автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Совершенствование систем управления судовыми электроприводами

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ ИЖИ ШШ>Ш С.О.МАКАРОВА

На правах рукописи

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМИ ЭШ<ТРОШЮОДАМИ

Специальность 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Бурков Алексей Федорович

УДК 612.316.53-52:621.3-83 .

Ленинград - 1991

Работа выполнена в Дальневосточной государственной морской академии имени адмирала Г.И.Невельского

Научный руководитель - доктор технических нарт, профессор

Кузнецов С.Е,

Официальные оппоненты - заслуженный деятель науки и техники

РСФСР, доктор технических,.нарт, профессор Хожашов А.И.

■ - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Либин Л.М.

Ведущая организация - Всесоюзный научно-исследовательский,

проектно-конструкторский и технологический институт кранового и тягового электрооборудования (ВНШТИ) НПО "Динамо".

Защита состоится " 26 " ^ькаВ^л 1991 года в -/4 3^часов на заседании специализированного совета Д IOI.C2.OI Государственной морской академии имени адшрала С.0.Макарова по адресу: 199026, г. Ленинград, Косая линия, 15-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью предприятия, просим направлять в адрес спецнали-. зированного совета.

Автореферат разослан " 12" кх>АЪрЛ 1991 года.

Ученый секретарь специализированного совета д.т.н., доцент

% С^У Н.Е.Ьлдобин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Увеличение установленной мощности судовых электроприводов (ЗП) с регулируемой угловой скоростью, интенсификация технологических процессов и специфические условия эксплуатации, приводят к необходимости повышения надежности данной ответст- -венной группы потребителей.

Актуальными направлениями в свете этих задач, в частности для ЭП с мяогоскоростянми асинхронными двигателями (МАД), суммарная мощность которых достигает 35 % от установленной мощности судового электрооборудования (СЭО)являются повышение их безотказности, долговечности и ремонтопригодности. Кроме МАД, в состав мяогоско-ростных электроприводов (МЭП) • входит релейно-контакторная или контроллерная система управления (СУ). В настоящее время преимущественное распространение получили релейно-контакторные СУ, так как мощность большинства МЭП превышает 15 кВт, являющихся верхним пределом использования контроллерных, СУ.

Анализ опыта эксплуатации судов Дальневосточного бассейна показал, что наибольшее число отказов в МЗП приходится на силовые контактные коммутационные аппараты (СККА) - контакторы. Основной причиной отказов является процесс образования электрической дуги между главными контактами при коммутациях силовых электрических цепей.

Наряду со снижением безотказности МЗП, уменьшением межремонтных периодов и повышением , затрат на обслуживание, к недостаткам СККА, причиной которых-является дугообразование, относятся: рассеивание энергии в дуге; повышенный уровень акустических шумов и радиопомех при коммутациях; выделение токсичных и химически активных веществ в процессе горения дуги.

В случае ликвидации электрической дуги ресурс СККА без замены главных контактов может быть увеличен более чем в 10 раз, так как электрическая износостойкость большинства судовых контакторов относительно мала и составляет 8... 15 % от механической износостойкости, а массо-габаритные и стоимостные показатели -уменьшены.

Несмотря на ряд выделившихся направлений работ по ликввда-ции или уменьшению электрической дуги, до настоящего времени не разработано способа, реализация которого могла бы существенно повысить эффективность работы МЗП.

При разработке эффективного способа коммутации силовых цепей МЭИ и его технической реализации неизбежно возникают вопросы взак модействия соответствующих устройств со штатным СЭО.

Таким образом, разработка эффективного способа ликвидации электрической дуги, возникающей при коммутациях силовых цепей МЭП и его техническая реализация, а также исследование взаимодействия соответствующих устройств со штатным СЭО являются актуальными научно-техническими задачами.

Цель работы. Диссертация посвящена решению следующих основны задач:

разработка эффективного способа бездутовой коммутации силовых цепей МЭП и его техническая реализация;

разработка математической модели системы "тириеторныи коммутатор - асинхронный двигатель" (ТК - АН) для исследования несимметричных режимов;

разработка методики и алгоритмов расчета СККА при работе их в условиях бездутовой коммутации;

аналитические исследовании и экспериментальная проверка результатов основных теоретических разработок.

Методы исследования. Способ комбинированной бездуговой коммутации базируется на анализе и синтезе перспективных направлений работ по предотвращению дугообразования. При разработке математической модели для исследования несимметричных режимов использованы методы гармонического анализа и мгновенных значений на калдом интервале постоянства структуры. Методика и алгоритмы расчета СККА для работы их в условиях бездуговой коммутации основаны на методах описания'моделей контактных систем, теориях электромагнит кого поля и цепей. Проверка теоретических разработок выполнена с использованием средств вычислительной техники, экспериментальными исследованиями и натурными испытаниями опытных образцов.судовых устройств бездутовой коммутации (УЕК).

Научная новизна. Разработан способ бездуговой комбинированной коммутации силовых цепей, позволяющий существенно повысить эффективность работы МЭП, отличающийся от известных методом управления коммутационными аппаратами, возможностью применения как

на стадии проектирования и изготовления МЭП, так и находящихся в эксплуатации.

Разработана математическая модель дан исследования несимметричных режимов системы ТК-АД при помощи системы моделирования El.TR А А/.

Разработан алгоритм расчета параметров схемы замещения асинхронного двигателя (АД).

Разработана методика расчета СККА при работе их в условиях бездуговой коммутации.

Разработаны алгоритмы расчета контакторов при бездуговой коммутации силовых цепей.

Практическая ценность. Разработанный способ коммутации силовых цепей позволяет создавать эффективные УЕК, органически входящие в состав СУ судовых МЭП на стадии их проектирования и изготовления, а также в виде отдельных блоков для комплектации приводов, находящихся в эксплуатации.

Создано устройство для бездутовой коммутации цепей переменного тока, защищенное авторским свидетельством.

Разработана и реализована математическая модель, дающая возможность сравнительно несложно производить аналитические исследования системы ТК-АД в несимметричных режимах.

Разработана и создана экспериментальная установка, позволяющая осуществлять физическое моделирование системы ТК-АД, уменьшить затраты средств и времени на исследование объекта.

По результатам исследований данных специальных режимов разработано и изготовлено устройство переключения малонатруженного АД в однофазный несимметричный режим,•которое экспонировалось на ВДНХ и удостоено бронзовой медали.

Разработана и реализована методика и алгоритма расчета контакторов, позволяющая определять их возможности при работе в условиях бездуговой коммутации.

Реализация результатов. На базе разработанного способа изготовлено и испытано на т/х "Горно-Алтайск" Дальневосточного морского пароходства (ДВЖ) УЖ в составе электропривода грузовой лебедки.

Пять УЕК эксплуатируются в составе МЭП грузовых лебедок на длавзаводе "Сергей Лазо" Управления производственных флотилий

(УПФ) "Далъморепродукт".

Два усовершенствованных образца устройства установлены яа т/х "Сахалинские горы" "Востокрыбхолодфлота".(ВРХФ).

Годовой экономический эффект на одно судно типа плавзавод "Андрей Захаров" УПФ "Дальморепродукт" составляет 38 тысяч рублей.

Результаты додконтрольяой эксплуатации УБК в составе МЭП используются при разработке и изготовлении ЗП с регулируемой угловой скоростью ВНЖГЙ НПО "Динамо".

Разработанное и изготовленное по результатам исследований несимметричных режимов устройство переключения малонагруженного .АД в однофазный режим внедрено на Находкинском судоремонтном заводе.

Годовой экономический эффект составляет 49 рублей на один двигатель мощностью до 10 кВт.,

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертацию* ной работы докладывались и обсуждались на: Всесоюзной научно-технической конференции, проводимой Центральным правлением НТО им.акад. А.Н.Крылова в г. Ленинграде в 1984 году; 38,40. ..44 яаучно-техни-ческих конференциях профессорско-преподавательского состава Дальневосточного высшего инженерного. морского училища им.адм. Г.И.Невельского, проводимых совместно о ведущими специалистами служб технической эксплуатации флота в г.Владивостоке в 1984,1986... 1990 годах; 30 научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Дальневосточного политехнического института им. В.В.Куйбышева в г. Владивостоке в 1988 году.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, получено одно авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 140 наименований^ 4 приложений. Работа содержит 159 страниц основного текста, 38 рисунков, 13 таблиц. Приложения составляют 21 страницу, 8 рисунков, 6 таблиц

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертационной работы, определены основные направления работ по теме, сформулирован

цель и задачи исследования.

В первой главе произведен анализ современного состояния, эксплуатационных особенностей и тенденций развития МЗП якорно-швартов-ных устройств (ЯЛУ) и грузоподъемных механизмов (ГПМ) основных серий судов Дальневосточного бассейна.

Установлено,, что в большинстве случаев.проблема регулирования угловой скорости решается использованием МАД и релейно-контактор-ных СУ. Диалазон мощностей ЯШУ при различных угловых скоростях лежит в пределах 2,5...60,0 кВт, а'ГШ! - в пределах 3,0...47,0 кВт. Исключение составляют лишь приводы ЯШУ с МАД типа АВ2<1527-16/8/4 и тгЭК П-16/8/4, мощность которых на средних скоростях равна 85 кВт и 70 кВт, соответственно. Синхронная угловая скорость двигателей заключена между 19,6 рад/с и 157,1 рац/с. Работоспособностью данной ответственной группы ЗП в значительной степени определяется успешная работа судов.

Анализ опыта эксплуатации показал, что число отказов МЭП в год достигает 36 у ГПМ судов рыбной промышленности в связи с длительными периодами и высокой интенсивностью грузовых операций. Самым ненадежным звеном в составе судовых МБП является коммутагщоя-ная аппаратура, причем до 90$ отказов от общего числа зафиксировано у контакторов. Наиболее характерно обгорание и преждевременный износ главных контактов по причине возникновения электрической дуги между ними .при коммутациях силовых цепей. На большинстве плавбаз отмечаются случаи приваривания подвижных главных контактов к неподвижным под действием электрической дуги после 12 часов интенсивной работы ГПМ.

Сравнительный анализ существующих направлений работ по ликвидации или уменьшению процесса дугообразовашш показал перспективность совместного использования СККА и аппаратов на базе силовых полупроводниковых приборов (СПП) при различных комбинациях их взаимного включения. Причем комбинированная коммутация будет тех-нико-экономически оправдана в случае, когда минимальным числом СПП можно обеспечить без,дуговую коммутацию группы главных контактов СККА. Однако, до настоящего времени не разработано способа бездуговой коммутации силовых цепей переменного тока, реализация -которого позволила бы существенно повысить эффективность работы МЭП.

Таким образом, актуальна необходимость разработки и технической реализации способа коммутации, повышающего надежность данной -ответственной группы потребителей, обладающего .универсальностью, низкими массо-габаритными и стоимостными показателями.

Вторая глава посвящена разработке способа бездуговой коммутации силовых цепей МЭП переменного тока.

Структурная схема, поясняющая предлагаемый способ комбинированной последовательной коммутации, представлена на рис. I.

Структурная схема трехскоростного электропривода с комбинированной системой управления

Ríe, I

Схема включает в себя типовую часть: трехскоростной АД (ТАД) магнитный контроллер (МК) и командоконтроллер (КК). Главные контакты СККА электрически объединены в две группы: одна - реверсивных (КВ и КН), другая - скоростных (KCI...KC3). В группах контакты выполняют логическую функцию "ИЛИ", а между группами - "И".

Суть разработанного способа заключается в совместном использовании контактного и бесконтактного способов коммутации цепей переменного тока, технической реализацией которого является коммутатор, состоящий из силового полупроводникового модуля GLS и СУ - дополнительная часть (рис. I).

Полученные в результате синтеза функции управления трехско-ростным ЗП имеют следующий вид:

0 = (KB+ffi)-(Kci+KCZ +i<C3)'Q$+RT

m=(квтнш+т+туй8+ит

П2=(нь*Ш){Ш^нсг+Ш)-а5+нт, М = (кв+Щ(кГнйс2+-кс2,)-авш; (I)

С1 =(Kß+fiHHKC/+KC2+KC3;-QSf+KT,

С2 =гк&+КН)(М+КС2 + KC3)-QS+KT;

сз =(кв4кн)(ш+кс2+ксз)аз+кт,

где 0 - нулевое положение КК (МЭП отключен); KT - контактор тормоза; fli,CL ~ выходные каналы МК (работа МЗП в режиме "подъем" и "спуск", соответственно; I =1,2,3 - номер скорости).

Проведенный анализ основных вариантов силовых модулей Q.5 дает основание сделать вывод, что при современном уровне развития (Ж наиболее приемлемым решением является использование двух пар встречно-параллельно включенных тиристоров, имеющих меньшую загрузку по току в сравнении с симисторами, большее допустимое значение скорости нарастания тока dl/dt и напряжения äu./dt , большую устойчивость к кратковременным перегрузкам.

Бездуговая коммутация силовой части Ж обеспечивается при выполнении условия tii,K.r< ^огк.к ( ^ вык.т ~ время выключения тиристоров; torK-K - время отключения контакторов). Динамические режимы СИЛ и СККА достаточно сложны и многофакторяы. Вреш tgWKiT зависит от электрофизических параметров и прямого тока тиристоров 1Г , производной dl/dt , амплитуды обратного напряжения. Применительно к разрабатываемому способу целесообразно выключение СПП по цепи управления в режиме естественной коммутации. Б этом случае ^бык.т(тах) Б цепях переменного тока частотой 50 Гц составляет 10 мс. Вреш отключения СККА включает время трогания (t'Tp)

и движения (t je):

tOTK,= t'rp4t;6. (2)

Составляющие t'Tp и в (2) для цепей управления постоянного напряжения могут быть определены по известным в теории электрических аппаратов зависимостям

t'^FCU.lTp.R.L,?}; (3)

t'9i=F(mfx,Fr), (4)

где U , 1тр - напряжение и ток трогания цепи управления; R , L сопротивление и иддуктивность катушки СККА; $> = £(•£) - сопротивление дуги; m - масса подвижной системы СККА; X - координата движения якоря; Fr = f(X) - тяговое усилие.

При без,дуговой коммутации СККА. torn.к (2) увеличивается из-за отсутствия в составляющей t'rp (3) q = Время "tgg (4) определяется координатой X . Для СККА, тлеющих цепи управления переменного напряжения, tCTKi(t const и зависит кроме приведенных в (3) и (4) переменных и параметров от начальной фазы напряжения d, , утла сдвига мезду напряжением и током Ф . В общем случае "fcотк.н(min)4tсгк.к4 Ьогк.к(т.ах) .

Таким образом, метод управления разработанного способа комбинированной коммутации силовых цепей МЭП основывается на сравнительном быстродействии силовых бесконтактных коммутационных аппаратов (СЕКА) и СККА, позволяющем решить задачу автоматического опережающего выключения СШ в момент отключения СККА., причем неос ходимо и достаточно выполнение условия i еык.т(тах) < t огк.кШп) .

На основании обработанного статистического материала по судам Дальневосточного бассейна определены основные типы используемых в МЭП отечественных (KM200Q, KT6G00) и зарубежных (SL А , K9I5, ЗТ - ФЕТ; S - ПНР) контакторов, коммутирущюс токи до 300 1 Паспортное tor«.к отечественных СККА с учетом 9=-$(1) изменяется в-пределах 20...800 мс, а зарубежных - 5...30 мс. При одновременном снятии сигнала управления с СПП и СККА, которое возможно при последовательном соединении группы катушек контакторов и датчика тока ТА СБКА (рис. I), в случае Ьотк.к(тЫ) > Ю мс,- в первую очередь отключаются СПП и главные контакты СККА размыкаются без тока, .а значит и без дуги. В случае Ьотн.к(шт)<Ю мс, что тлеет место у некоторых зарубежных СККА, для полностью бездутовой коммутации необходимо увеличить их время отключения. Существует несколько решений, наиболее простым из которых является подключение параллельно катушке СККА относительно небольшой .емкости С (рис.1)

Разработанный способ инвариантен при его технической-реализации. Одно из решений построения структуры СУ ТК показано на рис. I. Проведенный анализ МЭП показал, что большинство цепей управления СККА имеют общую точку соединения (точка а - рис. I), При избирательном включении СККА в цепи катушек появляется ток, измеряемый датчиком ТА (рис. I), который преобразуется преобразователем VZ во входной сигнал и поступает на компаратор К.

Компаратор К переключается в "единичное" состояние, запуская импульсный генератор G , импульсы которого усаливаются выходными ключами AV и открывают тиристоры силового модуля QS .В случае необходимости бесгокового включения СККА в структуру вводится элемент временной задержки на включение тиристоров DT . При отключении СККА ток в его цепи управления начинает спадать, компаратор К переключается в "нуль"'и генератор G- выключает СПП, после чего размыкаются главные контакты СККА. В этом случае необходимо выполнение условия ioTH.K(m£H)>[t&biK.r(max)+'Sjn.i t^] , где t^ , IX -быстродействие и количество структурных звеньев СУ ТК, соответственно. Разработанный способ обладает универсальностью, позволяет существенно повысить ресурс СККА, безотказность работы МЗП, уменьшить эксплуатационные расходы, увеличить в большинстве случаев быстродействие при отключении электрических цепей.

В главе приведен пример практической реализации способа в МЭП грузовой лебедки, рассмотрено взаимное влияние ТК и ЗП при коммутациях, сформулированы задачи необходимых исследований яри взаимодействии разработок со штатным CSO.

Третья глава посвящена разработке математической модели для исследования несимметричных режимов системы ТК-АД и аналитическим исследованиям.

Наибольшую опасность при реализации разработанного способа коммутации цепей МЭП представляют несишетричные режимы, связанные с полным закрытием одного или нескольких тиристоров. В- этом случае высока вероятность возникновения постоянной составляющей момента Мпост , которая вносит наибольшее искажение в механическую характеристику АД. Фазные токи могут значительно превышать допустимые значения. Таким образом, ■ возникает необходимость моделирования системы ТК-АД, обусловленная требованиями адекватного воспроизведения переменных при несимметричных' режимах по причине отказа в виде обрыва силовых цепей тиристоров для количественной оценки влияния конкретных режимов на АД и оставшиеся в работе СПП.

■ Основными подходами к анализу электромагнитных процессов систем "тиристорный преобразователь - ДД" в рассматриваемых режимах являются метод гармонического анализа и метод переменных состояния, который представляется наиболее обоснованным и строгим. Электромагнитные процессы в этом случае описываются известной системой .дифференциальных уравнений АД для неподвижных относите-

и5

0

и

X

(е

льно статора осей А,В и С, которая в матричной форме имеет вид:

рЬпВгЯ + ОЫбэК (Яг+р1. /-)Д»л+§сл-£.гВ«Л

где и.5 - столбцовая матрица фазных напряжений статора; - мал .ца фазных токов статора; Ц - матрица приведенных токов ротора * - статорной цепи; Яг , - активные сопротивления фаз обмоток сте ра и ротора АД, соответственно; р - оператор дифференцирования;I - индуктивность рассеяния обмотки статора; 1т- взаимная идцуктие ность; кг - индуктивность обмотки ротора; ог - утловая скорос! ротора; Акк - единичная матрица ( к =1,2,3; И. =3,2,1 - индекс ре жима работы системы); Вкк - матричные коэффициенты.

В случае математического анализа трехфазного АД с короткозг кяутым ротором без нулевой точки преобразованные уравнения в орт тональной системе координат (<Ь, р , 0 ) представляются как:

сИ '

0 = ОгЧ>ъ,

(6

(7

где - мгновенные значения напряжений статора по и £

осям; I¿5р, Сы, - мгновенные значения токов статора и ротора в системе координат сС , р , 0 ; , , Угр - мгно

венные значения потокосцеплений в «С ,^, О системе.

С учетом известных соотношений между переменными в фазных и в £ координатах, после-преобразований система (6) предс-

тавляется в общем виде:

гдебвт- фазные ЭДС вращения ротора, (г - идцекс фаз А,В и С.

При выборе численного метода решения и составлении алгоритм и программ целесообразно использование системы моделирования вен тильных преобразователей , позволяющей частично отобра-

жать объект электрической схемой замещения, и частично - функцио нальной цепью. Исходя из этого, представленная математическая мо дель системы ТК-АД для исследования несимметричных режимов включает:

- уравнение фазных напряжений полученное приведением

системы (7) к цепи статора

где ¿тк- намагничивающий ток;

- выражение для определения ЭДС вращения вбгл

е6гп=<ЩР- (14гп+1тп)(Ып+г1т(п-,>у-ит(15п+2 , (9)

где р - число пар полюсов АД;

- уравнение для определения тока ¿ми по его производной

di

тл

¡^dsn+(Rrn-Rsnj^)bn+ eern-ImnRrn

(Ю)

dt ~Urn+L mn + LdrnLmftj Lísn

При моменте сопротивления Mc=var математическая модель дополняется выражением для электромагнитного момента М

М-^/З1 Lmn(Ls(n-oLi~/i~isn Lr(n-i))r (II)

и уравнением движения ЭП

pM-Mc=3dC2r (12)

Р Р di '

где й - момент инерции привода.

В системе £LTRA/V применяется метод численного интегрирования Рунге-Кутта. Тиристоры силового модуля ТК представлены идеальными ключами. В зависимости от исследуемого режима в фуякциональ- . ном блоке по заданному алгоритму из элементов входного языка . ELTRAM формируется СУ силовым модулем ТК.

На ЭВМ ECIQ33 при помощи системы моделирования ELTRAM аналитически исследовались два наиболее вероятных несимметричных режима системы ТК-АД с двигателем типа A02-4I-4: при одном и двух отключенных тиристорах в одной фазе.

Четвертая глава посвящена разработке алгоритма расчета параметров АД, экспериментальным исследованиям.

Расхождение определенных практически параметров исследуемого АД по разработанному алгоритму и соответствующих справочных данных лежит в пределах (0,2...27,3 %).

С целью проверки адекватности математической модели реальному объекту, степени точности определяемых практически парамет-

ров АД, разработана установка и проведены экспериментальные иссл довання системы ТК-АД с двигателем типа A02-4I-4 в несимметричны: режимах, аналогичных рассмотренным аналитически. Расхождение рез; льтатов экспериментов и аналитических расчетов не превышает 8 %.

Кроме того, экспериментально исследованы, другие возможные не симметричные режимы. Определено, что: во время работы АД наиболе опасен режим'при трех отключенных тиристорах (амплитуда'фазного тока превышает амплитудное значение тока трехфазного режима боле чем в 6 pas); пуск АД при несимметричных режимах невозможен и представляет повышенную опасность для МЭИ (превышение фазного то достигает 15-кратного значения тока трехфазного режима при двух отключенных однополярных тиристорах в различных фазах).

В пятой главе разрабатывается методика и-алгоритмы расчета СККА при работе их в условиях бездуговой коммутации.

Определены основные этапы расчетов серийно выпускаемых СККА при определении возможностей lu. использования в условиях бездугс вой коммутации. Первоочередной задачей является расчет контактяс - системы с целью определения для заданного значения тока I необз дамой силы контактного наяатия -Fkh . В .этом случае, для эллиптической модели контактов Хольма, приемлемой для сильноточных ахшг ратов, сила контактного нажатия F« определяется как:

X ^

(ii

4Л агссо5(Ъ/Тп)

где эг ~ коэффициент вида деформации; Кл - число Лоренца; Л - кое фнциенг теплопроводности; Тт , Тл - "температура контактной детали в точке, значительно удаленной от контактной площадки и в,месте контактирования, соответственно. " -

Определение силы нажатия до (13) является необходимым, но 1 достаточным условием расчета контактных систем, так как при пуа вых токах и токах короткого'замыкания возникают значительные аш тродинамические силы , силы отброса по причине пинч-эффек' и силы Рл , обусловленные локальным нагревом, которые рассчитыв; ются по известным выражениям. Таким образом, необходимая сила контактного нажатия Ркн определяется как

Г«н=Гк(Гх), (14

где Гг^ Р^+Гп+Рл. в правую часть (14) подставляется большее из двух значений ( Ги или Яг ).

Очередным этапом является расчет сил полезных сопротивлений Fnc СККА'в замкнутом состоянии контактов. В случае

Fnc>Fnn (15)

СККА будет работоспособен в заданных условиях, так как его характеристики не претерпевают изменения. При Fnc4 Fkh изменяются зависимости Fnc =-£(<5") , где S - величина рабочего воздушного зазора, и Fkh=^(I) с целью выполнения условия (15), после чего рассчитываются статические и динамические тяговые характеристики СККА. Тяговое усилие Ft равно:

Fr=F± F« - (F«e +- Fec). (IS)

Здесь F - электромагнитная сила, действующая на якорь; Fe - силы тяжести подвижных частей; Fgc - силы вредных сопротивлений.

Силы F, Fe , Fnc я Fsc рассчитываются по известным зависимостям. CHíA будет работоспособен при Fr>0 для всех допустимых значений 5* . Изменение характеристик приведет к изменению быстродействия СККА', что необходимо учитывать при реализации разработанного способа бездутовой коммутации.

По разработанной методике и алгоритмам произведен расчет широко используемых в судовых МЗП контакторов КМ2000 с целью опре-" деления их возможностей при работе в условиях бездутовой коммутации.

В заключении изложены основные научные и практические результаты диссертационной работы.

В приложениях приведены: данные по долевому участию МЗП в общем потреблении судовой электроэнергии; типы 1ЛАД, используемых в ЯШУ и ГПМ; данные по среднегодовому числу отказов МЗП судов Дальневосточного бассейна и основные типы СККА. МЭП; разработанная при помощи системы ELTRAV программа для исследования несимметричных режимов системы ТК-АД на ЭВМ ECI033; результаты экспериментальных исследований возможных несимметричных рекимов систеш ТК-—АД; акты об использовании результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЬШ ШЗПЪТАШ. РАБОТЫ.

I. Прозведен анализ современного состояния и тенденций раз-

вития судовых МЗП. Установлено, что в настоящее время преимущественное распространение получили ЗП с ТАД, имеющими полюсопереклю-чаемую или независимые обмотки, и релейно-контакторными СУ. Пока: но, что основными типами являются .двигатели серии МАП отечественного производства и зарубежного - ABZd (СФРЮ), АНИ(ГДР), hSSDa (ПНР) с постоянством момента или мощности на двух скоростях.

2. Произведен анализ опыта эксплуатации, на основании которс го установлено, что наиболее „слабыми звеньями судовых МЗП являютс контактные системы СККА по причине образования электрической дуй между главнш® контактами при коммутациях силовых цепей. Электрическая износостойкость большинства используемых СККА относительно мала и составляет 8...15 % от механической износостойкости. Показано, что основными типами контакторов, используемых в судовых Мс являются отечественные - завода "Электросила" и зарубежные - фирь "Siemens" (ФРГ), коммутирующие токи до 300 А.

3. Установлено, что из существующих направлений ликвидации или уменьшения процесса дугообразованкя, выявленных в результате патентно-технических исследований, наиболее эффективным средство!,' является совместное использование СККА и СЕКА при разданных комбинациях их взаимного включения.

4. Разработан способ комбинированной последовательной коммутации, основанный на сравнительном быстродействии СККА и СБКА, по воляющий минимальным числом СПП и относительно несложной СУ обеспечить без,дуговую коммутацию группы главных контактов, причем час ло коммутируемых цепей определяется одновременностью или селектив ностыо их срабатывания. Разработанный способ мокет быть реализова при создании МЭП, а также для приводов, находящихся в экспдуатаци При этом возможно увеличение ресурса СККА более чем в 10 раз и уменьшение вибрации в пусковых режимах.

5. Показано, что при комбинированной последовательной коммутации наряду с технологическими несишетрияш возможно возникнове ние несимметричных режимов по причинам отказов СБКА. Наибольшую опасность представляют случаи мевдуфазовой несимметрии, связанные с полным закрытием одного или нескольких СИП. При этом снижается мощность на валу работающего двигателя, фазные токи могут значительно превышать допустимые значения.

6. Разработана математическая модель и программное обеспечение для исследования несигметричных режимов работы системы ТК-АД. На ЭВМ ECI033 по разработанной математической модели при помощи

системы моделирования ЕЬТЙА// аналитически исследованы наиболее вероятные несимметричные режимы.

7. Разработан и реализован алгоритм расчета параметров АД, используемых в качестве исходных данных при аналитических исследованиях несимметричных режимов. Расхождение полученных результатов и соответствующих справочных данных лежит в пределах 0,2...27,3 %,

8. Разработана и создана экспериментальная установка, позволяющая осуществлять физическое моделирование системы ТК-ДЦ с целью проверки адекватности матештичсской модели реальному объекту и степени точности определяемых параметров АД, количественной оценки опасности возникновения несимметричных реяимов. Расхождение результатов проведенных аналитических и экспериментальных исследований не превышает 8 %. Пуск ДЦ при несимметричных режимах без воздействия внешнего подкручивающего момента невозможен и представляет повышенную опасность для МЭП, так как превышение фазного тока 'достигает 15-кратного значения тока трехфазного режима при двух отключенных однополярных СПП в различных фазах. Во время работы наиболее опасно возникновение решила при трех отключенных СПП в двух фазах. В этом случае фазный ток увеличивается более чем в 6 раз по сравнению с трехфазным режимом.

9. Разработаны и реализованы методика и алгоритмы расчета СККА при работе их в условиях без,дуговой коммутации. Произведен расчет СККА типа КМ2000 с целью определения их возможностей при бездуговой коммутации. При замене контактора 2-й величины на 1-ю температура в месте контактирования увеличивается на 33 °С.

10. Изготовлено на базе разработанного способа и испытано на т/х- "Горно-Алтайск" ДВМП УБК в составе ЗП грузовой лебедки. Пять УЖ эксплуатируются в составе МЭП грузовых лебедок на п/з "Сергей Лазо" УЖ "Дальморепродукт". Два усовершенствованных образца устройства установлены на т/х "Сахалинские горы" ВЕХФ.

11. Разработано и изготовлено по результатам исследований несимметричных режимов устройство переключения малонагруженного АД в однофазный режим, которое внедрено на Находкинском судоремонтном заводе.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕШ ДИССЕРТАЦИИ

I. Бездуговая коммутация в электроприводах с многоскоростными асинхронными двигателями/Б. В. Осокин, Н. В. Сгребнев, А. Ф. Бурков и др. //Электротехника. -М.: Энергоатошздат, 1989.-£5.-С.74-76.

2. Тиристоряое устройство для бездуговой коммутации контакт ров судовых многоскоростных электроприводов/Б. В. Осокин, Н. В. Сгребнев, А. Ф. Бурков и др.//Морской транспорт. Серия ТЗФ.-М.: В/О "Мортехинформреклама".-1989.-Вып.10(702).-СД-7.

3. Бурков А. Ф., Осокин Б. В., Сгребнев Н. В. Способы естес веяного снижения уровня реактивной мощности в СЭЭС//Ремонт, диаг ностика и модернизация судового электрооборудовакия.-Владивосток НТО им. акад. А. Н. Крылова.-1983.-С.29-32. ;

4. Исследование и разработка способов естественного повышен коэффициента мощности судоремонтных заводов/Б.- В. Осокин, Н. В. Сг-рэбнев, А. Ф. Бурков и др.//Отчет до НИР. & гос.рег.81006260; Инв.# 0282.0086489.-Владивосток:Высшее инженерное морское училищ 1982.-75с.

5. Повышение надежности электроприводов грузовых лебедок су дов типа п/з "А.Захаров" путем их реконструкции при капитальном ремонте/Б. В. Осокин, Н. В. Сгребнев, А. Ф.~Бурков и др.//Промен точный отчет по НИР. Л гос.рег.01840058812; Ннв.й 0285.0052996.-Владивосток:Высшее инженерное морское училище,1985.-46с.

6. Повышение надежности электроприводов грузовых лебедок су дов типа п/з "А.Захаров" путем их реконструкции при капитальном ремонте/Б. В. Осокин, Н. В. Сгребнев, А. Ф. Бурков и др.//3аключ тельный отчет по НИР. № гос.рег.01840058812; Инв.В 0286.0081979. Владивосток:Высшее инженерное морское училище,1986.-31с. -

7. Усовершенствование устройства-бездуговой коммутации, изг товление и установка на плавзаводе 3-х опытных образцов/Б. В. Ос кия, Н. В. Сгребнев, А. §. Бурков и др.//Отчет по дополнительном соглашению по НИР. № гос.рег.01840058812; Инв.гё 0287.0057356.-Владивосток:Выстее инвенерное морское училище,1987.-31с.

8. Разработка универсального устройства бездуговой коммутац (УБК) контакторов электроприводов с мяогоскоростными асинхронным двигателями/Б. В. Осокин, Н. В. Сгребнев, А. Ф. Бурков и др.//0т чет по НИР. & гос.рег.01870074246; Ияв.гё 0289.0018800.-Владивосток ¿Высшее инженерное морское училище, 1988.-41с.

9. А.с. № 1504678 СССР, кл.Н 01 Н 9/54. Устройство для без-дутовой коммутации цепей переменного тока. Б. В. Осокин, А. Ф. Бурков, Н. В. Сгребнев и др.,1989 г.