Введение к работе
Актуальность темы, дальнейшее повышение уровня автоматизацій и производительности труда, улучшение его условий и культу-ш производства приводят к постепенному вытеснению гидро- и іневмоприводов в промышленности и к замене их на электрические, іначительное место гидродвигатели занимают в арматуростроении-ітрасли машиностроения занимающейся производством клапанов, вен-илей, задвижек и др., то есть механизмов,совершающих поступа-ельное перемещение и требующих значительных перестановочных силий. Замена их приводов на электрические диктуется целым ря-ом ^акторов. Применяемые в настоящее время гидравлические ре-улирующие клапаны турбоагрегатов требуют наличия маслянного хо-яйства, насосных стинций, сети громоздких и сложных коммуника-ий, трудны в обслуживании и создаст дополнительные препятствия ри лилвидации аварийных ситуации.
і то же время, в связи с повышением единичной мощности нергоблоков необходимости их зкономичной эксплуатации и обес-ечения надежности, возрастает роль и усложняются задачи систем втоматического регулирования. Система регулирования паровой урбины является наиболее ответственной частью общей схемы авто-атики тепловой электростанции и внедрение электрического серво-отора для привода регулирующих клапанов позволяет наиболее эф- " ективно увязать их работу с общей системой управления энегобло-а, повысить ее гибкость и надежность.
Из всего разнообразия электроприводов самыми распространении являются те, в которых используются асинхронные двигатели короткозамкнутым ротором <кл> . Ьти машины просты по конструк-ли, высоко технологичны и надежны в эксплуатации. Тем не менее эименение АД в арматуростроении, в частности, для привода регу-лрующих клапанов, сдерживается по нескольким причинам.
Во-первых, значительная часть регулирующей арматуры, пред-ізначеннон для изменения параметров рабочей среды путем регули-звания ее расхода, работает в интенсивных динамических режимах, зпользовиние в этих случаях электродвигателей, разработанных и іпусг-аемих дли продолжительных режимов, приводит к неоправдан-«м потерям, что экономически нецелесообразно, а часто их ис-зльзование вообще невозможнЪ по условиям нагрева и большой ве-
_ Ц -
роятности отказа. Необходимо добавить, что приводной двигатель регулирующего клапана паровой турбины работает при повышенной температуре окружающей среды ^.50-55Cj и при этом должен выдерживать около 2 млн пусков до профилактического осмотра турбоагрегата. Следовательно, в таких случаях требуется проектировать специальные АД или модифицировать .серийные, а расчеты потерь и нагрева при этом проводить по специальным методикам.
Другим препятствием к применению АД является проблема создания простого и экономичного регулируемого асинхронного электропривода. Одним из наиболее Эффективных способов решения этой задачи является использование тиристораых регуляторов напряжения ^TPHj). Простота и компактность, а также связанная с этим надежность, приближают его ко многим приводам постоянного тока. Общий недостаток таких систем - сравнительно низкие энергетические показатели и значительный перегрев машины, что снижает надежность системы ТРН-АД в целом. Неизбежное завышение мощности в этом случае приводит к динамическим перегрузкам и выходу из строя механической части регулирующих клапанов. Таким образом, создание методики расчета регулируемого асинхронного двигателя и включение в неё механических ограничений является актуальной задачей. Ее решение позволяет сочетать при формировании требуемых динамических режимов воздействие внешних факторов (.параметрическое регулирование или изменение напряжения на входе,) с внутренними возможностями самой машины і^путем изменения конструкции отдельных узлов,).
И,наконец, в арматуростроении требуются механизмы, рабочие органы которых совершают поступательное, возвратно-поступательное или вращательно-поступательное перемещение. Условия работы регулирующих клапанов паровых турбин выдвигают ряд дополнительных требований по быстродействию ^время полного закрытия не должно превышать 0,4-0,5 cj и по созданию значительных перестановочных усилий C2-I03-2'I04 Н и болеем. В этом случае совместно с АД нужно предусмотреть преобразователь механической энергии, представляющий собой узел кинематической цепи с набором передаточных чисел и значительными потерями энергии. Внедрение линейных двигателей упрощает конструкцию, по проблема снятия осевых усилий, ограниченность хода што^а и другие особенности его работы в аварийных режимах полностью исключают прямое применение линейных двигателей или также заставляют
усложнять кинематическую схему в ущерб экономичности и надежности. Таким образом, третьей причиной, препятствующей широкому внедрению электропривода, является отсутствие разработанных компактных, надежных и экономичных машин, объединяющих электродвигатель и механизм преобразования движения.
Следует отметить, что перечисленные выше требования, хотя и не столь »естко, стоят и перед регулирующими клапанами парораспределительных сетей крупных промышленных предприятий.
целью данной работы является: разработка и исследование асинхронного двигателя с вредательнс-поступательным движением ротора ^.АДВПР^, выдача рекомендаций по проектированию и применению таких двигателей.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие задачи:
выполнен анализ кинематических схем и приводов для создания поступательного перемещения рабочего органа,с целью выявления рациональных областей применения АДШ1Р;
проанализированы графики нагрузки паровых турбин, систем автоматического управления и дана оценка основных среднестатистических параметров работы АДгіІІР;
получен закон движения ротора, наилучшим способом удовлетворяющий техническому заданию;
составлена математическая модель {Mj АДЫ1Р и реализована на lifSM программа ее расчета;
найден закон регулирования для ТРН;
составлена эквивалентная тепловая схема замещения и проведен анализ по ней теплового состояния АдгіІІР;
определены параметры двигателя и проведена их оптимизация на Шіі;
разработан и экспериментально исследован макетный образец электродвигателя;
разработана и практически использована методика экспе-рементального определения параметров АДЫ1Р и характера их изменения в процессе работы машины.
ічетодика проведения исследований. Поставленные задачи решались с использованием методов математической статистики, методов матричной алгебры, теории дифференциальных уравнений и электромеханического преобразовании энергии, при помощи численного решения на L'lii-'. систем нелинейных ди^черенциальных и алге-
-б -
браических уравнении методами Рунге-Кутта и Гаусса.
Достоверность теоретических выводов и рекомендаций обусловлена корректным выбором допущений и доказательством адекватности используемых математических моделей реальному электродвигателе, подтверждена хорошим совпадением расчетных и экспериментальных результатов.
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, состоит в следующем:
- разработана математическая модель, базирующаяся на прин
ципе ортогонального отображения ЇЇІ -фазной асинхронной машины
в т-мерное векторное пространство, позволяющая представить ее в виде совокупности элементарных двигателей;
построена математическая модель ШЮ пг-фазного АДВПР, имеющего It пакетов на роторе;
выведен закон движения ротора АДВПР на основе комплекса технологических требований к электроприводам регулирующих клапанов;
показано существование активно-индуктивной схемы замещение двухпакетного АДВПР, представлен метод расчета ее параметров; %
проведена комплексная оптимизация параметров АДВПР по минимуму нагрева его обмоток с учетом регулирования напряжения, разработана соответствующая программа для ЭВМ;
полученные новые данные по результатам экспериментальны> и расчетных исследований позволили выработать рекомендации по практическому применению АДВПР.
Практическая ценность. Разработанные в диссертации~&лгори"' и программный комплекс позволяют рассчитать АДВПР и найти его оптимальные параметры для создания высокоэффективных конструкт электроприводов регулирующих клапанов.
Разработанная ММ и методика расчета могут быть включены в САПР с целью учета динамических процессов в многофазных асинхронных двигателях на стадии их проектирования.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы в виде ММ и программно-вычислительного комплекса'используются при исследовании, разработке, проектирование и эксплуатации для определения законов управления АДВПР, применяемого в составе электропривода регулирующих клапанов паросилового цеха крупного металлургического завода "Ьлектроцинк", что подтверж-
'дается соответствующим актом о внедрении результатов диссертационной работы.
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и обсуждались: на У всесоюзной научно-технической конференции "Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов" ^.Каунас, 1988); на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы электромеханики" (.Москва, 1989^; на Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта" ^Днепропетровск, 1990.); на семинаре Московского отделения НТО и'М (.Москва, I99IJ.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 печатных работах.
Объем и структура работы. Диссертационная работа содержит 116 страниц машинописного текста, 3 таблицы, 47 рисунков на 34 страницах, 4 страницы приложений, список использованной литературы из 117 наименований на 12 страницах. Общий объем диссертации 167 страниц. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения .
