Введение к работе
Актуальность темы. Добычу полезных ископаемых можно производить несколькими способами: открытым, шахтным и скважинным. Самым распространенным в России является открытый способ добычи. Основным средством выемочно-погрузочных работ является экскаватор.
На сегодняшний день самой распространенной системой электропривода (ЭП) основных механизмов экскаватора остается система «Генератор - Двигатель» (Г-Д). Большинство используемых экскаваторов на крупных горнодобывающих предприятиях имеют морально и физически устаревшую систему «Магнитный усилитель - Г- Д» (МУ-Г-Д) и требуют модернизации.
Модернизация может быть направлена на улучшение следующих показателей: повышение надежности ЭП (разработка моноблочных конструкций преобразовательных устройств, применение электродвигателей переменного тока, использование микропроцессорных систем управления и т. д.); улучшение динамических показателей (быстродействия, демпфирующей способности ЭП); улучшение энергетических показателей (формы потребляемых токов, коэффициента полезного действия (КПД), коэффициента мощности).
На сегодняшний день одним из перспективных направлений модернизации экскаваторного электрооборудования является разработка ЭП переменного тока по системе «Преобразователь частоты - асинхронный двигатель» (ПЧ - АД).
Анализ рынка показывает, что большинство предлагаемых преобразователей выполнены на базе автономных инверторов напряжения (АИН). Такие ПЧ имеют ряд недостатков. Это, прежде всего наличие в системе батареи конденсаторов большой емкости, большая установленная мощность системы.
Другим же видом ПЧ, способным решить многие недостатки традиционных преобразователей, является непосредственный преобразователь частоты (НПЧ), который имеет ряд достоинств. Это и беспрепятственный обмен энергией между сетью и нагрузкой, отсутствие громоздкого конденсатора, который во многом увеличивает габариты и стоимость преобразователя в целом. В НПЧ энергия подводится к двигателю непосредственно из сети по нескольким параллельным ветвям одновременно, что позволяет повысить общий КПД системы и улучшить динамику привода.
Одноковшовые карьерные экскаваторы имеют следующие основные механизмы: подъема, напора (тяги), поворота и хода. Работа привода поворота среди основных ЭП экскаватора занимает большее время в цикле экскавации и поэтому в значительной степени определяет производительность машины. Поэтому улучшение динамических, энергетических и надежностных показателей для данного ЭП является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является улучшение динамических, энергетических и надежностных показателей ЭП поворота одноковшового экскаватора выполненного по системе «Транзисторный непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель» (ТрНПЧ - АД).
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
-
разработка и исследование моделей ЭП поворота одноковшового экскаватора по системе «ПЧ - АД»;
-
исследование способа демпфирования упругих механических колебаний в трехмассовой механической системе ЭП;
-
разработка и исследование моноблочного транзисторного НПЧ;
-
разработка методики расчета цифровой системы управления;
-
исследование релейного регулятора тока.
Методы научных исследований. Для решения поставленных задач использовались методы математического анализа, теории электропривода, теории автоматического управления, методы компьютерного моделирования в программном пакете Matlab/Simulink и физического макетирования.
Достоверность полученных результатов. Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается результатами компьютерного моделирования и результатами экспериментальных исследований на физическом макетном образце.
Основные положения выносимые на защиту:
-
-
комплекс моделей двухдвигательного ЭП поворота одноковшового экскаватора ЭШ6/45;
-
методика расчета и результаты исследования гибкой обратной отрицательной связи (ГООС) по упругому моменту;
-
физический макетный образец моноблочного транзисторного НПЧ;
-
методика расчета цифровой системы управления;
-
результаты исследования релейного регулятора тока с упреждающей коррекцией.
Научная новизна: В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты:
-
-
-
разработан и исследован комплекс моделей, позволяющий исследовать динамику работы ЭП поворота экскаватора ЭШ 6/45 по системе ПЧ - АД с векторным управлением;
-
разработана методика расчета ГООС по упругому моменту. Данная связь позволяет осуществить демпфирование упругих механических колебаний в трехмассовой механической системе;
-
разработан и исследован транзисторный НПЧ с релейно-токовым управлением, реализованный по принципу моноблочности;
-
разработана методика расчета цифровой системы управления для микроконтроллеров с арифметикой на базе чисел с фиксированной запятой;
-
предложен и исследован цифровой релейный регулятор тока с упреждающей коррекцией, который позволяет улучшить качество формируемого выходного тока преобразователя.
Практическая ценность и реализация работы.
-
-
-
-
исследован релейный алгоритм управления транзисторным НПЧ обеспечивающий синусоидальные токи в нагрузке, единичный коэффициент мощности сети и рекуперацию энергии в сеть в тормозных режимах ЭП;
-
экспериментально исследован способ релейно-токового управления
преобразователем с нагрузкой разной фазности;
3) разработана методика расчета цифровой релейно-векторной системы управления НПЧ.
По материалам диссертации на предприятии ОАО «Рудоавтоматика» изготовлен макетный образец моноблочного транзисторного НПЧ.
Основные результаты работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» на кафедре «Автоматизированный электропривод» при проведении лекционных и практических занятий по дисциплинам: «Энергетическая электроника», «Электрический привод» и «Математическое моделирование в электроприводе».
Результаты диссертации были использованы при выполнении научно- технической работы по гранту Оренбургской области на тему: «Разработка промышленного образца управляемого электропривода насосного агрегата на базе энергосберегающего асинхронного двигателя серии АДМ со встроенным преобразователем частоты для нужд системы ЖКХ». Соглашение № 35-г от «03» октября 2012 г.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
VII Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) «Современные информационные технологии в науке, образовании и практике» (г. Оренбург 2008 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (г. Уфа 2009 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Многопрофильный университет как региональный центр образования и науки» (г. Оренбург 2009 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Интеграция науки и практики в профессиональном развитии педагога» (г. Оренбург 2010 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы» (г. Оренбург 2010, 2012 г.); VII Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (г. Чебоксары 2010 г);
на заседаниях кафедры автоматизированного электропривода ФГБОУ ВПО ОГУ, г. Оренбург в 2007-2013г.;
на заседании кафедры автоматизированного электропривода и меха- троники ФГБОУ ВПО МГТУ им. Г. И. Носова, г. Магнитогорск в 2012г.;
на заседаниях научно-технического совета ОАО «Рудоавтоматика», г. Железногорск (Курская область) в 2007-2012г.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 12 печатных работах, опубликованных автором лично и в соавторстве. Из них 4 в издании, рекомендованном ВАК РФ. Получено 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 85 наименований. Работа изложена на 163 страницах основного текста, содержит 87 рисунков, 12 таблиц и трех приложений общим объемом 32 страницы.
Похожие диссертации на Разработка и исследование электропривода поворота одноковшового экскаватора по системе "Транзисторный непосредственный преобразователь частоты - асинхронный двигатель"
-
-
-
-
-
-
