Поліпшення регулювальних та енергетичних характеристик багатомоторного асинхронного електроприводу механізму пересування коксових машин

Abstract

Дисертацію присвячено питанням синтезу системи автоматичного керування (САК) багатомоторного асинхронного електропривода (ЕП) механізму пересування коксової машини (МПКМ), що забезпечує підвищення її продуктивності, точності керування, економічності, надійності і безпеки. Розроблено математичний опис багатомоторного тягового асинхронного ЕП механізму пересування, що враховує масово-геометричні й механічні параметри, динамічну зміну коефіцієнтів зчеплення ведучих коліс з рейками. Виконано структурний синтез САК лінійної швидкості багатомоторного МПКМ. Отримано методики синтезу САК модальним і частотним методами. Запропоновано алгоритм двополярної просторової широтно-імпульсної модуляції вихідної напруги автономного інвертора, який дозволяє розширити діапазон керування механізмом пересування в області малих швидкостей та визначити умови зчеплення ведучого колеса з рейкою непрямим способом. Обґрунтовано метод підвищення енергетичної ефективності векторного асинхронного ЕП механізму пересування з великим моментом інерції за рахунок залежного від лінійної швидкості регулювання величини намагнічуючої складової струму статора.

Диссертация посвящена вопросам синтеза системы автоматического регулирования (САР) многодвигательного асинхронного электропривода (ЭП) механизма передвижения коксовой машины (МПКМ), обеспечивающего повышение ее производительности, точности управления, экономичности, надежности и безопасности. Выполнен анализ принципов построения и методов исследования ЭП МПКМ, путей повышения экономичности тягового асинхронного ЭП. Разработано математическое описание многодвигательного асинхронного ЭП механизма передвижения в виде нестационарной динамической векторно-матричной модели, изменяющей свою структуру в зависимости от условий сцепления, учитывающей разное количество ведущих и ведомых колес, массово-геометрические и механические параметры, закон изменения питающего напряжения, изменение коэффициентов сцепления. Установлено, что обязательным условием качественного управления многодвигательным МПКМ является контроль условий сцепления ведущих колес с целью динамического перераспределения тяговых усилий, чему наиболее полно отвечает замкнутая по линейной скорости САР с непосредственным управлением электромагнитными моментами тяговых асинхронных электродвигателей (ТАД) в зависимости от величины рассогласования линейной скорости МПКМ и условий сцепления. Разработан косвенный метод определения момента потери сцепления ведущего колеса с рельсом по сигналам датчиков линейной скорости механизма передвижения, фазных токов, длительностям временных интервалов широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и параметрам схемы замещения ТАД. Предложен алгоритм двухполярной пространственной ШИМ, который, в отличие от известных, за счет уменьшения на периоде модуляции участка с нулевым напряжением к учетверенной длительности «мертвой зоны», определяемой коммутационными свойствами силовых полупроводников автономного инвертора напряжения, обеспечивает при несущей частоте 3 кГц и выше во всем диапазоне глубин модуляции коэффициент искажения синусоидальности модулируемого напряжения менее 6%, что позволяет расширить диапазон регулирования в области низких скоростей. Показано, что для ЭП с двигателями средней мощности серии MTKH, при несущей частоте ШИМ до 4 кГц и ограничении динамической перегрузки по току на 2-кратном уровне можно пренебречь эффектом «насыщения» силового преобразователя и считать внутренний контур регулирования замкнутым и линейным. Обосновано использование в САР электропривода многодвигательного механизма с большим моментом инерции модальных регуляторов, позволяющих упростить программную реализацию корректирующего устройства, достаточно просто формализовать синтез контура, обеспечить заданные показатели качества при сокращении объема пусконаладочных работ. Разработана методика синтеза САР модальным и классическим частотным методом. С целью обеспечения единства программной реализации корректирующих устройств САР, методами цифровой обработки сигналов разработан и внедрен в промышленную эксплуатацию простой дискретный регулятор с изменяемой структурой и ограничением выходной координаты. Предложен метод повышения энергетической эффективности тягового асинхронного ЭП механизма передвижения коксовых машин за счет зависимого от линейной скорости регулирования величины намагничивающей составляющей тока статора, что позволяет на коротких циклах сэкономить до 15% электроэнергии.

The thesis deals with the synthesis of a traction multi-motor induction electric drive which increases productivity, stability, reliability and decreases the energy consumption of the coke machines vehicle. The mathematical description of the coke machine vehicle as a controlled object which accounts mass, geometrical and mechanical parameters and changes the structure, depending on a friction between driving wheels and rails, is developed. The structural synthesis of the automatic control system (ACS) for the coke machine vehicle traction drive is made. The techniques of such ACS synthesis by the either modal or conventional frequency methods are obtained. The double pole space pulse width modulation algorithm which increases the stability of the induction motor traction drive within low speeds and allows the indirect identification of the friction level between driving wheel and rail is proposed. Depending on the stator voltage frequency and the stator current active component values, the induction motor rotor flux control which decreases the energy consumption of the traction drive