Определение уровня и расчет показателей надёжности работысистемы рекуперации электрической энергии в многодвигательных подъемно-транспортных механизмах

Basically, the mathematical description of the processes of energy conversion of RAS was selected for single-engine systems. When considering dynamic processes start and stop in the multimotor drive using single mo-models of Electromechanical converters is unacceptable, since in real conditions of power supply circuit components of the transmission and transformation of energy have an impact on each other. In this case, the control problem is reduced to a problem of formation of the required value of the electromagnetic torque of the motor.

Key words: mathematical description, transients, system recovery, backup, universal storage device.

Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical science, professor, head the department, director of the training center «Energy efficiency», eneegg(y@b,tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical science, senior assistant, S. V.Kuzmina@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 62-593

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ И РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

НАДЁЖНОСТИ РАБОТЫСИСТЕМЫ РЕКУПЕРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫХ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МЕХАНИЗМАХ

В.М. Степанов, С.В.Котеленко

Процесс преобразования энергии в электрических машинах сопровождается потерями. Величина потерь определяет коэффициент полезного действия машины, ее экономичность, нагрев и в известной мере долговечность и надежность.

Ключевые слова:показатели надежности, величина потерь, коэффициент полезного действия, уровень надежности.

Определение требуемого уровня надёжности основано на техническом уровне как вводимых в эксплуатацию новых систем, так и усовершенствованием уже эксплуатируемых. Из целевого назначения технической системы следует, что система уравнений существующего (С) технического уровня рассматривается по отношению к новому (Н) техническому уровню системы по зависимостям потенциальной реализуемости, определяя соотношения уровня её разрабатываемости [1, 2, 3, 4, 5].

С этой целью новый технический уровень системы рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов [13]

^ _ ^ | 0.С | 71ген.с | ^ген.с^

У 4 Ьд(рн (¿н П-ген.н ^ген.н

где 1дфс, - отношение активного и реактивного токов для существующего и нового технического уровня [6, 7]; пгенс, пгенн - количество работающих генераторов существующего и нового технического уровня; 0.с> Qн ~ потери электрической энергии при ее преобразованиив системе рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов существующего и нового технического уровня; Ус, Ун —величина мощности рекуперируемой электрической энергией, вырабатываемой двигателями в генераторном режиме работы при торможении.

Вероятность отказа определяется по формуле[8]

Чн=г

Ку

Расчет уровня показателей надежности ведется по общеизвестным зависимостям [1, 13]:

Рнм —вероятность безотказной работы

Рнм 00 = 1 -ЧнмОО;

^нм —требуемое время безотказной работы

где анм — допустимая интенсивность отказов; Снм —затраты на надежность [8]

г - г (чщ\ку _ г АсмЛку.

^нм — ) - км I, ) > {->)

анм —допустимая интенсивность отказов

1

^нм — А,

им " лсм №

кГнм —коэффициент готовности

кт^ = нм (п\

где Т0нм = ---требуемое среднее время наработки на отказ;

^Внм — — требуемое среднее время восстановления (1:9П — допустимое нм Чнм

время замены элементов системы); кТИнм —требуемое значение коэффициента технического использования [8, 13]

ктинм = 1 ,кГНМ^п'

сти

Рнм — вероятность безотказной работы с учетом восстанавливаемо-

Рнм = е-^-ЧнмеЧнм)

кПэм — экономический показатель надежности

92

кПэм = Синтм+Сфнм,

энм

где СИнм - стоимость замены оборудования в системе новым" Сф — затраты на техническое обслуживание оборудования системы; ТЭнм — период эксплуатации.

Необходимо установить функциональные связи параметров в электротехнической системе рекуперации электроэнергии электромеханических многодвигательных подъемно-транспортных механизмов с уровнем и показателями надежности.

Условия реализуемости для электромеханических систем механической части конструкционной и функциональной надежности системы [8]

к2

КП р2 < р .

О

^<Чнм,

1 ОН

где — действующее усилие на элементы системы; Рн — нормативное значение усилия; Тос — среднее время наработки на отказ существующих систем.

На основе неравенств(П), функциональные параметры элементов системы определяются на основе их соответствия условиям эксплуатации и обеспечения требуемой величины Т0н

{куСддру^

Чнм —

\ СУдн /

где Сс — затраты на обеспечение надёжности элементов системы; Су9н — допустимые затраты (потери-ущерб) от отказа элементов системы

Судн - Сдпн*дП>

где С9пн — допустимые затраты в единицу времени от отказа элементов системы

С»пИ = ^

Ку

Логарифмируя и решая уравнение относительно Су9н, получим

к Ссцку

Судн — к?-й~5

Чнм

тогда

Са„ = Р1-

Используя это отношение, определяются значения Тнм по

кТИНМ'РНм00 И ^НмО^п)-

Исходя из структуры взаимосвязанных элементов и устройств системы рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов и равной вероятности отказов по общеизвест-

ным зависимостям структурной надёжности устанавливается требуемая их вероятность отказов цнм = цн(Ф[) и уровень ее показателей приведены в таблице [13].

Показатели надежности системы

Показатели надежности ку Qhm р х нм Км, 1/ч tHM,4 Т ч а онм9 ' ta„>4

Механические элементы 2,6 0,0059 0,9941 0,002 2,95 500 1,48

Электрические элементы 2,3 0,0052 0,9948 0,0016 3,25 625 1,36

Показатель надежности -^гнм ктинм кп ко К„ km

Механические элементы 0,67 0,5 1,38...1,62 0,67 1,54...1,88 0,996

Электрические элементы 0.71 0,6 1,7...1,87 0,69 1,64...1,95 0,996

Здесь ку - коэффициент технического уровня; Рнм —вероятность безотказной работы; tHM —требуемое время безотказной работы; Хнм —допустимая интенсивность отказов; Т0Нм- требуемое среднее время наработки на отказ; tÄn- допустимое время простоя; Кгнм - коэффициент готовности; ктинм -требуемое значение коэффициента технического использования; кп - коэффициент перегрузки, учитывающий изменение нагрузки от номинальной; Кн- коэффициент надежности (запаса) по конструкционному материалу;кт - коэффициент условий работы, учитывающий изменение нагрузки; к0 - коэффициент однородности конструкционных материалов электромеханических систем, учитывающий изменение ее механических свойств [9, 10, 8,11, 12, 13].

Определенный уровень надежности позволяет установить требуемые значения показателей надежности и условия реализуемости математической модели, обеспечивающий их связь с рациональными конструктивными и функциональными параметрами системы рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов и ее элементов, а также технических решений по повышению эффективности функционирования системы, что должно быть выполнено при их проектировании.

Список литературы

1. Сапожников P.A. Основы технической кибернетики: учебное пособие для студентов вузов. М.: Высшая школа 1970. 464 с.

2. Федотов A.B. Основы теории надежности и технической диагностики: конспект лекций / A.B. Федотов, Н.Г. Скабкин. Омск: Изд-во Ом-ГТУ, 2010. 64 с.

3. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1989.

4. Дорофейчик А. Н. Пути повышения надежности электрических сетей. Учебник - Гродно, ГрГУ, 2007. 203 с.

5. Плосков С.Ю. Расчет надежности при проектировании сетей Государственный научно-исследовательский институт информационных технологий и телекоммуникаций «Информика», г. Москва.

6. Поплавко Ю.М., Переверзева Л.П., Pаевский И.П. Физика активных диэлектриков Ростов-на-Дону. Изд-во Южного федерального университета, 2009. 478 с.

7. Карташев, И.И. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. Способы его контроля и обеспечения / под ред. М.А. Калугиной. М.: Издательство МЭИ, 2000. 120 с.

8. Степанов В.М Обоснование технологических и конструктивных параметров гидрофицированных крепей на основе обеспечения надежности их работы: дис. ... д-ра техн. наук, 05.05.06 /В. М. Степанов. Тула, 1994. 557 с.

9. Тимонин Ю.Н. Обоснование рациональных параметров энергосберегающих электромеханических систем охлаждения силовых трансформаторов для повышения надежности их работы: дис. ... канд. техн. наук, 05.09.03 / Ю.Н. Тимонин; Тул. гос. ун-т, Тула, 2012. 164 с.

10. Меркулов Н.М. Определение оптимальных параметров и надежности гидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств: дис. ... канд. техн., наук, 05.04.13/ Н.М. Меркулов, Тул. гос. ун-т, Тула, 2002. 115 с.

11. Веселов П.В. Повышение эффективности функционирования электрогидроусилительного агрегата рулевого управления автотранспортных средств: дис. ... канд. техн. наук, 05.09.03 / П.В. Веселов; Тул. гос. унт, Тула, 2013. 104 с.

12. Фрозинова Т.Ю. Повышение эффективности функционирования устройств поперечной компенсации электротехнических систем электротехнологий: дис. ... канд. техн. наук, 05.09.03 / Т.Ю. Фрозинова; Тул. гос. ун-т, Тула, 2013. 134 с.

13. Котеленко С.В. Повышение эффективности функционирования системы рекуперации электрической энергии в многодвигательных подъемно-транспортных механизмах: дисс. ... канд. техн. наук: Тула.:ТулГУ, 2014. 109 с.

Степанов Владимир Михайлович, д-p техн. наук, npоф., зав. кафедpой, д^ектор УТЦ «Энергоэффективность», energy@tsu.tula.ru, Pоссия, Тула, Тульский государственный унивеpситет,

Котеленко Светлана Владим^овна, канд. техн. наук, ст. лаб., S.V. Kuzmi-na@yandex.ru, Pоссия, Тула, Тульский государственный университет

DETERMINING THE LEVEL OF RELIABILITY OF THE SYSTEM FOR RECUPERA TION

OF ELECTRIC ENERGY IN MULTI-MOTOR HOISTING-AND-TRANSPORT

MECHANISMS

V.M. Stepanov, S. V. Kotelenko

The process of energy conversion in electric machines is accompanied by losses. The size of losses determines the efficiency of the machine, its efficiency, heating and to some extent durability and reliability.

Key words: reliability indices, the value of loss coefficient in useful operation, the level of reliability.

Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical science, professor, head the department, director of the training center «Energy efficiency», energy@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical science, senior assistant, S. V.Kuzmina(a>yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 62-593

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ РЕКУПЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫХ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МЕХАНИЗМАХ

В.М. Степанов, С.В. Котеленко

Для определения рациональных параметров системы рекуперации электрической энергии многодвигателъного подъемно-транспортного оборудования необходимо учесть то, что с позиции технологии работа электропривода полезна как при подъеме, так и при спуске груза, как при увеличении кинетической энергии в движущихся массах - пуск, так и при ее снижении - торможение.

Ключевые слова:имитационная модель,параметрический ряд, параметры имитационной модели.

Преобразователи на транзисторах имеют преимущество перед тиристорными в том, что довольно просты в управлении, неэнергоемкие и полностью управляемы. Кроме того, благодаря этим свойствам, преобразователь на транзисторах отличается быстродействием [1, 10].

Средний ток транзистора рассчитывается следующим образом [2]

^кэ

где исс — выпрямленное сетевое напряжение; Рвх — максимальная входная мощность.