Автореферат (Асинхронные частотно-регулируемые электродвигатели для привода безредукторных лифтовых лебедок)

На правах рукописиКРУГЛИКОВ ОЛЕГ ВАЛЕРЬЕВИЧАСИНХРОННЫЕ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЕЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ПРИВОДА БЕЗРЕДУКТОРНЫХЛИФТОВЫХ ЛЕБЕДОКСпециальность 05.09.01 – Электромеханика и электрические аппаратыАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква - 2015Работа выполнена на кафедре электромеханики ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ»Научный руководитель:Беспалов Виктор Яковлевичдоктор технических наук, профессор,профессор кафедры электромеханики ФГБОУВО НИУ «МЭИ»Официальные оппоненты:Гольдберг Оскар Давидовичдоктор технических наук, профессор, заслуженный работник высшей школы, временноне работаетЛитвин Валерий Ивановичдоктор технических наук, профессор,Первый проректор по учебной работе ФГБОУВПО РГАЗУВедущая организация:ФГБОУ ВПО «Уфимский государственныйавиационный технический университет »Защита диссертации состоится 14 октября 2015 г.

в 13 часов 30 мин. назаседании диссертационного совета Д 212.157.19 при ФГБОУ ВО НИУ«МЭИ» по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.13, корпус Е,ауд. Е-205.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «НИУ«МЭИ».Автореферат разослан «___» ___________ 2015 годаУченый секретарьдиссертационного советаД 212.157.19 к.т.н., доцентБоровкова А.М.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. В настоящее время в России эксплуатируется более 500тыс.

лифтов различного назначения и типоразмеров. В жилищном фонде Российской Федерации эксплуатируется около 430 тыс. лифтов, 35% которых уже выработали свой ресурс и требуют срочной замены или модернизации. Следует отметить, что лифт является самым массовым транспортом в стране, поскольку практически каждый человек пользуется лифтом ежедневно. Только в Москве 125 тыс.лифтов перевозят до 25 млн. человек, а в целом по стране  до 90 млн. пассажиров.Особое место в современном оборудовании лифта принадлежит лифтовой лебедке, осуществляющей подъемно-транспортные функции и реализующей преобразование электрической энергии в механическую.

Качество характеристик преобразования энергии электроприводом лебедки определяет энергетические, регулировочные, показатели лифта, а также оказывает существенное влияние на качествои комфорт перемещения пассажиров в кабине.В конце прошлого столетия на смену традиционным лифтовым приводам с двухскоростными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором пришли привода с регулируемой скоростью, построенные по схеме «электродвигатель + автоматический регулятор скорости» на базе статических преобразователей частоты. Их интенсивному внедрению способствовали очевидные преимущества указанных систем регулируемых лифтовых приводов над релейными двухскоростными системами. Применение частотно-регулируемых электродвигателей позволило отказаться от редукторов, засчет чего уменьшились габариты и себестоимость лебедок.Различными аспектами проектирования и применения безредукторных лифтовых занимается ряд отечественных научных и производственных организаций,среди которых необходимо отметить Московский энергетический институт (МЭИ(ТУ)), Национальный исследовательский Томский политехнический университет,ОАО «НИПТИЭМ», ОАО «Компания ЭлеСи», ОАО «Могилевский лифтостроительный завод», ОАО «Щербинский лифтостроительный завод».

Из зарубежныхкомпаний отметим Otis, Kone, Tissen, Wittur и др.В работах Афонина В.И., Ланграфа С.В., Макарова Л.Н., Масандилова Л.Б.,Полянского В.П, Попова В.И., Родионова Р.В. Рикконена С.В., Фумма Г.Я. и других ученых отражены результаты научных исследований в области проектированияи эксплуатации электрических двигателей и приводов в электрооборудовании лифтовых лебедок.Несмотря на значительные успехи в развитии теории и практики созданиябезредукторных лифтовых лебедок, задачам проектирования конструкции и активной части электродвигателя лифтовой лебедки, а также алгоритмам управления таковыми электродвигателями уделено недостаточно внимания.Цель и задачи работы.

Цель работы - совершенствование техникоэкономических показателей подъемно-транспортного оборудования за счет улучшения энергетических и массогабаритных характеристик низкочастотных асинхронных двигателей, применяемых в безредукторных лифтовых лебедках с частотным управлением.Для достижения поставленной цели сформулирована научная задача: Провести теоретические и экспериментальные исследования механических, электромеханических, управляющих процессов, протекающих в подъемно-транспортной системе лифта. На базе этих исследований разработать систему безредуктроной лиф3товой лебедки, построенную на основе специальных низкочастотных, высокомоментных регулируемых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, и реализующую специальные алгоритмы управления, что в совокупностиобеспечит снижение энергопотребления, уменьшение себестоимости, повышениебезопасности и комфортности передвижения.Задачи работы:1.

Исследование механических, электромеханических и энергетических процессов, протекающих при циклической работе лифта, с помощью математическихмоделей и экспериментов.2. Анализ вариантов пазовой геометрии и размеров активной части асинхронных электродвигателей, предназначенных для использования в высокомоментномтихоходном электроприводе с векторным управлением частотой вращения.3.Анализ влияния алгоритмов управления частотой вращения и магнитнымпотоком на энергетические параметры системы.4.

Исследование механических нагрузок на конструктивные элементы двигателя привода лебедки.5. Технико-экономический анализ проектных вариантов и поиск перспективных решений активных и конструктивных частей электродвигателя лифтовой лебедки.6. Разработка методики выбора элементов системы безредукторной лифтовойлебедки.7. Разработка испытательного стенда, а также методик и программ имитационных, типовых, приемо-сдаточных испытаний на разработанном лабораторномстенде.8. Разработка рекомендаций, необходимых для производства и практическойреализации на объектах безредукторных лифтовых лебедок пассажирских лифтов сгрузоподъемностью до 1000кг.Методы исследований.

Основные результаты работы получены на основе использования методов электромеханики, классической механики, теории автоматического управления. Теоретические результаты получены с использованием апробированных расчетных методик, программ, реализованных и используемых ОАО«НИПТИЭМ» в научной и практической работе. Экспериментальные результатыполучены на основе исследований проводимых в сертифицированном испытательном центре ОАО НИПТИЭМ, а также в специальных экспериментальных лифтовых шахтах, созданных ОАО «НИПТИЭМ» совместно с ОАО «Карачаровский механический завод», ОАО «Щербинский лифтостроительный завод», ООО «РУСЭЛПРОМ», а также в шахтах лифтов в городах: Владимир, Москва, Уфа, Красноярск при проведении пуско-наладочных работ.Научная новизна.

В диссертационной работе получены следующие новые результаты:1. С помощью расчетной и конструкторско-технологической проработки, серийного изготовления и эксплуатации электродвигателей разных типов (синхронных двигателей с постоянными магнитами, асинхронных, вентильноиндукторных)в электроприводах безредукторных лифтовых лебедках основных типоразмеровлифтов обоснована возможность и показана целесообразность построения электроприводов безредукторных лифтовых лебедок на основе специальных частотнорегулируемых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.42. На основе анализа разработанных в диссертации математических моделеймеханической части безредукторных лифтовых лебедок создана методика определения технических требований, предъявляемых к специальным электродвигателямбезредукторных лифтовых лебедок, входными параметрами которой являются основные параметры лифтов.3. Проведено исследование влияния главных размеров, параметров зубцовопазовой зоны и обмоточных данных на характеристики низкочастотных асинхронных электродвигателей, предназначенных для привода безредукторных лифтовых лебедок.

На основе полученных результатов разработаны активные частиасинхронных электродвигателей, обеспечивающие высокий максимальный моментпри минимальной материалоемкости и себестоимости.4. Разработаны и исследованы и физическая модель испытаний и методикастендовых испытаний лифтовых электродвигателей, создан оригинальный испытательный стенд, позволившие моделировать сложную циклическую работу машиныв основных режимах движения и оценить ее основные характеристики в этих режимах.6.

Разработана методика рационального выбора конструктивных элементовлифтовой лебедки, основанная на аппарате дискретного программирования.7. Представлены результаты исследования динамических режимов работы привода безредукторной лебедки с учетом алгоритмов управления частотой вращенияэлектродвигателя позволившие, с одной стороны, подтвердить адекватность расчетов проведенных на основе методики поверочного электромагнитного расчета, сдругой стороны, сформулировать рекомендации по регулированию магнитногопотока в основных режимах движения.Практическая ценность.1.

Путем имитационного моделирования на компьютерных и физических моделях проведена оценка фактической экономии электрической энергии, получаемойпри замене устаревших редукторных лебедок на новые безредукторные; величинаэкономии составила от 40 до 60%. Проведены испытания в лифтовых шахтах, подтвердившие полученные теоретические результаты.2. Впервые разработаны активные части, конструктивные элементы и технология изготовления серии специальных асинхронных электродвигателей, предназначенных для применения в электроприводе безредукторных лифтовых лебедок сдиметрами канатоведущего шкива (КВШ) D=320, 240, 160 мм, грузоподъемностями Q=400, 630, 1000 кг, кратностями полиспаста K=1:1, 2:1 и скоростью перемещения кабины v=1.0, 1.6 м/c.

Разработка позволила заменить устаревшие редукторные лебедки со снижением энергопотребления лифта на 60% при близких ценах накомплект.3. Разработаны техническое описание и руководящие документы, на основаниикоторых внедрено в эксплуатацию испытательное оборудование, позволяющеепроводить не только исследование отдельных характеристик, но и типовые и приемо-сдаточные испытания лифтовых электродвигателей для безредукторных лифтовых лебедок.4.