Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Труды IX Международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2016 , Пермь, 3-7 октября 2016 г

..pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
57.92 Mб
Скачать

Application of polynomial models can be used at design of shop networks of industrial power supply which reliability will satisfy to the set level of her indicators.

References

1.Gracheva E.I., Kopytova N.A. Analysis of losses of the electric power of systems of shop power supply // Problem of Power. 2011. №9/10. P. 78–85.

2.Gracheva E.I., Kopytova N.A. Analysis of structure of systems of shop power supply of the enterprises of machine-building branch // News of Higher Education Institutions. Power Problems. 2011. № 5/6.

P.73–78.

3.Konyukhova E.A. Power supply: the textbook for higher education institutions. M.: MEI Publishing House, 2014. 502 p.

4.Fedotov A.I., Gracheva E.I., Naumov O.V. Analysis of functional parameters and structure of systems of intra shop power supply // News of Higher Education Institutions. Power Problems. 2004. № 1/2.

P.99–106.

5Gracheva E.I., Safin A.R. Influence of operational characteristics of electric equipment on functional parameters of systems of intra factory power supply // Electrician. 2010. № 8. P. 29–32.

6.Gracheva E.I. Forecasting of change of resistance of contact connections of low-voltage switching devices by various methods // News of Higher Education Institutions. Power Problems. 2008. №7/8. P. 44–52.

7.Gracheva E.I., Safin A.R., Shagidullin A.V. Modeling of an assessment of an error of calculation of equivalent resistance of shop networks with use of a method of statistical tests // Electrician. 2013. № 9. P. 17–20.

Библиографический список

1.Грачева Е.И., Копытова Н.А. Анализ потерь электроэнергии систем цехового электроснабжения // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2011. № 9-10. С. 78–85.

2.Грачева Е.И., Копытова Н.А. Анализ структуры систем цехового электроснабжения предприятий машиностроительной отрасли // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2011. № 5-6.

С. 73–78.

3.Конюхова Е.А. Электроснабжение: учеб. для вузов. М.: Изд. дом МЭИ, 2014. 502 с.

4.Федотов А.И, Грачева Е.И., Наумов О.В. Анализ функциональных параметров и структуры систем внутрицехового электроснабжения // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2004. № 1-2. С. 99–106.

5.Грачева Е.И., Сафин А.Р. Влияние эксплуатационных характеристик электрооборудования на функциональные параметры систем внутрицеховогоэлектроснабжения// Электрика. 2010. №8. С. 29–32.

6.Грачева Е.И. Прогнозирование изменения сопротивления контактных соединений низковольтных коммутационных аппаратов различными методами // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2008. № 7-8. С. 44–52.

7.Грачева Е.И., Сафин А.Р., Шагидуллин А.В. Моделирование оценки погрешности расчета эквивалентных сопротивлений цеховых сетей с использованием метода статистических испытаний //

Электрика. 2013. № 9. С. 17–20.

8.Грачева Е.И., Шагидуллин А.В., Рыбакова А.В. Особенности компоновки и технические характеристики оборудования систем внутрицеховогоэлектроснабжения// Электрика. 2013. №5. С. 25–28.

____________________________________________________________________________________________________________________________

IX Международная (XX Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2016

- 521 -

УДК 621.3

Комплект тягового электрооборудования для асинхронного электропривода мотовоза МПТГ-2

С.Н. Флоренцев, А.М. Титов, В.Н. Орлов, С.В. Байда, А.А. Белоусов

ООО «Русэлпром», Москва, Россия

Traction electric equipment set for the asynchronous electric drive of the autonomous car MPTG-2

S.N. Florentsev, А.М. Titov, V.N. Orlov, S.V. Bayda, А.А. Belousov

LLC “Ruselprom”,

Moscow, Russian Federation

Изложена методика проектирования комплекта тяго-

машин. Большой типаж путевых машин (транспортные,

вого электрооборудования (КТЭО) трансмиссии перемен-

грузовые, ремонтные, снегоочистительные и пр.) ус-

но-переменного тока для мотовоза погрузочно-транс-

ложняет их эксплуатацию, обслуживание и ремонт.

портного грузового МПТГ-2 с дизелем полной мощностью

ОАО «Тихорецкий машиностроительный завод

650 лошадиных сил. Описаны функциональная схема,

им. В.В. Воровского» по заказу ЦДИ РЖД разработал

основные параметры компонентов КТЭО, результаты

моделирования, проектирования, стендовых, полигонных

универсальный погрузочно-транспортный грузовой

и сертификационных испытаний МПТГ-2.

четырехосный мотовоз МПТГ-2 с дизелем полной

A design technique of the traction electric equipment set

мощностью 650 лошадиных сил, с наличием в его со-

ставе крана, манипулятора, платформы для перевозки

(TEES) of AC transmission for the autonomous car of loading

грузов, кабины для перевозки рабочей бригады, обслу-

and transport cargo MPTG-2 with the full capacity 650 hp.

живания двух прицепных четырехосных платформ, пи-

diesel are state. The function chart, key parameters of the

TEES components, results of modeling, design, bench, polygon

тания потребителей электроэнергией 380/200 В, 50 Гц

and certified tests of MPTG-2 are described.

в полевых условиях.

Ключевые слова: асинхронный тяговый электропривод,

Для обеспечения выполнения требований заказчи-

ка по обеспечению высоких тягово-динамических ха-

асинхронный генератор, тяговый асинхронный двигатель,

рактеристик, производительности, управляемости,

силовые преобразователи частоты, алгоритмы управления.

Keywords: asynchronous traction electric drive, asynchronous

экономичности по расходу топлива нами было пред-

ложено создать комплект тягового электрооборудова-

generator, traction asynchronous motor, power frequencycon-

ния электромеханической трансмиссии переменно-

verters, control algorithms.

переменного тока в составе асинхронного мотора-

 

ВВЕДЕНИЕ

генератора, четырех тяговых электродвигателей, си-

ловой и управляющей электроники для управления

 

Существующий парк путевых машин базируется

ими с микропроцессорным векторным управлением

в основном на гидромеханических, гидростатических

асинхронными электромашинами с индивидуальным

и электромеханических трансмиссиях переменно-пос-

(поосным) управлением тяговыми электродвигателя-

тоянного тока.

ми, контроллером верхнего уровня, системами вспо-

Возросшие требования РЖД к путевым машинам по

могательного питания и охлаждения КТЭО.

экономичности, надежности, производительности не

I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПЛЕКТА

могут быть реализованы на этих типах трансмиссий.

Кроме того, большинство гидромеханических транс-

ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

миссий закупалось за границей, и в современных эко-

Общий вид мотовоза МПТГ-2 приведен на рис. 1.

номических условиях они становятся не реализуемыми

Основные характеристики мотовоза представлены

на отечественных заводах-производителях путевых

ниже в таблице.

____________________________________________________________________________________________________________________________

IX Международная (XX Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2016

- 522 -

Рис. 1. Общий вид мотовоза МПТГ-2

Основные характеристики мотовоза МПТГ-2

Наименованиепоказателя

Значение

п/п

показателя

 

1

Мощностьсиловойустановки, кВт(лошадиные

480 (653)

силы), неменее

2

Скоростьдвижения, км/ч:

 

 

– конструкционнаянаплощадке(вснаряженном

120

 

состоянии)

 

 

 

– технологическая

0–5

 

– транспортированиявсоставепоезда

120

3

Ширинаколеи, мм

1520

4

Массаконструктивная, т, неболее

70

5

Функциональнаяитехническаяэффективность:

 

 

– подъемпутимаксимальный, преодолеваемый

40

 

мотовозомбезприцепнойнагрузки, ‰

 

 

 

– нагрузкаприцепнаямаксимальнаянаплощадке

3000

 

(прискоростинеболее60 км/ч), кН

 

 

 

– нагрузкаприцепнаямаксимальнаянауклоне10 ‰

800

 

(прискоростинеболее80 км/ч), кН

 

 

 

– грузоподъемностьсобственнойплатформы, т

8,0

6

Конструктивные:

 

 

– нагрузканарельсыстатическаяотосиколесной

200

 

пары, кН, неболее

 

 

 

– высотаосиавтосцепкиотУВГР, мм

1050 + 3020

 

– вместимостькабины, включаяобслуживающий

15

 

персонал, чел.

 

 

 

– радиуспроходимыхкривыхминимальный

150

 

(прискоростидвижениянеболее7 км/ч), м

 

 

Для определения требований ко всем компонентам КТЭО и реализации заданных характеристик мотовоза были проведены тягово-динамические расчеты с использованием созданного в ООО «Русэлпром-Электропри- вод» специального программного обеспечения.

На рис. 2 приведены графики расчета разгона МПТГ-2 (платформа без прицепной нагрузки) до скорости 115 км/ч на уклоне 0 ‰. При ограничении мощности на тягу от ДВС на нулевом уклоне время разгона до скорости 115 км/ч составляет 2,5 мин.

По результатам тягово-динамических расчетов получены следующие требования к тяговым асинхронным двигателям (ТАД):

длительная мощность – 75 кВт;

число оборотов ТАД на скорости мотовоза 100 км/ч–

3031 об/мин;

между ТАД и колесом диаметром 1,05 м стоит редуктор 1:6;

Рис. 2. Графики расчета разгона мотовоза МПТГ-2

кратковременный момент – 1300 Нм (рассчитан для максимальной загрузки на наибольшем преодолеваемом уклоне);

максимальная мощность – 91,7 кВт (рассчитана по максимальной мощности, доводимой в КТЭО от ДВС до ТАД).

Ниже приведены результаты расчетов при других условиях:

уклон 0 ‰:

90 км/ч, прицеп 80 т (4 оси) – время разгона 195 с, путь 3336 м;

50 км/ч, прицеп 300 т (16 осей) – время разгона

150 с, путь 1290 м;

уклон 5 ‰:

90 км/ч, прицеп 40 т (4 оси) – время разгона 255 с, путь 4830 м;

50 км/ч, прицеп 160 т (8 осей) – время разгона

141,5 с, путь 1310 м;

30 км/ч, прицеп 300 т (16 осей) – время разгона

101 с, путь 470 м;

уклон 15 ‰:

50 км/ч, прицеп 70 т (4 оси) – при максимальной мощности ДВС на тягу 440 кВт, время разгона 187 с максимальная скорость составит 51,9 км/ч, путь 2020 м;

30 км/ч, прицеп 150 т (8 осей) – время разгона 116 с (макс. скорость 33 км/ч), путь 610 м;

уклон 30 ‰:

50 км/ч, прицеп 20 т (4 оси) – при максимальной мощности ДВС на тягу 440 кВт максимальная скорость составит 42,9 км/ч, разгон до 40 км/ч – 69 с;

30 км/ч, прицеп 70 т (4 оси) – при максимальной мощности ДВС на тягу 440 кВт максимальная скорость составит 28,7 км/ч.

Примечание: число осей более 4 указывает на соответствующую прицепную нагрузку.

Функциональная схема КТЭО для мотовоза МПТГ-2 представлена на рис. 3.

Асинхронный генератор спроектирован под параметры применяемого ДВС с учетом возможностей двухквадрантного преобразователя частоты для управ-

____________________________________________________________________________________________________________________________

IX Международная (XX Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2016

- 523 -

Рис. 3. Блок-схема КТЭО МПТГ-2

ления генератором (на рис. 3 блок силовой электроники БСЭ АМГ).

Применение асинхронного генератора позволило обеспечить работу ДВС в оптимальном по топливной эффективности режиме во всех режимах работы мотовоза как на предельных, так и на частичных характеристиках. При этом на любых оборотах ДВС обеспечиваются необходимое быстрое регулирование и стабилизация напряжения на шине постоянного тока.

Кроме того, в режимах торможения мотовоза механическая энергия торможения, преобразованная в электрическую энергию тяговыми электродвигателями и их преобразователями, может быть использована для компрессионного торможения дизелем при работе АМГ в режиме двигателя (второй квадрант работы БСЭ АМГ).

На рис. 4 для примера приведены предельные характеристики ДВС, показывающие, что необходимую от ДВС мощность можно получить на оборотах с минимальным расходом топлива. В традиционных дизельгенераторных установках частота вращения ДВС постоянна. Используя такие предельные и поле частичных характеристик, была определена регулировочная характеристика (зависимость мощности от числа оборотов ДВС), оптимальная по минимуму потребления топлива. Эта зависимость реализуется в КТЭО контроллером верхнего уровня (КВУ). Экономия топлива в режимах работы мотовоза составляет до 30 %.

Рис. 4. Предельные характеристики ДВС

Четыре тяговых асинхронных двигателя (ТАД) – по два на каждой тележке – управляются от индивидуальных четырехквадрантных преобразователей частоты (см. БСЭ ТАД на рис. 3), реализованных, как и в БСЭ АМГ, на интегральных интеллектуальных силовых

____________________________________________________________________________________________________________________________

IX Международная (XX Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2016

- 524 -

преобразователях SKAI2 с жидкостным охлаждением. Контроллеры силовых преобразователей в БСЭ на базе аналого-цифровых сигнальных процессоров управляют каждый двумя преобразователями и реализуют алгоритмы векторного управления АМГ и ТАД.

КВУ связан по CAN-шине со всеми компонентами КТЭО, а также с системами мотовоза:

через автоматизированную систему контроля и управления мотовоза (АСКУМ) с органами управления и индикации в кабине машиниста;

с контроллером ДВС по CAN-каналу (протоколу J1939) для оптимального управления оборотами ДВС;

с комплексным локомотивным устройством безопасности (КЛУБ);

с пультом аварийного управления (на схеме не показан) дляуправления КТЭО мотовозаприотказеАСКУМ;

с DC/AC преобразователем 3×380/220 В, 50 Гц, обеспечивающим переменным напряжением питание вспомогательных систем мотовоза – электродвигателей компрессоров, насосов гидростанций, освещения, кондиционеров, отопителей и пр.;

с контроллерами БСЭ АМГ и ТАД по протоколу

CANOpen.

Как ивовсех предыдущих проектахООО «РусэлпромЭлектропривод», была разработана и применяется в составе КТЭО сервисная вычислительная система (СВС), позволяющая контролировать переменные во всех системах КТЭО и ДВС, выводить их врежиме онлайн в удобном виде отладки, архивировать их, записывать аварийные логи для последующего анализа причин аварии Вид одногоизэкранов СВСприведен нарис. 5.

На основании тягово-динамических расчетов и результатов математического моделирования элементов КТЭО были сформированы требования ко всем компонентам КТЭО: АМГ, ТАД, БСЭ, – оформленные в виде частных технических заданий. При разработке КД на все компоненты КТЭО учитывались также требования к их габаритно-присоединительным размерам для установки на мотовоз. Эта итерационная задача решалась в тесном взаимодействии разработчиков КТЭО с разработчиками самого мотовоза.

Рис. 5. Экран СВС

II.РЕЗУЛЬТАТЫ СТЕНДОВЫХ

ИПОЛИГОННЫХ ИСПЫТАНИЙ

Комплект тягового электрооборудования был изготовлен, отлажен и испытан на испытательном стенде во всех предельных режимах работы мотовоза: трогание

сместа, имитация максимального прицепного груза на максимальном уклоне, имитация максимальной скорости, имитация максимальной загрузки на всех уклонах

смаксимальной достигаемой скоростью.

а

б

в

Рис. 6. Осциллограммы стендовых испытаний КТЭО мотовоза МПТГ-2: а – режимные параметры АМГ при разгоне мотовоза с прицепом до 60 км/ч; б – режимные параметры ТАД1 при разгоне мотовоза до 80 км/ч; в – параметры подсистемы управления обменной мощностью при разгоне мотовоза с прицепом до 60 км/ч

____________________________________________________________________________________________________________________________

IX Международная (XX Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2016

- 525 -

Вкачестве имитатора ДВС использовалась гонная машина, управляемая от частотного преобразователя, обеспечивающего задание во всей области моментов искоростей наАМГврежиметягиирекуперационноготорможения.

Вкачестве нагрузочных машин для ТАД использовались нагрузочные электромашины, управляемые от частотных преобразователей, обеспечивающих все поле моментов и скоростей в режиме тяги и торможения.

На рис. 6 приведены примеры осциллограмм стендовых испытаний КТЭО мотовоза МПТГ-2.

Все оборудование КТЭО было смонтировано на мотовозе, который в сентябре 2015 года демонстрировался на «ЕХРО-1520» в Щербинке, где получил высокую

оценку посетителей и руководства РЖД.

При проведении сертификационных и приемочных испытаний мотовоза МПТГ-2 во ВНИКТИ (Коломна) было подтверждено выполнение всех требований к мотовозу в части тягово-динамических характеристик.

Были получены следующие основные результаты:

достижение максимальнойтяги при трогании с места (реализуемыймоментнаТАДв1300 Нм);

устойчивое поддержание заданной скорости мотовоза в диапазоне от 0 до 100 км/ч при вариации силы сопротивлениядвижению, втомчисле на уклонах иповоротах;

разгон мотовоза без прицепной нагрузки (с дополнительным грузом на платформе в 6 т) до скорости 113 км/ч не более чем за 5 мин;

разгон мотовоза с прицепной нагрузкой в 330 т до скорости 70 км/ч.

Отмечены хорошая управляемость, плавное трогание с любой нагрузкой на всех допустимых уклонах, которые были не достижимы в мотовозах с гидромеханической трансмиссией.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты сертификационных испытаний мотовоза МПТГ-2 с автоматической без перерыва потока мощности (CVT) электромеханической трансмиссией перемен- но-переменного тока с асинхронным индивидуальным электроприводом колес и асинхронным генератором дают хорошие предпосылки для внедрения подобных электромеханических трансмиссий в другие виды путевой техники: автомотриссы АДМ, укладочные краны, снегоуборочные машины, щебнеочистительные и выправочно- подбивочно-рихтовочные машины, специальный подвижной состав. Отдельные компоненты КТЭО могут быть применены в составе КТЭО для маневровых и гибридных маневровых тепловозов.

____________________________________________________________________________________________________________________________

IX Международная (XX Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2016

- 526 -

УДК 621.3

Гибридная силовая установка укладочного крана УК-25/25 с электромеханической трансмиссией переменно-переменного тока

С.Н. Флоренцев, М.Е. Шор, А.М. Титов, С.В. Байда, А.А. Уваров

ООО «Русэлпром», Москва, Россия

The hybrid power sytem of the laying crane UK-25/25 with electromechanical AC/AC transmission

S.N. Florentsev, M.E. Shor, A.M. Titov, S.V. Bayda, A.A. Uvarov

LLC “Ruselprom”,

Moscow, Russian Federation

Изложены принципы проектирования комплекта тягового электрооборудования (КТЭО), управления механизмами крана и перемещения траверсы (УМКиПТ). Приведены результаты тягово-динамических расчетов работы крана. Описана функциональная схема КТЭО УМК и ПТ, основные характеристики всех компонентов.

The principles of designing a set of traction electric equipment (KTEO), crane control mechanisms and the crosshead (UMKiPT). The results dynamic calculations trailer crane work. We describe a functional diagram KTP CMD and PT, the main characteristics of all the components.

Ключевые слова: комбинированная (гибридная) силовая установка, асинхронный тяговый электропривод, асинхронный генератор, силовые преобразователи частоты, алгоритмы управления.

Keywords: combined (hybrid) power system, asynchronous traction electric drive, asynchronous generator, power frequency converters, control algorithms.

Ранее применявшийся тяговый электропривод постоянного тока, устаревший технически и идеологически, оказался не стыкуем с приводом переменного тока для крановых применений.

АО «Калугапутьмаш» производит укладочный кран УК-25/25, в котором используются две дизель-генера- торные установки на базе дизелей ЯМЗ-238-ДИ и синхронных генераторов мощностью 150 кВт, тяговый электропривод постоянного тока и частотно-управляе- мый асинхронный привод подъема и опускания груза и перемещения траверсы крана. Тяговый привод при-

меняется только при выполнении крановых работ на скорости до 15 км/ч.

Для выполнения требований заказчика по обеспечению высоких тягово-динамических характеристик, производительности, управляемости, экономичности по расходу топлива нами было предложено создать комплект тягового электрооборудования в составе асинхронного мотора-генератора, четырех тяговых асинхронных электродвигателей, трех асинхронных крановых электродвигателей, силовой и управляющей электроники для управления асинхронными электромашинами с микропроцессорным векторным управлением асинхронными электромашинами, контроллером верхнего уровня, системами вспомогательного питания и охлаждения и комбинированной (гибридной) силовой установкой. Для этого в дополнение к первичным источникам энергии– дизель-генераторным установкам– на шину постоянного тока подключается буферный накопитель энергии. При опускании груза (клети железнодорожного пути) механическая энергия рекуперируется и запасается в накопителе. Эта энергия используется на следующем этапе работы крана– поднятии пустой траверсы. Таким образом, в циклическом режиме работы крана (поднятии и опускании) энергияотДВСпрактическинепотребляется.

Общий вид укладочного крана приведен на рис. 1. Его основные характеристики укладочного крана представлены в табл. 1.

Особенностью работы крана является периодический характер его работы как в тяговых, так и в технологических (крановых) операциях. Типовая циклограмма работы приведена на рис. 2.

____________________________________________________________________________________________________________________________

IX Международная (XX Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2016

- 527 -

Рис. 1. Общий вид укладочного крана

 

 

 

 

Таблица 1

 

 

Основные характеристики укладочного крана

 

 

 

 

 

 

 

 

Показатели

 

Значение

п/п

 

 

 

 

 

1

Мощность силовой установки, кВт (л.с.), не менее

 

2×150 кВт

 

 

Максимальная скорость передвижения крана:

 

 

 

2

– при транспортировании в составе поезда

 

80

 

 

 

– самоходом при выполнении технологических

 

 

 

 

 

операций

 

15

 

3

Ширина колеи, мм

 

1520

 

4

Масса конструктивная, т, не более

 

130

 

5

Масса с 6 клетями и платформой прикрытия, т

 

275

 

(минимальный состав при укладке)

 

 

6

Максимальная сила тяги при трогании, кН

 

125,5

 

7

Количество ведущих осей

 

4

 

8

Допустимые уклоны железнодорожного пути, ‰

 

35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Типовая циклограмма работы укладочного крана

Согласно циклограмме перемещение крана и укладка клети разделены по времени, в обоих случаях можно ожидать значительного повышения экономичности за счет рекуперации энергии в накопитель.

Для реализации заданных характеристик укладочного крана и получения требований к тяговому, крановым приводам и к накопителю были проведены тяговодинамические расчеты с использованием разработанной в ООО «Русэлпром-Электропривод» программы. Расчеты, проведенные с их помощью для тягового оборудования (минимальный состав) при движении на ровном участке и в горку 35 ‰, а также для состава из 3 платформ

и 2 пачек клетей, дали следующие результаты для тягового двигателя:

• предельные характеристики:

максимальный кратковременный момент для обеспечения заданной пусковой силы тяги – 950 Нм;

максимальная мощность, необходимая для движе-

ния порожнего крана со скоростью 15 км/ч в горку

35 ‰, – 56 кВт;

• требования исходя из циклового характера работы (минимальный состав поезда: кран, платформа прикрытия, 6 клетей; вес состава – 250 т; горизонтальный участок пути):

момент тягового двигателя при разгоне–торможе- нии – 300 Нм;

энергия, запасаемая в накопителе, – 515 кДж;

• то же при работе с уклоном 35 ‰:

момент тягового двигателя – 820 Нм;

энергия, запасаемая в накопителе, – 518 кДж;

• то же при работе с 3 платформами и дополнительной стопкой клетей (вес состава – 404 т) на горизонтальном участке:

момент тягового двигателя при разгоне–торможе- нии – 470 Нм;

энергия, запасаемая в накопителе, – 800 кДж.

Во всех перечисленных случаях система охлаждения должна обеспечивать охлаждение тягового двигателя в цикле работа/останов 25/70 с при равномерном разгоне/торможении с указанным моментом до

660 об/мин.

Основные параметры и режимы работы механизмов крана:

• механизм подъема груза:

грузоподъемность – 25 т;

вес траверсы – 4 т;

высота подъема груза – 4,5 м;

скоростьподъема/спусканоминальногогруза– 0,25 м/с;

минимальное время разгона/торможения –1,5 с;

диапазон регулирования – 1:10;

количество лебедок в механизме подъема груза – 2;

передаточное редуктора лебедки – 15,5;

КПД лебедки – 0,85;

тормоза подъем 1,2 типа ТКГ300;

• механизм перемещения траверсы:

допустимые уклоны ж/д пути – до 3,5 град;

расстояние перемещения траверсы – 15,5 м;

максимальная скорость перемещения – 1,6 м/с;

минимальное время разгона/торможения – 4 с;

диапазон регулирования – 1:10;

количество лебедок в механизме перемещения – 1;

передаточное редуктора лебедки – 15,5;

КПД лебедки – 0,85;

тормоз тележки типа ТКГ300.

Временная диаграмма (циклограмма) укладки одного пакета из 6 звеньев представлена на рис. 2. Цикл занимает 610 с и включает шесть кратно повторяющихся операций: подъем звена (2 с), вынос звена (22 с), опускание звена (от 18 до 10,5 с), подъем траверсы (от 10 до 5 с) и возврат траверсы (12 с). Все указанные операции производятся последовательно.

____________________________________________________________________________________________________________________________

IX Международная (XX Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2016

- 528 -

В цикле при отсутствии накопителя пиковая мощность подъема звена (80 кВт) потребляется от ДВС в течение 2 с (цикл – 2 %), мощность до 40 кВт перемещения звена/траверсы 34 с – 36 %, при этом средняя мощность потребления от ДВС за цикл составляет порядка 16 кВт.

Баланс энергий в каждом из 6 циклов (энергия перемещения тележки неизменна; груз 25 + 4 т; *g = 284,2 кН) представленвтабл. 2.

Рассмотрим на примере расчетов циклов работы крана эффект применения накопителя энергии.

Приведенные в табл. 2 значения энергии спуска:

Еспуск – это энергия, которая при опускании груза (звена вместе с траверсой) преобразователями привода подъе-

ма передается в звено постоянного тока (ЗПТ) и принимается накопителем (рис. 3). В остальных приведенных

втабл. 2 циклических режимах энергия потребляется,

врезультате (последняя строка Ебаланс без укл.) видно, что все циклы имеют положительный баланс, т.е. энергия

от ДВС крана не потребляется. В случае максимального наклона (вверх) стрелы (предпоследняя строка в табл. 2 имеет небольшие отрицательные значения (0,59 МДж/34 с) отбором мощности от ДВС – 17,4 кВт.

Если сравнить режимы работы дизель-генераторной установки (ДГУ) при отсутствии и наличии накопителя, то, кроме экономии энергии от ДВС, еще видно, что ДВС при наличии накопителя достаточно работать на холостых оборотах, в то время как при его отсутствии

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

Баланс энергий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Циклы

1-й

2-й

3-й

4-й

5-й

6-й

Еспуск (МДж)

1,08

1,0

0,91

0,82

0,72

0,61

Епод.тр

0,14

0,13

0,11

0,10

0,09

0,08

Епод.звена

0,17

0,17

0,17

0,17

0,17

0,17

Епер.звена мах уклон

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

Епер.звена без уклона /

0,28/

0,28/

0,28/

0,28/

0,28/

0,28/

Евозрат

0,10

0,10

0,10

0,10

0,10

0,10

Ебаланс стрела с укл.

–0,18

–0,25

–0,33

–0,4

–0,49

–0,59

Ебаланс без укл.

+0,39

+0,32

+0,25

+0,17

+0,08

–0,02

ДВС должен обеспечить периодически в цикле отбор то 80, то 40 кВт. Такой пульсирующий режим его работы снижает срок службу дизеля.

Функциональная схема КТЭО для укладочного крана представлена на рис. 3.

Асинхронный генератор спроектирован под параметры применяемого ДВС с учетом возможностей двухквадрантного преобразователя частоты для управления генератором (на рис. 3 – блок силовой электроники БСЭ АМГ). Применение асинхронного генератора позволяет обеспечить работу ДВС в оптимальном по топливной эффективности режиме во всех режимах работы укладочного крана как на предельных, так и на частичных характеристиках. При этом на любых оборотах ДВС обеспечиваются необходимое быстрое регулирование (под изменяющееся напряжение суперконденсаторного накопителя) истабилизация напряжениянашине постоянноготока.

Рис. 3. Функциональная схема КТЭО для укладочного крана

____________________________________________________________________________________________________________________________

IX Международная (XX Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2016

- 529 -

Кроме того, в режимах торможения укладочного крана механическая энергия торможения, преобразованная в электрическую энергию тяговыми электродвигателями и их преобразователями, может быть использована для компрессионного торможения дизелем при работе АМГ в режиме двигателя (второй квадрант работы БСЭ АМГ).

На рис. 4 для примера приведены предельные характеристики ДВС, показывающие, что необходимую от ДВС мощность можно получить на оборотах с минимальным расходом топлива. В традиционных дизельгенераторных установках частота вращения ДВС постоянна. С использованием предельных и поля частичных характеристик была определена регулировочная характеристика (зависимость мощности от числа оборотов ДВС), оптимальная по минимуму потребления топлива. Эта зависимость реализуется в КТЭО контроллером верхнего уровня (КВУ). Экономия топлива в режимах работы крана только за счет оптимального управления ДВС составляет до 30 %.

Следующий шаг по управлению дизелем (от параметрического управления оптимальным отбором мощности) сделан путем введения адаптивного регулятора отбора мощности от дизеля в функции момента дизеля, считываемого по протоколу J1939 (проценты от момента М %), определяющего текущую загрузку дизеля. Это позволяет на любой частичной и предельной характеристике обеспечить полную загрузку дизеля, не прибегая к сезонным подстройкам, автоматически учитывая изменения в нагрузке от собственных нужд (включения/выключениям вентилятора дизеля (до 8 % мощности) и компрессора).

Четыре тяговых асинхронных двигателя (ТАД) – по два на каждой тележке – управляются от индивидуальных четырехквадрантных преобразователей частоты

Рис. 4. Предельные характеристики ДВС

(БСЭ ТАД), реализованных, как и БСЭ АМГ, на интегральных интеллектуальных силовых преобразователях SKAI2 с жидкостным охлаждением. Контроллеры силовых преобразователей в БСЭ на базе аналого-циф- ровых сигнальных процессоров управляют каждый двумя преобразователями и реализуют алгоритмы векторного управления АМГ и ТАД.

КВУ связан по CAN-шине со всеми компонентами КТЭО, обеспечивает связь с органами управления краном (радиопультом и выносным).

Как и во всех предыдущих проектах ООО «Русэл- пром-Электропривод», была разработана и применяется в составе КТЭО сервисная вычислительная система (СВС), позволяющая контролировать переменные во всех системах КТЭО и ДВС, выводить их в режиме онлайн в удобном виде отладки, архивировать их, записывать аварийные логи для последующего анализа причин аварии.

На основании тягово-динамических расчетов, энергетических расчетов крана, моделирования КТЭО были сформированы требования ко всем компонентам КТЭО: АМГ, ТАД, БСЭ, – оформленные в виде частных технических заданий. При разработке КД на все компоненты КТЭО учитывались также требования к их габарит- но-присоединительным размерам для установки на мотовоз. Эта итерационная задача решалась в тесном взаимодействии разработчиков КТЭО с разработчиками самого укладочного крана.

Для механизмов крана разработаны и изготовлены асинхронные двигатели типа 7FMTK225M6У1-УК25, номинальная мощность S1 – 35 кВт, ПВ 40 % – 45 кВт, 380 В / 50 Гц, 2р = 6. Двигатели оснащены датчиками частоты вращения и термодатчиками подшипников и статорных обмоток.

Преобразователи крановых приводов со своими системами управления полностью унифицированы с преобразователями тяговых приводов, что позволило в разработке сосредоточиться на особенностях ПО управления крановыми механизмами. Дополнительное требование повышения надежности приводов реализовывается схемой коммутации, обеспечивающей «горячий резерв» путем возможности переключать привод механизма перемещения на любой из приводов подъема и наоборот. Этот режим реализован автоматически и поддерживается ПО механизмов, позволяющим производить переключение функций типов приводов.

Структура системы управления краном содержит свой КВУ, получающий управляющую информацию от пульта (выносного или радиопульта) управления краном в виде набора логических сигналов, задающих направление и скорость движения траверсы (с грузом или без него до двойных номинальных значений), также пультом задается конфигурация приводов (переключение привода передвижения/подъема). КВУ вырабатывает выходные сигналы управления контакторами блока коммутации и толкателями тормозов механизмов (разрешая их движения), с приводами крана КВУ связан в локальную сеть по CAN-шине с протоколом обмена CANOpen, через который передаются все управ-

____________________________________________________________________________________________________________________________

IX Международная (XX Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2016

- 530 -