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

г) Л

—> А 3

ГОСУДАРСТВЕННАЯ Г/ЮРСКАЯ АКАДЕМИЯ

ИМЕНИ АДЩИРАЛА С. 0.'МАКАРОВА

На правах рукописи Бурков Алексей Федорович

УДК 612.316.53-52:621.3-83

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград - 1991

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

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Кузнецов С.Е.

- заслуженный деятель науки и техники • РСФСР, доктор технических наук,

профессор Хожаинов А.И.

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

- Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кранового и тягового электрооборудования (ВНИПТИ) НПО "Динамо".

30

Защита состоится " 2.6" декоЗ^Я 1991 года в М часов на заседании специализированного совета Д 101.02.01 Государственной морской академии имени адмирала С.О.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 специализированного совета.

Автореферат разослан " 18" НяАХЬЯ 1991 года.

Официальные оппоненты

Ведущая организация

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

Н.Е.Ьадобш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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

Актуальными направлениями в свете этих задач, в частности для ЗП с многоскоростяыш асинхронными двигателями (НАД), суммарная мощность которых достигает 36 % от установленной мощности судового электрооборудования (СЭО), являются повышение их безотказности, долговечности и ремонтопригодности. Кроме МАД, в состав-многоскоростных электроприводов (МЗП) входит релейно-контакторная или контроллерная система управления (СУ). В настоящее время преимущественное распространение получили релейно-контакторные СУ, так как мощность большинства МЭД 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 целей.

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 мохет 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 ввделившихся направлешш работ по ликвидации или уменьшению электретеской дуги, до настоящего времени не разработано способа, реализация которого могла бы существенно повысить эффективность работы МЗП.

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

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

Цель работы. Диссертация посвящена решению следующих основных задач:

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

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

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

аналитические исследования и экспериментальная проверка результатов основных теоретических разработок.

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

Разработана математическая модель для исследования несимметричных режимов системы ТК-АД при помощи системы моделирования Et.TRА//.

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, находящшсся в эксплуатации.

Создано устройство для бездуговой 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 малонагруженного АД в однофазный несимметричный режим, которое экспонировалось на ВДНХ и удостоено бронзовой медали.

Разработана и реализована методика и алгоритмы 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 (ДВМП) УБК в составе электропривода грузовой лебедки.

Пять УБК эксплуатируются в составе МЭП грузовых лебедок на плавзаводе "Сергей Лазо" Управления производственных флотилий

(УПФ) "Дальпорепродукт".

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

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

Результаты подконтрольной эксплуатации УЖ в составе МЭЛ используются при разработке и изготовлении оП с регулируемой угловой скоростью ВНИПТИ НПО "Динамо".

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

Годовой экономический эффект составляет 49 рублей на один дви гатель мощностью до 10 кВт.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертацио ной работы докладывались и обсуждались на: Всесоюзной научно-техни ческой конференции, проводимой Центральным правлением НТО им.акад. А.Н.Крылова в г. Ленинграде в 1984 году; 38,40...44 научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Дальневосточного высшего инженерного морского училища им.адм. Г.И.Невельского, проводимых совместно с 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 таблиг

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновала актуальность теш диссертационной работы, определены основные направления работ по теме, сформулировав

цель и задачи исследования.

В первой главе произведен анализ современного состояния, эксплуатационных особенностей и тенденций развития МЗП якорно-швартов-ных устройств (ЯШУ) 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. Диапазон мощностей ЯШУ при различных угловых скоростях лежит в пределах 2,5...60,0 кВт, а ГПМ - в пределах 3;0...47,0 кВт. Исключение составляют лишь приводы ЯШУ с ГЛАД типа АВ2с1527-16/8/4 и т25К 11-16/8/4, 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 рад/с. Работоспособностью данной ответственной группы ЭП в значительной степени определяется успешная работа судов.

Анализ опыта эксплуатации показал, что число отказов МЗП в год достигает 36 у ГШ.! судов рыбной промышленности в связи с длительными периодами и высокой интенсивностью грузовых операций. Самым ненадежным звеном в составе судовых МЭП является коммутационная 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 дугообразования 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 бездуговую 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

Рис. I

Схема включает в себя типовую часть: трехскоростной АД (ТАД), магнитный контроллер (Ж) и командоконтроллер (КК). Главные контакты СККА электрически объединены в две группы: одна - реверсивных (КВ и КН), другая - скоростных (КС1...КСЗ). В грушах контакты выполняют логическую функцию "ИЛИ", а между грушами - "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 О.Б и СУ - дополнительная часть (рис. I).

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

О = (КВ+КН)-(КС1+КС2. +i<C3)-Q5+R? ni = (KB+ffiHKC1+KC2+KC3)-QS+KT Л2 = (К&+Ш)-(Ш +ИС2+КСЗ) • QS+КТ т=(к&+Щ{Ш+кс2-1-ксъ)-аз+к7; (i)

с/ = m+KHHKci+Kä+myas+KT,

C2=(Kb+KH)(M+KC2 + KC3)-QS+KT;

C3 =(m+KH)-(RCi+KC2+KC5)-&S+KT,

где 0 - нулевое положение KK (МЭП отключен); KT - контактор тормоза; fU,Ci - выходные каналы Ж (работа МЗП в режиме "подъем" и "спуск", соответственно; L =1,2,3 - номер скорости).

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

Бездуговая коммутация силовой части МК обеспечивается при выполнении условия t %ык т < i отк и ( t выкт - время выключения тиристоров; torK-K - время, отключения контакторов). Динамические режимы СПП и СККА достаточно сложны и" многофакторны. Время tfo,K.T зависит от электрофизических параметров и прямого тока тиристоров 1Т , производной dl/dt , амплитуды обратного напряжения. Применительно к разрабатываемому способу целесообразно выключение СПП по цепи управления в режиме естественной коммутации. В этом случае ^быкт(тах) Е цепях переменного тока частотой 50 Гц составляет 10 мс. Время отключения СККА iorK-K включает время трогания (t'Tp) и движения (t);

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

t'Tp=F(U,IrP,R,L,9)> О)

t'pS=F(m,x,FT), (4)

где U , Itр - напряжение и ток трогания цепи управления; R , L -сопротивление и индуктивность катушки СККА; $> = f (i) - сопротивление дуги; т - масса подвижной системы СККА; у - координата движения якоря; Ft = f ( X) - тяговое усилие.

При без,дуговой коммутации СККА t отк.к (2) увеличивается из-за отсутствия в составляющей t'rp (3) Время (4) оп-

ределяется коор,щшатой X . Для СККА, имеющих цепи управления переменного напряжения, Ь0ТКНФconst и зависит кроме приведенных в (3) и (4) переменных и параметров от начальной фазы напряжения ol , утла сдвига между напряжением и током Ф . В общем случае "fc отк.к (m in) t стк.к4 t отк.к (max) .

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 СПП в.момент отключения СККА, причем необходимо и достаточно выполнение условия Ьгык.т(тах)<Ьотк.к(т1п) .

На основании обработанного статистического материала по судам Дальневосточного бассейна определены основные типы используемых в МЭП отечественных (КМ2000, КТ6000) и зарубежных ( SLA , • K9I5, ST - ФРГ; S - ПНР) контакторов, коммутирующих токи до 300 А. Паспортное t отк.к отечественных СККА с учетом 9 = ■£(£) 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 СЕКА (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 Ьотк.к(т1л)<10 мс, что имеет место у некоторых зарубежных СККА, для полностью без,дуговой 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 С , импульсы которого усиливаются выходными ключами АУ и открывают тиристоры силового, модуля (2 5 .В случае необходимости бестокового включения СККА в структуру вводится элемент временной задержки на включение тирлсторов ЭТ . При отключении СККА ток в его цепи управления начинает спадать, компаратор К переключается в "нуль" и генератор & выключает СПП, после чего размыкаются главные контакты СККА. В этой случае необходимо выполнение условия ¿отк.к(тп) > [Ьвык.т(тах) + ЗЕ^ , где tj.ll -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 МЗП грузовой лебедки, рассмотрено взаимное влияние ТК и ЗП при коммутациях, сформулированы задачи необходимых исследований при взаимодействии разработок со штатным СЭО.

Третья1 глава посвящена разработке математической модели для исследования несимметричных режимов системы ТК-АД и аналитическим исследованиям.

Наибольшую опасность при реализации разработанного способа коммутации цепей МЗП представляют несимметричные режимы, связан-Йые 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 - АД" 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-

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

и

Us

0

(5)

(Rs+pL<rs)A<h+pLmBih §pLmA¿h

pLnxBzK + COrLmbih (Rr+pLr)AiH+jC¿rLrB*h

где lis - столбцовая матрица фазных напряжений статора; Ls - матри ца фазных токов статора; Сг - матрица приведенных токов ротора к статорной цепи; Rs , Rr - активные сопротивления- фаз обмоток стато ра и ротора АД, соответственно; р - оператор дифференцирования; 1_<й - индуктивность рассеяния обмотки статора; Lm- взаимная индуктивность; Lг - индуктивность обмотки ротора; сог - угловая скорость ротора; А к К - единичная матрица (к =1„2,3; ¡г =3,2,1 - индекс режима работы системы); Bkh - матричные коэффициенты.

В случае математического анализа трехфазного АД с короткозам-кнутым ротором без нулевой точки преобразованные уравнения в ортогональной системе координат (<¿>, fi , 0 ) представляются как:

¡o ^dVsi.

0=¿rpRr+^£-CD^r,L>

(6)

где Usa, tisp -мгновенные значения напряжений статора по <¿ жр осям;' Ls¿, Lsp, Ltd., Lrp - [мгновенные значения токов статора и ротора в системе координат <j~ , f> , 0 ; fine, Vsp, , Vrp - мгновенные значения потокосцеплений в ¿ , у>, О системе.

С учетом известных соотношении между переменными в фазных и. в ¿ , р, О координатах, после преобразований система (6) представляется в общем виде:

U s n = LsiRsn + i

(7)

сИ 'сИ

где бвгп.- фазные ЭДС вращения ротора, п - индекс фаз А,В и С.

При выборе численного метода решения и составлении алгоритмов и программ целесообразно использование системы моделирования вентильных преобразователей ЕЬТЯА// , позволяющей частично отображать объект электрической схемой замещения, и частично - функциональной цепью. Исходя из этого, представленная математическая модель системы ТК-АД для исследования несимметричных режимов включает:

- уравнение фазных напряжений Li.sn, полученное приведением

системы (7) к цепи статора L

где 1тн- намагничивающий ток;

- выражение для определения ЗДС вращения Ввгп

(игп+иП)(1тп+2'1*(п-,>}-игп(1$п+г'1.5(11-0^, (9)

где р - число пар полюсов АД;

- уравнение для определения тока ¿тл по его производной

dtmn__1_

dt ~Lirn+ Lmn + LtfrnLmn

Lisn

j^^LLsn.+(Rrti-Rsn-£^-)lsn+6ern -LmnRrn

(Ю)

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

M=^Lnn(is(n-i)Un-LsnLrcn-o), (II)

и уравнением движения ЭП

(12)

Р Р dl '

где 3 - момент инерции привода.

В системе ELTRAA/ применяется метод численного зштегрирова-ния Рунге-Кутта. Тиристоры силового модуля ТК представлены идеальными ключами. В зависимости от исследуемого решила в (функциональном блоке по заданному алгоритму из элементов входного языка ELTRAA' формируется СУ силовым модулем ТК.

На ЭВМ ECI033 при помощи системы моделирования ELT RAA/ 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 ис< дования системы ТК-АД с двигателем типа А02-41-4 в несимметрич! режимах, аналогичных рассмотренным аналитически. Расхождение р( льтатов экспериментов и аналитических расчетов не превышает 8 ;

Кроме того, экспериментально исследованы другие возможные 1 симметричные режимы. Определено, что: во время работы АД наибо. опасен режим'при трех отключенных тиристорах (амплитуда фазное тока превышает амплитудное значение тока трехфазного режима бо. чем в 6 раз); пуск АД при несимметричных режимах невозможен и представляет повышенную опасность для МЭП (превышение фазного ' достигает 15-кратного значения тока трехфазного режима при дву отключенных однополярных тиристорах в различных фазах).

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

Определены основные этапы расчетов серийно выпускаемых СК при определении возможностей их использования в условиях безду вой коммутации. Первоочередной задачей является расчет контакт системы с целью определения для заданного значения тока I нес димой силы контактного нажатия Ркн . В .этом случае, для эллипт ческой модели контактов Хольма, приемлемой для сильноточных аг ратов, сила контактного нажатия Гк определяется как:

Гк=эеЗГКл

I

4Л огссо$(Тт/Тп)

где 32 - коэффициент вида деформации; Кд - число Лоренца; Л - I фициент теплопроводности; Тт , Тп. -"температура контактной детг в точке, значительно удаленной от контактной площадки и в мес: контактирования, соответственно.

Определение силн нажатия по (13) является необходимым, н< достаточным условием расчета контактных систем, так как при п; вых токах и токах короткого замыкания возникают значительные : тродинамические силы , силы отброса Гц по причине пинч-эфф и силы Рл , обусловленные локальным нагревом, которые рассчит] ются по известным выражениям. Таким образом, необходимая сила контактного нажатия Ркн определяется как

Гкн = Гк(Г2), (

где 1"2:= Р^+Гп+Рл . В правую часть (14) подставляется большее и двух значений ( Гк или Рх ).

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

Fnc >Fhh (15)

СККА будет работоспособен в заданных условиях, так как его характеристики не претерпевают изменения. При Fnc-¿ Fkh изменяются за- . висимости Рис (<Г) , где <5* - величина рабочего' воздушного зазора, и Ft<H=j(I) с целью выполнения условия (15), после чего рассчитываются статические и динамические тяговые характеристики СККА. Тяговое усилие Ft равно:

Fr = F±Fe-(Fnc + F6c). (16)

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

Силы F, Fe , Fnc и Fee рассчитываются по известным зависимостям. СККА будет работоспособен при Ft>0 для всех допустимых значений ¿Г . Изменение характеристик приведет к изменению быстродействия СККА, что необходимо учитывать при реализации разработанного способа без,цуговой коммутации.

По разработанной методике и алгоритмам произведен расчет широко используемых в судовых МБП контакторов КГ/12000 с целью определения их возможностей при работе в условиях бездуговой коммутации.

В заключении изложены основные научные и практические результаты диссертационной работы.

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

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ. РАБОТЫ

I. Прозведен анализ современного состояния и тенденций раз-

вития судовых МЭП. Установлено, что в настоящее время преимущественное распространение получили ЭП с ТАД> имеющими полюсопереклю-чаемуга или независимые обмотки, и релейно-контакторными СУ. Показа но, что основными типами являются двигатели серии МАП отечественного производства и зарубежного - ABZd(CaHO), АНЩГДР), hSSDa (ПНР) с постоянством момента или мощности на двух скоростях.

2. Произведен анализ опыта эксплуатации, на основании которого установлено, что наиболее слабыми звеньями судовых МЗП являются контактные системы СККА по причине образования электрической дуги между главными 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 МЭП являются отечественные - завода "Электросила" и зарубежные - фирмы "Siemens" (ФРГ), коммутирующие токи до 300 А.

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

4. Разработан способ комбинированной последовательной коммутации, основанный на сравнительном быстродействии СККА и СБКА, поз< воляющий минимальным числом СПП и относительно несложной СУ обеспечить бездутовую коммутацию группы главных контактов, причем число коммутируемых цепей определяется одновременностью или селективностью их срабатывания. Разработанный способ может быть реализован при создании ЫЭП, а также для приводов, находящихся в эксплуатации 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 несимметриями возможно возникновение несимметричных режимов по причинам отказов СБКА. Наибольшую опасность представляют случаи мевдуфазовой несимметрии, связанные с полным закрытием одного или нескольких СПП. При этом снижается мощность на валу работающего двигателя, фазные токи могут значительно превышать допустимые значения.

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

системы моделирования ЕЬТДАЛ/ 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-АД с целью проверки адекватности математической модели реальному объекту и степени точности определяемых параметров АД! количественной оценки опасности возникновения несимметричных режимов. Расхождение результатов проведенных аналитических и экспериментальных исследований не превышает 8 %. Пуск АД при несимметричных режимах без воздействия внешнего подкручивающего момента невозможен и представляет повышенную опасность для НЭП, 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,цутовой 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" ДВШ УБК в составе ЗП грузовой лебедки. Пять УБК эксплуатируются в составе МЭП грузовых лебедок на п/з "Сергей Лазо" УПФ "Дальморепродукт". Два усовершенствованных образца устройства установлены на т/х "Сахалинские горы" ВРХФ.

11. Разработано и изготовлено по результатам исследований

г несимметричных режимов устройство переключения малонагруженного АД в однофазный- режим, которое внедрено на Находкинском судоремонтном заводе.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Бездуговая коммутация в электроприводах с многоскоростными асинхронными двигателями/Б. В. Осокин, Н. В. Сгребнев, А. Ф. Бурков и др.//Электротехника.-М. :Энергоатомиздат,1989.-.'55.-С.74-76.

2. Тиристорное устройство для бездуговой коммутации контакте ров судовых многоскоростных электроприводов/Б. В. Осокин, Н. В. Сгребнев, А. Ф. Бурков и др.//Морской транспорт. Серия ТЗФ.-М.-г В/О "Мортехинформреклама".-1989.-Вып.10(702).-С.1-7.

3. Бурков А. Ф., Осокин Б. В., Сгребнев Н. В. Способы естест венного снижения уровня реактивной мощности в СЭЭС//Ремонт, диагностика и модернизация судового электрооборудования.-Владивосток: НТО игл. акад. А. Н. Крылова.-1983.-С.29-32.

4. Исследование и разработка способов естественного повышенн коэффициента мощности судоремонтных' заводов/Б.- В. Осокин, Н. В. Сгребнев, А. Ф. Бурков и др.//Отчет по НИР. № гос.per.81006260; Инв.й 0282.0086489.-Владивосток:Высшее инженерное морское училище 1982.-75с.

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

6. Повышение надежности электроприводов грузовых лебедок судов типа п/з "А.Захаров" путем их реконструкции при капитальном ремонте/Б. В. Осокин, Н. В. Сгребнев, А. Ф. Бурков и др.//Заключи тельный отчет по НИР. JS гос.рег.01840058812; ИнвЛг 0286.0081979.-Владивосток:Высшее инженерное морское училище,1986.-31с.

7. Усовершенствование устройства бездуговой коммутации," изге товление и установка на плавзаводе 3-х опытных образцов/Б. В. Осо кин, Н. В. Сгребнев, А. Ф. Бурков и др.//Отчет по дополнительному соглашению по НИР. J-S гос.рег.01840058812; Инв.й 0287.0057356.-Владивосток:Высшее инженерное морское училище,1987.-31с.

8. Разработка универсального устройства бездуговой коммутаци (УЖ) контакторов электроприводов с много скоро стными асинхронными двигателями/Б. В. Осокин, Н. В. Сгребнев, А. Ф. Бурков и др.//Отчет по НИР. К гос.per.01870074246; Инв.й 0289.0018800.-Владивос-ток:Высшее инженерное морское училище,1988.-41с.-

9. A.c. Je 1504678 СССР, кл.Н 01 Н 9/54. Устройство для бездуговой коммутации цепей переменного тока. Б. В. Осокин, А. Ф. Бурков, Н. В. Сгребнев и др.,1989 г.