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

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования «Национальныйисследовательский университет «МЭИ»На правах рукописиКРУГЛИКОВ Олег ВалерьевичУДК 621.313.33АСИНХРОННЫЕ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЕЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ПРИВОДА БЕЗРЕДУКТОРНЫХЛИФТОВЫХ ЛЕБЕДОКСпециальность 05.09.01 –Электромеханика, электрические аппаратыДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорБЕСПАЛОВ Виктор ЯковлевичМосква - 2015СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………...4ГЛАВА 1.

Обзор современного состояния пассажирскихлифтов ……………………………………………………………………..131.1 Основные элементы современных грузо-пассажирскихлифтов и их функциональное назначение ………………….…………..131.2 Построение лифтовых электродвигателей на основеразличных типов электродвигателей: асинхронных,синхронных с возбуждением от постоянных магнитов, вентильноиндукторных ……………………………………………………………...151.3 Анализ современного состояния вопросов исследования ипроектирования электродвигателей для безредукторноголифтового привода ……………………………………………………....211.4 Основные выводы по главе, постановка задачи исследования…….25ГЛАВА 2.

Разработка математических моделей и техническихтребований, предъявляемых к электродвигателям, используемым вэлектроприводе безредукторной лифтовой лебедки …………………..272.1 Разработка математических моделей динамикилифтовой лебедки ………………………………………………………...272.2 Анализ возможности математических моделейразличной степени сложности для исследования динамикилифта и разработки лифтовых электродвигателей ……………………362.3 Синтез технических требований, предъявляемых кэлектродвигателям электропривода безредукторных лифтовыхлебедок …………………………………………………………………...412.4 Анализ возможности реализации, полученных техническихтребований ..……………………………………………………………....44Выводы по главе 2………………………………………………………...49ГЛАВА 3. Разработка активных частей тихоходныхвысокомоментных асинхронных электродвигателейэлектропривода безредукторных лифтовых лебедок…………………...503.1.

Основные положения, принятые для проектированияактивных частей тихоходных высокомоментных асинхронныхэлектродвигателей электропривода безредукторных лифтовыхлебедок……………………………………………………………………523.2. Проектирование активных частей серии тихоходныхвысокомоментных асинхронных электродвигателейэлектропривода безредукторных лифтовых лебедок …………………563.3. Анализ энергетических показателей и оценка тепловогосостояния тихоходных высокомоментных асинхронныхэлектродвигателей электропривода безредукторныхлифтовых лебедок ……………………………………………………… 603.4.

Проведение экспериментов на основе имитационногомоделирования тихоходных высокомоментных асинхронныхэлектродвигателей электропривода безредукторныхлифтовых лебедок ……………………………………………………….643.5. Анализ результатов имитационного моделированияи сравнение энергетических характеристик разработанныхлифтовых электродвигателей ……………………………………….…..66Выводы по гл.3 …………………………………………………………...69ГЛАВА 4. Экпериментальное исследование привода безредукторнойлифтовой лебедки с низкочастотным регулируемымвысокомоментным асинхронным электродвигателем ………………...714.1 Методика испытаний низкочастотных высокомоментныхасинхронных электродвигателей …………………………………….…714.2 Разработка физической модели лифта и стенда испытанийнизкочастотных электродвигателей безредукторной лифтовойлебедки …………………………………………………………………...744.3 Исследование электромагнитной совместимостибезредукторных приводов с сетью ……………………………………..804.4 Эксплуатационные испытания электродвигателейбезредукторной лифтовой лебедки ……………………………………..84Выводы по гл.

4 …………………………………………………………..93ГЛАВА 5. Разработка конструкции и некоторые вопросытехнологии мелкосерийного производства приводов лебедок снизкочастотными высокомоментными асинхроннымиэлектродвигателями ……………………………………………………..945.1 Разработка конструкции привода лифтовой лебедки снизкочастотными высокомоментными асинхроннымиэлектродвигателями ……………………………………………………..955.2 Разработка методики конструирования лифтовой лебедки снизкочастотными высокомоментными асинхроннымиэлектродвигателями …………………………………………………….1105.3 Эффективность применения безредукторных лебедокс малыми диаметрами тяговых канатов ………………………………118Выводы по гл.

5 …………………………………………………………126ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………127СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………131ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ……………………………………………………….142ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ……………………………………………………….145ПРИЛОЖЕНИЕ 3 …………………………………………...…………..151ВВЕДЕНИЕВ настоящее время в России эксплуатируется более 500 тыс. лифтовразличного назначения и типоразмеров, из них в жилищном фондеРоссийской Федерацииоколо 430 тыс. лифтов, 35% из которых ужевыработали 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, постране, до 90 млн. пассажиров [44, 64]. Ключевое место в современномоборудовании лифта принадлежит лифтовой лебедке, осуществляющейподъемно-транспортныефункциииреализующейпреобразованиеэлектрической энергии в механическую:− от качества преобразования энергии в устройствах лебедкинапрямую зависит энергоэффективность лифта;− точность и комфорт перемещения кабины лифта определяютсякачеством управления частотой вращения вала электродвигателя лебедки;− виброакустические показатели лифта определяются техническимирешениями и технологией изготовления электромагнитной и механическойподсистем лифтовой лебедки.В конце прошлого столетия на смену традиционным лифтовымприводам с двухскоростными асинхронными двигателями пришли приводы срегулируемойскоростьювращениявала,построенныепосхеме«электродвигатель + автоматический регулятор скорости» выполненный набазестатическихпреобразователейчастоты.Такомукардинальномуизменению в системах и принципах управления приводами лифтовспособствовало широкое использование достижений микроэлектроники изначительныерезультатывобластисовершенствованияалгоритмовуправления частотой вращения.

А их интенсивному внедрению – очевидныепреимуществауказанныхсистемнадрелейнымидвухскоростными4системами.Применениечастотно-регулируемыхэлектродвигателейпозволило отказаться от редукторов, за счет этого резко уменьшились массаи габариты лебедок, а так же затраты на их эксплуатацию.Достижениевысокихпоказателейлифтовыхлебедокможетосуществляться:− путем оптимизации пазовой геометрии и размеров активной части ивыбора рационального числа полюсов электродвигателя;− минимизацией диаметра канатоведущего шкива;− выбором рациональной кратности полиспаста подвеса.Другойспособсовершенствованияэнергетическихпоказателейлифтовых лебедок заключается в разработке эффективных алгоритмовуправленияпроцессомэлектромеханическогопреобразованиявэлектродвигателе, позволяющих максимально эффективно использовать всепараметры, влияющие на процесс.Снижение цен на статические преобразователи частоты и улучшениеих характеристик, а также увеличение количества алгоритмов управлениячастотой вращения и магнитным потоком электродвигателя, способствовалосозданиюэффективныхсистемнаосновечастотно-регулируемыхэлектроприводов для безредукторных лифтовых лебедок.Работахарактеристикпосвященаулучшениюбезредукторныхэнергетическихлифтовыхлебедок,имеханическихснижениюихсебестоимости и эксплуатационных затрат путем определения наиболеерациональных параметров системы: размеров канатоведущего шкива,конструкции электродвигателя, параметров пазовой геометрии и размеровактивной части.

А так же путем управления электромеханическимпреобразованием энергии с помощью алгоритмов управления частотойвращения и потоком электродвигателя.Различными аспектами проектирования и применения безредукторныхлифтовых лебедок, системами управления и двигателями для них, занимаетсяряд отечественных научных и производственных организаций.

Среди них5необходимо отметить Национальный исследовательский университет «МЭИ»(НИУ «МЭИ»), Национальный исследовательский Томский политехническийуниверситет,ОАО«НИПТИЭМ»,ОАОлифтостроительный«Могилевский«Компаниязавод»,ЭлеСи»,ОАООАО«Щербинскийлифтостроительный завод», ОАО «Карачаровский механический завод». Иззарубежных компаний отметим Otis, Kone, Tissen, Wittur и др.В работах Архангельского Г.Г., Афонина В.И., Макарова Л.Н.,Масандилова Л.Б., Ланграфа С.В., Попова В.И., Рикконена С.В., Фумма Г.Я.[1, 2-33, 76-80, 100 - 103] и других ученых, отражены результаты научныхисследований в области проектирования и эксплуатации электрическихдвигателей для приводов лифтовых лебедок.Несмотря на значительные успехи в развитии теории и практикисоздания безредукторных лифтовых лебедок, задачам проектированияконструкции и активной части электродвигателя, а также алгоритмамуправления уделено недостаточно внимания.Физический процесс электромеханического преобразования энергии внизкооборотныхвысокомоментныхасинхронныхэлектродвигателяхпроисходит в области низких частот питания, при которых наблюдаетсязначительноеослаблениемеханическойнагрузкимагнитногонавал,потокапроявляютсявследствиидействияреактивныемоменты,вызванные влиянием зубцовых гармоник, а также временными гармоникамипитающих токов.Приэтомизвестныеметодикирасчетаипроектированияэлектродвигателей [47], выбора и настройки автоматических регулирующихустройств,ориентированныеэлектродвигателейнапеременногосистемытока,нестрадиционнымимогутбытьтипамиприменены.Общепромышленные асинхронные электродвигатели, оптимизированные начастоту питания 50 Гц и имеющие «компромиссную» активную геометриюротора, минимизирующую величину пускового тока, не могут быть6эффективно использованы в составе безредукторных лебедок, а в рядеслучаев их применение просто недопустимо.Указанныеобстоятельствабезредукторныхлифтовыхпрепятствуютлебедокнаширокомуосновевнедрениюнизкочастотныхвысокомоментных частотно-регулируемых асинхронных электродвигателей скороткозамкнутым ротором и определяют актуальность исследований.Цель работы – исследование и разработка высокомоментныхнизкочастотных асинхронных двигателей для лифтовых лебедок с высокимитехнико-экономическими показателями; разработка и реализация систембезредукторных лифтовых лебедок с частотным управлением, построенныхна основе упомянутых электродвигателей.Для достижения поставленной цели сформулирована научная задача:провести теоретические и экспериментальные исследования механических,электромеханических, управляющих процессов, протекающих в подъемнотранспортной системе лифта.