Введение к работе
Актуальность темы исследования. На сегодняшний день наиболее эффективным механизмом для разгрузки сыпучих материалов из железнодорожного транспорта является комплекс вагоноопрокидывателя. В таких механизмах применяется двухдвигательный электропривод с разомкнутой по скорости параметрической системой управления с асинхронными электродвигателями с фазным ротором (АДФР), обеспечивающий равномерную загрузку двигателей в статических режимах. Основными недостатками существующей системы электропривода являются не обеспечение требуемых динамических и статических показателей, повышенное энергопотребление. При опрокидывании вагонов с использованием данной системы происходит образование в механических элементах значительных динамических нагрузок. В настоящее время существует тенденция применения электродвигателей с короткозамкнутым ротором (АДКЗ), которые обладают простой и надежной конструкцией.
В связи с появлением современной преобразовательной техники, становится актуальным построение системы электропривода переменного тока с АДКЗ для механизма кантования, учитывающей особенности его работы.
Для исследования двухдвигательного электропривода требуется разработка математической модели системы электропривода механизма кантования вагоноопрокидывателя.
Исследования в области энергосберегающих систем электропривода механизма кантования вагоноопрокидывателя являются актуальной задачей, так как совершенствование систем электропривода приводит к повышению энергоэффективности и увеличению надежности работы механизмов.
Целью работы является снижение электрических нагрузок на электродвигатели и динамических нагрузок на механическую часть вагоноопрокидывателя и полувагон и повышение за этот счет срока эксплуатации при интенсивных повторно-кратковременных режимах работы с помощью высоконадежной двух-двигательной системы электропривода с улучшенной энергоэффективностью.
Идея работы заключается в построении теоретического подхода к синтезу снижения динамических нагрузок и энергосбережения во всех режимах работы двухдвигательной системы электропривода механизма кантования вагоноопро-кидывателей.
Задачи работы:
сравнительная оценка существующих систем электропривода для механизма кантования вагоноопрокидывателя;
разработка и исследование системы двухдвигательного электропривода, учитывающей особенности работы механизма;
усовершенствование двухдвигательной системы электропривода путем разработки регулятора, производящего коррекцию задания скорости электродвигателей системы, с целью минимизации динамических нагрузок в механизме вагоноопрокидывателя;
разработка структуры регулятора угла поворота венцов вагоноопроки-дывателя, производящего коррекцию задания скорости электродвигателей системы электропривода, с использованием "нечеткой" логики;
разработка системы двухдвигательного электропривода механизма кантования с улучшенными энергетическими показателями.
Методы исследования. Поставленные в работе задачи решались методами теории автоматического управления и математического моделирования, а также проведением экспериментальных исследований.
Научная новизна:
предложена новая структура двухдвигательного электропривода на базе векторной системы с прямым управлением моментом (ПУМ), отличающаяся от аналогичных системой синхронизации скоростей вращения венцов вагоноопро-кидывателя, позволяющая исключить тяжелые пусковые режимы и использующая недорогие и надежные АДКЗ;
разработан новый алгоритм работы системы электропривода, использующий сигналы датчиков положения вагона, за счет применения которого происходит снижение динамических нагрузок в процессе опрокидывания;
предложена система коррекции задания скорости, отличающаяся от известных наличием "нечеткой" логики, за счет которой достигается минимизация динамических нагрузок в конструкции механизма.
Практическая значимость:
разработанный электропривод позволит снизить потери в системе электропривода, а также повреждаемость механизма и подвижного состава (полувагонов и вагонов), что позволит увеличить срок эксплуатации как асинхронных электродвигателей, так и конструкции вагоноопрокидывателя;
разработанный электропривод дает возможность за счет синхронизации скоростей вращения венцов вагоноопрокидывателя отказаться от промежуточного вала;
система векторного двухдвигательного частотного электропривода приведет к снижению износа механической части вагоноопрокидывателя, продлению срока эксплуатации двигателей за счет исключения тяжелых пусковых режимов и применения простых в обслуживании недорогих и надежных АДКЗ;
разработанные "нечеткий" регулятор скорости и угла поворота венцов для двухдвигательной системы электропривода позволит увеличить быстродействие системы и снизить зависимость характера динамических процессов от изменяющихся параметров механической части;
разработанная система электропривода позволит в среднем на 20% снизить энергопотребление и уровень реактивной мощности во всех режимах работы за счет применения частотных преобразователей с рекуперацией энергии в сеть и исключения роторных сопротивлений.
Реализация результатов работы. Результаты, полученные в диссертационной работе, использованы при наладочных работах в цехах ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат». Разработки внедрены в учебный процесс ка-
федры «Электропривод» Липецкого государственного технического университета.
На защиту выносятся:
результаты исследования системы двухдвигательного асинхронного электропривода для механизма кантования стационарных роторных вагоно-опрокидывателей с улучшенными энергетическими показателями, учитывающей особенности работы механизма;
математическая модель электромеханической системы электропривода и механизма кантования вагоноопрокидывателя;
результаты исследования системы двухдвигательного электропривода с прямым управлением моментом со структурой "нечеткого" регулятора угла поворота венцов.
Достоверность полученных результатов подтверждается совпадением результатов математического моделирования и эксперимента, а также сопоставимостью полученных результатов с положениями общей теории электропривода.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на V Всероссийской школе-семинаре молодых ученых "Управление большими системами" ( г. Липецк, 2008); II Международной выставке интернет - конференции "Энергосбережение и безопасность" ( г.Орел, 2008); на научно-технической конференции, посвященной 35-летию кафедры электропривода Липецкого государственного технического университета (г.Липецк, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них три в изданиях из перечня ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем диссертации 165 с, в том числе 113 с. основного текста, 77 рисунка, 5 таблиц, библиографический список из 109 наименований на 11 с. и 9 приложений на 41 странице.
