автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка электропривода рудничных аккумуляторных электровозов с бесконтактной системой управления двигателями независимого возбуждения

Введение. 5-Ю

1. Состояние вопроса и задачи исследования

1Д. Характеристика условий работы и технического уровня рудничных электровозов находящихся в эксплуатации .11

1.2. Обзор и анализ разработанных тяговых тирис-торных электроприводов рудничных электровозов .18

1.3. Обоснование выбранного направления .29

1.4. Выбор и задачи исследования .36

2. Разработка математической модели бесконтактной системы управления для анализа работоспособности системы в переходных режимах управления рудничным электровозом

2.1. Уравнения обратимого однопозиционного коммутатора . 38

2.2. Математическая модель бесконтактной системы управления для расчета переходных процессов. 47

2.3. Методика преобразования скалярных величин, характеризующих переходные процессы в системе, в векторные.55

2.4. Выводы.

3. Однопозиционное регулирование тока тяговых электродвигателей и определение области устойчивости регулятора 3.1. Основные характеристики бесконтактной системы управления двигателями независимого возбуждения с однопозиционным регулятором . 62

3.2. Линеаризованная математическая модель системы .74

3.3. Параметры линеаризованной системы .88

3.4. Устойчивость регулятора тока управления без входного Фильтра.93-105"

3 стр.

3.5. Устойчивость регулятора тока с входным фильтром . 106

3.6. Расчет импульсных трансформаторов тока для бесконтактной системы управления . 110

3.7. Выводы . 121

4. Выбор основных параметров бесконтактного реверсора-регулятора и экспериментальные исследования электрооборудования с двигателями независимого возбуждения

4.1. Построение реверсора-регулятора для однопози-ционного регулирования возбуждения тяговыми двигателями . 123

4.2. Основные параметры и методика инженерного расчета реверсора-регулятора

4.2.1. Определение номинального тока трансформаторов в реверсоре-регуляторе. 131

4.2.2. Связь между параметрами регулятора и геометрическими характеристиками трансформатора . 135

4.2.3. Методика инженерного расчета элементов бесконтактного реверсора-регулятора . 144

4.3. Особенности реализации силы тяги рудничных электровозов с тяговыми двигателями независимого возбуждения . 149

4.4. Экспериментальные исследования электрооборудования с бесконтактной системой управления двигателями независимого возбуждения

4.4.1. Экспериментальные образцы и их технические параметры .159

4.4.2. Структура тиристорного регулятора бесконтактной системы управления двигателями независимого возбуждения .161

4.4.3. Особенности конструкции электрооборудования .166

4.4.4. Экспериментальные исследования электрооборудования .168

Выводы.

Основными направлениями развития СССР на 1981-1985 гг. и на период до 1990 г. предусмотрен дальнейший рост добычи угля, которая в 1985 г. должна составлять 770-800 млн.т. Решение этой проблемы связано с внедрением высокопроизводительной горнодобывающей техники, что в свою очередь, приводит к повышению нагрузок на транспорте (I).

Электровозная откатка является основным видом транспорта и обеспечивает до 80 % грузоперевозок по горизонтальным выработкам шахт. Ввиду значительных потерь электроэнергии и низких тяговых свойств эксплуатируемые в настоящее время рудничные электровозы имеют низкие технико-экономические показатели.

Это обусловлено использованием на рудничных электровозах АМ8, АМ8Д и 2АМ8Д электроприводов с резисторной и секционированной системами управления с силовым контроллером.

Электроприводы с тиристорно-контактной системой управления, разработанные для электровозов АРП14, имеют большие габариты, что не позволяет разместить их на электровозах АРП7, АРВ7, АРПЮ.

В связи с этим возникает необходимость разработки электроприводов с бесконтактной системой управления для электровозов АРП7, АРВ7, АРПЮ, АРП14.

Сопоставительный анализ тяговых электроприводов с различными системами управления, проведенный в диссертационной работе определил, что наиболее высокие технико-экономические показатели имеют электроприводы с бесконтактной системой управления двигателями независимого возбуждения.

1&ким образом, разработка электропривода с бесконтактной системой управления двигателями независимого возбуждения длярудничных аккумуляторных электровозов, имеющих наименьший сцепной вес и габариты, является актуальной задачей.

Требования условий эксплуатации рудничных электровозов (3, 4, 16, 20, 36, 37, 40), а также обзор зарубежных систем управления (41, 46, 47, 48, 49, 50), привели к формированию основных технических требований, предъявляемых к приводам рудничных электровозов (19, 45), которые должны обеспечить:- пуск, бесконтактное реверсирование и отключение электродвигателей электровоза;- параллельное подключение электродвигателей к источнику питания;- плавное задание ограничения максимальной скорости в пределах от нуля до заданного максимального значения; - автоматическую стабилизацию заданной скорости с ограничением по допустимому току электродвигателей;- плавное изменение скорости при резком (ступенчатом) изменении сигнала задания скорости;- исключение реверса электродвигателей при наличии на них питания;- осуществление начала движения электровоза только с нулевого положения рукоятки управления скорости;- невозможность пуска и отключение питания тяговых электродвигателей при нахождении машиниста вне кабины;- установка аппаратуры управления на всех типах электровозов и ее унификация;- ограничение тока тяговых двигателей электровоза при их пуске, регулировании скорости, перегрузках и торможении;- автоматическую защиту электрооборудования от коротких замыканий;- защиту от боксования и юза;- плавное электродинамическое торможение электровоза;- управление электромагнитными рельсовыми тормозами;- возможность использования электровозов в системе автоматического вождения поездов;- измерение скорости движения электровоза;- управление аппаратами сигнализации и освещения при движении электровоза и на стоянке;- обеспечение стабилизированным напряжением вспомогательного электрооборудования электровоза;- управление приводом стрелок с движущегося электровоза;- совместную работу с аппаратурой шахтной связи, автоматики, телемеханики.

Эксплуатируемое электрооборудование на рудничных электровозах с резисторной и секционированной (22, 38) системами управления не полностью соответствуют этим требованиям, а тирис-торно-контактная аппаратура по своим габаритно-установочным размерам не размещается на всех электровозах (43, 52).,Поэтому необходимо разработать электрооборудование, отвечающее современным технико-экономическим требованиям и унифицированное для всего ряда электровозов, начиная с электровоза сцепным весом 7 т, имеющего наименьшие габариты.

Применение силовой полупроводниковой техники на рудничных электровозах позволит значительно повысить их технический уровень, производительность, надежность и безопасность в эксплуатации и обеспечивает максимальную унификацию электрооборудования (24, 25, 64).

Одним из перспективных направлений в совершенствовании управления рудничными электровозами является разработка унифицированных для всех типов электровозов схем бесконтактных системуправления двигателями независимого возбуждения (21, 24, 43, 53, 59, 62), обеспечивающих плавность пуска, бесконтактное регулирование и электрическое торможение электродвигателей. Вопрос создания и исследования бесконтактных систем управления*имеет важное значение как для реализации оптимальных по потреблению энергии и быстродействию систем управления, так и для автоматизации электровозной откатки.

Однако разработка этих систем связана с трудностями. Повышение быстродействия ведет к потере устойчивости управления. Автоколебания на частоте ниже, чем частота коммутации, ведет к увеличению пульсационных составляющих входного и выходного тока, а также к понижению момента на валу двигателя, так как уменьшается средний ток двигателя.

Исследование автоколебаний и разработка мер по их устранению является одной из задач, тесно связанной с определением устойчивости бесконтактных систем управления электровозной тяги, и представляет большой научный и практический интерес.

Цель работы - Исследование устойчивости электропривода с бесконтактной системой управления двигателями независимого возбуждения для разработки его структуры и выбора основных параметров.

Научные положения, защищаемые в работе, и их новизна

5. Результаты работы использовались при создании элект-. рооборудования для контактных электровозов КТ14, К128 с тиристорной системой управления.

6. Разработанная структура электропривода принята ОКБ завода "Электромашина" и Ворошиловградским филиалом института "Гипроуглеавтоматизация" в качестве базы при создании и серийном внедрении унифицированного электрооборудования для рудничных электровозов.

7. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения аппаратуры управления составит 10 тыс.руб. на один комплект.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной задачи: разработка бесконтактной системы управления двигателями независимого возбуждения. Установлена область устойчивой работы регулятора тока, выбраны основные узлы и элементы электрооборудования, позволяющего повысить эффективность рудничных электровозов.