления и повышение надежности работы электрооборудования.

Объективная целесообразность использования системы НПЧ-АД в приложении к экскаваторному электроприводу диктуется следующими причинами:

- необходимостью снижения потерь энергии в цикле (высокий КПД системы НПЧ-АД за счет однократного преобразования электрической энергии);

- эффективностью энергопотребления, снижением затрат на электроэнергию (возможность свободного обмена энергией между двигателем и питающей сетью, рекуперация энергии в сеть без дополнительных устройств),

- обеспечением высокого качества регулирования в динамике, снижением износа механического оборудования (плавное регулирование амплитуды и частоты основной гармоники выходного напряжения);

- ограничением свободной площади машинного отделения в экскаваторах с малым объемом ковша (хорошие массо-габаритные показатели за счет отсутствия устройств принудительной коммутации и фильтров);

- повышенной надежностью преобразовательной техники для уменьшения простоя экскаваторов по вине электроники»(высокая перегрузочная способность тиристоров, надежность и простота силовой схемы);

- унификацией силовых модулей для применения на различных экскаваторах, повышением надежности системы электропривода в целом (возможность конструирования по блочно-модульному принципу, обеспечивающему наращивание мощности, удобство эксплуатации и резервирования).

Исследованием системы НПЧ-АД для экскаваторного электропривода занимались ОАО «Электропривод», институт «Гипроуглеавтоматизация», группа экскаваторного электропривода кафедры АЭП МЭИ: Ключев В.И., Кадыров И.М., Гаврилов МЛ, Полянинов Г.А., Попов В А., Баранов ЮМ.\ Микитченко АЛ., МироновЛ.М. Анализ материалов их исследований показал, что на данном этапе отсутствует эффективный инструмент исследования, позволяющий проводить комплексное исследование экскаваторного электропривода в цикле экскавации; не затрагивались вопросы диагностики как отдельных элементов, так и в целом системы электропривода; не изучен процесс энергопотребления в цикле экскавации с учетом потерь в питающей линии и компенсации реактивной мощности с помощью фильтро-компенсирующих устройств (ФКУ).

Во второй главе проведены исследования цикловых механических нагрузок главных электроприводов карьерных экскаваторов по системе НПЧ-АД.

Разработана комплексная инженерная методика, включающая в себя выбор приводного асинхронного двигателя (АД) для системы НПЧ-АД, расчет его параметров, расчет уточненных нагрузочных диаграмм главных электроприводов экскаватора, выполненных по системе НПЧ-АД. Разработанная методика позволяет оценивать влияние механических нагрузок на параметры цикла (время цикла, совершенную полезную работу), вычислять средневзвешенные за цикл (интегральные) значения механических показателей электропривода.

Исследован цикл работы карьерного экскаватора ЭКГ-5 и дана количественная оценка изменения механических нагрузок и параметров цикла при переходе от используемой в настоящее время на главных электроприводах системы постоянного тока генератор двигатель (Г-Д) к системе НПЧ-АД. В табл.1 приведены количественные оценки изменения механических нагрузок в системе НПЧ-АД по отношению к системе Г-Д. Здесь знак «-» соответствует уменьшению нагрузок по отношению к системе Г-Д, знак «+» их увеличение. Из таблицы видно, что переход к системе НПЧ-АД позволяет сократить время цикла на 9% за счет ускорения динамических процессов (М]) привода поворота, при этом увеличение механической мощности (Р2) в среднем за цикл не превысит 3%.

Таблица 1

Сравнение механических нагрузок в системе НПЧ-АД и Г-Д

ЭП подъема ЭП поворота- ЭП напора I ЭП

' м;. % ми/о Р2.,% Р2.% Р2т.%

Тц=23с . -45,3. -16,6= '1,5' +26,3 +21 а -16,3 . -0,7

Ти=20 с -45,3. -21,4 +37,2 +55,6 +19,0 -16,3 +3,0

В третьей главе представлена разработка, главных электроприводов карьерных экскаваторов по системе НПЧ-АД. В качестве базового элемента разработки используются модульные тиристорные преобразователи ПТЭМ-2Р третьего габарита. Обоснован модульный принцип построения НПЧ, состоящий в простоте наладки и эксплуатации преобразователя частоты, в повышении надежности работы электроприводов в полевых, условиях без постоянного квалифицированного техухода и в сокращении простоев при отказах электроники. Модульный принцип позволяет легко наращивать мощность преобразователя.

Обоснована структура управления экскаваторным электроприводом по системе НПЧ-АД (рис.1), удовлетворяющая комплексу современных технологических требований, предъявляемых к экскаваторному электроприводу. Данная структура, наиболее целесообразна с точки зрения алгоритма работы системы управления, наличия тех или иных датчиков и обратных связей,

компоновки силовои схемы, а главное возможности практической реализации предлагаемой структуры в современных условиях при модернизации действующих экскаваторов.

Рис. 1. Предлагаемая структура экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД

Базовой системой управления экскаваторного электропривода с НПЧ является частотно-токовое управление скоростью (ЧТУ). Функцию системы управления в структуре выполняет задающий генератор (ЗГ) управляющих сигналов, который по алгоритму ЧТУ формирует два канала гармонических управляющих воздействий на тиристорные преобразователи (ТП) в составе НПЧ, а именно: сигналы задания на логику раздельного управления ТП в каждой фазе НПЧ (и„А, и„в, И«с) и сигналы задания на ток (и^, итВ, итС). В ЗГ осуществляется ориентация вектора тока статора относительно вектора потокосцепления ротора во вращающейся со скоростью поля системе координат х,у.

Предлагается использовать структуру ЧТУ с предуправлением в канале задания частоты, в которой задание частоты берется непосредственно с выхода задатчика интенсивности (ЗИ). Структура ЧТУ с предуправлением обладает большей устойчивостью по отношению к классической структуре ЧТУ с положительной обратной связью по скорости. Кроме того, настройка коэффициентов передачи в каналах управления частотой и моментом

осуществляется проще, и они не так критичны к изменению параметров системы. Экскаваторная механическая характеристика формируется с помощью излома характеристики П-регулятора скорости и зависимого ЗИ:

Главные электроприводы карьерных экскаваторов малой производительности эффективнее всего с точки зрения снижения массогабаритных и улучшения энергетических показателей комплектовать системой НПЧ с трехфазной нулевой схемой без нулевого провода в нагрузке, реализующей эквивалентный шестипульсный режим работы.

В четвертой главе рассмотрены вопросы теоретического исследования экскаваторного электропривода на разработанной в среде БшиНпк пакета Иш1аЬ имитационной - модели. Модель (рис. 2) выполнена по блочно-модульному принципу и полностью отражает представленную на рис. 1 структуру управления. Модель содержит: блоки задания скорости (ЗС) и момента нагрузки (Мс), задатчик интенсивности (ЗИ), задающий генератор (ЗГ), выполняющий функции системы управления электроприводом, регуляторы тока и скорости, НПЧ на базе трех силовых тиристорных преобразователей типа ПТЭМ (ТП А, ТП В, ТП С), модель приводного асинхронного двигателя (АД), источник электрической энергии и питающей линии, модель ФКУ.

Главной > особенностью модели является ее идентичность и аналогия из условия максимального приближения структуры модели к структуре реального привода. Реализованные в. модели, структуры, ЗГ и ТП являются точными имитационными аналогами реально существующих объектов, т.е. содержат все функциональные блоки и элементы ЗГ для НПЧ и преобразователя типа ПТЭМ-2Р.

На рис. 3 показана модель СИФУ преобразователя ПТЭМ-2Р, состоящая из ряда1 функциональных блоков: блок согласующих трансформаторов (Тр), формирователь опорных синусоид (ФОС), блок фазового управления (БФУ), блок логики раздельного управления (ЛРУ) и блок выдачи' импульсов (БВИ). Структура всех блоков и связей Между ними полностью соответствует реальному объекту - СИФУ преобразователя ПТЭМ-2Р.

Рис.2. Общая структура модели системы НПЧ-АД для экскаваторного электропривода в блоках ЗтыНпк

® ч^г—I

у—

Рис.3'. Модель СИФУ преобразователя ПТЭМ-2Р

На рис. 4 представлены снятая, на модели, и экспериментальная осциллограммы, характеризующие удовлетворительную динамику системы НПЧ-АД. Показаны сигналы задания скорости и фактической скорости привода при пуске от задатчика интенсивности на частоту 25 Гц. На обеих осциллограммах имеем одинаковую форму соответствующих сигналов, максимальное расхождение осциллограмм не превышает 10%, что говорит об адекватности модели реальному объекту.

Не

Г —

I I I ■___1_____'

|^1СШТ1С »рсняи! - 9,25 ¡с/кл

б)

Рис.4. Динамика системы НПЧ-АД: результат моделирования (а); эксперимент (б)

Разработанная имитационная модель позволяет настраивать, контролировать и визуализировать все необходимые параметры для обеспечения заданных режимов работы экскаваторных электроприводов переменного тока с непосредственными преобразователями частоты с учетом функциональных особенностей как электронных устройств управляющей и силовой частей, так и механической части электропривода.

В связи с полным отсутствием на выпускаемых экскаваторах систем диагностики эксплуатационному персоналу необходим простой и доступный алгоритм поиска и локализации неисправности в наиболее часто выходящем из строя элементе системы электропривода. По статистическим данным таким элементом в экскаваторном электроприводе является электронный преобразователь. Поэтому на базе имитационной модели в работе предложен алгоритм диагностирования преобразователя ПТЭМ-2Р в стационарных условиях ремонта, поскольку разработанная имитационная модель преобразователя ПТЭМ-2Р полностью отражает структуру и содержит все функциональные блоки, элементы и связи в устройстве реального преобразователя.

В соответствии с моделью СИФУ преобразователя ПТЭМ-2Р (рис.3) объект диагностирования представлен функциональной и логической моделями (рис. 5).

Для реализации алгоритма диагностирования наглядным и удобным является метод на основе построения таблицы функций неисправности (ТФН) (табл. 2). Содержимым клетки'/ в ТФН является допустимое 1 или недопустимое О значение выхода г] , вычисляемое по (1) для 1-го технического состояния объекта диагностирования. Внешние входные сигналы модели приняты всегда допустимыми, т.е. Х,=1. При одиночных неисправностях элементов модели множество Е технических состояний объекта диагностирования (число столбцов ТФН) на единицу больше числа логических элементов, т.е. равно 6.

«1= «I *Г, г, = е2Аг,Лх,;

Т — л Л V »

(1)

Таблица 2

Таблица функций неисправностей СИФУ преобразователя ПТЭМ-2Р

Я Е

во- е. е* вз в4 е5

а, 1 0 1 -1- 1 1

1л 1 0 0 1 1 1

' гз 1 0 0 0( 1 1

- Та- 1 1 V 0 1-

7л 1 0 0 0 1 0

Алгоритм поиска неисправности по полученной ТФН можно представить в виде, графа, который указывает на последовательность проведения проверок функциональных элементов СИФУ (рис.6).

Рис.6. Граф алгоритма поиска неисправности элементов преобразователя ПТЭМ-2Р на основе ТФН Использование предложенного алгоритма поиска неисправностей на практике существенно сократит время восстановления работоспособного состояния преобразователей ПТЭМ-2Р.'

С помощью имитационной модели были проведены исследования электрических нагрузок главных электроприводов и всего экскаватора в цикле экскавации. В табл. 3 приведены значения средневзвешенных за цикл значений активной, реактивной и полной мощности (2), а также (3), количественно

характеризующие энергопотребление экскаватора ЭКГ-5 в цикле.

Ры риол; 0и,= ~~ = (2)

Таблица 3

Энергопотребление экскаватора ЭКГ-5 в цикле

1 Ре св. кВт Огсв, кВАр Бгсв, кВА СОЗфсв

Без компенсации 224 444 497 0,45

224 107 248 0,90

Из табл. 3 видно, что средневзвешенное за цикл значение потребляемой реактивной мощности в 2 раза больше значения активной мощности, поэтому Известно, что наиболее эффективно компенсировать используя нерегулируемое ФКУ. При этом со%ср(Н будет стремиться к единице. Для экскаватора ЭКГ-5 и заданного цикла экскавации при использовании нерегулируемого ФКУ мощностью Q1Му=6>/) полученный со5(р,„ равен 0,9, что является приемлемым значением для эффективного энергопотребления.

С помощью имитационной модели в работе получены зависимости, характеризующие потери энергии в питающей линии от длины линии с учетом и без учета компенсации реактивной мощности (рис 7).

На рис.7: А1У7 - потери без учета реактивной составляющей тока, А\У2 потери при использовании нерегулируемого ФКУ мощностью А1УЗ

потери без компенсации реактивной мощности.

Рис. 7. Графики потерь энергии в питающей линии Данные графики целесообразно применять энергетическим службам ГОКов для правильного планирования системы электроснабжения и точного учета потерь энергии в питающей линии.

В пятой главе представлены результаты экспериментальных исследований предлагаемой системы НПЧ-АД. В связи со сложностью проведения экспериментальных исследований на экскаваторе в лаборатории кафедры АЭП МЭИ был создан макетный образец непосредственного тиристорного преобразователя частоты на базе моноблоков ПТЭМ-2Р, на его устройство получен патент на полезную модель.

Проведены исследования энергетических показателей и спектрального состава токов и напряжений, формируемых НПЧ как в фазе нагрузки, так и в сети. Показано, что с ростом выходной частоты НПЧ в спектре токов и напряжений на фазе нагрузки появляются четные 4-я и 8-я гармоники, которые становятся преобладающими и определяют величину коэффициента искажения тока нагрузки (рис. 7а). В области частот выше 25 Гц наблюдается существенное снижение коэффициента искажения, что ограничивает диапазон регулирования.

На рис.7б представлены зависимости коэффициента искажения синусоидальности сетевого напряжения от выходной частоты НПЧ для различных режимов. Значения коэффициента в диапазоне до 25 Гц не превышают нормы. Как видно из рис. 8, основными • искажающими составляющими в фазе сети являются 5, 7, 11 гармоники. Таким-образом, ФКУ необходимо настраивать именно на эти гармоники.

Рис.7. Зависимости коэффициента искажения тока нагрузки (а) и коэффициента искажения синусоидальности сетевого напряжения (б) от частоты НПЧ

а). б).

Рис.8. Осциллограмма сетевого тока и напряжения НПЧ (а) и гистограмма гармонического состава сетевого напряжения (б) при работе привода на частоте 25 Гц в двигательном режиме

Анализируя с точки зрения качества энергопотребления, приведенные на рис. 7 и рис. 8 зависимости, рекомендовано за базовую частоту в системе НПЧ-АД принимать 25 Гц

В шестой главе представлены практические рекомендации, касающиеся модернизации главных электроприводов экскаватора ЭКГ-5 по системе НПЧ-АД.

На основании проведанных исследований энергопотребления экскаватора ЭКЛ-5 в цикле экскавации (табл. 3) даны практические рекомендации по выбору и размещению силового оборудования, в "корпусе машины при модернизации главных электроприводов по системе НПЧ-АД на базе преобразователей ПТЭМ-2Р Разработанная электрическая схема модернизации главных электроприводов представлена на рис 9

Рис. 9. Электрическая схема модернизации главных электроприводов

В качестве силового трансформатора предлагается выбирать двухобмоточный масляный-трансформатор ТМ-250/0,4 со схемой соединения обмоток У/У-0.

В качестве приводных двигателей для главных электроприводов рекомендовано использовать специальные асинхронные двигатели, выполненные в корпусах машин постоянного тока по разработке АЭК «Динамо» С целью сохранения установочных размеров и отработанной системы охлаждения

электрических машин их необходимо выполнять комбинированными корпуса с системой охлаждения и валы выполнять аналогичными как у заменяемых машин постоянного тока, а активные части как у асинхронных машин единой, серии 4А. Данные двигатели будут иметь завышенные номинальные значения мощности и скорости при номинальной частоте 50 Гц, но их рекомендуется использовать при питании от НПЧ в диапазоне частот до 25 Гц, максимально используя по моменту за счет поддержания постоянства потока машины. Эти разовые затраты по завышению мощностей приводных двигателей намного меньше переносят свою стоимость на продукцию, чем затраты на электроэнергию.

С точки зрения оптимальных массогабаритных показателей и качества формируемых токов двигателя рекомендуется компоновать НПЧ по трехфазной нулевой схеме без нулевого провода в нагрузке на базе преобразователей ПТЭМ-2Р-31. Получаемая при этом мощность НПЧ для каждого привода при

естественной вентиляции составит что удовлетворяет

требуемой мощности приводов поворота и напора экскаватора ЭКГ-5, для привода подъема необходимо применить принудительную вентиляцию

Рекомендовано устанавливать нерегулируемое ФКУ мощностью =01Я. Предложено комплектовать ФКУ на базе компенсатора реактивной мощности УККРМ-3 мощностью 400 кВАр Данная установка имеет встроенные реакторы, при этом настройки фильтров необходимо осуществлять на 5-ю и 7-ю гармоники.

При модернизации главных электроприводов экскаватора ЭКГ-5 по системе НПЧ-АД станина в задней части поворотной платформы высвобождается от многомашинного агрегата, и на его место устанавливаются трансформатор требуемой мощности, статическое ФКУ, шкафы с НПЧ для питания приводных асинхронных двигателей.

Проведен расчет экономической эффективности модернизации главных приводов Годовой экономический эффект от модернизации составит 1 млн. 210 тыс. рублей Время окупаемости затрат на модернизацию главных приводов составит один год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обобщен комплекс технологических и эксплуатационных требований к экскаваторному электроприводу и даны тенденции его развития, на основании которых разработана и предложена структура управления экскаваторным электроприводом по системе НПЧ-АД.

2. Разработана имитационная модель экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД для комплексного исследования процессов в цикле экскавации с учетом особенностей реализации функциональных элементов реального преобразователя и системы управления.

3. На базе разработанной имитационной модели предложен алгоритм диагностирования тиристорного преобразователя ПТЭМ-2Р в стационарных условиях ремонта логическим методом с использованием таблицы функций неисправности преобразователя.

4. Дана качественная и количественная оценка энергосбережения в системе электроснабжения карьерного экскаватора с нерегулируемым ФКУ.

5. Для предлагаемой структуры управления и силовой части экскаваторного электропривода экспериментально определены коэффициенты искажения тока нагрузки и синусоидальности сетевого напряжения от режимов работы.

6. Даны практические рекомендации по выбору силового оборудования и предложен вариант конструктивной модернизации главных электроприводов карьерного экскаватора ЭКГ-5 по системе НПЧ-АД.

7. Результаты диссертационной работы используются ОАО «Рудоавтоматика» и ОАО «Лебединский ГОК» при разработке экскаваторных электроприводов и оценки эффективности энергопотребления экскаваторов при модернизации главных электроприводов по системе НПЧ-АД.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Миронов Л.М., Ефимов В.Н., Третьяк Г.А., Благодаров Д.А. Исследование экскаваторных электроприводов переменного тока с непосредственным преобразователем частоты. // Горные машины и автоматика. -2003. -№11. -С. 25-27.

20

" 1 4Э16

2. Миронов Л.М., Третьяк Г.А., Благодаров Д.А. Моделирование электропривода переменного тока по системе «Непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель» // Приводная техника. - 2003.-№3.-С. 4-10.

3. Миронов Л.М., Третьяк Г.А., Благодаров Д.А. Гармонический анализ токов системы непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель. // Электрика. - 2003. - № 10. - С. 16-19.

4. Ключев В.И., Миронов Л.М., Сафонов Ю.М., Шеляховский М.А., Благодаров Д.А., Третьяк Г.А., Павленко СВ. Разработка опытных образцов электроприводов экскаватора ЭКГ-8И по системе непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель.// Вестник МЭИ. - 2003. - №4. -С. 80-85.

5. Миронов Л.М.; Третьяк Г.А., Благодаров Д.А. Расчет параметров задающего генератора для системы непосредственный преобразователь частоты — асинхронный двигатель на базе модульных преобразователей ПТЭМ-2Р. // Привод и управление. - 2003. - № 1. - С. 26-29.

6. Благодаров Д.А. Третьяк Г.А. Лабораторный стенд для испытания асинхронного электропривода с НПЧ на базе модульных преобразователей ПТЭМ-2Р // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. IX Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. - Москва, 2003.- С. 86-87.

7. Благодаров Д.А. Имитационное моделирование экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. X Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. -Москва, 2004.- С. 94-95.

8. Миронов Л.М., Третьяк Г.А., Благодаров Д.А., Фомин С.А., Шеляховский М.А. Реализация векторного управления для системы НПЧ-АД.// Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика: Тез. докл. XI межд. научн.-техн. конф. Вестник ХГПУ. Выпуск 115 . - Харьков, 2003. -С. 138-139.

9. Патент на полезную модель № 32957, РФ, Н 05 К 7/02. Непосредственный преобразователь частоты / Миронов Л.М., Третьяк Г.А., Благодаров Д.А.

Подписано в печать //, СЯ'^Зак. Тир. Пл.

Полиграфический центр МЭИ (ТУ)

Красноказарменная ул., д. 13

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ.

1.1. Комплекс требований, предъявляемых к экскаваторным электроприводам на современном этапе.

1.2. Обзор существующих систем экскаваторного электропривода и перспективы их развития.

1.Э.Обзор исследований, выполненных в области создания экскаваторных электроприводов переменного тока по системе НПЧ-АД.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ГЛАВНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ В ЦИКЛЕ ЭКСКАВАЦИИ.

2.1. Исследование механических нагрузок главных электроприводов карьерных экскаваторов по системе НПЧ-АД.

2.2. Анализ влияния механических нагрузок на параметры цикла экскавации.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ГЛАВНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ ПО СИСТЕМЕ НПЧ-АД.

3.1. Объектно-ориентированный модульный тиристорный преобразователь как элемент системы НПЧ-АД.

3.2. Анализ различных вариантов компоновки НПЧ на базе модульных тиристорных преобразователей серии ПТЭМ-2Р.

3.3. Разработка и обоснование структуры управления экскаваторным электроприводом по системе НПЧ-АД, удовлетворяющей комплексу современных технологических требований.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ.

4.1. Разработка имитационной модели экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД

4.2. Разработка алгоритма диагностирования преобразователя типа ПТЭМ-2Р с помощью имитационной модели.

4.3. Исследование энергопотребления главных электроприводов карьерного экскаватора в цикле экскавации.

4.3.1. Исследование цикловых графиков потребляемой мощности.

4.3.2. Компенсация реактивной мощности и улучшение энергетических показателей системы электропривода с помощью ФКУ.

4.3.3. Анализ потерь энергии в питающей линии с учетом и бе* учета компенсации реактивной мощности.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ НПЧ-АД.

5.1. Исследование статических и динамических режимов работы электропривода.

5.2. Исследование энергетических показателей и гармонического состава токов и напряжений в системе НПЧ-АД.

5.3. Анализ потребляемой реактивной мощности.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 6. МОДЕРНИЗАЦИЯ ГЛАВНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ЭКСКАВАТОРА ЭКГ-5 ПО СИСТЕМЕ НПЧ-АД.

6.1. Анализ показателей надежности работы НКУ на базе НГ1Ч.

Актуальность темы. В результате реформирования экономики России в горно-добывающей, угольной и перерабатывающих отраслях выявилось и накопилось ряд негативных явлений и тенденций, которые требуют быстрого решения. К числу наиболее острых следует отнести обновление парка карьерных экскаваторов, который определяет технический уровень и технико-экономические показатели горно-обогатительных комбинатов (ГОКов) и угольных разрезов.

На сегодняшний день половина действующего парка машин эксплуатируется со сверхнормативным сроком службы и должна быть заменена в течение ближайших нескольких лет, что ограничено отсутствием необходимых финансовых средств.

Рациональным выходом из создавшегося положения является поддержание в работоспособном состоянии действующего парка карьерных экскаваторов за счет модернизации механической и электрической части, позволяющей значительно продлить сроки его безопасной эксплуатации в пределах остаточного ресурса. Одновременно с этим необходимо осуществлять поэтапный вывод из эксплуатации морально устаревших и физически изношенных экскаваторов с заменой на машины большей производительности и технологичности.

В последние годы отечественное горно-транспортнос оборудование начало отставать по своим техническим показателям ог зарубежного в основном из-за низкой надежности комплектующего оборудования. Положение усугубляется тем, что практическое отсутствие в последнее десятилетие заказов на карьерное оборудование в значительной степени дезорганизовало его налаженное производство на машиностроительных заводах РФ и СНГ. Ориентация на полную поставку этого оборудования из стран дальнего зарубежья требует значительных инвестиций, так как стоимость этого оборудования существенно выше стоимости аналогичного оборудования (в 3-4 раза), изготавливаемого на заводах РФ. Кроме того, такой подход приведет к еще большему снижению научно-технического потенциала и возможностей отечественной машиностроительной базы, полной зависимости горно-добывающей и угольной промышленности страны от иностранных фирм.

Эффективность и оптимальность режимов работы карьерных экскаваторов во многом обеспечивается регулируемым электроприводом, поэтому создание простых, надежных, экономичных экскаваторных электроприводов, отвечающих современным технологическим и эксплуатационным условиям, является на сегодняшний день актуальной проблемой.

Экскаваторный электропривод до сих пор остается той областью автоматизированного электропривода, в которой привод переменного тока не получил широкого применения, хотя работы в этом направлении активно ведутся последние два десятилетия как у нас в стране, так и за рубежом. Базовой системой экскаваторного электропривода все еще остается система постоянного тока генератор-двигатель (Г-Д).

Учитывая тяжелые условия эксплуатации и четырехквадраптный режим работы экскаваторных электроприводов в качестве системы электропривода переменного тока следует применять систему «Непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель» (НПЧ-АД). Силовую часть НГГЧ целесообразно комплектовать на базе модульных тиристорных преобразователей в объектно-ориентированном экскаваторном исполнении серии ПТЭМ [1], разработанной на кафедре АЭП МЭИ под руководством профессора Ключева В.И. Данные преобразователи уже более десятилетия успешно эксплуатируются на экскаваторах в качестве тиристорных возбудителей генераторов и хорошо себя зарекомендовали. Замена двигателей постоянного тока асинхронными двигателями, управляемыми с помощью непосредственных преобразователей частоты, позволит увеличить КПД системы электропривода, обеспечит энергосбережение и повысит эксплуатационные показатели, что в целом должно обеспечить экономический эффект.

Цель работы. Разработка и исследование экскаваторного электропривода по системе «Непосредственный преобразователь частоты -асинхронный двигатель»,обеспечивающего повышение производительности и энергосбережение при модернизации главных электроприводов карьерных экскаваторов.

Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:

1.Дать анализ существующих систем электроприводов карьерных экскаваторов и указать тенденции их развития, обобщить комплекс требований к экскаватор!;ому электроприводу.

2. Провести теоретическое исследование механических и электрических нагрузок главных электроприводов карьерных экскаваторов в цикле экскавации.

3. Разработать и обосновать структуру управления экскаваторным электроприводом по системе НПЧ-АД, обеспечивающую выполнение совокупности технологических требований.

4. Для исследования работоспособности и энергопотребления разработать имитационную модель экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД.

5. Создать макет и на его основе экспериментально исследовать энергетические показатели в системе НПЧ-АД.

6. Разработать практические рекомендации по выбору, конструктивному размещению, настройке и диагностике силового оборудования предлагаемой системы электропривода.

Методы исследования. Исследования выполнялись с использованием базовых законов теоретических основ электротехники, с применением теории обобщенной электрической машины, методов имитационного математического моделирования.

Экспериментальные исследования выполнялись на разработанном макетном образце электропривода по системе НПЧ-АД как в лабораторных условиях, так и в работе на промышленных объектах.

Новые научные положения, выносимые на защиту.

1. Обобщены требования к экскаваторному электроприводу и тенденции его развития, на основании которых предложена и обоснована структура управления экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД, отвечающая современным технологическим и эксплуатационным условиям.

2. Создана имитационная модель экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД для комплексного исследования процессов в системе во всем цикле экскавации с учетом особенностей реализации функциональных элементов реального преобразователя и системы управления.

3. На базе имитационной модели предложен алгоритм диагностирования тиристорного преобразователя Г1ТЭМ-2Р в стационарных условиях ремонта на основе таблиц функций неисправности преобразователя.

4. Дана качественная и количественная оценка энергосбережения в системе электроснабжения экскаватора с нерегулируемым фильтро-компенсирующим устройством.

5. Для предлагаемой структуры управления экскаваторного электропривода экспериментально определен характер изменения коэффициента искажения тока нагрузки и коэффициента искажения синусоидальности сетевого напряжения.

6. Разработан вариант конструктивной модернизации главных электроприводов карьерного экскаватора ЭКГ-5 по системе НГ1Ч-АД.

Практическая ценность работы заключается в разработке экономичных, надежных электроприводов переменного тока по системе НПЧ-АД, полностью удовлетворяющих комплексу современных технологических и эксплуатационных требований к экскаваторным приводам. Разработанная имитационная модель позволяет всесторонне исследовать процессы в главных электроприводах карьерных экскаваторов, выполненных на базе модульных тиристорных преобразователей ПТЭМ-2Р. Основные результаты диссертационной работы используются: ОАО «Рудоавтоматика» при разработке главных электроприводов экскаватора ЭКГ-5 по системе НПЧ-АД; ОАО «Лебединский ГОК» для оценки эффективности энергопотребления экскаваторов при модернизации главных электроприводов по системе НПЧ-АД; в НИР кафедры АЭП МЭИ при разработке и исследовании экскаваторных электроприводов переменного тока.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Х1-ой международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика» (г. Харьков, 2003 г); на 1Х-ой и Х-ой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2003 г., 2004 г.); на заседании кафедры АЭГ1 МЭИ.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано девять печатных работ, получен один патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из 95 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 195 страницах, содержит 62 рисунка и 8 таблиц.

175 ВЫВОДЫ

Расчетным путем показано, что в НКУ на базе НПЧ наработка па отказ составляет 3800 ч , среднее время восстановления 1,4 ч. Разработаны практические рекомендации по выбору силового оборудования и предложен вариант конструктивной модернизации главных электроприводов карьерного экскаватора ЭКГ-5 по системе НПЧ-АД. Полученные результаты используются в промышленности ОАО «Рудоавтоматика» при разработке НКУ управления электроприводами экскаватора ЭКГ-5 по системе НПЧ-АД

Годовой экономический эффект от модернизации составит 1,21 млн. рублей. Срок окупаемости не превысит один год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обобщен комплекс технологических и эксплуатационных требований к экскаваторному электроприводу и даны тенденции его развития, на основании которых разработана и предложена структура управления экскаваторным электроприводом по системе НПЧ-АД.

2. Разработана имитационная модель экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД для комплексного исследования процессов в цикле экскавации с учетом особенностей реализации функциональных элементов реального преобразователя и системы управления.

3. На базе разработанной имитационной модели предложен алгоритм диагностирования тиристорного преобразователя ПТЭМ-2Р в стационарных условиях ремонта логическим методом с использованием таблицы функций неисправности преобразователя.

4. Дана качественная и количественная оценка энергосбережения в системе электроснабжения карьерного экскаватора с нерегулируемым ФКУ.

5. Для предлагаемой структуры управления и силовой части экскаваторного электропривода экспериментально определены коэффициенты искажения тока нагрузки и синусоидальности сетевого напряжения от режимов работы.

6. Даны практические рекомендации по выбору силового оборудования и предложен вариант конструктивной модернизации главных электроприводов карьерного экскаватора ЭКГ-5 по системе НПЧ-АД.

7. Результаты диссертационной работы используются ОАО «Рудоавтоматика» и ОАО «Лебединский ГОК» при разработке экскаваторных электроприводов и оценки эффективности энергопотребления экскаваторов при модернизации главных электроприводов по системе НПЧ-АД.

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

2. Ключев В.И. Ограничение динамических нагрузок электроприводов. -М.: Энергия, 1971.-320 с.

3. Портной Т.З., Парфёнов Б.М., Коган А.И. Современное состояние и направления развития электротехнических комплексов одноковшовых экскаваторов. М.: Знак, 2002. - 113 с.

4. Электропривод экскаваторов: Доклады научно-практического семинара. М.: Издательство МЭИ, 2004. - 112 с.

5. Ключев В.И., Миронов Л.М., Славгородский В.Б. Перспективные системы экскаваторного электропривода // Энергосбережение на промышленных предприятиях: Материалы 2-й Междунар. науч.-техн. конф.- Магнитогорск, 2000.- 323 е.- С. 266-272.

6. Ключев В.И., Солохненко Р.Г., Фельдман Ю.И. Создание электропривода переменного тока по системе НПЧ-АД для экскаватора ЭШ-6/45. //Тр. ин-та / Моск. энерг. ин-т. 1988. - Вып. 168 - С. 65-74.

7. Ключев В.И. Теория электропривода: учебник для ВУЗов М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

8. Гаврилов М.П. Разработка цифровой модели и методики проектирования экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД: Дис. канд. техн. наук.- М., 1984,- 225 с.

9. Полянинов Г.А. Разработка рекомендаций по выбору рациональных схем НПЧ для главных электроприводов одноковшовых экскаваторов: Дис. канд. техн. наук.- М., 1989.- 236 с.

10. Ю.Попов В.А. Разработка и исследование устройств, улучшающих энергетические показатели регулируемого экскаваторного электропривода переменного тока: Дис. канд. техн. наук.- М., 1990. 240 с.

11. П.Ешкин В.Н. Исследование аварийных режимов экскаваторных электроприводов по системе НПЧ-АД и разработка устройств защиты: Дис. канд. техн. наук.- М., 1991.- 143 с.

12. Баранов Ю.М. Разработка устройств и методов линеаризации нагрузок механической части экскаваторных электроприводов по системе НПЧ-АД: Дис. канд. техн. наук М., 1989 - 244 с.

13. Микитченко А .Я. Разработка и исследование частотно-управляемого асинхронного электропривода по системе НПЧ-АД для машин предприятий горнодобывающей промышленности: Дис. д-ра., техн. наук.- М., 1999- 274 с.

14. Греков Э.Л. Разработка и исследование электропривода основных механизмов экскаваторов по системе НПЧ-АД на базе эквивалентных шестипульсных схем: Автореф. дис. канд. техн. наук. Самара, 2003. -20 с.

15. Миронов Л.М. Обоснование областей применения непосредственных преобразователей частоты в электроприводе // Ш Междунар. (Х1У Всероссийская) конф. по автоматизированному электроприводу «АЭП-2001» 12-14 сентября 2001 г.-Ниж.Новгород.- 2001- С. 222.

16. Вуль Ю.Я., Ключев В.И., Седаков Л.В. Наладка электроприводов экскаваторов М.: Недра, 1975.- 312 с.

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

18. Портной Т.З., Парфенов Б.М. Современный электропривод карьерных экскаваторов // Приьод и управление, 2001.- № 1.- С. 2-6.

19. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. М.: Эиергоиздат, 1982.- 256 с.

20. Чулков H.H. Расчет приводов карьерных машин.- М.: Недра, 1987.- 196 с.

21. Павленко C.B. Модернизация главных электроприводов действующего парка карьерных экскаваторов: Дис. канд. техн. наук,- М., 2003.- 230 с.

22. Исследования и анализ составляющих потребляемой мощности электроприводами экскаватора ЭКГ-5: Отчет о НИР (заключит.) / Моск. энерг институт- Тема № 3097030; № ГР 01040000892; Инв. № 02200104258.- М., 2003.- 54 с.

23. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов. М.: Энергия, 1972.-240 с.

24. Ильинский Н.Ф. Энергосберегающий электропривод насосов // Электротехника. 1995. - №7. — С. 3 - 8.

25. Кудрявцев A.B., Ладыгин А.Н. Современные преобразователи частоты в электроприводе // Приводная техника. 1998. -№3. - С. 21-28.

26. Новиков В.А., Рассудов Л.Н. Тенденции развития электроприводов, систем автоматизации промышленных установок и технологических комплексов // Электротехника. — 1996. № 4. - С. 26 - 29.

27. Дацковский Л.Х, Абрамов Б.И. и др. Современное состояние и тенденции в асинхронном частотно-регулируемом электроприводе // Электротехника. 1997. - №10. - С. 45 - 51.

28. Лезнов Б.С. Экономия электроэнергии в насосных установках. М.: Энергоатомиздат, 1991.- 144 с.

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

30. Ключев В.И., Микитченко А.Я., Каныгин В.И. Разработка и исследование системы НПЧ-АД для тяжелых условий эксплуатации // Тр. ин-та / Моск. энерг. ин-т. 1997. - Вып. 675. - С. 159 - 166.

31. Разработка экскаваторных тиристорных преобразователей с микропроцессорным управлением // В.И. Ключев, J1.M. Миронов, Ю.М. Сафонов, A.C. Сапельников, С.А. Фомин, М.А. Шеляховский. Вестник МЭИ.- 2001.- № 4.- С. 51 -56.

32. Разработка и исследования экскаваторных электроприводов // В.И. Ключев, J1.M. Миронов, A.M. Резниковский, С.А. Фомин. -Электротехника.- 2002. № 2.- С. 20-25.

33. 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.

34. Миронов Л.М., Ефимов В.Н., Третьяк Г.А., Благодаров Д.А. Исследование экскаваторных электроприводов переменного тока с непосредственным преобразователем частоты. // Горные машины и автоматика. 2003. - № 11. - С. 21 -24.

35. Грабовецкий Г.В. Системы управления тиристорными преобразователями частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией // Электротехника. 1977. - №8. - С. 3 - 5.

36. Системы управления тиристорными преобразователями частоты / Бизиков В.А., Миронов В.Н., Обухов С.Г., Шамгунов Р.Н. М.: Энергоиздат, 1981. - 144 с.

37. Сарваров A.C. Энергосберегающий электропривод на основе НПЧ-АД с программным формированием напряжения: Монография.- Магнитогорск: МГТУ, 2001. 206 с.

38. Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью. М.: Энергия, 1977. - 280 с.

39. Иньков Ю.М. Вентильные преобразователи частоты с непосредственной связью М.: Информэлектро, 1974.- 64 с.

40. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе / А .Я. Бернштейн, Ю.М Гусяцкий, А.В Кудрявцев, Р.С Сарбатов; Под ред. P.C. Сарбатова М.: Энергия, 1980- 328 с.

41. Фираго Б.И. Непосредственные преобразователи частоты в электроприводе.—Минск, Университетское, 1990.- 134 с.

42. Шиндес Ю.Л., Ерухимович В.А., Никитин О.Ф. Электроприводы с непосредственными преобразователями частоты // Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова.- М.: Энергоатомиздат, 1986. С. 263 - 266.

43. Чехет Э.М., Мордач В.П., Соболев В.Н. Непосредственные преобразователи частоты в электроприводе.- Киев: Наукова думка, 1988.- 224 с.

44. Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристики, применение. Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 400 с.

45. Сарваров A.C. Перспективы разработки нового типа непосредственных преобразователей частоты для мощных вентиляторных электроприводов // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. Сб. науч. тр. Магнитогорск, 2000. - Вып. 5. - С. 10 - 18.

46. Сарваров A.C. Расширение диапазона частотного регулирования двигателей переменного тока на базе непосредственных преобразователей частоты // Приводная техника. 2000. - №3. - С. 22 - 27.

47. Сабинин Ю.А., Грузов B.JT. Частотно-регулируемые асинхронные электроприводы. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. - 1985.— 128 с.

48. Сандлер A.C., Сарбатов P.C. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. М.: Энергия, 1974. — 328 с.

49. Сандлер A.C., Сарбатов P.C. Частотное управление асинхронными двигателями. М.: Энергия. - 1966. - 144 с.

50. Бизиков В.А., Обухов С.Г., Чаплыгин Е.Е. Управление непосредственными преобразователями частоты. М.: Энергоатомиздат, 1985.- 128 с.

51. Булгаков A.A. Частотное управление асинхронными двигателями.- 3-е издание перераб. М.: Энергоатомиздат, 1982. - 216 с.

52. Фираго Б.И., Готовский Б.С., Лисс З.А. Тиристорные циклоконверторы. Минск: Наука и техника, 1973. — 296 с.

53. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока.- М.: Энергоиздат, 1982 192 с.

54. Панкратов В.В. Векторное управление асинхронными электроприводами: Учеб. пособие. Новосибирск, 1999. 174 с.

55. Borgard D.E., Olsson G., Lorenz R.D. Accuracy issues for parameter estimation of field orieted induction machine drives // IEEE Transaction On Industry Application. Vol.31, No. 4, July/August 1995.

56. Рапа Т. Sensorless Vector-Controlled Induction Motor Drive System for Electric Vehicles // Proc. of the SPEEDAM' 2000. Ischia, Italy. 13-16 June 2000.

57. Ключев В.И., Кадыров И.Ш. Частотно-токовое управление экскаваторным электроприводом по системе ПЧНС-АД //Тр ин-та / МЭИ.- 1982.- Вып. 570 С. 69-76.

58. Калашников В.И. Основы векторного управления асинхронным электроприводом без датчика скорости // Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика: Вестник ХГГ1У. Вып. 111.- 1998.-С. 128- 129.

59. Терехов В.М. Современные способы управления в электроприводе // Электротехника. 2000. — № 2. — С. 15-19.

60. Джонс М.Х. Электроника практический курс. - М.: Постмаркет, 1999.-528 с.

61. Третьяк Г.А. Разработка непосредственного преобразователя частоты с бездатчиковым векторным управлением // Электрика. — 2003. № 8. -С. 20-23.

62. Dong-Choon Lee, Seung-Ki Sul, Min-Ho Park High-Performance Current Regulator for a Field-Oriented Controlled Induction Motor Drive // IEEE Transaction On Industry Application. Vol.30, No. 5, September/October 1994.

63. Munoz-Garcia A., Lipo T.A., Novotny D.W. A New Induction Motor V/f Control Method Capable of High-Performance Regulation at Low Speeds // IEEE Transaction On Industry Application. Vol.34, No. 4, July/August 1998.

64. Hofmann H., Sanders S.R. Speed Sensorless Vector Torque Control of Induction Machines Using a Two-Time-Scale Approach // IEEE Transaction On Industry Application. Vol.34, No. 1, January/February 1998.

65. Ирвинг M. Готлиб Источники питания. Инверторы. Конверторы. Линейные и импульсные стабилизаторы. Постмаркет Москва, 2000. -175 с.

66. 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.

67. Автоматизация моделирования электромеханических систем / A.B. Балуев, М.Ю. Дурдин, А.Р. Колганов, В.А. Хвостов.- Брянск: БИТМ, 1995.-92 с.

68. Водорезов В.М., Иванова Е.А. Компьютерные системы моделирования электроприводов // Электротехника. 1996. - №7. - С. 48 - 51.

69. Исаев И.П., Иньков Ю.М., Маричев М.А. Вероятностные методы расчета полупроводниковых преобразователей. М.: Энергоатом издат, 1982.-96 с.

70. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1994.-325 с.

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

72. Ключев В.И., Миронов JT.M., Постников С.Г. Комбинированное моделирование электроприводов // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Сб. науч. тр. Междунар. конф. В 2-х ч. Ч.2.- ВолгГТУ- Волгоград, 2000.- С. 80-81.

73. Миронов JI.M., Третьяк Г.А., Благодаров Д.А. Моделирование электропривода переменного тока по системе «Непосредственный преобразователь частоты асинхронный двигатель» // Приводная техника.- 2003 - № 3 - С. 4 -10.

74. Благодаров Д.А. Имитационное моделирование экскаваторного электропривода по системе НПЧ-АД // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. X Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. Москва, 2004.- С. 94-95.

75. Павленко C.B. Экскаваторы с разными системами управления главных электроприводов для горнорудных предприятий. Статистический анализ надежности // Привод и управление.- 2001.— № 1С. 6-10.

76. Осипов О.И., Усынин Ю.С. Техническая диагностика автоматизированных электроприводов. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 160 с.

77. Супронович Г. Улучшение коэффициента мощности преобразовательных установок: Пер. с польск. М.: Энергоатом издат, 1985. - 136 с.

78. Глинтерник С.Р. Тиристорные преобразователи со статическими компенсирующими устройствами — Л.: Энергоатом издат. Ленингр.отд, 1988. -240 с.

79. Гаврилов М.П., Попов В.А., Баранов Ю.М. Сравнительный анализ качества энергопотребления в экскаваторных электроприводах // Тр. ин-та/ Моск. энерг. ин-т- 1988 Вып. 165- С. 117-124.

80. Парфенов Б.М., Шевырев Ю.В. Статические режимы фильтро-компенсирующих устройств в системах электропривода соизмеримой мощност// В кн. «Автоматизированный электропривод. Сборник научных трудов за 2002 г». — М.: Знак, 2002, с. 134-153.

81. Патент на полезную модель № 32957, РФ, H 05 К 7/02. Непосредственный преобразователь частоты / Миронов Л.М., Третьяк Г.А., Благодаров Д.А.

82. Иванов Г.М., Егоркин В.Ф. Несимметричные режимы работы тирис-торных преобразователей в электроприводах переменного тока. — М.: Энергоатомиздат, 1990. 199 с.

83. Жежеленко И.В., Саенко Ю.А. Вопросы качества электроэнергии в электроустановках.- Мариуполь: Изд-во Приазовского ун-та, 1996.- 173 с.

84. Анчарова Т.В., Рыбаков J1.M. Качество электрической энергии и ее сертификация: Учебное пособие / Map. Гос. Ун-т. Йошкар-Ола. -2000.- 108 с.

85. Маевский О.А. Энергетические показатели вентильных преобразователей: М.: Энергия, 1979 - 320 с.

86. Ключев В.И. Энергетика электропривода. Под ред. J1.B. Жильцова. -М.: МЭИ, 1994.-84 с.

87. Жежеленко И.В. Высшие гармонические составляющие в системах электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1984.- 160 с.

88. Миронов JT.M., Третьяк Г.А., Благодаров Д.А. Гармонический анализ токов системы непосредственный преобразователь частоты — асинхронный двигатель. // Электрика. 2003. - № 10. - С. 16-19.

89. Стандарт предприятия СТП БИЛА-149-86. Оценка надёжности САУ электроприводами на стадии проектирования.

90. Расчет экономической эффективности модернизации главных электроприводов экскаватора ЭКГ-5 по системе НПЧ-АД

91. Затраты на модернизацию составляют:

92. Здп = 180000+108000+2* 116000=520000 руб, стоимость ФКУ УККРМ-3/400 (ОАО «Оптэнерго»): 3^=160000 руб,прочие расходы:3„р = 400000 руб,стоимость снимаемых с экскаватора генераторов и двигателей постоянного тока с учетом амортизации:

93. Змп=?мпГи«Вт = 500000 руб. Затраты на модернизацию: Зи = 500000 + 170000 + 520000 + 120000 + 400000 500000 =1,21 млн.руб.

94. Расчет экономической эффективности модернизации главных приводов экскаватора ЭКГ-5 с использованием технических данных базового варианта из заводской инструкции 3519.99.00.000ИЭ производится по формуле:

95. ДП% = 9 % повышение производительности;

96. Пб = кэ-\рукзап'\/Тцнол, годовая производительность базового варианта. При коэффициенте времени экскавации к, = 0,8, коэффициенте заполнения ковша кза„ = 0,9, номинальной длительности цикла Т„ шш = 23с = 0,0064час, емкости ковша V* = 5 м3:

97. Пб = 0,8-6500-0,9-5/0,0064 = 3656000 м\

98. Ци цена 1 м3 добычи, принимаем Ц,, = 0,5 руб./м3.

99. Годовой экономический эффект с учетом указанных значений составит:

100. Э2 = (1180 780)-6800-0,6 + (9%/100)- 3656000 -0,5 =1210000 руб.

101. Асп. каф. «АЭП» ^Тщ/^Ф Блш одаров ДА. &

102. Асп. каф. «АЭП» Третьяк Г.А

103. Зам. гл. инженера / Лукашов В. А1. От ОАО «Электроаппарат»:Г

104. Главный энергетик Чекаснн НА / ^

105. Начальник котельно^ ^ Зайцев АН. «^¿^Ц/

106. УТВЕРЖДАЮ Технический директор кий трубный завод» Е.Н. Морковин

107. Российской Федерация Липецкая областьг. Липецк —--^

108. Асп. каф. «АЭП» Благодаров Д.А.

109. Асп. каф. «АЭП» / Третьяк Г.А.

110. От ОАО «Липецкий трубный завод»:

111. Зам. гл. механика завода по эл. части Белоусов И.Н.

112. Энергетик цеха эмальизделий Федоров С.М.1. Технолог Гришанова Т.Н.

113. Лебединский ГОК» А.М.Балычев % 2004 г.1. УТВЕРЖДАЮ:1. АКТо практическом применении в промышленности результатов диссертационной работы

114. Проведенные автором исследования цикловых электрических нагрузок экскаватора ЭКГ-5 позволили дать практические рекомендации по выбору силового питающего трансформатора и фильтро-компенсирующего устройства.

115. Директор по научной работед.т.н., профессор1. Микитченко А.Я.