Актуальність теми дисертаційного дослідження визначається, з одного боку, практикою експлуатації працюючих в напружених, повторно-короткочасних режимах електроприводів в умовах нестабільного електропостачання з раптовими відключеннями живлючої напруги і пов'язаними з ними процесами в електричній і механічній частинах приводу, а, з іншого боку, відсутністю результатів досліджень таких процесів в науковій літературі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалась у відповідності з д/б НДР № 339-52 "Математичне моделювання регульованих електроприводів і систем автоматизації технологічних процесів".

Метою дисертаційної роботи є обгрунтування вимог до пристроїв захисту тиристорних електроприводів постійного струму підйомних механізмів від раптово виникаючих аномальних режимів перетворювача або мережі, живлючої перетворювач, при врахуванні технологічної операції, що виконується механізмом, початкових умов, параметрів якірного кола, ланцюга збудження і пружної кінематики, а також визначення припустимості нетривалої роботи привода для завершення операції, що виконується, при деяких аномальних режимах перетворювача або мережі.

Основні задачі дисертаційної роботи:

а) Розробити універсальну математичну модель електропривода за системою ТП-Д, що доповнить з урахуванням досягнень сучасної обчислювальної техніки існуючі, раніше розроблені математичні моделі, значно поширюючи їхні функціональні можливості. Модель повинна дозволяти проведення досліджень статичних і динамічних характеристик привода в аномальних режимах;

електропривід підйомний механізм модель

б) Дослідити за допомогою створеної математичної моделі процеси в приводі підйомних механізмів при можливих аномальних режимах перетворювача;

в) Дослідити процеси в приводі, викликані аномальними режимами мережі, живлючої перетворювач, приділивши особливу увагу таким, що виникають при раптовому відключенні живлючої напруги;

г) Проаналізувати ефективність функціонування захисних пристроїв приводу - швидкодіючих запобіжників, контакторів і автоматичних вимикачів при виникненні аварійних ситуацій.

Наукова новизна:

1. Вперше розглянуті аномальні режими, що виникають в приводі підйомних машин за системою тиристорний перетворювач-двигун (ТП-Д) при раптовому відключенні живлючої напруги та обгрунтовані вимоги щодо швидкодії захисних пристроїв, виходячи з рівня теплового впливу аварійного струму на ланки силового кола.

2. Вдосконалена математична модель привода підйомних машин за системою ТП-Д з урахуванням роботи привода при двозонному регулюванні швидкості і n-масової кінематики; модель, адекватність якої підтверджена шляхом зіставлення результатів розрахунку з експериментально отриманими на діючому механізмі, призначена для дослідження макро - і мікропроцесів при нормальному та аномальному стані тиристорного перетворювача і живлючої перетворювач мережі.

3. Отримав подальший розвиток аналіз аномальних режимів перетворювача і мережі у напрямку визначення можливості короткочасної роботи приводу при їхній появі з метою завершення технологічної операції, що виконується.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що створена в процесі роботи над дисертацією універсальна модель автоматизованого приводу за системою ТП-Д використовується в Іллічівському морському торговому порту в якості комп'ютерного супроводу при експлуатації тиристорних приводів механізмів підйому контейнерних перевантажувачів (КП) фірми Коне, а також при проектуванні приводів механізмів різноманітного призначення, наприклад, під час аналізу варіантів приводів машини перевантаження ядерного палива на АЕС; крім того, рекомендації відносно необхідної швидкодії пристроїв захисту будуть корисні розробникам електричних апаратів.

Особистий вклад автора: в статті, що опублікована у співавторстві, автору належить частина щодо приводу підйому за системою ТП-Д.

Апробація роботи: основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на трьох семінарах Інституту Електродинаміки Національної Академії Наук України.

Публікації: за матеріалами дисертації опубліковані чотири наукових статті.

Структура і обсяг роботи: дисертація складається з вступу, чотирьох розділів тексту, висновків, списку використаних літературних джерел (93 найменування) і 4 додатків. Робота загальним обсягом 149 сторінок, містить 116 сторінок основного тексту, 7 таблиць, 67 рисунків і 22 стор. додатків.

Зміст роботи

В першому розділі наведено огляд і аналіз літературних джерел (включаючи патентну літературу) за темою дисертації. Проаналізовані існуючі математичні моделі і засоби дослідження стаціонарних і аномальних режимів роботи перетворювача і системи ТП-Д, відомі засоби і пристрої захисту від струмів перевантаження і короткого замикання.

Другий розділ присвячений створенню універсальної математичної моделі тиристорного електроприводу вантажопідйомних машин, призначеної для дослідження нормальних і аномальних режимів перетворювача.

Математична модель тиристорного електроприводу складається з ряду блоків. До основних блоків, що утворюють загальну модель, відносяться:

Система трьохфазної живлючої напруги;

Двокомплектний (реверсивний) тиристорний перетворювач ТП, призначений для живлення якоря двигуна, і система імпульсно-фазового управління (СІФУ-1) перетворювачем;

Тиристорний перетворювач ТПЗ, живлючий обмотку збудження двигуна, і СІФУ-2;

Двигун, якір і обмотка збудження якого підключені до тиристорних перетворювачів ТП і ТПЗ, відповідно;

n-масова кінематична (механічна) система;

Система управління координатами двигуна з урахуванням двозонного регулювання швидкості.

Викладена методика моделювання окремих елементів електроприводу; особлива увага приділена моделюванню тиристорного перетворювача і його системи імпульсно-фазового управління.

Тиристорний перетворювач при моделюванні уявлений трьома функціональними елементами: системою імпульсно-фазового управління (СІФУ), силовим колом перетворювача і колом навантаження перетворювача

Роботу СІФУ можна описати за допомогою функціональної схеми, наведеної на рис.1 і включаючої:

Рис. 1. Функціональна схема СІФУ.

1 - блок перетворення сигналу управління uy в кут управління ;

2 - блок перерахування куту управління в еквівалентний йому часовий інтервал _t;

3 - блок контролю точки природної комутації (з включенням вузла синхронізації працюючих фаз);

4 - блок логіки вибору комплекту ТП (з урахуванням безструмової паузи при переключенні комплектів) і включення перетворювача з потрібним кутом;

5 - силове коло реверсивного перетворювача (групи вперед - в, назад - н);

6 - коло навантаження перетворювача;

7 - блок контролю стану тиристорів ТП (по напрузі на тиристорах u) і струму в колі навантаження i_н.

Вихідна напруга ТП визначається величиною і знаком сигналів управління з використанням апарату функцій, що переключають, і може бути записана в наступному вигляді:

для першого комплекту ТП

; (1)

для другого комплекту

, (2)

де u1, u2, u3 - відповідно, миттєві значення фазної напруги першої, другої та третьої фаз живлючої мережі або вторинної обмотки трансформатора;

F1-F12 - функції, що переключають та визначають включений або відключений стан тиристорів, відповідно, від першого до дванадцятого (см принципову схему приводу - рис.2).

Рис.2. Принципова схема електроприводу

Так, якщо працює перший комплект ТП і відкриті тиристори VS1 і VS6, то

. (3)

При зміні куту управління відбувається часовий зсув (відносно моменту природної комутації) моменту привласнення функціям, що переключають, потрібного значення. Випрямлена напруга u_тп відповідного комплекту прикладається до якоря двигуна.

Описана методика моделювання аномальних режимів перетворювача в системі ТП-Д, таких як вихід з ладу тиристора, обрив фази, коротке замикання в якірному колі, раптове відключення напруги в ланцюзі первинної обмотки живлючого трансформатора та інші. Для дослідження подібних аварійних режимів в склад моделі включені блоки:

моделювання аномальних режимів з завданням типу режиму і часу його початку;

обчислення середньоквадратичного значення струму;

обчислення термічного показника i²t.

Означені блоки поширюють можливості розробленої математичної моделі при дослідженні як стаціонарних, так і аномальних режимів системи ТП-Д, забезпечуючи її універсальність. Алгоритм функціонування математичної моделі представлений на рис.3.

Модель дозволяє задавати тривалість процесу t_k, що досліджується, тип і час виникнення аварійного режиму. Для цього в моделі передбачений блок 1, що запам'ятовує заданий тип аварійного режиму і видає команду на перехід до частини моделі, що імітує вибраний аварійний режим. Блок 2 здійснює контроль за станом тиристорів і струмом в обмотках трансформатора і кола навантаження. Він погоджує свою роботу з блоком 1 і дає дозвіл на прояв реакції приводу на заданий аномальний режим, властивості якого закладені в блоці 3. Далі вступають в чинність інші блоки, що стежать за наслідками виниклого аномального режиму. До них відносяться блоки: - 4, що фіксує максимальне значення i_max і 5, що обчислює середньоквадратичне значення струму I_ск; - 6, термічного показника i²t; - 7, що розраховує та фіксує максимальне значення динамічного моменту в ланках пружної кінематики М_уmax; - 8, що моделює роботу передбачених у силовому колі захисних пристроїв (швидкодіючі запобіжники, автоматичні вимикачі і контактори).

Адекватність математичної моделі перевірена шляхом зіставлення результатів розрахунку з експериментами на механізмі підйому контейнерного перевантажувача (КП) Іллічівського морського торгового порта. Експериментальні і розрахункові осцілограми струму i_дв і швидкості _дв двигуна при підйомі номінального вантажу наведені на рис.4.

Третій розділ присвячений дослідженню впливу аномальних режимів перетворювача на динамічні, статичні і енергетичні характеристики приводу. Проаналізовано вплив на дієздатність тиристорного приводу аномальних режимів перетворювача і мережі, живлючої перетворювач.

Досліджено вплив характеру несправності перетворювача на зміну діючого значення струму двигуна при різноманітних режимах роботи приводу. Встановлено, що при несправностях перетворювача зростає діюче значення струму, причому величина його приросту (викликаючи додаткові втрати в двигуні і струмоведучих частинах) залежить від характеру несправності і режиму роботи приводу. Так, наприклад, на приводі підйому КП обрив фази мережі, живлючої перетворювач, що відбувається при підйомі номінального вантажу, викликає зростання діючого значення струму двигуна при розгоні на величину I=14%, а в сталому режимі - I=14, 4%. Обрив плеча мосту перетворювача при розгоні характеризується величиною I=12.4% а в сталому режимі - I=19.7%.

а)

б)

Рис.4. Підйом номінального вантажу:

а - експеримент; б - розрахунок на моделі

Тут

I= (Iаном-Iнор) /Iнор 100%, (4)

де Iаном, Iнор - діючі значення струму в аномальному і нормальному режимах;

Показане, що при таких несправностях перетворювача, як обрив фази, живлючої перетворювач, або обрив плеча мосту, привод при підйомі вантажу залишається принципово дієздатним і здатен завершити технологічну операцію, що виконується. Однак при обриві фази при підйомі номінального вантажу, внаслідок зміни схеми випрямлення, відбувається зменшення сталої швидкості підйому. Також дієздатним залишається привод при опусканні вантажу і обриві фази живлючої мережі. Однак, якщо при опусканні вантажу відбувається обрив плеча мосту, то при роботі перетворювача з кутом управління більше 120 ел. гр. відбувається перекидання інвертора.

Досліджений вплив величини електромагнітної сталої часу якірного кола (Т_як) на діюче значення струму двигуна і продуктивність механізму при різноманітних аномальних режимах перетворювача, причому прийняте, що зміна величини Т_як здійснюється шляхом включення додаткової індуктивності в якірне коло двигуна. Досліджене зменшення діючого значення струму якірного кола в функції відносного значення індуктивності якірного кола L для різноманітних аномальних режимів, подібних вище розглянутим; результати наведені в вигляді залежностей величини .

100%; (5)

де I_{ск. ан} (L_б) - діюче значення струму якоря двигуна при аномальном режимі при базовій індуктивності кола якоря;

I_{ск. ан} (L_доб+ L_б) - діюче значення струму якоря двигуна в тому ж режимі після включення додаткової індуктивності в коло якоря;

; (6)

L_б - базова (вхідна) індуктивність якірного кола (без додаткової індуктивності L_доб).

Для ілюстрації на рис.5 показано залежності при обриві плеча мосту перетворювача під час розгону (1) і в сталому режимі (2) під час підйому номінального вантажу, а на рис.6 - при обриві фази мережі. Характер залежностей свідчить про те, що при обриві плеча мосту збільшення індуктивності з метою зниження струму доцільно до L =3, а при обриві фази - до L =2.

Рис.5. Залежності при обриві плеча мосту перетворювача.

Рис.6. Залежності при обриві фази мережі.

Під час аналізу впливу величини додаткової індуктивності якірного кола на продуктивність механізму при аварійних режимах перетворювача встановлено, що включення такої додаткової індуктивності в коло якоря при аномальних режимах, за яких привод залишається дієздатним для завершення технологічної операції, збільшує тривалість циклу роботи механізму. Результати дослідження зведені в табл.1 і табл.2.

Таблиця 1

Залежність продуктивності механізму від величини додаткової індуктивності при обриві плеча мосту

Таблиця 2

Залежність продуктивності механізму від величини додаткової індуктивності при обриві фази мережі, живлючої перетворювач

Розглянуто наступний цикл роботи контейнерного перевантажувача:

1) підйом номінального вантажу з номінальною швидкістю;

2) пересування візка;

3) опускання номінального вантажу з номінальною швидкістю;

4) підйом спредера (без контейнера) з максимальною швидкістю;

5) пересування візка;

6) опускання спредера з максимальною швидкістю.

В таблицях позначені:

- коефіцієнт продуктивності механізму,

де , - тривалості циклу роботи КП в нормальному і аномальному режимах, відповідно.

Під час розрахунку тривалості циклу при аномальному стані визначено, що для завершення технологічної операції привод буде працювати тільки в припустимих режимах.

Досліджено вплив параметрів пружної кінематики на динамічні навантаження в ланках кінематичного ланцюга при різноманітних аварійних режимах. Вище позначено, що модель дозволяє виконання досліджень процесів в n-масовій електромеханічній системі. Відомо, що для більшості приводів вантажопідйомних машин припустиме їхнє подання у вигляді двомасової системи з урахуванням внутрішнього в'язкого тертя; тому при означених дослідженнях приймаємо n=2.

Встановлене, що робота приводу при розглянутих аномальних режимах перетворювача характеризується підвищеною імовірністю резонансних явищ в електромеханічній системі. Для ілюстрації, щодо приводу підйому КП, побудовані залежності коефіцієнта динамічності k_д (відношення максимального значення пружного моменту до його середнього значення) від височини підйому вантажу Н при роботі привода з обривом плеча мосту ТП - рис.7 і обриві фази мережі - рис.8. Максимальна височина підйому КП складає

Рис.7. Залежність k_д=f (H) при обриві плеча мосту перетворювача.

Рис.8. Залежність k_д=f (H) при обриві фази мережі.

При підйомі або опусканні вантажу з різної височини початкова величина жорсткості канатів залежить від височини підйому, тому, як виходить з залежності (рис.7) при значеннях височини підйому, що перевищують 38m, механізм несе додаткове перевантаження, а при підйомі вантажу, починаючи з височини 40.9 m, виникають резонансні явища (kд>9); це пояснюється тим, що при цій височині канати мають жорсткість, відповідну частоті коливань двомасової системи f12 біля 50Hz, що співпадає з частотою коливань моменту (струму) двигуна. З залежності (рис.8) випливає, що при обриві фази максимальна величина k_д не перевищує 1.25.

Четвертий розділ присвячений дослідженню процесів раптового відключення живлючої напруги і впливу його наслідків на електричну і механічну частини електроприводу при роботі останнього в різноманітних режимах. Визначені вимоги до швидкодії захисної апаратури.

При раптовому відключенні живлючої напруги характер процесів залежить від операції, що виконується приводом, і початкових умов. Очевидно, що найбільш важкі наслідки очікуються, якщо на час відключення привод працював в інверторному режимі, опускаючи номінальний вантаж з номінальною швидкістю або вантажозахватний пристрій (спредер) з підвищеною швидкістю. На рис.9 показані отримані на моделі розрахункові графіки зміни струму двигуна i_дв, швидкості двигуна _дв, а також моменту в пружній кінематиці M_у за умови, що захист буде відсутній, аварія відбулась в момент часу 1.8s і через 0.2s після відключення напруги накладуються гальма; максимальне значення струму доходить до 9.5 номінальних значень, а швидкість його зростання знаходиться у межах 300…200 I_ндв/s.

З метою зменшення небезпечних наслідків раптового відключення живлючої напруги виконане співставлення ефективності різноманітних захисних пристроїв щодо приводу підйому КП (рис.3) за варіантами:

1. Існуюча схема - ввідний автоматичний вимикач QF фірми General Electric (GE), на номінальний струм 1200А, обладнаний електромагнітним розмикачем і швидкодіючі запобіжникі FU1-FU3 в колі змінного струму, FU4, FU5 - в якірному колі двигуна. Уставка розмикача автомату QF - 5 номінальних значень струму автомату, тобто 6000A або 6 номінальних значень струму двигуна. Власний час спрацювання автомату, визначений експериментально, складає 10ms. Кожний запобіжник уявляє собою паралельне сполучення двох запобіжників по 630A, переддуговий тепловий параметр такого складеного запобіжника i²t =64kA²s, а для повного спалення - i²t =420kA²s. Контактор KMH призначений тільки для комутації якірного кола.

Рис.9. Аварійний процес в приводі при відключеному захисті.

2. Існуюча схема, але замість звичайного контактора KMH в якірному колі встановлений швидкодіючий контактор типу CR3-…B102 фірми Telemecanique з електронною системою управління, що передбачає нульову за напругою та максимальну за струмом види захисту. Час відключення контактору під чинністю захисту - 6ms.

3. Існуюча схема, але замість ввідного автомату фірми GE встановлений швидкодіючий автоматичний вимикач типу ВА47М, розроблений і випробуваний на міжвідомчих іспитах в Україні ще в 1990 році. Власний час спрацювання автомату - не більш 2ms.

Результати порівняльного аналізу трьох варіантів захисту наведені на рис.10. По осі абсцис відкладені в відносних одиницях струми уставки відсікання I_уст/I_ндв, а по осі ординат - параметр теплового впливу i²t. Номери ліній 1-3 відповідають номеру варіанту захисту, а горизонтальна пунктирна лінія 4 показує рівень теплового впливу, при якому згорають запобіжники.

По варіанту 1 при уставці відсікання, що дорівнює 4.5, відбувається (з урахуванням власного часу 10ms) одночасне спрацювання автомату і перегорання запобіжників; для того, щоб упередити згоряння запобіжників, уставка відсікання автомату повинна бути не більш 4. Однак уставка такої величини не передбачена конструкцією автомату і основна функція захисту по цьому варіанту покладена на запобіжники. По варіанту 2, зважаючи на більш високу швидкодію контактора, уставка відсікання може бути збільшена до 5, а для швидкодіючого автомату (варіант 3) забезпечується вибіркова робота захисту навіть при уставці відсікання, що дорівнює 6.

Рис.10. Порівняння варіантів захисту.

Таким чином, варіанти 2 і 3, окрім реалізації захисту на більш обереж-ному рівні, (см табл.3), дозволяють принципово змінити характер захисних пристроїв, відмовившись від апаратів одноразової дії на користь апаратів багаторазової дії.

Таблиця 3

Струми при відключенні i_вiдк (кА) по трьом варіантам захисту

При такому рішенні зменшуються простої обладнання і витрати на придбання нових запобіжників, взамін тих, що згоріли, ціна яких вимірюється сотнями гривень. При засвоєнні виробництва автоматів типу ВА47М необхідно однозначно віддати перевагу третьому варіанту захисту силових ланцюгів. Відзначимо також, що з підвищенням швидкодії захисту зменшується не тільки термічна чинність струму, але і величина струму в момент спрацювання захисту. На час відключення якірне коло накопичує електромагнітну енергію, величина якої пропорційна квадрату струму і відбивається на рівні перенапруги при спрацюванні захисту.

В додатках до дисертаційної роботи наведені параметри приводу механізму підйому контейнерного перевантажувача, розрахункові параметри механічної і електричної частин, синтез регуляторів системи управління, результати моделювання і експериментальних досліджень, а також документи щодо практичного використання результатів досліджень.

Проведені дослідження приводу підйомних механізмів, виконані за допомогою розробленої універсальної математичної моделі приводу за системою ТП-Д і запропонованої методики аналізу статичних і динамічних властивостей приводу при аномальних режимах перетворювача і живлючої мережі. В результаті досліджень:

1. Встановлено, що при підйомі вантажу і виникненні несправності перетворювача, що полягає в обриві плеча мосту або обриві фази живлючої мережі, привод залишається принципово дієздатним і спроможним завершити технологічну операцію, що виконується. Також дієздатним залишається привод при опусканні вантажу і обриві фази живлючої мережі. Якщо під час опускання вантажу відбувається обрив плеча мосту, то при роботі приводу зі швидкістю, яка відповідає куту управління перетворювача більш 120 ел. град., відбувається перекидання інвертору.

2. Показано, що при роботі приводу з такими несправностями, як обрив фази мережі, живлючої перетворювач, або обрив плеча мосту, величина діючого значення струму двигуна зростає і залежить від характеру несправності, викликаючи додаткові втрати в якорі двигуна і струмоведучих частинах. При цьому привод характеризується підвищеною імовірністю резонансних явищ в механічній частині електромеханічної системи.

3. Показано, що включення додаткової індуктивності в якірне коло двигуна, що зменшує електричні втрати в силовому колі при аномальних режимах перетворювача, водночас суттєво знижує продуктивність механізму.

4. В результаті дослідження процес раптового відключення живлючої напруги при роботі перетворювача в інверторному режимі, встановлено:

максимальні величини струмів, очікувані при опусканні як номінального вантажу (з номінальною швидкістю), так і вантажозахватного пристрою (з максимальною швидкістю), приблизно однакові і досягають 9.5 номінальних значень. Однак, внаслідок опускання вантажозахватного пристрою з максимальною швидкістю, цей аварійний режим виявляється більш небезпечним для колектора двигуна і може призвести до кругового вогню.

автоматичні вимикачі, що серійно випускаються ведучими електро-технічними фірмами, мають власний час спрацювання 10-20ms; їхня порівняно низька швидкодія не дозволяє забезпечити ефективний вибірковий захист приводу ТП-Д при різноманітних аномальних режимах перетворювача і мережі. Показано, що з метою підвищення ефективності захисту в умовах нестабільного електропостачання необхідно використовувати серійні контактори з часом спрацювання 6ms або автоматичні швидкодіючі вимикачі з часом спрацювання до 2ms (по мірі засвоєння їхнього виробництва), що дозволяє відмовитися від дорогих швидкодіючих запобіжників - приладів одноразової дії, а також знизити термічний вплив на струмоведучі частини і рівень перенапруження при спрацюванні захисту.

5. Результати розрахунку, отримані за допомогою математичної моделі, використовуються електротехнічним персоналом відділу механізації Іллічівського морського торгового порта при виконанні робіт по технічному обслуговуванню, аналізу виниклих несправностей і налагодженню тиристорних електроприводів контейнерніх перевантажувачів фірми KONE.

6. Створена математична модель використана в інституті проблем атомних станцій при аналізі варіантів приводів перевантажувальної машини для АЕС з реакторами ВВЕР-1000. Її застосування дозволило прискорити проектування приводів, уточнити їхні статичні і динамічні характеристики, а також перевірити настройку регуляторів.

Список опублікованих праць здобувача за темою дисертації

1. Радимов С.Н., Хишам Букили, Хандакжи К.А. Математические модели регулируемых приводов постоянного и переменного тока грузо-подъемных машин. // Електромашинобудування та електрообладнання. Респ. міжвід. наук. - техн. зб. - 1997. - Вип.49. - С.27-32.

2. Хандакжи К.А. Математическая модель электропривода ТП-Д механизма подъема контейнерного перегружателя. // Електромашинобудування та електрообладнання. Респ. міжвід. наук. - техн. зб. - 1997. - Вип.49. - С.32-37.

3. Хандакжи К.А. Исследование аварийных режимов преобразователя тиристорного электропривода механизма подъема на математической модели // Електромашинобудування та електрообладнання. Респ. міжвід. наук. - техн. зб. - 1998. - Вип.50. - С.33-36.

4. Хандакжи К.А. Исследование аварийных режимов преобразователя тиристорного электропривода механизма подъёма с учетом упругой кинематики на математической модели // Електромашинобудування та електрообладнання. Респ. міжвід. наук. - техн. зб. - 1999. - Вип.52. - С.42 - 44.

Анотації

Хандакжи К.А. Електропривід підйомних механізмів за системою ТП-Д при аномальних режимах роботи перетворювача. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 - електротехнічні комплекси та системи. - Державний університет "Львівська політехніка", Львів, 1999.

Дисертація присвячена обгрунтуванню вимог до швидкодії приладів захисту силових кіл приводу за системою ТП-Д підйомних механізмів від аварійних струмів, що виникають при різноманітних аномальних режимах тиристорного перетворювача. Особлива увага приділена аварійним процесам в приводі, що відбуваються при раптовому відключенні живлючої напруги. Проведено порівняльний аналіз ефективності сучасних швидкодіючих пристроїв захисту від аварійних струмів, видані рекомендації щодо підвищення ефективності захисту. Розроблена універсальна математична модель, що дозволить досліджувати нормальні і аварійні режими приводу. Модель використовується на виробництві при аналізі процесів, що відбуваються в приводі і в науково-дослідній організації при виборі варіантів приводу.

Ключові слова: підйомні механізми, тиристорний електропривід, аномальні режими перетворювача і мережі, швидкодія пристроїв захисту.

Хандакжи К.А. Электропривод подъемных механизмов по системе ТП-Д при аномальных режимах работы преобразователя. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.05 - Электротехнические комплексы и системы. - Государственный университет "Львівська політехніка”, Львов, 1999.

Диссертация посвящена обоснованию требований к быстродействию устройств защиты силовых цепей привода по системе ТП-Д подъемных механизмов от аварийных токов, возникающих при различных аномальных режимах тиристорного преобразователя. Особое внимание уделено исследованию аварийных процессов привода, происходящих при внезапном отключении питающего напряжения, так как упоминания об исследовании этих процессов при обзоре литературы не обнаружены.

В главе 1 проведен обзор и анализ литературных источников (включая патентную литературу) по теме диссертации. Проанализированы существующие математические модели и методы исследования стационарных и аномальных режимов работы преобразователя и системы ТП-Д, известные способы и устройства защиты от токов перегрузки и короткого замыкания.

В главе 2 рассмотрены вопросы создания универсальной математической модели тиристорного электропривода грузоподъемных машин, предназначенной для исследования нормальных и аномальных режимов преобразователя и питающей сети. Модель учитывает работу привода при двухзонном регулировании скорости, n - массовую кинематику, фиксацию максимального и вычисление среднеквадратичного i значений тока, расчет параметра теплового воздействия i²t на элементы силовой цепи. Описаны основные и вспомогательные блоки модели, приведен алгоритм функциониро-вания модели при задании различных видов аномальных режимов и времени их начала. Представлено сопоставление результатов эксперимента и расчетных, выполненных при помощи модели, для основных режимов работы привода подъема: отличие результатов в статике не превышает 3 %, а переходных процессах - не выше 7 %.

Глава 3 посвящена исследованию влияния аномальных режи-мов преобразователя на динамические, статические и энергетичес-кие характеристики привода. Определено влияние вида аномального режима преобразователя и сети, момента его начала и характера выполняемой технологической операции на рост (на 14-20%) величины среднеквадратичного тока; получены количественные соотношения, связывающие степень снижения среднеквадратичного тока с величиной дополнительной индуктивности, введенной в силовую цепь. Проанализировано влияние на работоспособность тиристорного привода подъемного механизма аномальных режимов преобразователя и сети, питающей преобразователь. Определено снижение работоспособности привода (на 10-20%) в зависимости от вида аномального режима и выполняемой технологической операции и влияние на нее дополнительной индуктивности силовой цепи.

Глава 4 посвящена исследованию процессов внезапного отключения питающего напряжения и влияния его последствий на электрическую и механическую части электропривода при работе последнего в различных режимах. Проанализированы три варианта построения защиты силовых цепей при протекании аварийного тока, основанные на быстродействующих предохранителях, контакторах фирмы Telemecanique (собственное время срабатывания до 6ms) и автоматических выключателях ВА47М (полное время при отключении до 2ms), разработанных и испытанных на предприятиях Украины; показаны преимущества третьего и второго вариантов и обоснованы требования к быстродействию защитной аппаратуры.

В выводах отмечено, что получены новые научно обоснованные результаты, обеспечивающее повышение надежности тиристорных электроприводов подъемных механизмов при возникновении аномальных режимов преобразователя и внезапных отключениях питающей сети.

В приложениях помещены параметры электрической и механической частей привода механизма подъема контейнерного перегружателя Ильичевского морского торгового порта (ИМТП), материалы по синтезу регуляторов системы управления, результаты моделирования и экспериментальных исследований; приведены документы, подтверждающие практическое использование результатов исследований службой механизации ИМТП при эксплуатации контейнерных перегружателей фирмы Коне и разработанной универсальной математической модели институтом проблем атомных станций при сопоставлении вариантов электропривода перегрузочной машины ядерного топлива на АЭС.