Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературных данных по экскаваторным двигателям 13
1.1 Особенности регулирования скорости экскаваторных двигателей постоянного тока 13
1.1.1 Двигатели основных механизмов экскаватора 13
1.1.2 Особенности частотного регулирования скорости вращения асинхронных двигателей 16
1.2 Обоснование выбора преобразователя частоты 19
1.3 Обзор работ по теме диссертации 26
1.4 Выводы по первой главе 27
Глава II. Проектирование асинхронных двигателей для экскаваторов 28
2.1 Замена двигателей постоянного тока 28
2.2 Методика проектирования асинхронных двигателей 34
2.2.1 Определение главных размеров асинхронных двигателей для ЭКГ -10 35
2.2.2 Требования применяемы к частотно-регулируемым АД 35
2.3 Программа расчета двухфазного асинхронного двигателя напора и поворота 41
2.4 Выводы по второй главе 102
Глава III. Сравнительные характеристики 3-х фазных и 2-х фазных асинхронных двигателей в частотно- регулируемом приводе 103
3.1 Сравнительные характеристики 3-х фазных и 2-х фазных асинхронных двигателей выполненных с двухслойной обмоткой 103
3.2 Сравнительные характеристики 3-х фазных и 2-х фазных асинхронных двигателей выполненных с однослойной обмоткой 115
3.3 Выводы по третьей главе 120
Глава IV. Исследование переходных процессов ад экскаваторов 121
4.1 Исследование механических нагрузок главных электроприводов карьерных экскаваторов по системе НПЧ-АД 121
4.1.1 Программа расчета и построения нагрузочной диаграммы и тахограммы привода подъема 122
4.1.2 Программа расчета и построения нагрузочной диаграммы и тахограммы привода поворота 130
4.1.3 Программа расчета и построения нагрузочной диаграммы и тахограммы привода напора 136
4.2 Математическая модель трехфазного АД 139
4.2.1 Исследование характеристик двигателя поворота на цикле 141
4.3 Математическая модель двухфазного АД 144
4.4 Результаты эксперимента 153
4.5 Выводы по четвертой главе 154
Заключение 155
Список литературы 156
- Особенности частотного регулирования скорости вращения асинхронных двигателей
- Определение главных размеров асинхронных двигателей для ЭКГ -10
- Сравнительные характеристики 3-х фазных и 2-х фазных асинхронных двигателей выполненных с однослойной обмоткой
- Программа расчета и построения нагрузочной диаграммы и тахограммы привода поворота
Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы в России все большую актуальность приобретает вопрос энергосбережения на производстве. Это обусловлено непрерывным ростом цен на основные энергоресурсы, что приводит к увеличению стоимости электроэнергии. С другой стороны, снижение энергозатрат позволяет уменьшить себестоимость производимой продукции, что значительно улучшает ее конкурентоспособность [1].
Энергосбережение по сути сводится к снижению потерь энергии в потребителях. Учитывая, что как правило основными потребителями электрической энергии являются электродвигатели, можно сделать вывод, что одной из приоритетных задач энергосбережения является снижение потерь в электроприводе.
Таким образом, путём к энергосбережению во всех сферах производства и технологиях, следует считать применение регулируемого электропривода. Сегодня наиболее распространенный тип электропривода с двигателем переменного тока включает в себя приводной преобразователь частоты со звеном постоянного тока и инвертором с широтно-импульсной модуляцией, который позволяет управлять скоростью и моментом двигателя в необходимом диапазоне, при этом потери остаются минимальными. До недавнего времени регулирование скорости асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором представлялось весьма сложной задачей, но с развитием преобразовательной техники это стало возможным.
В настоящее время асинхронные электродвигатели (АД) с короткозамкнутым ротором составляют около 90% всего парка электрических машин. Такое широкое распространение объясняется рядом преимуществ асинхронных двигателей, таких как высокая надежность, низкая стоимость, простота изготовления и эксплуатации.
Очевидно, что значительного повышения энергетической эффективности можно добиться снижением потерь в электроприводах с асинхронным двигателем. Однако, ввиду широкого распространения асинхронных двигателей в различных сферах производства, невозможно разработать универсальное решение этой проблемы. Для каждого случая необходимо проводить анализ режимов работы привода и причин возникновения потерь, а также способов их снижения.
Добыча полезных ископаемых открытым способом непрерывно развивается и совершенствуется. Успехи горнодобывающей промышленности в этой области в значительной степени обусловлены развитием отечественного машиностроения, обеспечивающего высокий уровень механизации открытых разработок и оснащающего эти разработки комплексом надежных и высокопроизводительных механизмов. Одно из важных мест среди этих механизмов занимают одноковшовые экскаваторы средней и большой производительности.
Современный мощный экскаватор является сложной высокопроизводительной землеройной машиной, которая по насыщенности электрооборудованием и по общей установленной мощности электрических машин сравнима со средним, а в отдельных случаях и с крупным промышленным предприятием. Все основные механизмы таких экскаваторов оборудуются индивидуальным электроприводом по системе управляемый преобразователь - двигатель с той или иной схемой автоматического управления, как правило, представляющей собой замкнутую систему автоматического регулирования. Маневренность основных механизмов экскаватора, надежность их работы и производительность машины в целом существенно зависят от технических возможностей системы электропривода, качества ее наладки и условий эксплуатации.
Целью диссертационной работы является поиск путей модернизации электроприводов основных механизмов мощных карьерных экскаваторов. Постепенно находит признание тенденция замены существующих приводов постоянного тока на асинхронные частотно-регулируемы.
Добыча полезных ископаемых открытым способом непрерывно развивается и совершенствуется. Успехи горнодобывающей промышленности в этой области в значительной степени обусловлены развитием отечественного машиностроения, обеспечивающего высокий уровень механизации открытых разработок и оснащающего эти разработки комплексом надежных и высокопроизводительных механизмов. Одно из важных мест среди этих механизмов занимают одноковшовые экскаваторы средней и большой производительности.
Современный мощный экскаватор является сложной высокопроизводительной землеройной машиной, которая по насыщенности электрооборудованием, по общей установленной мощности электрических машин сравнима со средним, а в отдельных случаях и с крупным промышленным предприятием. Все основные механизмы таких экскаваторов оборудуются индивидуальным электроприводом по системе управляемый преобразователь — двигатель с той или иной схемой автоматического управления, как правило, представляющей собой замкнутую систему автоматического регулирования. Маневренность основных механизмов экскаватора, надежность их работы и производительность машины в целом существенно зависят от технических возможностей системы электропривода, качества ее наладки и условий эксплуатации.
Актуальность темы. Эффективность и оптимальность режимов работы большинства механизмов во многом обеспечивается регулируемым электроприводом, поэтому создание простых, надежных и экономичных электроприводов, отвечающих современным технологическим и эксплуатационным условиям, является на сегодняшний день актуальной проблемой.
В настоящее время экскаваторы российских производителей эксплуатируется со сверхнормативным сроком службы поэтому необходимо проводить модернизацию оборудования главных электроприводов экскаватора.
Учитывая тяжелые условия эксплуатации экскаваторных электроприводов, в качестве системы электропривода переменного тока следует применять систему «Непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель» (НПЧ-АД). НПЧ был разработан на кафедре АЭП МЭИ под руководством профессора Ключева В.И. Данные преобразователи уже более пятнадцати лет успешно эксплуатируются на экскаваторах в качестве тиристорных возбудителей генераторов и хорошо себя зарекомендовали. Замена двигателей постоянного тока асинхронными двигателями, управляемыми с помощью непосредственных преобразователей частоты, позволит увеличить КПД системы электропривода, обеспечит энергосбережение и повысит эксплуатационные показатели, что в целом должно обеспечить экономический эффект. Так как в настоящее время нет специальных асинхронных двигателей для главных электроприводов экскаватора разработка таких машин является актуальной задачей.
Цель работы. Разработка и исследование частотно-регулируемых асинхронных двигателей (ЧР АД) для главных электроприводов экскаватора.
Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи: 1. Дать теоретическое обоснование замены двигателей постоянного тока на двигатели переменного тока, питаемые от преобразователя частоты.
2. Обосновать структуру управления экскаваторным электроприводом по системе НПЧ-АД, обеспечивающую выполнение совокупности технологических требований.
3. Разработать частотно-регулируемые асинхронные двигатели, которые можно встраивать в корпуса двигателей постоянного тока главных механизмов экскаватора.
4. Провести многовариантное проектирование таких асинхронных двигателей на различные числа фаз и питающие частоты.
5. Провести сравнение характеристик двухфазных и трехфазных двигателей с двухслойными и однослойными обмотками.
6. Провести теоретическое исследование механических и электрических нагрузок главных электроприводов карьерных экскаваторов в цикле экскавации.
7. Для исследования работоспособности и энергопотребления разработать имитационную модель экскаваторного ЧР АД, и на её основе исследовать его статические и динамические характеристики на цикле экскавации.
Методы исследования. Исследования выполнялись с использованием базовых законов теоретических основ электротехники, с применением теории обобщенной электрической машины, методов проектирования и математического моделирования трехфазных и двухфазных АД.
Экспериментальные исследования выполнялись на разработанном и изготовленном макетном образце двухфазного двигателя для привода напора экскаватора, работающего от НПЧ.
Новые научные положения, выносимые на защиту.
1. Обобщены требования к экскаваторным ЧР АД асинхронным двигателям.
2. На основании этих требований показана возможность применения двухфазных АД, в том числе с однослойными обмотками АД для главных электроприводов экскаватора, работающих по системе НПЧ-АД.
3. Создана имитационная модель асинхронного двигателя.
4. Разработан вариант конструктивной модернизации главных электроприводов карьерного экскаватора ЭКГ-10 по системе НПЧ-АД.
Практическая ценность работы заключается в разработке экономичных, надежных АД, работающих по системе НПЧ-АД, полностью удовлетворяющих комплексу современных технологических и эксплуатационных требований к экскаваторным двигателям. Разработанная модель позволяет всесторонне исследовать процессы в главных электроприводах карьерных экскаваторов, выполненных на базе мощных двухфазных АД. Основные результаты диссертации используются ОАО «Рудоавтоматика» при разработке главных электроприводов экскаватора ЭКГ-5, ЭКГ-10 по системе НПЧ-АД.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на ХШ-ой и ХУ-ой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2007 г., 2009 г.); на Ш-ей международной научно-технической конференции "Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы " (Екатеринбург УГТУ-УПИ, 2007); на ХИ-ой международной конференции "Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты" (Крым, 2008 г.); на УИ-ой международной научно-технической конференции "Электроэнергетика и электротехника. Проблемы и перспективы" (Россия, сентябрь, 2009 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано шесть печатных работ.
Особенности частотного регулирования скорости вращения асинхронных двигателей
На сегодняшний день в условиях, сложившихся в России, применительно к экскаваторным привода, самым отработанным, надежным, компактным, легким и дешевым преобразователем частоты следует признать тиристорный преобразователь с непосредственной связью (ПЧНС) [20], [21], [22], [23], [24], [25].
К его достоинствам относятся: однократное преобразование энергии и, следовательно, высокий КПД 0.95-0.97; реверсивный режим работы выпрямителей и, соответственно, свободный двухсторонний обмен реактивной и активной энергией между питающей преобразователем сетью и электрической машиной. В итоге с помощью ПЧНС обеспечиваются все возможные энергетические режимы работы машин переменного тока, включая и режим рекуперативного торможения, такая возможность передачи энергии особенно актуальна по отношению к требованиям, предъявляемым к экскаваторному электроприводу; для однооперационных тиристоров естественный режим коммутации напряжения питающей сети, что повышает надежность работы подобных преобразователей; устойчивый режим работы на нагрузку с любым коэффициентом мощности; возможность получения весьма низких частот выходного напряжения преобразователя; возможность технической реализации преобразователей частоты большой мощности (до десятков МВт) за счет параллельного соединения вентильных групп.
К недостаткам ПЧНС относят: ухудшение формы выходного напряжения при увеличении частоты, и тем самым заметное, особенно для ГТЧНС на основе однооперационных тиристоров, ограничение верхнего диапазона частоты выходного напряжения, обусловленное дискретностью и несущей частотой выходного напряжения до пах т-1У(8-И0), где ш - пульсность выпрямления преобразователя. Для ГТЧНС с ШИМ возможна реализация более высоких частот выходного тока; сравнительно большое число силовых полупроводниковых элементов и для однооперационных тиристоров необходимость жесткой синхронизации схемы управления ими с питающей сетью; низкий (по сравнению с АИН) коэффициент мощности, особенно при уменьшении амплитуды выходного напряжения преобразователя в области малых частот [26], [27], [28], [29], [30].
Применение ПЧНС наиболее рационально в высокодинамичных электроприводах с тяжелыми технологическими режимами (например, в горно-добывающей, металлургической, строительной промышленности), а также в приводах большой мощности [31].
Этот преобразователь является самым простым для обслуживающего персонала, так как фактически является совокупностью реверсивных преобразователей постоянного тока, питающих отдельные фазные обмотки двигателя [32].
Фирма Siemens использует НПЧ для самых ответственных и абсолютно надежных решений [33].
Противники и конкуренты тиристорных НПЧ в качестве основного недостатка отмечают ограниченный верхний предел его выходной частоты (25 или 12Гц в зависимости от пульсности), что якобы требует специального исполнения электрических машин. Однако современный взгляд на эту проблему свидетельствует о том, что любой преобразователь частоты требует специальной машины (причем, транзисторный — в особенности, в связи с перенапряжениями). А самое главное - для экскаваторного электропривода отечественная промышленность вообще не выпускает серийно частотно-регулируемые машины переменного тока в экскаваторном исполнении. Нет на рынке и двигателей выпускает двигателей с встроенными датчиками частоты вращения, без которых формирование механических характеристик на малых частотах вращения (по требованиям экскаваторного электропривода) невозможно.
Кроме того, заметим, что использование НПЧ в отрыве от фильтро- компенсирующего устройства (ФКУ) неправильно. В любом случае такое использование нужно обосновывать. Но если есть необходимость сравнивать преобразователи по энергетике или вопросам совместимости, то НПЧ должен рассматриваться только в комплексе с ФКУ. ФКУ включается со стороны сети параллельно преобразователю и поэтому не ухудшаетего кпд. Такое совмещение очень органично, так как компенсирующие емкости, обеспечивая в сети cosp =1, позволяют одновременно выполнить фильтры на наиболее значительные высшие гармоники (ВГ), приближая общий коэффициент мощности к единице. Транзисторный же преобразователь с ШИМ и звеном рекуперации на GTO по отношению к сети имеет cosq =1 и генерирует тот же спектр высших гармоник в сеть, что и НПЧ. Однако компенсировать эти гармоники при cosq =1 нечем, так как установка емкостей в фильтре будет сдвигать первую гармонику сетевого тока в сторону опережения, снижая коэффициент мощности.
В последнее время в моду входят преобразователи с активным передним фронтом (Siemens). Они похожи по структуре на те же преобразователи с АИН (ШИМ), однако сетевой выпрямитель выполнен активным, т.е. - встречно параллельно сетевому выпрямителю включен транзисторный инвертор с таким же ШИМ управлением, как автономный инвертор нагрузки, но от сети. Между сетевым инвертором и сетью приходится включать дополнительно дроссели и сетевой индуктивно- емкостной фильтр, участвующие в процессе коммутации активного выпрямителя и подавлении ВГ в сетевом токе. Активный передний фронт позволяет иметь практически идеальные синусоидальные формы токов со стороны сети и регулировать коэффициент мощности по первой гармонике в широких пределах - от опережающего, до отстающего. Однако по весу и габаритам пред включенные сетевой фильтр и дроссели составляют столько же, сколько автономный инвертор. Все эти элементы, как и сами инверторы, располагаются по цепи преобразования энергии последовательно, увеличивая потери и уменьшая кпд преобразователя в целом. Цена этих изделий очень высока.
Определение главных размеров асинхронных двигателей для ЭКГ -10
Современные единые серии АД имеют машины с максимальным 2р=\2. есть попытки изготовления АД для частотно-регулируемого привода лифта и рольгангов с 2р=20. Наверное, рекордное для АД с короткозамкнутым ротором количество полюсов 2р=32 имеют машины Сафоновского электромашиностроительного завода на мощности 30 и 75
Номинальное напряжение двигателя. Известно, что ели в регулируемом приводе используется серийный двигатель, без специальных мер ему зачастую не достает напряжения на выходе ПЧ. Следовательно, с целью упрощения системы логично предположить, что двигатель для комплектного частотного привода может быть рассчитан на нестандартное напряжение основной гармоники на выходе ПЧ.
Синусоидальность напряжения и тока двигателя. Считается, что преобразователь тем лучше, чем большую синусоидальность напряжения или тока он обеспечивает. Это требование опять же идет от серийных двигателей, в конструкции которых предусматривается ряд мер, обеспечивающих синусоидальность поля в воздушном зазоре (распределение обмотки по пазам, укорочение ее шага и скос пазов, а в СД еще и профилирование полюсов). Исследования дают на это отрицательный ответ.
В воздушном зазоре двигателя переменного тока при частотном регулировании присутствуют гармоники поля: временные порядков к, пространственные порядков V и их комбинации. Последние вращаются со скоростями т/.к=60-к-17ур. При к=у пу.к=п1 и комбинационная гармоника может вращаться в направлении основной, добавляя свою составляющую в полезный мрмент. Это сразу ставит проблему оптимизации обмоток статора частотно-регулируемых двигателей, критерии проектирования которых должны отличаться от традиционных.
Режим регулирования. Три режима частотного регулирования двигателей переменного тока различают по виду нагрузки: с постоянным моментом, с постоянной мощностью и работа на вентиляторную нагрузку. При проектировании АД они учитываются следующим образом: a) При постоянном моменте магнитный поток будет практически постоянным с увеличением частоты и напряжения, а ток статора незначительно увеличивается из-за роста потерь в стали и механических потерь. Самой тяжелой в тепловом отношении будет работа при минимальной частоте из-за ухудшения условий охлаждения. С этого режима и следует начинать расчет двигателя. b) При регулировании с постоянной мощностью напряжение возрастает медленнее, чем частота, следовательно, наибольший магнитный поток и ток будет при минимальной частоте. Поэтому самой тяжелой с точки зрения нагрева будет работа при минимальной частоте, с которой и следует начинать расчет двигателя. c) При вентиляторной нагрузке напряжение пропорционально квадрату частоты, т.е. с ее увеличением поток растет, а полезная и потребляемая мощности практически пропорциональны кубу частоты. Следовательно, на наибольшей частоте поток и ток максимальны и именно с этого режима надо начинать расчет двигателя
Охлаждение. Из-за низкой эффективности собственных вентиляторов при работе на малых частотах двигатели должны быть снабжены автономными вентиляторами-наездниками со своим приводом. Это необходимо для охлаждения как активных частей, так и подшипников.
Перенапряжения. ШИМ - коммутация современных ПЧ вызывает волновые переходные процессы и импульсные перенапряжения в системе
ПЧ-двигатель. Характер процессов и величина перенапряжений зависят от крутизны фронтов питающих импульсов, индуктивных и емкостных параметров системы. Неблагоприятная величина перенапряжений в обмотке статора достигает двойного значения амплитуды поступающих импульсов и даже больше. Для защиты от них надо не только использовать фильтры, но и усиливать изоляцию хотя бы начальных витков обмотки, правильно выбирать длину и конструкцию кабеля между ПЧ и двигателем, заземления.
Высокочастотная коммутация в ПЧ обуславливает появление подшипниковых токов в двигателе, природа, вредные последствия (повышенный износ подшипников) и способы борьбы с которыми еще требуют исследования. Некоторые фирмы (например, ABB) уже предлагают использовать в частотно-регулируемых АД подшипники с изолированным внутренним или наружным кольцом, с керамическими шариками и другие меры. Подшипники с диэлектрическим покрытием выпускаются в России [35].
Учитывая все вышеперечисленные особенности частотно- регулируемых асинхронных двигателей проведем расчет двухфазных и трехфазных машин по методике приведенной в [45], [46], [47], [48], [49].
Сравнительные характеристики 3-х фазных и 2-х фазных асинхронных двигателей выполненных с однослойной обмоткой
В вышеприведенных формулах: т - число фаз обмотки статора; Ц - общая длина эффективных проводников фазы обмотки, м; -площадь поперечного сечения эффективного проводника, м2; а — число параллельных ветвей обмотки статора; - число витков в фазе обмотки статора; - угловая скорость вращения магнитного поля статора; рмеаи - удельное сопротивление меди; ко01 - обмоточный коэффициент статора; - число зубцов ротора; щ - магнитная проницаемость; 18 - длина магпитопровода; р - число пар полюсов статора; / -частота питающего напряжения; д - число пазов на полюс и фазу; ЕЯ - суммарная магнитная проводимость потоков рассеяния.
Основные физические процессы в машине переменного тока происходят с участием основной гармоники магнитного поля в воздушном зазоре. Все другие магнитные поля обмотки (поле в пазах, в лобовых частях и высшие гармоники поля) либо вовсе не сцепляются с другой обмоткой и не наводят в ней ЭДС взаимной индукции (поле в пазах, если в них расположена одна обмотка), либо сцепляются с другой обмоткой весьма слабо (поля лобовых частей и высших гармоник), т. е. их связи имеют второстепенное значение и при рассмотрении большинства вопросов могут не учитываться. Все эти составляющие поля относят к полю рассеяния обмотки и их основная роль сводится к индуктированию в обмотке ЭДС самоиндукции или ЭДС рассеяния, учитываемой посредством индуктивного сопротивления рассеяния.
Суммарная магнитная проводимость ЕЯ определяется как: Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния Лп зависит от размеров и формы паза, а также от типа обмотки и числа слоев обмотки в пазу. Он учитывает только рассеяние между стенками паза и усиками зубцов.
У двухслойных обмоток с укорочением шага вследствие наличия в некоторых пазах катушек, принадлежащих разным фазам, общее потокосцепление уменьшается и, следовательно, уменьшается А,п. Уменьшение магнитной проводимости А,п учитывается коэффициентами магнитной проводимости кр и кр , зависящими в свою очередь от укорочения Р [45]. Формулы для их расчета приведены в табл. 3.1.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния А,д учитывает потокосцепление рассеяния обмотки статора, обусловленное высшими гармониками поля (зубцовыми и обмоточными). За счет увеличения общего индуктивного сопротивления рассеяния обмоток учитывается их влияние на токи, мощности и электромагнитный момент. Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора Хяасинхронного двигателя равен: где D - внутренний диаметр магнитопровода статора; 5 - воздушный зазор; Z, - число пазов статора; kg - коэффициент воздушного зазора, учитывающий зубчатость статора; - коэффициент, который для асинхронного двигателя зависит от типа обмотки и величины фазной зоны (табл. 3/2) [45].
Трехмерная картина поля рассеяния лобовых частей существенно зависит от типа обмотки (двухслойная равносекционная или корзиночная, катушечная с разделенными и неразделенными группами катушек и др.), а также от угла наклона лобовой части (трехплоскостная, двухплоскостная).
Потокосцепление лобовой части пропорционально её длине 1л и квадрату числа пазов на полюс и фазу q Поток рассеяния в лобовых частях охватывает все q пазов при неразделенных обмотках и пазов при разделенных обмотках [45] в отличие от пазового рассеяния, которое не зависит от рядом лежащих q -1 пазов той же фазы.
Формула для расчета коэффициента магнитной проводимости выгладит так: где 1л- длина лобовой части обмотки; д-число пазов на полюс и фазу; [3 - укорочение шага обмотки; т - полюсное деление; к — коэффициент , зависящий от типа и числа фаз обмотки, что определяет форму лобовых частей и число катушечных групп в фазе.
Программа расчета и построения нагрузочной диаграммы и тахограммы привода поворота
Добыча полезных ископаемых открытым способом непрерывно развивается и совершенствуется. Успехи горнодобывающей промышленности в этой области в значительной степени обусловлены развитием отечественного машиностроения, обеспечивающего высокий уровень механизации открытых разработок и оснащающего эти разработки комплексом надежных и высокопроизводительных механизмов. Одно из важных мест среди этих механизмов занимают одноковшовые экскаваторы средней и большой производительности.
Современный мощный экскаватор является сложной высокопроизводительной землеройной машиной, которая по насыщенности электрооборудованием и по общей установленной мощности электрических машин сравнима со средним, а в отдельных случаях и с крупным промышленным предприятием. Все основные механизмы таких экскаваторов оборудуются индивидуальным электроприводом по системе управляемый преобразователь - двигатель с той или иной схемой автоматического управления, как правило, представляющей собой замкнутую систему автоматического регулирования. Маневренность основных механизмов экскаватора, надежность их работы и производительность машины в целом существенно зависят от технических возможностей системы электропривода, качества ее наладки и условий эксплуатации.
Целью диссертационной работы является поиск путей модернизации электроприводов основных механизмов мощных карьерных экскаваторов. Постепенно находит признание тенденция замены существующих приводов постоянного тока на асинхронные частотно-регулируемы.
Добыча полезных ископаемых открытым способом непрерывно развивается и совершенствуется. Успехи горнодобывающей промышленности в этой области в значительной степени обусловлены развитием отечественного машиностроения, обеспечивающего высокий уровень механизации открытых разработок и оснащающего эти разработки комплексом надежных и высокопроизводительных механизмов. Одно из важных мест среди этих механизмов занимают одноковшовые экскаваторы средней и большой производительности.
Современный мощный экскаватор является сложной высокопроизводительной землеройной машиной, которая по насыщенности электрооборудованием, по общей установленной мощности электрических машин сравнима со средним, а в отдельных случаях и с крупным промышленным предприятием. Все основные механизмы таких экскаваторов оборудуются индивидуальным электроприводом по системе управляемый преобразователь — двигатель с той или иной схемой автоматического управления, как правило, представляющей собой замкнутую систему автоматического регулирования. Маневренность основных механизмов экскаватора, надежность их работы и производительность машины в целом существенно зависят от технических возможностей системы электропривода, качества ее наладки и условий эксплуатации.
Актуальность темы. Эффективность и оптимальность режимов работы большинства механизмов во многом обеспечивается регулируемым электроприводом, поэтому создание простых, надежных и экономичных электроприводов, отвечающих современным технологическим и эксплуатационным условиям, является на сегодняшний день актуальной проблемой.
В настоящее время экскаваторы российских производителей эксплуатируется со сверхнормативным сроком службы поэтому необходимо проводить модернизацию оборудования главных электроприводов экскаватора.
Учитывая тяжелые условия эксплуатации экскаваторных электроприводов, в качестве системы электропривода переменного тока следует применять систему «Непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель» (НПЧ-АД). НПЧ был разработан на кафедре АЭП МЭИ под руководством профессора Ключева В.И. Данные преобразователи уже более пятнадцати лет успешно эксплуатируются на экскаваторах в качестве тиристорных возбудителей генераторов и хорошо себя зарекомендовали. Замена двигателей постоянного тока асинхронными двигателями, управляемыми с помощью непосредственных преобразователей частоты, позволит увеличить КПД системы электропривода, обеспечит энергосбережение и повысит эксплуатационные показатели, что в целом должно обеспечить экономический эффект. Так как в настоящее время нет специальных асинхронных двигателей для главных электроприводов экскаватора разработка таких машин является актуальной задачей.