Автореферат (792814)
Текст из файла
На правах рукописиБОНДАРЕНКОДенис АндреевичАВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОЙТЯГОВОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ТЕПЛОВОЗА05.09.03 – Электротехнические комплексы и системыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукБрянск20182Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Брянский государственный технический университет» на кафедре «Подвижной состав железных дорог»Научныеруководители:Михальченко Георгий Сергеевич,доктор технических наук, профессор.Воробьев Владимир Иванович,кандидат технических наук, доцент.Официальныеоппоненты:Щербаков Виктор Гаврилович, доктор технических наук,профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Российскийгосударственный политехнический университет (НПИ) имениМ.И.
Платова», кафедра «Электромеханика и электрические аппараты», профессорХазов Максим Сергеевич, кандидат технических наук, акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта», ведущий научный сотрудникВедущаяорганизацияФедеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I»Защита состоится «12» сентября 2018 г.
в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 218.005.02, созданного на базе федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшего образования «Российскийуниверситет транспорта (МИИТ)» (РУТ(МИИТ))по адресу: 127994, г. Москва,ул. Образцова, д. 9, стр.9, ауд. 2505.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РУТ (МИИТ) и на сайте:www.miit.ruАвтореферат разослан «» июля 2018 г.Учёный секретарь диссертационногосовета Д 218.005.02Гречишников Виктор Александрович3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. Железнодорожный транспорт представляет собой основной вид транспорта России, его технический уровень и состояние определяют экономическую эффективность и безопасность перевозок.
Внастоящее время при создании современных тепловозов с электрической передачей наметилась тенденция использовать тяговый асинхронный двигатель (ТАД).Применение ТАД с короткозамкнутым ротором, обладающих рядом известныхпреимуществ по сравнению с тяговыми двигателями постоянного тока, способствует повышению надежности и экономичности тепловозов, улучшает их тяговые качества. Вместе с тем неисправная работа, либо выход из строя ТАД приводит не только к его ремонту или замене, но и к значительным финансовым расходам в связи с неопределенным временем простоя тепловоза. Анализ данныхразличных исследований, позволил сделать вывод, что существенное число неисправностей двигателей прямым или косвенным образом связано с повышенным нагревом его элементов.Рост температуры в узлах двигателя приводит к увеличению его потерь, темсамым снижая КПД до 89÷77% при изменении температуры в диапазоне0÷160°С.
Кроме того изменяется жесткость механической характеристики ТАД,что делает возможным возникновение процессов боксования, что приводит к изменению тяговых свойств тепловоза. Таким образом возникает необходимостьучета влияния температуры ТАД в передачах мощности тепловозов. Кроме тогоодним из резервов повышения экономичности тепловоза и увеличения его силытяги является сокращение затрат мощности на вспомогательные нужды (насосы,компрессор, вентиляторы охлаждения и т.
д.), которые составляют 8÷17% и болееот общей мощности тепловоза. В настоящее время проблема плавного (непрерывного) управления температурой тяговых электродвигателей подвижного состава,эксплуатируемого в России недостаточно проработана. Таким образом, возникает необходимость решения актуальной задачи – разработки автоматическойсистемы управления температурой (АСУТ) ТАД.4В диссертации рассмотрены теоретические и экспериментальные исследования по созданию АСУТ тепловоза с исполнительным устройством в виде частотно-управляемого электропривода вентилятора охлаждения.Степень разработанности темы. Исследованиями систем охлаждения (СО)тягового электрооборудования, автоматических регуляторов и АСУТ в электрических передачах локомотивов занимались: А.
В. Грищенко, Е. С. Дорохина, А.А. Зарифьян, А. С. Захарчук, А. Н. Качанов, Г. Ф. Кашников, И. Г. Киселев, А. С.Космодамианский, В. Д. Кузьмич, Ю. А. Куликов, А. С. Курбасов, Н. М. Луков,Е. Ю. Логинова, Ю. И. Миловидов, В. А.Петраков, А. А. Петрожицкий, О. Л. Рапопорт, В. И. Рахманинов, А.
Н. Савоськин, В. Л. Сергеев, В. В. Стрекопытов, Ф.В. Тихонов, С. В. Торба, В. В. Чащин Л. А. Чернышов, Е. Б. Черток, О. В. Цурган,G. Kylander, M. Mahmoudi, A. A. Melnik, L. Popova, и др.Цель и задачи. Целью данной работы является разработка АСУТ ТАД тепловоза, содержащей частотно-управляемый электропривод вентилятора охлаждения как исполнительное устройство для плавного управления температуройв широком диапазоне.Для достижения поставленной в работе цели решены следующие задачи:– разработана математическая модель теплового состояния тягового асинхронного двигателя в стационарном и нестационарном режимах;– исследованы статические и динамические свойства тягового асинхронногодвигателя как объекта управления температурой и частотно-управляемого электропривода вентилятора охлаждения как исполнительного устройства;– разработана и исследована автоматическая система управления температурой тягового асинхронного двигателя тепловоза, в которой применен электропривод вентилятора охлаждения с преобразователем частоты как исполнительное устройство;– синтезирован регулятор температуры, состоящий из двух изодромных звеньев и звеньев обратной связи, обеспечивающий требуемые значения запасовустойчивости и показателей качества управления, а также ПИ-регулятор, обеспечивающий настройку системы на технический оптимум;5– разработана и изготовлена физическая модель тягового асинхронного двигателя, система охлаждения тягового асинхронного двигателя с возможностьюреализации на ней экспериментальных исследований процессов нагревания иохлаждения;– проведен расчет технико-экономической эффективности применения разработанной автоматической системы управления температурой на тепловозе.Научная новизна работы заключается в следующем:– разработана математическая модель АСУТ ТАД, описывающая работувсех звеньев, входящих в её состав;– решена задача синтеза автоматического регулятора с астатизмом второгопорядка и звеньями обратной связи управления температурой для линеаризованной модели АСУТ ТАД;– разработан ПИ-регулятор с настройкой на технический оптимум;– выполнены расчёты переходных процессов с двумя указанными типамирегуляторов для линеаризованной и нелинейной моделей АСУТ ТАД;– разработан и изготовлен стенд, содержащий физическую модель ТАД исистему его охлаждения.Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:– разработаны математические модели всех звеньев, входящих в АСУТ ТАД,включая модель теплового состояния ТАД позволяющую исследовать распределение температуры в 53 узлах двигателя в различных режимах работы;– разработан регулятор с астатизмом второго порядка и звеньями обратнойсвязи АСУТ ТАД, применение которого позволяет плавно управлять температурой ТАД в широком диапазоне с достаточно стабильными значениями показателей качества управления;– разработан физический стенд, на базе которого возможно проводить широкий спектр экспериментальных исследований температурных режимов двигателя.6Методы исследований.
При решении поставленных задач в диссертациииспользованы методы расчета тепловых полей электродвигателей, теории автоматического управления и электропривода. Выполнено численное интегрирование системы нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих работусистемы при различных начальных значениях температуры и разных скачках задающего воздействия. Математическое моделирование проведено в программном пакете Matlab – Simulink. Экспериментальные исследования были проведенына разработанном стенде физического моделирования.Положения, выносимые на защиту:– математическая модель теплового состояния ТАД, применение которойпозволяет определить распределение температуры в 53 узлах двигателя при различных режимах его работы;– структура, принцип работы и динамические свойства АСУТ ТАД, обеспечивающие плавное управление температурой ТАД;– структура и принцип работы разработанного стенда, содержащего физическую модель ТАД и систему его охлаждения.Степень достоверности результатов.
Достоверность подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов расчетов с данными экспериментальных испытаний, проведенных на разработанном стенде физического моделирования. Расхождение результатов между теоретическими и экспериментальнымиисследованиями при определении времени переходного процесса во всех выделенных элементах ТАД не превышает 3%, при определении установившегосязначения температуры в этих узлах – 6 %.Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на научно-технических и научно-практических конференциях: международной научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосбережение ХХI век» (ФГБОУ ВПО«Госуниверситет – УНПК» Госуниверситет – УНПК, 2013 г.), VII Всероссийскойконференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 г.), V и VI международная научно-практическая конференция «Достижения молодых ученых в развитии инновационных7процессов в экономике, науке и образовании» (БГТУ, 2014 г.), заседании учебнометодической комиссии совмещенной с научно-технической конференцией, проводимой совместно с ЗАО «УК БМЗ» (БГТУ, 2014 г.), II Международной (V Всероссийской) научно-технической конференции «Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий» (УГНТУ, 2015 г.), III Международной научно-технической конференции, посвящённой 85-летию со дня рождениядоктора технических наук, профессора В.В.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
