Управление динамическим состоянием асинхронных электроприводов горных машин

а)

б)

Рис. 25. Градиентное управление асинхронным двигателем: а) электромагнитный момент; б) потокосцепление статора

Как видно из приведенных графиков, использование разработанного преобразователя частоты с алгоритмом градиентного управления позволяет электродвигателю достаточно точно отрабатывать сигнал задания, как по моменту, так и по потокосцеплению. Экспериментальная проверка подтвердила возможность практического использования разработанного алгоритма градиентного управления электромагнитным моментом асинхронного двигателя.

Экспериментальные исследования алгоритмов идентификации параметров и координат асинхронного двигателя и двухмассовой механической системы были проведены на специально разработанном компьютеризированном стенде. Результаты идентификации параметров асинхронного двигателя 4AX90L4У3 приведены в табл. 2, а результаты идентификации угловой скорости второй массы двухмассовой системы - на рис.26.

Таблица 2 Параметры двигателя 4AX90L4У3

Рис. 26. Угловая скорость второй массы двухмассовой системы

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили достоверность теоретически полученных в работе результатов.

Заключение

В диссертационной работе на основании выполненных автором исследований дано решение актуальной научной проблемы управления динамическим состоянием электроприводов горных машин, имеющее важное теоретическое и практическое значение и являющееся существенным вкладом в повышение эксплуатационной надежности и совершенствование электромеханических систем горных машин.

управление электродвигатель безынерционный вибрация

Основные научные и практические результаты выполненной работы заключаются в следующем

1. Разработана концепция построения электроприводов горных машин, позволяющих управлять динамическим состоянием их механических преобразователей.

2. Разработан алгоритм градиентного управления электромагнитным моментом асинхронного электродвигателя, который прошел успешные промышленные испытания в условиях ОАО"Электромашина" и принят к внедрению.

3. Установлено, что асинхронный электродвигатель, питаемый от автономного источника напряжения с регуляторами электромагнитного момента, является безынерционным источником момента по отношению к механическим преобразователям электроприводов горных машин.

4. Разработана математическая модель и сформулированы требования к конструкции электромеханической системы, позволяющей независимо воздействовать на динамическое состояние элементов трансмиссии и металлоконструкций горных машин.

5. Установлены зависимости между текущим состоянием механической подсистемы электропривода и электромагнитным моментом двигателя, использование которых позволяет управлять упругими моментами и силами в механических передачах и металлоконструкциях горных машин.

6. Установлена зависимость между вероятностными характеристиками нагрузки, действующей на исполнительный орган горной машины, и диапазоном изменения скорости движения исполнительного органа, необходимым для стабилизации нагрузок на элементы трансмиссии.

7. Разработаны регуляторы скорости, поддерживающие скорость движения исполнительного органа в требуемом диапазоне и обеспечивающие совместно с регуляторами упругих моментов уменьшение колебательной составляющей усилий в элементах трансмиссий и металлоконструкций на 60 % и более, по отношению к амплитуде колебаний нагрузки на исполнительном органе.

8. Разработано наблюдающее устройство для динамической идентификации неизмеряемых параметров и переменных величин электропривода, необходимых для функционирования системы управления, прошедшее успешное испытание в условиях ОАО НИИВЭМ, ОАО "Шахта Заречная" и в научно-исследовательской лаборатории кафедры электропривода и автоматизации ГУ КузГТУ.

9. Разработана математическая модель электроприводов подъема и напора одноковшовых экскаваторов с канатно-полиспастной системой выдвижения рукояти, учитывающая их взаимосвязь и нелинейность параметров, адекватность которой подтверждена экспериментальными исследованиями, проведенными в условиях разреза "Вахрушевский" ОАО УК "Кузбассразрезуголь" и ОАО "Междуречье".

10. Разработана система управления электроприводами напора и подъема одноковшового экскаватора, обеспечивающая снижение динамических нагрузок в элементах их трансмиссий, как в режимах нормальной работы, так и в режимах стопорения.

11. Разработана мобильная измерительная система, позволяющая измерять динамическое состояние элементов электроприводов одноковшовых экскаваторов, прошедшая успешные испытания в условиях разреза "Вахрушевский" ОАО УК "Кузбассразрезуголь" и ОАО "Междуречье".

Основные публикации по теме диссертации

Основное содержание работы опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций, в следующем составе:

1. Завьялов В.М. Градиентное управление частотно-регулируемым асинхронным электроприводом // Изв. вузов. Электромеханика. - 2008. - №3. - С. 71-72.

2. Завьялов В.М. Новый подход к построению систем управления электроприводов карьерных экскаваторов // Горное оборудование и электромеханика. - 2007. - № 8. - C. 10-13.

3. Снижение динамических нагрузок в электроприводах карьерных экскаваторов средствами частотно-регулируемого асинхронного электропривода / Завьялов В.М.; Кузбас. гос. тех. ун-т. - Кемерово, 2007.- 29 с. - Библиогр.: 28 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 13.11.2007, № 1063-В2007.

4. Завьялов В.М. Подавление упругих колебаний в горных машинах с двухмассовой расчетной схемой // Вестн. КузГТУ. - 2005. - № 6. - С.67-69.

5. Завьялов В.М. Подавление упругих колебаний в горных машинах с упругой рамой // Вестник КузГТУ. - 2006. - № 1. - С. 65-66.

6. Завьялов В.М. Математическая модель механической части взаимосвязанных электроприводов напора и подъема карьерного экскаватора / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина // Известия Томского политехнического университета. - 2007. - Т. 310. - № 3. - C. 40-43.

7. Завьялов В.М. Многокритериальное управление асинхронным электроприводом / В.М. Завьялов, А.А. Неверов, И.Ю. Семыкина// Вестн. КузГТУ. - 2005. - № 1. - С. 81-84.

8. Семыкина И.Ю. Применение нечеткой логики в задаче регулирования угловой скорости исполнительных органов горных машин / И.Ю.Семыкина, В.М. Завьялов // Вестн. КузГТУ. - 2006. - № 4. - С.80_83.

9. Завьялов В.М. Энергооптимальное управление скоростью асинхронного электропривода / В. М. Завьялов, И. Ю. Семыкина // Вестн. КузГТУ. - 2005. - № 4-2. - С. 21-23.

10. Каширских В.Г. Автоматизированный испытательный комплекс для идентификации параметров асинхронных электродвигателей горных машин / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. - № 6. - С. 299-302.

11. Завьялов В.М. Оценка состояния многомассовых механических систем с применением цифровой фильтрации / В.М. Завьялов, А.В. Нестеровский, Д.О. Мефферт // Вестн. КузГТУ. - 2006. - № 5. - С.79_81.

12. Завьялов В. М. Подавление упругих колебаний в трёхмассовой механической системе / В. М. Завьялов, И. А. Куприянов // Вестн. КузГТУ. - 2006. - № 6. - С. 75-77.

13. Семыкина И.Ю. Повышение эффективности подавления упругих колебаний в элементах трансмиссии горных машин / И.Ю. Семыкина, В.М. Завьялов, И.А. Куприянов // Вестн. КузГТУ. - 2006. - № 4. - С.83_85.

14. Оценка параметров и состояния асинхронного двигателя при динамической нагрузке / В.Г.Каширских, В.М. Завьялов; Кузбас. гос. тех. ун-т. - Москва, 2002. - 11с. - Библиогр.: 8 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 26.12.2002, №2265-В2002.

15. Каширских В.Г. Идентификация параметров асинхронного электродвигателя с помощью метода наименьших квадратов / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов, Д.В. Соколов // Вестн. КузГТУ. - 2002. - №2. - С. 17-19.

16. Оценка параметров и состояния асинхронного двигателя при установившемся режиме работы / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов; Кузбас. гос. тех. ун-т. - Москва, 2002. - 11с. - Библиогр.: 2 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 26.12.2002, № 2266-В2002.

17. Завьялов В.М. Сравнительный анализ систем регулирования угловой скорости асинхронного электродвигателя / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина // Вестн. КузГТУ. - 2005. - № 6. - С. 61-66.

18. Каширских В.Г. Определение кривой намагничивания асинхронного электродвигателя по результатам испытания на холостом ходе / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов, Д.В. Соколов // Вестн. КузГТУ. - 2002. - № 2. - С. 14-16.

19. Каширских В.Г. Идентификация параметров обмотки статора и цепи намагничивания асинхронного двигателя с помощью расширенного фильтра Калмана / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов // Вестн. КузГТУ. - 2002. - № 3. - С. 17-21.

20. Каширских В.Г. Определение индуктивности ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором / В.Г.Каширских, В.М. Завьялов // Вестн. КузГТУ. - 2003. - № 1. - С. 20-21.

21. Каширских В.Г. Определение в реальном времени активного сопротивления и потокосцепления ротора асинхронного двигателя при его работе в установившемся режиме / В.Г.Каширских, В.М. Завьялов // Вестн. КузГТУ. - 2003. - № 1. - С. 21-24.

22. Каширских В.Г. Анализ шумовых процессов в измерительной схеме асинхронного двигателя / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов, А.В.Нестеровский // Вестн. КузГТУ. - 2003. - № 2. - С. 12-14.

23. Каширских В.Г. Структура вычислительной части испытательного стенда для оценки параметров и состояния асинхронных электродвигателей / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов // Вестн. КузГТУ. -2003. - № 3. - С. 63-65.

24. Завьялов В.М. Повышение эффективности электроприводов горных машин / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина // Электромеханические преобразователи энергии: материалы международной научно-технической конференции, 17-19 октября 2007. - Томск: ТПУ, 2007. - C. 293-295.

25. Завьялов В.М. Стабилизация упругого момента в двухмассовой механической системе / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина, И.А. Куприянов // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях: Труды третьей Всероссийской научно-практической конференции, 16-18 мая 2006. - Новокузнецк: СибГИУ, 2006. - С. 98-101.

26. Завьялов В.М. Использование метода скоростного градиента в задаче синтеза систем управления асинхронными электроприводами / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина // Электромеханические преобразователи энергии: Материалы Международной науч.-техн. конф. - Томск: ТПУ, 2005. - С. 233-236.

27. Завьялов В.М. Использование безынерционного источника момента в системах управления электроприводов со сложными механическими подсистемами / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина // Электротехника, электромеханика и электротехнологии ЭЭЭ-2007: материалы третьей научно-технической конференции с международным участием, 25-26 октября 2007. - Новосибирск: НГТУ, 2007. - C. 69-72.

28. Завьялов В.М. Безынерционный источник момента на базе асинхронного электропривода / В.М. Завьялов, И.Ю.Семыкина // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях: Труды третьей Всероссийской научно-практической конференции, 16-18 мая 2006. - Новокузнецк: СибГИУ, 2006. - С. 121-124.

29. Завьялов В.М. Влияние переменной составляющей нагрузки привода вращения бурового станка СБШ-270-И3 на ресурс элементов его трансмиссии / В.М. Завьялов, А.Н. Шариков, И.Ю. Семыкина // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях: Труды третьей Всероссийской научно-практической конференции, 16-18 мая 2006. - Новокузнецк: СибГИУ, 2006. - С. 118-121.

30. Завьялов В.М. Анализ отказов карьерных экскаваторов / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс 2006: Материалы XI Международной научно-практической конференции, 23-24 нояб. 2006. - Кемерово: КузГТУ, 2006. - C. 179-180.

31. Завьялов В.М. Моделирование механической части электроприводов напора и подъема карьерного экскаватора / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-20: сб. трудов ХХ Междунар. науч. конф. - Ярославль: ЯГТУ, 2007. - Т. 4. - С.173-177.

32. Завьялов В.М. Оценка состояния электроприводов экскаваторов / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина // Электромеханические преобразователи энергии: материалы международной научно-технической конференции, 17-19 октября 2007. - Томск: ТПУ, 2007. - C. 296-298.

33. Каширских В.Г. Идентификация параметров асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов, Д.В. Соколов // Проблемы развития автоматизированного электропривода: Труды Всероссийской научно-практической конференции. - Новокузнецк: СибГИУ, 2002. - С. 81-82.

34. Каширских В.Г. Определение кривой намагничивания асинхронного электродвигателя / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов, Д.В. Соколов // Проблемы развития автоматизированного электропривода: Труды Всероссийской научно-практической конференции. - Новокузнецк: СибГИУ, 2002. - С. 85-87.

35. Завьялов В.М. Определение частоты вращения ротора асинхронного двигателя с помощью цифровой фильтрации / В.М. Завьялов, А.В. Нестеровский, Д.О. Мефферт // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях: Труды третьей Всероссийской научно-практической конференции, 16-18 мая 2006. - Новокузнецк: СибГИУ, 2006. - С. 95-98.

36. Каширских В.Г. Идентификация параметров и состояния асинхронных электродвигателей в установившемся режиме работы / В.Г.Каширских, В.М. Завьялов // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-17: Сб. трудов 17 Международ. науч. конф. - Кострома: КГТУ, 2004. - Т. 5. - С. 170-172.

37. Каширских В.Г. Идентификация параметров и состояния асинхронного электродвигателя в реальном времени / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-17: Сб. трудов 17 Международ. науч. конф. - Кострома: КГТУ, 2004. - Т. 5. - С. 175 - 177.

38. Завьялов В.М. Повышение надежности горных машин при помощи регулируемого электропривода // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс 2006: Материалы XI Международной научно-практической конференции, 23-24 нояб. 2006. - Кемерово: КузГТУ, 2006. - C. 181-182.

39. Каширских В.Г. Оценка активных сопротивлений и потокосцепления ротора асинхронных двигателей в реальном времени / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов // Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы: Материалы международной научно-технической конференции, 3-5 сентября 2003. - Томск: ТПУ, 2003. - С.30-33.

40. Каширских В.Г. Идентификация асинхронных электродвигателей / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: Труды 4 Всероссийской научно-практической конференции, 8-10 декабря 2003. - Новокузнецк: СибГИУ, 2003. - С. 289-292.

41. Каширских В.Г. Функциональный контроль состояния асинхронных электродвигателей горных машин / В.Г. Каширских, В.М.Завьялов, А.В. Нестеровский, С.С. Переверзев // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс 2004: Материалы X Международной научно-практической конференции, 23-24 нояб. 2004. - Кемерово: КузГТУ, 2004. - С. 150-152.

42. Завьялов В.М. Снижение вибраций горных машин средствами регулируемого электропривода // Современные пути развития машиностроения и автотранспорта Кузбасса: Труды I Всероссийской научно-технической конференции, 24-25 октября 2007. - Кемерово: КузГТУ, 2007. - C. 331-335.

43. Завьялов В.М. Новый способ снижения вибраций буровых станков / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина, И.А. Куприянов // Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах: материалы VII международной научно-практической конференции, 15-16нояб. 2007. - Кемерово: КузГТУ, 2007. - Т. 1. - C. 114-116.

44. Каширских В.Г. Универсальный компьютеризированный испытательный стенд / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов, А.В. Нестеровский, С.С. Переверзев // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях: Труды Второй Всероссийской научно-практической конференции. - Новокузнецк: СибГИУ, 2004. - С. 90 - 93.

45. Каширских В.Г. Анализ шумов измерительной схемы при динамической идентификации асинхронного двигателя / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов, А.В. Нестеровский, С.С. Переверзев // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях: Труды Второй Всероссийской научно-практической конференции. - Новокузнецк: СибГИУ, 2004. - С. 93 - 97.

46. Завьялов В.М. Наблюдающее устройство механической части электропривода // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-20: сб. трудов ХХ Междунар. науч. конф. - Ярославль: ЯГТУ, 2007. - Т. 4. - С. 208-210.

47. Завьялов В.М. Идентификация механической подсистемы электроприводов напора и подъема карьерного экскаватора / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина // Современные пути развития машиностроения и автотранспорта Кузбасса: Труды I Всероссийской научно-технической конференции, 24-25 октября 2007. - Кемерово: КузГТУ, 2007. - C. 335-339.

48. Каширских В.Г. Компьютеризированный испытательный комплекс для динамической идентификации взрывозащищенных асинхронных электродвигателей / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов, А.В. Нестеровский, С.С. Переверзев // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труды международной научно-практической конференции. - Кемерово: КузГТУ, 2004. - С. 145-146.

49. Способ управления электромагнитным моментом асинхронного двигателя: пат. 2306666 Рос. Федерация: МПК7 Н02Р 21/12, Н02Р 27/06 / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина, А.В. Стародуб; патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет". - №2005140130/09; заявл. 21.12.05; опубл. 20.09.07, бюл. №26.

50. Zavyalov Valeriy M., Semykina Irina Yu. Raising efficiency of mining machines by improvement of electric drives // Advances in geotechnical and structural engineering: proceedings of fifth China-Russia symposium on underground and building engineering of city and mine, 26-28 September 2008. - Qingdao, China: China Universiti of Mining and Technology Press. - P.445_448.

Размещено на Allbest.ru