Индукционни двигатели с променлива честота за багери

Като ръкопис

КАЧАЛИНА Елена Викторовна

Асинхронни двигатели с променлива честота

БАГЕРИ

Специалност 05.09.01 - Електромеханика и електрически апарати

дисертации за научна степен

кандидат на техническите науки

Работата е извършена в катедрата по електромеханика на Московския енергиен институт (Технически университет).

Научен ръководител - доктор на техническите науки, доцент

БЕСПАЛОВ Виктор Яковлевич

Официални опоненти: - д.т.н., проф

Мамедов Фуад Алиевич

- кандидат на техническите науки

Машкин Владимир Генадиевич

Водещо предприятие - ОАО "Рудоавтоматика"

Дисертацията може да бъде намерена в библиотеката на МЕИ.

Резюмето е изпратено на 27 май 2010 г.

дисертационен съвет Д.212.157.15

канд. техн. науки, доцент Ryabchitsky M.V.

общо представяне

Актуалност на темата. Ефективността и оптималността на режимите на работа на повечето механизми до голяма степен се осигуряват от регулируемо електрическо задвижване, така че създаването на прости, надеждни и икономични електрически задвижвания, които отговарят на съвременните технологични и експлоатационни условия, е неотложен проблем днес.

В момента багерите на българските производители се експлоатират с наднормено време на експлоатация, поради което е необходимо да се модернизира оборудването на основните електрозадвижвания на багера.

Като се вземат предвид тежките условия на работа на електрическите задвижвания на багерите, системата „Директен честотен преобразувател - асинхронен двигател“ (NFC-AD) трябва да се използва като система за електрическо задвижване с променлив ток. NFC е разработен в катедрата на AEP MPEIпод ръководството на професор Ключев В. И. Тези преобразуватели се използват успешно на багери повече от петнадесет години като тиристорни възбудители на генератори и са се доказали добре. Замяната на постояннотокови двигатели с асинхронни двигатели, управлявани от директни честотни преобразуватели, ще повиши ефективността на системата за електрическо задвижване, ще осигури икономия на енергия и ще подобри производителността, което като цяло трябва да осигури икономически ефект. В момента няма специални асинхронни двигатели за основните електрически задвижвания на багера, така че разработването на такива машини е спешна задача.

Целта на работата. Разработване и изследване на асинхронни двигатели с честотно регулиране за главните електрозадвижвания на багера.

За постигането на тази цел бяха поставени следните задачи:

Дайте теоретична обосновка за замяна на постояннотокови двигатели с променливотокови двигатели, захранвани от честотен преобразувател.
Да се обоснове структурата за управление на електрическо задвижване на багер съгласно системата NPCh-AD, която осигурява изпълнението на набор от технологични изисквания.
Да се разработят асинхронни двигатели с честотно регулиране, които могат да бъдат вградени в корпусите на постояннотокови двигатели на основните механизми на багера.
Извършете многовариантно проектиране на такива асинхронни двигатели за различен брой фази и честоти на захранване.
Да се сравнят характеристиките на двуфазни и трифазни двигатели с двуслойни и еднослойни намотки.
Проведете теоретично изследване на механичните и електрически натоварвания на основните електрически задвижвания на минни багери в цикъла на изкопаване.
За да проучите производителността и консумацията на енергия, разработетесимулационен модел на честотно управляван ИМ на багер и на негова основа да се изследват статичните и динамичните му характеристики в цикъла на изкопаване.

Методи на изследване. Изследванията са проведени с помощта на основните закони на теоретичните основи на електротехниката, с помощта на теорията на обобщената електрическа машина, методите за проектиране и математическото моделиране на трифазни и двуфазни IM.

Бяха проведени експериментални изследвания върху разработения и произведен прототип на двуфазен двигател за задвижване на налягането на багер, задвижван от CFC.

Нови научни становища, представени за защита.

Обобщени са изискванията към асинхронните двигатели с честотно регулиране на багерите.
Въз основа на тези изисквания е показана възможността за използване на двуфазни ИМ, включително тези с еднослойни ИМ намотки, за основните електрозадвижвания на багера, работещ по системата NFC-IM.
Създаден е симулационен модел на двуфазен асинхронен двигател.
Разработен е вариант на конструктивна модернизация на основните електрозадвижвания на минния багер ЕКГ-10 съгласно системата NPC-AD.

Практическата стойност на работата се състои в разработването на рентабилни, надеждни ИМ, работещи по системата NPC-IM, напълно задоволяващи комплекса от съвременни технологични и експлоатационни изисквания към багерните двигатели. Разработеният модел позволява цялостно изследване на процесите в основните електрозадвижвания на минни лопати, направени на базата на мощен двуфазен ИМ. Основните резултати от дисертацията се използват от АД "Рудоавтоматика" при разработването на главните електрозадвижвания на багера ЕКГ-5, ЕКГ-10 по системата NPC-AD.

Тестване на работата.

Структура и обхват на работата. Дипломна работаСъстои се от увод, четири глави, заключение, списък с литература от 97 заглавия. Работата е представена на 170 страници, съдържа 55 фигури и 20 таблици.

Във увода се обосновава актуалността на темата на дисертационния труд, формулира се целта на работата и се посочват основните задачи и начините за тяхното решаване.

Първата глава анализира основните разработки и изследвания в областта на електрическото задвижване на багерите. Формулират се целите и задачите на теоретичните и практическите изследвания.

Представено е актуалното техническо състояние на минния багерен парк. Въз основа на това се обобщава набор от технологични и експлоатационни изисквания за асинхронни двигатели на багери. Обосновано е използването на NFC за основните електрозадвижвания на багера. Показана е необходимостта от разработване на специални асинхронни двигатели за основните електрозадвижвания на багери.

Обективната целесъобразност на използването на системата NPCh-AD за електрическо задвижване на багер е продиктувана от следните причини:

- необходимостта от намаляване на загубите на енергия в цикъла (висока ефективност на системата NPCh-AD поради еднократно преобразуване на електрическа енергия);

- ефективност на потреблението на енергия, намаляване на разходите за енергия (възможност за безплатен обмен на енергия между двигателя и захранващата мрежа, възстановяване на енергията в мрежата без допълнителни устройства);

- осигуряване на висококачествено регулиране в динамика, намаляване на износването на механичното оборудване (плавно регулиране на амплитудата и честотата на главния хармоник на изходното напрежение);

- повишаване на надеждността на двигателя на багера, за да се намали времето за престой на багерите в резултат на времето, прекарано в обслужването на четково-колекторния блок на двигатели с постоянен ток .;

Проучването на системата NPCh-AD за електрическото задвижване на багера е извършено от ОАО "Електропривод", Института за електрозадвижване на багери, групата за електрическо задвижване на багерите на катедрата AEP на MPEI: Ю. М. Баранов, Д. А. Благодаров, М. П. Гаврилов, Е. Л. Греков, И. М. . Значителен принос в развитието на научните и експериментални изследвания на двуфазни асинхронни двигатели направиха Адаменко А.И., Аликумов К.А., Беспалов В.Я., Иванов-Смоленски А.В., Касик П.Ю., Копилов И.П., Костраухас П.И., Лопухина Е.М., Мамедов Ф.А., Машкин В.Г., Меренков Д.В. ., Несговорова Е.В., Семенчуков Г.А., Синева Н.В., Торопцев Н.Д., Чечет Ю.С., Хрушчов В.В., Юферов Ф.М. и т.н.

Известните работи обаче не разглеждат характеристиките на двуфазни двигатели с висока мощност, работещи от двуфазен честотен преобразувател. Следователно разработването на специален багер IM е спешна задача.

Втората глава е посветена на описанието на изискванията за IM с честотно управление.

Формата на прорезите на ротора. Поради „мекия“ честотен старт не са необходими дълбоки канали на ротора (фиг. 1). При проектирането на такива двигатели не трябва да се поставя задачата да се осигурят високи съотношения на началния въртящ момент, тъй като те се получават автоматично в затворена система за управление. Чрез контролиране на честотата и напрежението е възможно да се регулира не само скоростта на въртене, но и приплъзването, т.е. минимизиране на загубите на ротора. И векторното управление ви позволява да поддържате такава стойност на реактивния компонент на тока на статора, при която факторът на мощността и ефективността са най-високи. Големи широки слотове (h/b

Синусоидално напрежение. Смята се, че преобразувателят е по-добър, колкото по-голям е синусоидалното напрежение или токосигурява. Това изискване идва от серийните двигатели, чиято конструкция предвижда редица мерки за осигуряване на синусоидалност на полето във въздушната междина (разпределение на намотката в жлебовете, скъсяване на нейната стъпка и скосяване на жлебовете, а при синхронните двигатели и профилиране на полюсите).

Във въздушната междина на честотно контролиран AC двигател има хармоници на полето: времеви редове k, пространствени редове и техните комбинации. Те се въртят със скорости n.k=60·k·f/·p. Когато k= n.k=n1 и комбинираният хармоник може да се върти по посока на основния, добавяйки своя компонент в полезен момент.

успоредни клонове. Намотката на статора трябва да има възможно най-малко паралелни разклонения.

Като се имат предвид всички горепосочени изисквания за честотно управлявано ИМ, се разработват трифазни и двуфазни честотно управлявани асинхронни двигатели, които се вграждат в корпуса на постояннотоков двигател.

В трета глава е извършен сравнителен анализ на характеристиките на 3-фазни и 2-фазни ИМ, изпълнени с двуслойна намотка и еднослойна намотка. Използването на NFC с двуфазен IM изглежда подходящо при разработването на нови електрически задвижвания съгласно системата NFC-IM за редица багери. На първо място, това се дължи на общата цена на електрическото задвижване: двуфазна система е по-евтина, тъй като общият брой тиристори във веригата е по-малък, както се вижда от фиг. 2 и 3.

Схема на трифазна система NPC-AD

Схема на двуфазна система NPCh-AD

Алгоритмите на програмата за компютърни изчисления на електродвигатели са разработени по методите, представени в списъка с литература в дисертацията. BP се изчислява за максималната честота на контролния диапазон.

От съществено значение е, че когато се захранва от честотен преобразувател, двуфазният IM не изисква елементи за фазово изместване (това е така нареченото „изместване на веригата“), магнитното поле в машината ще бъде кръгово при всякакви натоварвания и приплъзвания.