автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Разработка и применение автоматизированного электропривода повышенной частоты для молочных сепараторов

' харьковский институт механизации и змсгившслции

СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи

РОМАНЧЕИКО Николай Анастасьевич

УДЧ 62-83:621.314.23.631.17

разработка и применение автоматизированного электропривода повышенной частоты для шлочныл сепараторов

Специальность: 05.20.02 - Электрификация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков, 1992

--7, ■Г '

N

Работа выполнена в Харьковском институте механизации и электрификации сельского хозяйства.

Научный руководитель

Научный консультант

- кандидат технических наук, доцент | И.Г.Баженов!

- кандидат технических наук, доцент В.Я.Нуршев '

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.К.Мурзин

кандидат технических наук, доцент В.А.Яковлев

Ведущая организация

- Харьковское производственно-эксплуатационное объединение "Лгропрсмонерго"

г ¿Г п , А ™

Защита состоится " и.Н>НсУ_1992г. в 1и часов на заседании специализированного совета К 120.38.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук щы Харьковском институте механизации и электрификации сельского хозяйства по адресу: 310078, Харьков, ул.Артема, д.44, ХШЭСХ.

С диссертацией мопно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан •Л - . -М^Ц 1992г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, _ . _

профессор Л.С.Ермолов

ощля хлрлкгеристшса рлбош

Актуальность теш диссертации. Обработка и переработка различных видов сельскохозяйственной продукции, в том число и молока, является важной народнохозяйственной задачей, решение которой сопряжено со значительными затратами материальных и энергетических ресурсов. Учитывая то, что молоко относится к скоропортящейся продукции, а также то, что перерабатывающие заводи и хозяйства-поставщики территориально разобщены, последние, с целью сохранения товарного качества сзеяевццоенного молока, вынуждены производить его первичную или полную обработку своими силами. Для этого прифермские молочные комплексов КРС оснащаются поточными охладительно-пастеризационными линиями, которые обладая достаточно высокой производительностью допускают сбои в работе, нанося ущерб хозяйствам. Причиной тому является низкая надежность и долговечность отдельных их агрегатов, и в первую очередь, центробежных сепараторов-очистителей. Наибольшее влияние на ра-ботопригодность и простои сепараторов оказывает их привод, выполненный на базе структурной czei.ru, содержащей повышающий редуктор, пусковую фрикционную муфту, асинхронный двигатель промышленной частоты. Наличие промежуточных передаточных звеньев в схеме привода сепаратора, и особенно повьшающего редуктора, обусловливает необходимость установки приводных двигателей завышенной мощности. Напряженный динамичный режим работы всех звеньев привода этих высокоскоростных машин, вызывает интенсивный износ пусковой муфты, червячного редуктора, снижая тем самым, качество очистки, нормализации, разделения молока, уровень безопасного обслуживания сепараторов и увеличивает удельный расход электроэнергии. Замена и ремонт изношенных деталей привода

ведут к простого технологической линии, увеличивают производственные затраты, а заодно и себестоимость продукции. Кроме того, приводной двигатель, мощность которого выбирается по условиям допустимого нагрева,за время пуска,оказывается недогруженным в номинальном режиме работы сепаратора, а след01ательно, характеризуется низкими энергетическими показателями (к.п.д., 0,03 Т , коэффициент загрузки), нерационально расходуя электроэнергию.

Одним из путей устранения отмеченных недостатков может быть применение электродвигателей повышенной частоты при питании их от полупроводниковых преобразователей. Причем, если учесть, что процессы пуска и тормояения для сепараторов с периодической ручной выгрузкой осадка являются неотъемлемой частью их производственного цикла, а также то, что момент инерции барабана в десятки рас больше момента инерции ротора двигателя, то становится оче-' видным определяющее влияние указанных режимов на выбор мощности и структурных схем привода и его источника питания.

Поль и задачи исследований. Целью работы является разработка и исследование конструктивных методов повьиения технического уровня электропривода центробежных молочных сепараторов.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

- провести анализ электроприводов сепараторов и режимов их работы и обосновать технические требования к электроприводу повышенной частоты, обеспечивающего более высокие энергетические и эксплуатационные показатели по сравнению с базовым;

- разработать и исследовать автоматизированный электропривод повышенной частоты и методики его расчета с целью оптимизации его параметров;

- провести анализ источников питания электропривода повышенной частоты сепараторов .и обосновать структурную схему пре-

образоватоля частота, содержащего устройство суммирования мощностей инверторов

- разработать устройство суммирования мощностей транзисторных инверторов, методики его расчета и исследовать форму кривой выходного напряжения с цельа оптшшзацли параметров сумматора;

- техннко-экономическая оценка автоматизированного электропривода повышенной частоты мелочного сепаратора средней производительности.

Объект исследований. Объектом исследований явился автоматизированный электропривод повышенной частоты и сумматор мощностей источника питания молочного сепаратора средней производительности, которым комплектуются охладительно-пастеризационные линии, предназначенные для первичной обработки молока на [Термах КРС.

Метопы исследований. При выполнении работы применялись аналитические методы исследований, основанные на теории электрических и магнитных цепей электрических машин, электропривода, полупроводниковой преобразовательной техники, методы математического моделирования. Проведена сершя экспериментальных исследований макетных образцов привода на базе СКВ ПО "У1СРЭЛЕ1СГР01.1ЛШ" завода ХЭЛЗ по специально разработанным программам, а также опытной установки в условия;; производства.

Научная новизна. Разработана конструкция автоматизированного электропривода повышенной частоты, содержащего пусковой двигатель с (Терромагнитным ротором и рабочий - с коротко замкну тш ротором, а такие конструкция сумматора мощностей инверторов, новизна которых заидащена авторскими свидетельствами на изобретение.

Разработаны методики расчета элементов указанного электропривода и сумматора мощностей инверторов в функции их конструктивных параметров, положенных з основу алгоритмов и программ машин-

ного проектирования. Определен оптимальны!! .реяим переключения двигателей в процессе пуска сепаратора, а также соотношение параметров пускового, и рабочего двигателей. Иссгздозан гармонический состав выходного напряжения сумматора мощ, гостей при параллельной работе двух к четырех инверторов. Исследовано влияние конструктивного исполнения массивного ротора пускового двигателя на его энергетические и механические.характеристики. Разработаны алгоритм и программа для определения мощности.пусковых потерь, температуры перегрева пускового двигателя, времени переходных процессов в приводе, изменения тока фазы рабочего двигателя в функции скольпекия, которые могут быть использованы и при проектировании^ при эксплуатации системы сепаратор-привод-ист1-чник питания.

Практическая ценность. Разработана конструкция асинхронно-" го привода повышенной частоты,. сочетающего достоинства асинхронных двигателей с массивным и короткозамкнутда ротором. Разработана система управления приводом, обеспечивающая автоматизацию режима запуска и торможения приводом. Предложен способ создания типоряда транзисторных преобразователей для питания электропривода сепараторов различной производительности. Предложен способ улучшения формы кривой выходного напряжения источника питания. Разработана методика шиенерного расчета элементов привода и сумматора мощностей.

Реализация результатов исследований. По результатам исследований, используя базу сепаратора-очистителя ОМ-1, разработан экспериментальный образец автоматизированного электропривода повышенной частоты при питании.его от транзисторного преобразователя , который прошел производственную проверку в составе пас-теризационно-охладительной .линии,как очиститель молока, в колхо-г

зе "Дружба" Прилукекого района Черниговской области и в качестве сепаратора-сливкоотделителя - в колхозе "Энгельса" Волчанс-кого района Харьковской области.

Методики инз знерного расчета и конструирования элементов привода и сумматора мощностей приняты по договору Г> 319 НИИ ПО Харьковского электромеханического завода для использования при разработке электроприводов.источников тока повышенной частоты. Внедрение опытно-конструкторских разработок подтверждено актами.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на областной научно-практической конференции "Вотросы теории, разработки и исследования вентильных преобразователей" г.Харьков, (1980г.), первой, межвузовской научной конференции "Ыногоскоростной и электро-низированный электропривод в сельском хогяйствеи, г.Зерноград, АЧИНСК, (1990г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблем электрификации, автоматизации и теплоснабжения сельскохозяйственного производства" г.Смоленск, (1985г.), городских научно-практических конференциях "Задачи молодых ученых и специалистов сельского хозяйства в решении актуальных проблем сельскохозяйственного производства" г.Харьков (1981,1982г.г.), научно-методических конференциях ХИМЭСХ (1978-1992г.г.), Белорусского института сельского хозяйства, (1982г.), Латвийской ордена Трудового Красного знамени сельскохозяйственной академии, (1988г.), Азово-Черноморского института механизации сельского хозяйства, г.Зерноград (1991г.), а также в НИИ ГО ХЭМЗ, г.Харьков, (1985г.) и Производственно-эксплуатационном объединении "Агропромзнерго" г.Харьков (1992г.). . .

Публикации. По. материалам диссертации опубликовано 18 научных статей, получено 5 авторских свидетельств на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников (151 наименование, из них 6 на иностранных лоыках)и приложения. Основной текст изложен на 144 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц и 52 рисунков.

Основ!мо положения представляемые к защиуе;

- конструктивные методы повышения технического уровня существующего электропр!вода молочных центробежных сепараторов;

- результаты аналитических исследований автоматизированного электропривода повышенной частоты и сумматора мощностей инверторов его источника питания;

- методику определения параметров и алгоритмы проектирования электропривода повышенной частоты содержащего пусковой двигатель с ферромагнитным ротором и рабочий - с короткозачкнутым ротором;

-методику определения параметров и алгоритм проектирования сумматора мощностей инверторов транзисторного преобразователя частоты;

- практические предложения по применении автоматизированного электропривода повышенной частоты и сумматора мощностей транзисторных инверторов преобразователя частоты для молочного сепаратора средней производительности, работающего в условиях сельскохозяйственного производства.

содарзшмЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложена новизна и практическая ценность разработок и исследований, выносимых на защиту. •

В первой главе приводится обзор и анализ редуг.торного электропривода молочных сепараторов и режимов работы. Представлен также обзор и анализ научно-исследовательских и теоретических разра^ток по электроприводу повышенной частоты и преобразователям частоты применительно к молочным сепараторам. Обоснованы технические требования к схеме привода молочных сепараторов средней производительности, работающих в условиях сельского хозяйства.

Рассмотрены работы В.Н.Андрианова, Г.Н.Бремэра, Г.З.Блю-мша, И.И.Волчкова, Б.Х.Гайтова, Н.Н.Липатова, А.М.Морзагано-ва, И.М.Постникова, Б.М.Рипутова, В.И.Соколова, В.Д.С$уркова, Ю.И.Семеняка, С.А.Суворова и других исследователей. В результате установлено, что центробежные сепараторы используются более чем в пятидесяти отраслях народного хозяйства, в том числе и в животноводстве, являясь неотъемлемым звеном поточных линий первичной обработки молока, устанавливаемых на молочных фермах и комплексах КРС. Наиболее часто в сельскохозяйственном производстве используются молочные сепараторы средней производительности типа ОМ-1; 0М-1А; ОСВ-ЮОО;- Е5-0СБ и т.п.,скорость вращзния барабана которых при номинальной производительности 1000 л/час, составляет 840 Причем, согласно технологическим требованиям при очистке, нормализации и разделении молока скорость вращения их барабана должна поддерживаться номинальной и постоянной. Установлено, что наиболее полно удовлетворяют требованиям молочных центробежных сепараторов асин-хротше двигатели с короткозамкнутым ротором. Для согласования скорости вращения барабана и ротора приводного двигателя в существующем приводе применяют повышающий редуктор, т.к. указавши тип двигателей, при питании их от промышленной сети может

: - 10 -иметь максимальную скорость вращения ротора, ке превышающую 157 с-1, что почти в 5,4 раза меньше технологически потребной. Установлено, что барабан указанного типа сепараторов обладает достаточно большой массой (13 кг), и моментом инерции в десятки раз превышающим момент инерции ротора приво/ного двигателя. Для облегчения режима запуска барабана сепаратора, который продолжается в базовом варианте около 3.минут, дополняют структурную схему редукторного привода еще и пусковой муфтой.

Установлено, что существующий привод молочных сепараторов выполненный по структурной схеме, включающей пусковую фрикционную муфту и повышающий редуктор, позволяет обеспечить выполнение упомянутых дышо технологических процессов с соответствующими качественными показателями, но имеет следующие недостатки:

- относительно малый срок службы и низкую надежность,обу- " словленные: а) наличием повышающего редуктора, расчетный срок службы которого составляет 400-500 часов, тогда как расчетный срок службы барабана 10.Ю3 часов; б) наличием пусковой муфты, обусловливающей самопроизвольное снижение скорости вращения барабана в процесса работы при износе ее фрикционных накладок;

- приводной двигатель имеет на 30-40$ завышенную мощность по сравнению с функционально необходимой мощностью сепаратора* вследствие наличия в схеме привода повышающего редуктора, увеличивающего практически в 100 раз значение приведенного к валу двигателя момента сопротивления барабана;

- повышенный удельный расход электроэнергии, вследствие низких энергетических показателей привода в пусковом и в номинальном режиме работы ¡сепаратора. Установлено, что одним из путей повышения технического уровня существующего редукторного электропривода молочных сепараторов, является применение элект-

ропривода повышенной частоты при питании его от полупроводниковых преобразователей частоты. Установлено, что периодические процессы пуска и торможения принципиально неотъемлемы от производственного цикла сепараторов средней производительности с периодической ручной выгрузкой осадка, а также то, что продолжительность этих режимов оказывает существенное влияние на разработку структурных и конструктивных схем привода и источника питания.

С учетом сказанного были сформулированы изложенные вше цель и задачи исследования данной работы, основные положения выносимые на защиту.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию автоматизированного электропривода, содержащего пусковой двигатель с ферромагнитным ротором и рабочий двигатель с короткозамкнутым ротором, а также сумматора мощностей инверторов, позволяющих более полно реализовать технические возможности асинхронного привода повышенной частоты и транзисторных преобразователей. Известно, что ток асшсхронного двигателя будет изменяться в зависимости от того при каком скольжении S он будет подключаться к источнику. Зто вытекает из анализа эквивалентной схемы асинхронного двигателя с параметрами вторичной цепи, приведенными к первичной, где имеется ветвь, сопротивление которой явно зависит от скольжения и равно %'ijs . При решении этой задачи использовался символический метод. Еил определен комплекс полного эквивалентного сопротивления рабочего двигателя согласно преобразованным расчетным схемам.

Zj =Z, +Д. = Rt *jxi +Ro2 *jxí -fo +jrx3, Ом, (I>

где ¡(y =Ri+Rii ~ вещественная составляющая комплекса

эквивллентного сопротивления двигателя, Ом;

"Хэ" oc.í*Xcí ~ мнимая составляющая комплекса окви-валентного сопротивления двигателя,Ом Определив значения модуля комплекса эквивалентного сопротивления рабочего двигателя и зная величину напряжения подводимого к обмотке статора, определяем установившийся принужденный ток при подключении его к источнику питания (2).

.г. и _ U А

' z, YtfT^ ' <2)

Известно, что сопротивление цепи ротора 7-2 зависит от скольжения и будет иметь максимальное значение при S = 0 и шни- ~ мальное - при S = / . Следовательно, амплитудное значение установившегося тока статорной обмотки будет максимальным при S*i и минимальным при S 'О .Из полученных соотношений и схемы замещения, определим комплекс эквивалентного сопротивления Z.S при скольлении S*0 .

z*ajj(b+X.)+j(xt + x.), Ом (3)

При этом амплитуда установившегося тока в обмотке статора рабочего двигателя определится по (4)

I = А

,m("°J ]/()' (4)

Таким образом из (4) следует, что Lm(S'O) - это минимально возможное значение тока в' установившемся режиме в

обмотке статора рабочего двигателя автоматизированного электро-

привода повышенной частоты. Если же в момент подключения двигателя его скольжение 5 1=0 , то амплитуда тока будет увеличиваться, прио?ретая значения, которые можно определить по (5).

Т _ _Ц'т Д

1гпгч=п\ ~ , -. ' п

" + хз (5)

Таким образом было обосновано, что оптимальным значением угловой скорости вращения, при которой принужденный ток минимален, является его синхронная скорость. Подключение рабочего двигателя при скорости вращения отличной от синхронной, т.е. £ О , будет сопровождать возрастанием принуясденнсго тока

*> 1<гп(з =о) • При выбранной мощности транзисторного

преобразователя представляет интерес значение тока двигателя не только в точке ( 5-0 ), но и в области скольжений 5

), при которых всплеск тока обмотки статора рабочего двигателя при его подключении будет допусти.™ для источника. Это особенно важно при равенстве мощностей рабочего и пускового двигателей. Для оцени! значений принужденного тока, при любом значении скольжения рабочего двигателя разработаны алгоритм и программа расчета, позволяющие определить значение тока и эквивалентного сопротивления, при изменении его скольжения в диапазоне от 5=0 до Б " /•

Теперь рассмотрим свободную составляющую тока пере-

ходного процесса с позиции влияния его на расчет и выбор мощности транзисторного преобразователя. Для расчетной схемы уравнение переходного процесса имеет вид

где 1-, 1 - индуктивность обмотки статора двигателя,

нач Хэ

- начальная фаза питающего напряжения;

- угол сдвига фаз между питающим напрязхе-К э

нием и током двигателя.

Из (б) находим ток

где ¿1пр=+ ~ У) - принужденная состав-

ляющая тока обмотки^ фазы статора рабочего двигателя, Л;

= 1<те7Г81П(%т ~ У3) - свободная составляющая тока обмотки фазы статора рабочего двигателя, А;

Т _ ' -/э ~ "Б*. ~

электромагнитная по-

7?< «О/ Д, стоянная времени обмотки фазы статора, с.

Амплитуда принужденного тока 1ш уже определена (4). Из выражения (7) следует, что амплитуда свободной составляющей зависит от соотношения между начольнрй фазой%ач напряжения транзисторного преобразователя и углом сдвига фаз У тока и напряжения рабочего двигателя.

В самом неблагоприятном случае, когдаУ ~ ~ ~~£ амплитуда свободной составляющей максимальна и равна 1тс£~ /2 Ь Наиболее благоприятный случай при подключении будет при

. Тогда свободная составляющая тока ¿/св=0 т.е. и амплитуда его 1<п>с6 =0 . При подключении рабочего двигателя к транзисторному преобразователю при наиболее неблагоприятном случае Н^нац ~ "~Р= 1 — ток статора максимален, а его амплитуда составляет величину равную //л?« =

. Однако свободная составляющая при высокочастотном питании быстро затухает, ввиду малости Тэ

Так, например, расчеты показали, что для двигателя мощностью 1,5 кВт, имеющего три пары полюсов, = I Ом, "X/ = 2,5 Ом, 400 Гц, = 840 с-1 постоянная времени составляет

Ь--1££г (8)

Время окончания переходного процесса для данного двигателя по свободной составляющей можно определить по (5)

^б'ЯТо'З-гМ-Ю^М-Ю3, а (9)

Таким образом можно отметить, что при подключении рабочего двигателя к источнику возникают принужденная и свободная составляющие, причем свободная составляющая не зависит от скольжения двигателя и может достигать в зависимости от фазовых соотношений максимальной величины или может быть равна нулю. Однако ввиду быстрого затухания этого тока его значение можно не учитывать при выборе мощности преобразователя. Принужденная составляющая тока будет определяться скольжением и играет основную роль при расчете мощности преобразователя. Подключение двигателя при в=0 принужденная составляющая тока не превыиает величину тока холостого хода и может также не приниматься во внимание. Для обеспечения этого режима разработана система автоматического подключения двигателей к источнику.

Аналитические исследования сумматора мощностей и гармонический анализ его выходного напряжения позволили установить оптимальные пространственные соотношения углов между осями его входных обмоток и фазовый сдвиг питающих их напряжений. Полученные при этом выражения для магнитных потоков фаз, позволили определить, что при одновременной работе на' общую нагрузку

двух инверторов, оси входных обмоток которых сдвинуты в пространстве на +30 эл.градусов, а питающие их напряжения сдвинуты по фазе на -30 эл.градусов, гармоники, номера которых П = 12К+1 (где К = 0,1,2... натуральный ряд чисел), совпадают по фазе. Следовательно, амплитуды потоков, созданных m и, увеличиваются в два раза. Из этого можно заключить, что имеет место двухкратное увеличение мощности сумматора по основной (первой) гармонике ( К = О, П =1). Гармонию! нулевой последовательности, номера которых П1112к +3 , в суше дают увеличение амплитуды в Уз раз и изменение начальной фазы = -30 эл. град. Гармоники с номерами П*= 12 К +5 и П-!2к +7 находятся в противофазе, в сумме дают нуль. Гармоники нулевой последовательности, номера которых П=!2к+9 в суше но изменяют сво >й амплитуды, а только изменяется значение начальной фазы, которая будет равна ^чоч » 60 эл. град. Гармоники П'12К+И совпадают по фазе и Их результирующая амплитуда увеличивается в два раза.

В фазе "А" выходной обмотки сумматора при работе двух инверторов будет наведено напряжение

</« = -ЙГ Sin(3ai^) + ¿f Sin*

х (9 tot +60') + jj-Sin ft ait* 73-&/7/W * 2TSSinx

*({Scut-50°J+ jjf Sin (2 tut+¿0) * jyfSin25(ot B. ■

(10)

Напряжения двух -других фаз выходной обмотки будут отличаться лишь начальными фазами, равными + 120 эл.град. Линейные выходные напряжения определятся как разность соответствующих фазных

LLf& = [Stn(tüí+50'] + jj— Sin(-<iuit-30'J+

+ 7з~ SLn(/3cot +30'/ + Sinfocüt -30)+ S¿nx * (25out +30) + Sin (35cot - 50') + ... / , В

(II)

Из (II) видно, что в линейном выходном напряжении сумматора са-• мой низкой гармошшой является одиннадцатая. Линейные напряжения двух других фаз выходной обмотки сумматора, будут отличаться лишь угловыми сдвигами соответственно на + 120 эл.градусов. Подобный анализ был проведен для случая, когда работают одновременно четыре инвертора.

Таким образом, предложенный сумматор позволяет улучшать форму- кривой выходного напряжения приближая ее к синусоиде с малым содержанием гармоник, что снижает потер! в массивном и в короткоеамкнутом роторах на 1,5-2%.

В третьей главе приведены методики инженерных расчетов и выбора параметров автоматизированного электропривода повышенной частоты и сумматора мощностей инверторов. Приведены алгоритмы и программы расчета оптимальных параметров привода и сумматора мощностей инверторов, расчета времени переходного процесса при запуске сепаратора с помощью пускового двигателя, потерь энергии и температуры перегрева пускового двигателя, а также расчета параметров рабочего двигателя о корссгксзамкнутым роторои. Представлены программа и результаты экспериментальных исследований пускового и рабочего двигателей (рис.4,5).

Экспериментальные исследования механических и энергетических характеристик двигателей лабораторного образца привода повышенной частоты проведены в условиях и на базе испытательной станции СКВ Ю "ЖРЗЖКГРОМАЩ", Харьковского электротехнического завода (ХЭЛЗ). Методика испытании двигателей привода выполнялась по разработанной и утвержденной программе в объеме предусмотренном стандартами и техническими условиями согласно ГОСТ 183-66 и ГОСТ 1128-66. Полученные результаты показали, что массивнороторный двигатель обладает в 2-2,5 раза меньшей кратностью пусковых токов и в 1,4-1,6 раза большей кратностью пусковых моментов по сравнению с двигателем равной габаритной мощности снабженного короткозашнутым ротором. Экспериментальные механические характеристики (рис.2) подтверждают целесообразность переключения привода с пускового двигателя на "рабочий при достижении системой скорости вращения близкой к синхронной для рабочего двигателя, чем достигается минимизация потребляемого тока, величина которого не превышает двойного значения его тока холостого хода. Анализ энергетических характеристик привода показал, что у ного невысокая максимальная потребляемая мощность вследстзие снижения всплеска пусковых токов и номинальные энергетические показатели при работе сепаратора в номинальном режиме, т.к. мощность рабочего двигателя выбирается не завышенной, а соответствующей потребной мощности сепаратора. Применение массивнороторного пускового и короткозамкну-того рабочего двигателей позволяет снизить на 30% установленную мощность преобразователя частоты. Исследования показали, что сумматор мощностей инверторов позволяет согласовывать напряжение источника питания и потребителя, суммировать мощность одновременно работающих инверторов и улучшать форму кривой

выходного напряжения,-приближая ее к синусоидальной без дополнительных сглаживающих устройств. Снижение содержания высших . гармонических в выходном напряжении преобразователя позволило снизить потери в приводе на гистерезис на 1,5-2%, повысить к.п.д. и Cosf на 1-2%, снизить на 5-8°С нагрев двигателей, улучшить пусковые энергетические и механические характеристики привода. Сравнительный анализ полученных данных для двигателя . с гладким и зубчатым массивными роторами позволил остановить выбор на характеристиках двигателя с зубчатым массивным ротором.

Создание систем привода молочных сепараторов, сочетающих достоинства массивнороторных и короткозаикнутых двигателей при питании их от транзисторных преобразователей снабженных сумматором мощностей инверторов позволит расширять унификацию центробежных машин, повысить динамические, механические и энергетические характеристики привода.

В четвертой главе приведены краткое описание и техническая характеристика экспериментальной установки автоматизированного электропривода повышенной частоты (рис.1,2), транзисторного преобразователя (рис.3) содержащего сумматор мощностей двух инверторов, системы управления автоматизированным электроприводом сепаратора средней производительности и инверторами (рис.4). Результаты испытаний установки в производственных условиях подтвердили целесообразность ее использования в сельском хозяйстве. Приведены технико-экономические показатели предлагаемой установки, выполненные в соответствии с "Методикой (основными положениями) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений".

В заключении сформулирована основные выводы по диссертационной работе.

В приложении представлены документы подтверждающие использование результатов диссертационной работы научными отраслевыми организациями, методик расчетов параметров автоматизированного электропривода повышенной частоты и сумматора мощностей инверторов, программ расчетов на ЭВМ.

общ; вывода

1. Малый расчетный срок службы и низкая надежность в работе существующего редукторного привода молочных сепараторов довольно часто приводят к простою технологических линий первичной обработки молока на фермах и комплексах КРС, снижают их качественные показатели при очистке и разделении молока, нанося ущерб хозяйствам-производителям. Завышенная на 30-40% установленная мощность двигателей редукторного электропривода сепараторов обуславливает в процессе их работы низкие энергетические показатели (к.п.д., Cosi* , коэффициент загрузки), ведет й нерациональному использованию электроэнергии, повышению массообъ-еыных•показателей привода и установки в целом.

2. Технологические исследовшпш молочных сепараторов средней производительности, оснащенных редукторным электроприводом и работающих в условиях'сельскохозяйственного производства позволили установить, что для обеспечения их номинальной производительности, например, 1000 л/час и нормированного качества очистки иди разделения молока, их барабаны должны обладать технологически предписанной скоростью вращения равной BIO

По мере износа муфти скорость вращения барабанов уменьшается на М~Г2Й, ниже оговоренного в паспорте сепаратора уровня

(-1,25й), а соответственно снижается производительность сепаратора и его качественные показатели. Допустимое заводом-изготовителем увеличение, в процессе работы, скорости вращения барабана на 3,75% от ее номинального значения, т.е. до 871 с-*, существующий привод реализовать не позволяет.

3. Теоретически и экспериментально обосновано применение для привода указанного типа сепараторов асинхронного электропривода повышенной частоты, содержащего пусковой двигатель с ферромагнитным ротором и рабочий - с короткозамкнутым ротором, при питании его от транзисторного преобразователя частоты. Двигатель с ферромагнитным ротором по сравнению с двигателем равной габаритной мощности имеющего короткозамкнутый ротор,обладает в 2-2,5 раза меньшей кратностью пусковых трков и, соответственно, в 1,4-1,6 раз большей кратностью пусковых моментов. Применение пускового двигателя с ферромагнитные ротором позволяет:

- снизить на 30$ установленную мощность источника питания для данного типа сепаратора, или обеспечивать данным источником питание привода сепаратора с большей производительностью;

- применить рабочий двигатель, мощность которого вубрана по функционально потребной мощности сепаратора в номинальном режиме работы, обеспечив тем самым, работу двигателя с номинальными энергетическими показателями, снизив в 3 раза эксплуатационные затраты по сравнению с базовым приводом;

- уменьшить в 2 раза время пуска сепаратора за счет того, что пусковой двигатель развивай® сравнительно больший пусковой момент, потребляя меньший пусковой ток, или ориентируясь на продолжительность пуска базового привода (180 с), снизить установленную мощность пускового двигателя, а следовательно, и ис-

точника питания;

- разработать более простой, надежный и менее дорогостоящий источник питания, допускающий прямой пуск привода и удовлетворяющий техническим требованиям привода и технологическим требованиям сепаратора.

4. Разработана схема транзисторного преобразователя частоты с применением устройства суммирования мощностей инверторов (трансформатор-сумматор). Применение сумматора мощностей позволяет обеспечить одновременную параллельную работу нескольких трехфазных транзисторных инверторов на общую нагрузку и решить . следующие задачи:

- разработать типоряд транзисторных преобразователей для питания электропривода сепараторов различной производительности, используя набор однотипных инверторов;

- улучшить форму кривой выходного напряжения транзисторного преобразователя с целью уменьшения на 1,5-2% потери на вихревые токи в электроприводе сепаратора;

- согласовать по значению напряжете питания потребителя и выходное напряжение транзисторного преобразователя;

5. Разработана методика определения оптимальных параметров предложенной схемы привода. Обоснованы требования к выбору элементов привода.

6. Разработана методика определения параметров элементов сумматора мощностей инверторов. Обоснованы требования к, выбору пространственного расположения осей входных обмоток сумматора и фазовый сдвиг питающих их напряжений при работе двух и четырех инверторов.

7. Разработаны алгоритм и программа расчета времени переходного процесса, потерь энергии при пуске сепаратора, темпера-

туры перегрева и мощности пускового двигателя с учетом его кратковременного режима работы.

8. Разработана система управления предложенным приводом, обеспечивая автоматизацию режима переключения.двигателей в процессе пуска сепаратора.

9. Результаты производственных испытаний сепаратора средней производительности с автоматизированным электроприводом повышенной частоты, содержащего пусковой двигатель с ферромагнитным ротором и рабочей - с к.з. ротором при питании его от транзисторного преобразователя подтвердили работоспособность

и целесообразность применяемого привода для молочных сепараторов, работающих в условиях сельскохозяйственного производства, обладающего более высокими технико-экономическими.показателями по сравнению с базовым.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах: '

1. Романченко H.A., Курышев В.Я. О возможности совершенствования электропривода жидкостных сепараторов. В кн.: Применение электроэнергия в сельском хозяйстве.- П., МИИСП, 1978, с.17-20.

2. Курышев В.Я., Романченко H.A. Фазорасщепитель обращающимся магнитным полем..В кн.: Электрооборудование сельскохозяйственных комплексов.- М., МИИСП, 1979, с.45-48.

3. Романченко H.A., Курыпев В.Я. Система управления полупроводниковым преобразователем электроэнергии. ХЦЩИ, инфоры. . листок !? 90-80, Харьков, 1980.

4. Курышев В.Я., Романченйб H.A. Статические преобразователи в высокочастотном электроприводе сельскохозяйственного назначения. В кн.: Электрооборудование сельскохозяйственных комплексов.- М., МИИСП, 1980,- с#80-84.

5. Романченко H.A., Курышев В.Я., Короткова A.B. Система управления электроприводом повышенной частоты. ХЦНТИ, информ. листок № 148-81, Харьков, 1981.

6. Цурышев В.Н., Романченко H.A. Электромагнитный преобразователь фаз.-В кн.: Автоматизация и повышение качества электроснабжения животноводческих и птицеводческих комплексов.-М., ЫИИСП, 1981, с.35-38.

7. Романченко H.A., Баженов И.Г., Шумилин Г.Д., Курышев В.Я., Румянцев A.A. Высокочастотный электропривод молочного сепаратора. ХЦНТИ, информ. листок к' 109-82, г.Харьков, 1982.

. 8. Курышев В.Я., Баженов И.Г., Романченко H.A. Система управления полупроводниковым инвертором. Рук.деп. в ВНЮГГЭСХ, № 176-82,- Ы., 1982, с.7.

9. Роыакченко H.A., Курышев В.Я., Баженов И.Г. Методические рекомендации по эффективному использованию электроэнергии в сельскохозяйственном производстве. Тезисы докладов город, научно-практической конференции, Харьков, 1981, с.3-4.

10. Романченко H.A. Усоверленствование электропривода повышенной частоты жидкостного сепаратора. Тезисы докладов городской научно-практической конференции, Харьков, 1982.

11. Баженов И.Г., Куршов В.Я., Романченко H.A. Анализ фэрш кривой выходного напряжения электромагнитного сумматора моплостей. В кн.: Применение электроэнергии в сельском хозяйстве.- М., ШИСП, 1983, с. 17-22.

12. Романченко H.A., Румянцев A.A., Макарчук В.К. Анализ и пути совершенствования электропривода молочных сепараторов. В ich.: Применение электроэнергии в сельском хозяйстве.- '■!.,

• ЦШСП, 1983, с.66-70.

■ 13. i ¡у рыке в В.Я., Романченко H.A., Пушкарь А.И. Методика

расчета трансформатора с вращающимся магнитным полем для электропривода повышенной частоты молочных сепараторов. Рук. деп. в ИНФОВШЕКТРО, № 427 ДО,- М., 1984, с.42.

14. Курышев В.Я., Романченко Н.Л. Анализ переходного процесса тока статора высокочастотного электропривода молочного сепаратора сельскохозяйственного назначения. В кн.: Автоматизация и повшеше качества электроснабжения животноводческих • и птицеводческих комплексов.- М., МИИСП, 1984, с.93-97.

15. Романченко H.A., Курышев В.Я. Алгоритм расчета трансформатора с вращающимся магнитным полем для трехфазного инвертора. В кн.: Электроснабжение предприятий сельскохозяйственного производства.- М., МИИСП, 1985, с.6-12.

16. Курышев В.Я., Романченко H.A. Комбинированный электропривод повышенной частота жидкостного сепаратора. Тезисы докладов Всесоюзной конференции» Проблемы электрификации, автоматизации и теплоснабжения сельскохозяйственного производства.-М., Г9В5, с.108.

17. Романченко H.A. Анализ выходного напряжения трехфазного трансформатора с вращающимся магнитным полем. Рук.деп. в ВНИТИ, I? 2001-В86,- II., 1986, с.21.

18. Курышев В.Я., Худобин Н.В., Романченко H.A., Румянцев A.A. Расчет переходного процесса при пуске электропривода с нелинейными механическими характеристиками с помощью ЭВМ.

В кн.: Совершенствование электрооборудования сельскохозяйственных предприятий. Киев, изд. УСХА, 1990, с.П-16.

19. A.c. Р 803028 (СССР) Трансформатор для преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток / Кириллов Н.П., Курышев В.Я., Романченко H.A., Терещенко В.А., Запарин Е.В. 1981, Б.И. » 5. ■ .

20. A.c. » 1093356 (СССР) Привод к центробежному сепаратору / Бакенов И.Г., Цурышев В.Я., Романченко H.A., Огурцов В.В. Румянцев A.A., 1964, Б.И. № 19.

21. A.c. № II3I0I6 (СССР) Устройство для управления статическим преобразователей / Баженов И.Г., Куршев В.Я., Романченко H.A., 1984, Б.И. JP47.

22. A.c. № II0263I (СССР) Привод к центробежному сепаратору / Баженов И.Г., Щушшщ Г.Д., Яураиев В.Я., Романченко H.A., Румянцев A.A., 1984, Б.И. & 26..

23. A.c. во заявке JP 4955386/13 Электропривод в центробежному сепаратору / Куршюв В.Я., Романченко H.A., Румянцев А.А.-Положительное решение от 10 января 1992 г.

-и.

Рис Л. Конструктивная схема электропривода молочного сепаратора. I - барабан; 2 - рабочий двигатель; 3 - пусковой двигатель; 4 - система управления приводом; 5 - преобразователь частоты.

Рис. 2. Совмещенные механические характеристики привода и оепаратора. I - механическая характеристика сепаратора; 2 - механическая характеристика пускового двигателя; 3 - механическая характеристика рабочего двигателя.

Рйс. 3. Структурная схема транзисторном преобразователя. I - задающий генератор; 2 - формирователь синусоидальных сигналов; 3- - фазосдвигаицее устройство; 4 - фазо-расщепитель; 5 - формирователь прямоугольных сигналов; б - 7 - силовые инверторы; 8 - сумматор мощностей инверторов; 9 - трансформаторно-выпряштельный блок; 10 - нагрузка.

Cast.

as

Oí

02

и

ЦК-

0.5

025

Oí О

ac n

ú

12

йб

-

/

Cospfih /

Cssf. йг-

Об

Ok

. C12-I

n\ M:

¡.б

tz

0.S

OA

as

as

025

О , 02

OA

06 OJ v«jv»

/

0Я

Q4

to о

06

0Я

Uk/U„

Рис. 4. Характеристики короткого замыкания двигателя с Йярромагнитнш роторам

cosñMMjfíu:).

Рис. 5. Характеристики короткого замыкания двигателя с короткозамкнутда ротором Cos .

о

о