Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ систем управления и режимов работы электроприводов одноковшового карьерного экскаватора 12
1.1. Общие требования, предъявляемые к электроприводам основных механизмов экскаватора 13
1.2. Обзор и анализ существующих систем управления, применяемых на карьерных экскаваторах 16
1.3. Сравнительный анализ расчетных показателей надежности различных систем управления с реальными показателями 25
Выводы 43
2 Математическая модель двухконтурной системы управления для электропривода подъема и напора ЭКГ-10 45
2.1. Анализ оптимальной структуры двухконтурной системы управления экскаваторного ЭП по системе ТВ-Г-Д 45
2.2. Инженерная методика для расчета системы ТВ-Г-Д 49
2.3. Расчет и построение тахограмм и нагрузочных диаграмм для ЭП подъема и напора карьерного экскаватора типа ЭКГ-10 53
2.4. Алгоритм расчёта параметров электроприводов 71
2.5. Математическое моделирование системы ТВ-Г-Д для электропривода подъема и напора 78 Выводы 97
3 Математическая модель двухзонной системы регулирования скорости и режима автокопания для совместной работы электропривода подъема и напора ЭКГ-10 98
3.1. Анализ возможности реализации двухзонной системы управления и функциональная схема электропривода с двухзонным регулированием скорости 99
3.2. Алгоритм расчёта параметров электроприводов 104
3.3. Математическая модель двухзоннои системы регулирования скорости для системы ТВ-Г-Д электропривода подъема и напора на карьерном экскаваторе типа ЭКГ-10 110
3.4. Моделирование режима автокопания для совместной работы электропривода подъема и напора на экскаваторе ЭКГ - 10 136
Выводы 145
4 Исследование электроприводов ЭКГ - 10 с применением двухзоннои системы регулирования скорости 146
4.1. Сравнительный анализ результатов моделирования двухконтурной системы управления и двухзоннои системы регулирования скорости 146
4.2. Анализ результатов моделирования двухзоннои системы регулирования скорости с данными натурного эксперимента 153
Заключение 159
Список использованной литературы 160
- Сравнительный анализ расчетных показателей надежности различных систем управления с реальными показателями
- Расчет и построение тахограмм и нагрузочных диаграмм для ЭП подъема и напора карьерного экскаватора типа ЭКГ-10
- Математическая модель двухзоннои системы регулирования скорости для системы ТВ-Г-Д электропривода подъема и напора на карьерном экскаваторе типа ЭКГ-10
- Сравнительный анализ результатов моделирования двухконтурной системы управления и двухзоннои системы регулирования скорости
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
В новых экономических условиях горные предприятия имеют ограниченные возможности обновления действующего парка машин, установок и прежде всего экскаваторной техники. При этом основным путём поддержания работоспособности и улучшения технических показателей карьерного технологического оборудования является модернизация главных электроприводов, при этом задача модернизации заключается в повышении производительности, сокращения простоев при отказах, уменьшения износа механического оборудования и сокращении потребления электроэнергии.
В' настоящее время в нашей стране получили наибольшее распространение экскаваторы типа* ЭКГ - 10' (экскаватор, карьерный, гусеничный, 10 м - объем заполняемого ковша), электрический, со стандартным или удлиненным- оборудованием, который предназначен для разработки и погрузки в транспортные средства полезных ископаемых или в отвал-пород вскрыши. С использованием данной техники выполняется большой объем * земляных работ, связанных с сооружением каналов и гидротехнических устройств, мелиорацией и осушением земель, разработкой полезных ископаемых открытым способом: на угольных разрезах, строительных карьерах, на железорудных карьерах горно — обогатительных комбинатов.
Большой вклад в теорию и практику создания, совершенствования и модернизации электропривода ЭКГ различной производительности, а также управления им внесли: В.И. Ключев, В.В. Сафошин, A.M. Лузянин, А.Я. Микитченко, М.В. Мительман, СВ. Павленко, В.А. Осетров, СВ. Горшков, Э.Л. Греков, Т.З. Портной, Н.Н. Чулков, A.M. Усманов; Б.М. Парфёнов, А.И. Коган, Ю.Я. Вуль, В.Б. Славгородский и др.
Следует отметить, что вопросы исследования и модернизации систем управления главных ЭП карьерного экскаватора приобретают все большее значение, что обусловлено возможностью существенного увеличения срока
службы, обеспечения работы в жестких условиях эксплуатации, универсальности регулировочных свойств, а также достаточной гибкости в управлении. Кроме того, в условиях серийного производства низковольтных комплектных устройств (НКУ) модернизация систем управления затруднена, так как требует дополнительных затрат, связанных с изменением технологической оснастки, контрольно — поверочной аппаратуры и конструкторской документации.
Основные исследования в этой области ориентированы на решение прикладных вопросов проектирования отдельных узлов НКУ и их конструктивного совершенствования. Значительно меньшее количество работ посвящено вопросам разработки новых универсальных алгоритмов и методов управления электромеханическими системами, направленных на улучшение их энергетических показателей. В4 этой связи в области разработки систем управления экскаваторными электроприводами возникает ряд вопросов1 и связанных с ними проблем теоретического и прикладного характера, для решения которых необходимо проведение соответствующих исследований.
Таким образом, актуальность диссертационного исследования продиктована необходимостью создания высоконадежной системы управления экскаваторным электроприводом, а также совершенствования средств повышения качества рабочих процессов и динамических свойств соответствующих электротехнических комплексов, в том числе на- базе энергосберегающих технологий.
Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Вычислительные системы и программно-аппаратные электротехнические комплексы».
ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ является система управления электроприводом (ЭП) подъема и напора.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью диссертационной работы является разработка и исследование системы управления применительно к условиям экскаваторных электроприводов копающих механизмов, реализующей двухзонныи метод регулирования скорости и режима автокопания1 при» совместной работе ЭП подъема и напора одноковшового карьерного экскаватора-лопата ЭКГ-10, выполненного по системе тиристорный возбудитель-генератор-двигатель.
Исходя из данной цели, в работе поставлены и решены следующие задачи:
Проанализировать ' существующие системы управления экскаваторными электроприводами.
Разработать общие и специфические требования, предъявляемые к электроприводам основных механизмов одноковшовых экскаваторов.
Разработать математическую модель для исследования существующей двухконтурной системы управления по системе ТВ-Г-Д.
Разработать математическую модель двухзонной системы регулирования скорости по системе ТВ-Г-Д.
Провести анализ объекта исследования с позиции увеличения срока использования электрического и механического оборудования, снижения динамических нагрузок и повышения коэффициента загрузки оборудования. і
Осуществить разработку и анализ режима автокопания в условиях совместной работы ЭП подъема и напора.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для решения поставленных в диссертации задач использовались методы теории автоматического управления, теории автоматизированного электропривода, теории систем управления электроприводами; а также методы теории оптимального управления, прикладные методы математического моделирования и компьютерных технологий.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
Разработаны функциональная схема и математическая модель ЭП подъема и напора, отличающиеся реализацией двухзоннои системы регулирования скорости по системе ТВ-Г-Д и позволяющие осуществить анализ средств повышения эффективности управления1 рабочими органами экскаватора, как альтернативы существующей двухконтурной СУ.
Предложен модифицированный метод управления* экскаваторным электроприводом, отличающийся регулированием тока возбуждения ДПТ НВ в контуре регулирования ниже скорости идеального холостого хода;
Разработан способ управления электроприводом экскаватора в режиме автокопания, обеспечивающий сглаживание пиков нагрузки, что' позволяет осуществить снижение динамических нагрузок И< повысить, коэффициент загрузки* оборудования. .
Разработана математическая модель режима автокопания і в условиях совместной' работы ЭП подъема и напора, позволяющая осуществить оперативную адаптацию системы управления к изменяющемся условиям работы рабочего органа машины.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ
Предложенные в работе математические модели анализа альтернативных систем управления могут найти свое применение по двум направлениям: во-первых, в рамках проектных работ при разработке систем управления электроприводами подъема и напора в опытно-конструкторских бюро; научно-исследовательских и проектных организациях; во-вторых, в рамках программно-аппаратных комплексов автоматизированных системах управления сложными электротехническими комплексами.
Полученные в работе теоретические результаты также могут быть использованы в учебном процессе для подготовки студентов соответствующих специальностей.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов работы в промышленность обусловлен повышением функциональной надежности элементов соответствующих электротехнических систем и снижением затрат на энергопотребление.
РЕАЛИЗАЦИЯТЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
Основные теоретические результаты внедрены:
В учебный процесс кафедры «Автоматика и информатика в технических системах» Воронежского государственного технического университета в рамках курса «Теория электропривода» и «Системы управления электроприводами» для студентов специальности 180400 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»
В учебный процесс кафедры «Техника и ( технология горного производства» Московского государственного! открытого университета в рамках курса «Электрический привод» и «Электромеханика» для студентов специальности 140211 «Электроснабжение», филиал в г.Губкин.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Региональной научно-технической конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж^ 2003г.); на Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве НТ - 2004» (Воронеж 2004г.); на научно-технической конференции «Образование, наука, производство и управление» СТИ МИСиС (Старый Оскол 2007г.); на Международной конференции «Высокие технологии энергосбережения» (Воронеж 2007г.) и на Межрегиональной научно-технической конференции «Роль вузовский науки в обеспечении качества подготовки специалистов» МГОУ (Губкин 2008г.).
Кроме того, результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Автоматика и информатика в технических системах», Воронежского государственного технического университета (2003-2008(г.г.).
ПУБЛИКАЦИИ.
По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе одна статья в издании рекомендованном ВАК РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве лично соискателем: в [2, 6] приведен анализ динамических свойств электропривода подъема и напора существующей двухконтурной системы управления; в [3, 7] проанализированы преимущества однодвигательного электропривода напора, перед двухдвигательным; в [4, 5, 9] проанализированы особенности построения систем управления экскаваторными электроприводами; в [8; 11, 12] осуществлена разработка двухзонной системы регулирования скорости экскаваторного электропривода подъема и напора; в [1, 10, 13] предложен ' адаптивный режим автокопания для совместной работы ЭП подъема и ЭП напора:
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка использованных литературы из 124 наименований и содержит 146 страниц машинописного текста, 132 рисунков, 19 таблиц и 5 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой1 главе рассмотрен анализ работы экскаваторных электроприводов, требования предъявляемые к электроприводам основных механизмов. Приведен обзор систем управления экскаваторными электроприводами. Произведен расчёт показателей различных систем на стадии проектирования и проведен сравнительный анализ реальных показателей надежности различных систем управления. Сделаны выводы.
Во второй главе приведена оптимальная структура экскаваторного ЭП по системе ТВ-Г-Д и исходные данные для расчёта параметров данной системы. Произведен расчет параметров для ЭП подъема и напора, разработана двухконтурная математическая модель по системы ТВ-Г-Д для электропривода подъема и напора, произведено моделирование переходных процессов электропривода подъема1 и напора экскаватора ЭКГ-10 по системе1 ТВ-Г-Д. Приведены результаты моделирования и сделаны выводы.
В третьей главе предложен анализ возможности реализации двухзонной системы, управления, вместо существующей двухконтурной, на карьерных экскаваторах типа ЭКГ-10. Приведена функциональная схема экскаваторного электропривода с двухзонным регулированием скорости, разработана математическая модель, произведено моделирование переходных процессов электропривода подъема и напора экскаватора ЭКГ-10 по системе ТВ-Г-Д. Приведены результаты моделирования и сделаны выводы.
В главе также предложен вариант разработки и моделирования режима автокопания, для совместной работы электропривода подъема и напора на экскаваторе ЭКГ-10. Приведены результаты моделирования и сделаны выводы.
В четвертой главе приведен сравнительный анализ результатов моделирования двухконтурной системы управления и двухзонной системы регулирования скорости и анализ результатов моделирования двухзонной системы регулирования скорости с данными натурного эксперимента
В заключении формулируются основные научные и практические результаты диссертационного исследования.
Сравнительный анализ расчетных показателей надежности различных систем управления с реальными показателями
Задачу модернизации по заказам ГОКов ОАО «Рудоавтоматика» решает на базе разработанных кафедрой АЭП МЭИ по заданию НКМЗ преобразователей ПТЭМ-1Р первого поколения. На основании многолетнего опыта эксплуатации тиристорных преобразователей ПТЭМ-1Р, с учетом результатов трехлетних статистических исследований их надежности на экскаваторах Михайловского ГОКа и с использованием современных электронных комплектующих на кафедре АЭП МЭИ группой экскаваторного электропривода под руководством профессора, д.т.н. Ключева В.Иі выполнена разработка серии преобразователей ПТЭМ-2Р второго поколениям Новая серия преобразователей ПТЭМ-2Р обеспечивает широкие возможности создания современных и перспективных электроприводов, отвечающих условиям работы на экскаваторах и исключающих простои экскаваторов,при возможных отказах электроники [43].
Основным видом электроприводов карьерных экскаваторов, в ходе проведения модернизаций на горно-обогатительных комбинатах останется, система ТВ-Г-Д постоянного тока. Она не требует вложения огромных средств и позволяет повысить производительность экскаваторов, уменьшить износ механического оборудования и потребления энергии.
Системы управления основными электроприводами постоянно усовершенствуются, и для разрабатываемых сегодня модернизаций действующих экскаваторов можно рекомендовать систему ТП-Д постоянного тока, система управления для которой выполняется на тиристорных преобразователях той, же серии ПТЭМ [59; 76].
Применение транзисторного модульного преобразователя на IGBT модулях в качестве возбудителя генератора возможно, но лишено практического смысла [66] — в экскаваторных электроприводах трехпульсные тиристорные возбудители в реверсивной нулевой; схемой выпрямления обеспечивают регулирование тока возбуждения без пульсаций; быстродействие электропривода определяется заложенными форсировками напряжения возбуждения, а не частотой коммутации, вентилей. Оправдано применение: этих моделей в области экскаваторных электроприводов, где применяется частотно-управляемый асинхронный привод. Достоинством транзисторного варианта, системы «Преобразователь частоты - асинхронный электродвигатель» является высокое качество регулирования; тока в более широком диапазоне регулирования частоты.
Методика в, определении показателей надежности системы электропривода сводится к определению их на стадии проектирования и, сравнение их с реальными показателями [66]. Сравнительная оценка числа используемых элементов в НКУ ЭГ-10-У2 («Рудоавтоматика»), Ш3801 («Электросила») и Б3801 («Львовская») приведена в таблице 1.1. Расчет надежности НКУ на стадии проектирования производим по следующим этапам:
1. Определение номинальных интенсивностей отказов (\-\0 6, 1\ч) для каждого элемента.
2. Определение коэффициентов электрических нагрузок элементов.
3. Определение поправочных коэффициентов, учитывающих режимы и условия работы. 4. Расчет эксплуатационных интенсивностей отказов элементов
(V10 6, Пч) 5. Расчет показателей безотказности и ремонтопригодности узла в целом.
Модели для расчета эксплутационной интенсивности отказов
(Яэ -10"6, 1W), значения номинальных интенсивностей отказов (Л -КГ6, 1\ч), значения поправочных коэффициентов приводятся в соответствующих разделах [90] по каждому классу элементов [66].
Общие для всех элементов значения поправочных коэффициентов, учитывающих влияние условий эксплуатации наиболее характерных для САУ ЭП, приведены в [90].
Расчет и построение тахограмм и нагрузочных диаграмм для ЭП подъема и напора карьерного экскаватора типа ЭКГ-10
К главным механизмам одноковшовых экскаваторов относят подъемный, напорный (тяговый), поворотный и ходовой механизмы, имеющие различные характеры нагрузок при работе экскаватора. Работа подъемного, напорного и поворотного механизмов носит циклический характер, причем для подъемного и напорного механизмов характерны резко переменное изменение статического момента сопротивления и колебания скорости перемещения рабочего органа. Если из цикла работы экскаватора исключить непродолжительные по времени операции маневрирования с ковшом над местом разгрузки, то в расчетах по определению мощности двигателей приводов» подъемного и напорного механизмов время цикла можно разделить на три периода: копание, поворот платформы с гружённым ковшом к месту разгрузки и поворот платформы с порожним ковшом в забоин При таком варианте цикла значительно упрощается; построение нагрузочных и скоростных диаграмм [102].
На рисунке 1 (Приложения 1) изображен общий вид экскаватора типа; ЭКГ-10 и в таблицах 1, 2, 3, 4 и 5 (Приложения 2 - 4) представлены? технические характеристики ЭКГ-10, номинальные данные генератора и ЭД подъема, номинальные данные генератора и ЭД напора.
ПОДЪЕМ: Лебедка подъема предназначена для подъема ковша,, экскаватора посредством сдвоенного полиспаста. На лебедках ЭКГ-Ш допускается-применение канатов 052 и 045j5 мм.
Схема запасовки канатов приведена? на рисунке 2 (Приложения!: 3): Кинематическая схема состоит из двух аналогичных ветвей, каждая;из которых имеет двигатель, редуктор и полиспаст іпол = 2. Кинематическая схема лебёдки» подъема приведена на рисунке 3 (см. Приложения 3) [110,...111] Подъемный канат экскаватора ЭКГ-10 (см.рис:2.) закреплен обоими концами на барабанах 5 и 6, серединой охватывает уравнительные блоки; подвески ковша 4, головные блоки 2 и уравнительные полублоки 1 и 3., расположенные на оси головных блоков [112, 115, 119].
Лебедка приводится в действие двумя электродвигателями постоянного тока типа МПЭ-350-900У2". Крутящий момент от каждого двигателя передается через зубчатую обойму и торсион на ведущую шестерню первого планетарного ряда барабан-редуктор (см.рис.З;).
От ведущей шестерни крутящий момент передается через три сателлита, обегающих по неподвижному центральному колесу, на водило, далее через торсион на шестерню второй ступени и затем четыре сателлита, обегающих по центральному колесу, на водило второй ступени, жестко связанное с внутренним барабаном и промежуточным барабаном: Оба внутренних барабана соединены между собой через промежуточный барабан.
Центральное колесо от проворачивания удерживается зубчатым колесом, сидящим на венце зубчатой втулки, запрессованной во втулку, которая в свою очередь зажимается на раме полухомутом и удерживается от проворачивания двумя шпонками. На внутренние барабаны одеваются полуобечайки рабочих барабанов и крепятся болтами и полукольцами.
Торможение лебедки при работе производится- противотоком при постановке рукояти командоконтроллера подъема в нулевое положение. Для аварийного торможения предусмотрены колодочные пневматические тормоза, которые выполняют также функцию стояночных тормозов.
Требования, к электроприводу подъема.
Каждый электропривод главного рабочего механизма, отвечая! общему требованию, должен также удовлетворять- специфическим требованиям, связанным с технологией работы исполнительного рабочего механизма [107].
Например; для подъемного механизма экскаватора ЭКГ-10 характерны следующие чередование операций во время- его работы. В начале копания происходит быстрая1 подача рукояти вперед с последующим уменьшением скорости поступательного движения по мере подъема рукояти. При правильной координации подъемного и напорного движений ковш снимает равномерную стружку на всем пути наполнения. По мере продвижения ковша в забое скорость напорного движения должна снижаться во избежание чрезмерного-увеличения толщины стружки, при этом усилие будет возрастать, поскольку механизм напора воспринимает, кроме повышенного сопротивления грунта, составляющую усилия- подъемного каната.
На основании анализа работы подъемного механизма можно сформулировать следующие специфические требования к приводу подъема, основные из которых следующие: о скорость при разгоне и реверсировании должна изменяться достаточно равномерно для обеспечения большей средней скорости;
скорость опускания рукояти должна быть выше скорости подъема;
при весьма большом внезапном возрастании нагрузки вращающий момент привода не должен превышать максимальный расчетный статический: момент привода при работе «на упор»;
диапазон регулирования скорости должен быть 5..6:1;
привод должен иметь для различных положений командоконтроллера, практически выполнимые механические характеристики;
для подъема рукояти без копания должна быть предусмотрена последняя! ступень повышенной скорости и уменьшенный момент вращения двигателя.
Математическая модель двухзоннои системы регулирования скорости для системы ТВ-Г-Д электропривода подъема и напора на карьерном экскаваторе типа ЭКГ-10
Для исследования ЭП подъема и ЭП напора экскаватора типа ЭКГ-10 с новой предложенной двухзоннои системой регулирования скорости по системе ТВ-Г-Д были разработана функциональная схема экскаваторного ЭП с двухзонным регулированием скорости по системе ТВ-Г-Д (см.рисЗ А).
ПО
РЭ - Регулятор ЭДС (П-регулятор)
БО - Блок ограничения
РТ - Регулятор тока (ПИ-регулятор)
ТВ — Тиристорный возбудитель
Г - Генератор (генератор постоянного тока)
ОВГ - Обмотка возбуждения генератора
Д - Двигатель (ДПТ НВ)
ОВД - Обмотка возбуждения двигателя
ДПТ (ДПД) — Доп. полюса генератора (двигателя)
ДЭ - Датчик ЭДС
ДТ - Датчик тока
ПДТ - Преобразователь датчика тока
БМ - Блок модульный
СЭ - Согласующий элемент
БОВ - Блок ограничения возбуждения (в контуре) і
БОН - Блок ограничения напряжения (в контуре)
РТВ - Регулятор тока возбуждения (ПИ-регулятор). Может использоваться, в
данном случае и П-регулятор.
Далее были разработаны структурные модели для различных режимов работы ЭП подъема и ЭП напора. В качестве среды моделирования использовалась инструментальная программная система. Данные модели построены на основе новой разработанной функциональной схемы с двухзонным регулированием скорости. На рисунке 3.6. представлена структурная модель двухзонного регулирования ЭП подъема при постоянной номинальной нагрузке. В результате математического моделирования Мс = const, иЗАД = const получены следующие переходные характеристики (см.рис: 3.7, 3.8, 3.9, 3.10 и 3.11). Для получения экскаваторной механической характеристики была разработана математическая модель двухзонного регулирования скорости для ЭП подъема Мс =\М1}М2,М3, MN\, N = 100, изщ = const. Структурная модель представлена рис. 3.12. На рисунке 3.13 представлена экскаваторная механическая характеристика. Для того, чтобы показать, что разработанная математическая модель двухзонного регулирования ЭП подъема адекватна отражает рассчитанные тахограммы и нагрузочные диаграммы на характерных участках была разработана математическая модель для исследования в трёх режимах работ
На рис.3.14 представлена структурная модель. Для получения трёх основных периодов работы экскаватора: копание, поворот платформы с груженным ковшом к месту разгрузки и поворот платформы с порожним ковшом в забой (при таком варианте цикла значительно упрощается построение нагрузочных и скоростных диаграмм) были разработаны и смоделированы: звено задатчика интенсивности и звено имитации нагрузки (см.рис. 3.15 и 3.16 соответственно). В результате моделирования получены следующие переходные характеристики (см.рис: 3.17, 3.18, 3.19 и 3.20).
Всплеск в переходных характеристиках представленных на рисунках 3.19s и 3.20 обусловлен тем, что при начале движения привод не сразу получает нагрузку, а только при заходе ковша в забой. Аналогичные всплески в переходных характеристиках у нас будут получаться и при математическом моделирования ЭП напора.
Для- анализа преимущества двухзонного регулирования скорости была разработана математическая модель для исследования механизма в случае появления случайной нагрузки Мс = RANDOM, иЗАД = const. Структурная модель двухзонного регулирования ЭП- подъема для исследования механизма в случае появления случайной нагрузки представлена на рис. 3.21. Для имитации случайной нагрузки был взят генератор случайных чисел в прикладной программе MATLAB 6.5. В результате моделирования получены следующие переходные характеристики (см.рис: 3.22, 3.23 и 3.24).
Сравнительный анализ результатов моделирования двухконтурной системы управления и двухзоннои системы регулирования скорости
Для проведения сравнительного анализа существующей двухконтурнои системы управления и предложенной новой разработанной двухзоннои системы регулирования скорости возникла необходимость совмещения переходных характеристик для визуального анализа, методом наложения графиков переходных процессов друг на друга.
На рисунках 4.1, 4.2, 4.3 и 4.4 представлены переходные характеристики скорости и тока якоря электродвигателей подъема и напора при номинальной нагрузки.
На рисунках 4.5 и 4.6 приведены графики нагрузок для ЭП подъема и напора, совпадающие для обоих СУ.
На рисунках 4.7, 4.8, 4.9 и 4.10 представлены переходные характеристики скорости и тока якоря электродвигателей подъема и напора при возникновении случайной нагрузки.
Разработанная САР проходила испытания на Лебединском ГОКе в течение четырех месяцев на ЭКГ-8 и на Стойленском ГОКе в течение трех месяцев на ЭКГ-10.
Сравнивая совмещенные переходные характеристики изображенные на рис.4.1. и 4.3., 4.2. и 4.4. полученные при номинальном режиме работы как двухконтурного управления так и двухзонного регулирования скорости, мы видим, что расхождения небольшие. Но если сравнить переходные характеристики полученные на рис.4.7. и 4.9., 4.8. и 4.10. при появление случайной нагрузки (или в режиме стопорения) мы сразу увидим преимущества двухзонного регулирования перед двухконтурным управлением, а именно исключаются броски и провалы в характеристиках, сокращается время переходных процессов.
Сравнивая экскаваторные механические характеристики (см.рис.4.11. и 4.12.) для ЭП подъема и ЭП напора мы увидим, что при подаче в обмотку двух кратного 1ВОзб. момент двигателя возрастает на 20-25% и обороты возрастают на 15-17%. Диапазон изменения момента развиваемого двигателем от Mmin до Мтах равен 40-45%. Выборка зазоров в редукторах приводов подъема, напора и венцовых шестернях привода поворота осуществляется при ослабленном I возбуждения (моменте) при начале движения и начале торможения. После выбора зазоров происходит контролируемое САР увеличение I возбуждения до 2-х Іном и более интенсивный разгон или торможение электропривода. Нагрев двигателей от повышенного возбуждения не происходит, т.к. разгон и торможение электроприводов не превышает 20% рабочего цикла экскаватора. В остальное время двигатели работают с пониженным возбуждением. Проведенные промышленные испытания и анализ полученных переходных характеристик при математическом моделирование и натурном эксперименте показали, что разработанная математическая модель адекватно отражает действительность и может применяться для исследований одномассовой системы карьерных электроприводов подъема и напора, а также при разработки НКУ.
При решении поставленных в рамках диссертационного исследования задач, в области сбережения энергоресурсов экскаваторного электропривода, в работе получены следующие основные результаты:
1. Проанализированы существующие системы управлени экскаваторными электроприводами.
2. Сформулированы основные и специфические требования, предъявляемые к электроприводам основных механизмов одноковшовых экскаваторов.
3. Провиден анализ оптимальной структуры двухконтурной системы управления экскаваторного электропривода по системе ТВ-Г-Д, а также разработана математическая модель для исследования существующей, двухконтурной системы управления для ЭП подъема и напора.
4. Предложена и разработана функциональная схема экскаваторного электропривода с двухзонным регулированием скорости по системе ТВ-Г-Д; а также разработана математическая модель ЭП подъема и напора, реализующая двухзонную систему регулирования скорости по ТВ-Г-Д.
5. Проведен анализ, а также исследования с позиции увеличения срока использования электрического и механического оборудования, снижения динамических нагрузок и повышения коэффициента загрузки оборудования.
6. Предложена система управления, реализующая режим автокопания (режим совместной работы) ЭП подъема и напора, позволяющая осуществить оперативную адаптацию к изменяющемся условиям работы рабочего органа машины без участия машиниста. Разработана математическая и структурная модель реализации режима автокопания.
