Введение 12
1. Краткий анализ состояния рудничной электровозной тяги 14
1.1 Общая характеристика условной работы тяговых электроприводов рудничных электровозов 14
1.2 Вопросы применения асинхронного привода 21
1.3 Цели и задачи диссертационной работы 28
2 Принципы построения асинхронного тягового привода шахтного электровоза 30
2.1 Режимы работы тягового электропривода 30
22 Мощность тягового привода 32
2.3. Предварительный выбор ТАД 34
2.4 Математическая модель электромеханической системы подвижного состава рудничного
электровоза 39
3 Расчет параметров асинхронного двигателя и настройка контуров регулирования 43
3.1 Структурная схема силового канала электропривода 43
3.2 Определение дополнительных параметров двигателя примененного в конструкции
лабораторного стенда по справочным техническим данным 45
3.3 Определение параметров схемы замещения в абсолютных единицах по справочным техническим
данным электродвигателя 46
3.4 Проверка адекватности расчетных параметров двигателя 49
3.5 Расчет естественной механической характеристики 51
3.6 Расчет естественной электромеханической характеристики 52
3.7 Оценка достоверности расчётных характеристик двигателя 57
3.8 Расчет параметров элементов структурной схемы силового канала электропривода 57
3.9 Структурная схема и параметры механической системы электропривода 59
3.10 Структурная схема линеаризованной непрерывной САУ частотно-регулируемого асинхронного
электропривода с векторным управлением 60
3.11 Расчет параметров контуров САР регулируемого асинхронного электропривода с векторным
управлением 63
3.12 Контур тока с ПИ-регулятором и аналоговым датчиком тока 63
3.13 Контур скорости с ПИ-регулятором и аналоговым датчиком скорости 66
3.14 Параметры элементов контура скорости с аналоговым датчиком 68
3.15 Контур потокосцепления ротора с ПИ-регулятором и аналоговым датчиком потока 70
3.16 Результаты моделирования: 74
4. Разработка имитационной модели ТАД подвижного состава рудничного электровоза для
решения проблем буксования и юза 81
4.1 Разработка имитационной модели электромеханической системы подвижного состава
рудничного электровоза 81
4.2 Исследование процессов буксования колесной пары рудничного электровоза в переходных
режимах 84
4.2.1 Постановка задачи 84
4.2.2 Исследования зависимостей линейных скоростей обода колесной пары относительно ее оси
вращения к оси колесной пары относительно рельсового полотна 87
4.2.3 Построение структуры устройства обнаружения буксования 90
4.2.4 Исследование процессов буксования колесной пары рудничного электровоза в режимах разгона
и торможения 92
4.3 Вывод по разделу 98
5. Экономический расчет создания испытательного Стенда 99
5.1 Введение 99
5.2 Анализ технологического процесса и технологического оборудования 99
5.3 Экономический расчет создания имитационной модели 102
5.3.1 Организация и планирование работ 102
Введение 12
1. Краткий анализ состояния рудничной электровозной тяги 14
1.1 Общая характеристика условной работы тяговых электроприводов рудничных электровозов 14
1.2 Вопросы применения асинхронного привода 21
1.3 Цели и задачи диссертационной работы 28
2 Принципы построения асинхронного тягового привода шахтного электровоза 30
2.1 Режимы работы тягового электропривода 30
22 Мощность тягового привода 32
2.3. Предварительный выбор ТАД 34
2.4 Математическая модель электромеханической системы подвижного состава рудничного
электровоза 39
3 Расчет параметров асинхронного двигателя и настройка контуров регулирования 43
3.1 Структурная схема силового канала электропривода 43
3.2 Определение дополнительных параметров двигателя примененного в конструкции
лабораторного стенда по справочным техническим данным 45
3.3 Определение параметров схемы замещения в абсолютных единицах по справочным техническим
данным электродвигателя 46
3.4 Проверка адекватности расчетных параметров двигателя 49
3.5 Расчет естественной механической характеристики 51
3.6 Расчет естественной электромеханической характеристики 52
3.7 Оценка достоверности расчётных характеристик двигателя 57
3.8 Расчет параметров элементов структурной схемы силового канала электропривода 57
3.9 Структурная схема и параметры механической системы электропривода 59
3.10 Структурная схема линеаризованной непрерывной САУ частотно-регулируемого асинхронного
электропривода с векторным управлением 60
3.11 Расчет параметров контуров САР регулируемого асинхронного электропривода с векторным
управлением 63
3.12 Контур тока с ПИ-регулятором и аналоговым датчиком тока 63
3.13 Контур скорости с ПИ-регулятором и аналоговым датчиком скорости 66
3.14 Параметры элементов контура скорости с аналоговым датчиком 68
3.15 Контур потокосцепления ротора с ПИ-регулятором и аналоговым датчиком потока 70
3.16 Результаты моделирования: 74
4. Разработка имитационной модели ТАД подвижного состава рудничного электровоза для
решения проблем буксования и юза 81
4.1 Разработка имитационной модели электромеханической системы подвижного состава
рудничного электровоза 81
4.2 Исследование процессов буксования колесной пары рудничного электровоза в переходных
режимах 84
4.2.1 Постановка задачи 84
4.2.2 Исследования зависимостей линейных скоростей обода колесной пары относительно ее оси
вращения к оси колесной пары относительно рельсового полотна 87
4.2.3 Построение структуры устройства обнаружения буксования 90
4.2.4 Исследование процессов буксования колесной пары рудничного электровоза в режимах разгона
и торможения 92
4.3 Вывод по разделу 98
5. Экономический расчет создания испытательного Стенда 99
5.1 Введение 99
5.2 Анализ технологического процесса и технологического оборудования 99
5.3 Экономический расчет создания имитационной модели 102
5.3.1 Организация и планирование работ 102
5.3.2 Продолжительность этапов работ 103
5.3.3 Календарный план 104
5.3.4 Расчет сметы затрат на проектирование 107
5.4 Выводы по разделу 111
6 Социальная ответственность 112
6.1 Введение 112
6.2 Описание технологического процесса и рабочего места 112
6.3 Вредные производственные факторы 113
6.3.1 Рудничная атмосфера 113
6.3.2 Запылённость воздуха 114
6.3.3 Производственный шум и вибрационное воздействие 116
6.3.4 Рудничное освещение 117
6.3.5 Освещенность 118
6.4 Опасные факторы 121
6.4.1 Поражение электрическим током 121
6.4.2 Пожароопасность 123
6.4.3 Опасные механические факторы 125
6.5 Выводы по разделу 127
Заключение 129
Литература 131
Приложение А 137
Приложение Б 138
Приложение В 139
Рельсовый подземный транспорт широко применяется в горнорудной промышленности ввиду своей высокой эффективности для перевозки грузов на большие расстояния. Новые технологические решения, модернизация шахтных транспортных линий, позволяют говорить об актуальности и востребованности данного направления.
Модернизация отрасли проходит в ключе улучшения показателей производительности, путем изменения конструкции вагонеток, внедрением двух системных контактно-аккумуляторных электровозов, монорельсовых транспортных систем. Фактором, сдерживающим развитие локомотивной откатки, является применение двигателей постоянного тока последовательного возбуждения с реостатно-контакторной схемой управления. Несмотря на все достоинства, используемого решения и большой опыт работы на шахтном подземном транспорте у данного решения имеется ряд недостатков:
- потеря энергии в силовом режиме, как в режимах пуска, так и при торможении ввиду невозможности использовать рекуперативное торможение.
- мягкая механическая характеристика характерная для тягового привода в совокупности с реостатно-контакторной схемой управления усложняет задачу поддержания стабильности скорости электровоза в статических режимах работы;
- конструктивный недостаток тяговых двигателей постоянного тока в виде щеточно-коллекторного узла, ограничивает надежность, усложняет техническую обслуживание, а так же делает затруднительным их применение в шахтах с взрывоопасной атмосферой.
- отсутствие эффективных решений от пробуксовки и юза.
Имеющиеся противобуксовочные системы представляют собой сложные
комплексные устройства, эффективность которых, в первую очередь апробирована на магистральных линиях. Для горнорудного транспорта существующие решения имеют ограниченное применение, ввиду особенностей технологического процесса..
- Сложность реализации программных алгоритмов управления для повышения безопасности и энергоэффективности ввиду отсутствия электронных блоков управления.
В качестве решения данных проблем может быть выбран вариант с заменой привода постоянного тока на тяговый асинхронный электропривод (ТАД) с цифровым управлением. Это позволит повысить показатели надежности, безопасности, снизит затраты на эксплуатацию в течение всего срока службы.
В результате проведенных теоретических исследований привода тягового рудничного электровоза в квалификационной работе решены задачи, позволяющие реализовать построение ТАД рудничного электровоза на базе серийных образцов без изменения конструкции станины двигателя с пересчетом обмоток на пониженное напряжение 250В, создать систему активного обнаружения и компенсации эффекта буксования при динамических режимах работы.
Произведен обзор способов обнаружения и компенсации эффектов буксования и юза. Определены их достоинства и недостатки. Установлено, что наиболее перспективным направлением является использование функциональных и вычислительных средств ПЧ для диагностики, обнаружения и решения проблем буксования.
Определено, что применения серийного тягового асинхронного привода для подземного рудничного электровоза невозможно без внесения конструктивных изменений. В частности, применение двигателей общепромышленного исполнения не возможно для использования на рельсовом транспорте по причине несоответствия по внешним механическим воздействиям. В результате исследований, по динамике разгона, энергетическим показателям, конструктивным особенностям удалось выделить наиболее перспективный двигатель 4МТКМФП225М6.
Разработано математическое описание электромеханической системы подвижного состава рудничного электровоза, учитывающая все основные нелинейные эффекты типа «люфт» в сцепных устройствах и буксование колесных пар, а так же сухое и вязкое трение в них.
На основе математической модели была построена имитационная модель электромеханической системы подвижного состава рудничного электровоза, которая позволяет:
- реализовать оптимальное управление тягой электровоза, с точки зрения реализации максимальной тяги и исключения режимов буксования колес в условиях плоского движения подвижного состава на подъемах и спусках при изменяемом профиле пути;
- ввести автоматическое ограничение скорости состава при поворотах для исключения возможности схода колесных пар с рельсового пути при учете неровностей и отклонения от идеального расположения
- реализовать компенсацию механических колебаний вызванных наличием упругих связей в сцепных устройствах между вагонами подвижного состава. За счет электромеханического их демпфирования средствами частотно-регулируемых электроприводов.
На основе разработанной математической модели, была построена имитационная модель асинхронного электропривода в программе MatlabSimulink, которая позволяет:
Реализовать способ управления процессом автоматического косвенного обнаружения начала буксования колесной пары электровоза в реальном масштабе времени, для реализации которого введена схема фильтрации сигнала пропорционального моменту электропривода колесной пары при отработке гармонической составляющей сигнала задания момента. и переменного тока.
Результатом исследования выступает разработанная имитационная модель вычисления буксования в режиме реального времени, позволяющая формировать управляющие воздействия на электропривод колесной пары для обеспечения оптимального переходного процесса разгона-торможения по критерию максимальной тяги.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
