Определение рациональных параметров системы рекуперации электроэнергии в многодвигательных подъемно-транспортных механизмах

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.

Соотнесем определение параметрического ряда оборудования систем рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов используем формулу с обобщенным показателем энергетической эффективности электропривода / [3, 10]

у -_Ар.о.ит_

А Ар.о.иЪ +2?= ¿Л^' ^ >

Следовательно, формулу для суммарной технологически полезной работы за время цикла многодвигательного электропривода подъёмно-транспортного оборудования для генераторного режима работы электрических двигателей при рекуперативном торможении, запишем в следующем виде:

Ар.о.и1 =  + т

где Ыдв - количество двигателей, работающих в генераторном режиме; - масса груза; Угр - скорость движения груза.

Рассчитаем параметрический ряд оборудования систем рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмовучитывая следующие значения параметров

Суммарное время цикла: = 1092 (с);Число пусков и торможений в цикле: ш=4;Масса груза: = 5000 кг;Скорость движения груза: Угр = 0,5 л//с;Количество двигателей, работающих в генераторном режиме: 1Мген= 3 и 4.

С учетом формул (1), (2), (3) определяется энергетическая эффективность для каждого конкретного электропривода с определенным количеством двигателей.В соответствии математической моделью системы рекуперации электроэнергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов, принципиальной электрической схемой определим параметрический ряд оборудования систем рекуперации электрической энергии много двигательных подъемно-транспортных механизмов (табл.1).

Таблица 1

Параметрический ряд оборудования систем рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных

механизмов

Рген, КВТ N 14 ген X I А 'яги, N 14 ген X I А 'яги, ^

315 3 0,997 3,38 4 0,998 4,5

250 3 0,996 2,68 4 0,997 3,57

160 3 0,991 1,7 4 0,993 2,29

90 3 0,989 0,96 4 0,991 1,29

45 3 0,985 0,43 4 0,988 0,64

30 3 0,984 0,32 4 0,985 0,43

15 3 0,981 0,16 4 0,982 0,21

3 3 0,975 0,032 4 0,98 0,043

Основные элементы электромеханической части системы рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов, находятся в сложной взаимозависимости, переходные процессы определяются как конструктивными параметрами, так и режимами работы. Зависимости между входными параметрами и выходными, а также оценочными показателями эффективности функционирования устанавливаются моделированием переходных процессов в системе рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов на основе двух способов решений уравнений движений, где прямое решение методом Рунге-Кутта[4, 5, 6] и структурное моделирование в пакете Matlab[7, 8, 9, 10].

Решение методом Рунге-Кутта - конечно-разностная аппроксимирующая производных, используемая для определения рациональных параметров новых технических решений для повышения эффективности функционирования системы рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов, устанавливая порядком их точности, которая прямо пропорционально числу ее элементов. В случае большего числа элементов соотношение становится более громоздким. Поэтому достаточно эффективным способом уточнения решения при фиксированном числе элементов системы рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов, при использовании аппроксимирующих конечно-разностных соотношений, является метод Рунге-Ромберга из которого получена формула Рунге,

F

позволяющая по результатам двух расчетов значений производной f(x, h) и f(x,kh) (шаг h и kh) с порядком точности р рассчитать рациональные параметры системы рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов, где f(x,h) - конечно-разностная аппроксимация уравнений движения - производной с шагом h; к - коэффициент, и, с порядком точности их значения с точностью р+1', 0(кр+1)~ разности нуля, являющиеся конечными разностями при х'\ х=0, m<h.

Исходными данными для проектирования динамической системы являются структурные схемы электропривода и преобразователя частоты. На основе структурных схем, разработана имитационная модель (рис. 1,2), которая является формой динамической математической модели систем рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов и позволяет анализировать переходные процессы, протекающие в электромеханической системе и определять ее рациональные параметры.

Рис. 1. Имитационная модель электропривода асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором

а

б

Рис.2. Имитационная модель: для зависимой (а) и независимой (б) электромеханической систем рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортным механизмов

Переходные процессы, происходящие в системе моделируются на основе параметров для математического описания, представленных в табл.2.

Таблица 2

Параметры имитационной модели электропривода_

п/п Входные параметры двигательного режима Обозначение

1. Номинальная мощность, кВт Рп

2. Линейное напряжение, В т

3. Фазное напряжение, В и/

4. Коэффициент полезного действия крё

5. Число пар полюсов РР

6. Номинальное скольжение 5п

7. Коэффициент отношения максимального к номинальному моменту А7

8. Коэффициент отношения минимального к номинальному моменту Кт

9. Коэффициент отношения начального пускового к номинальному моменту Кр

10. Косинусу cosfi

11. Момент инерции, кг • м2 ]

12. Момент сопротивления Мс

Выходные параметры генераторного режима

1. Мощность потребления Рпотр

2. Вырабатываемая мощность Рвыр

3. Коэффициент полезного действия КР1)

4. Энергетическая эффективность применения рекуперации электроэнергии X

Имитационная модель, составленная с помощью программного комплекса позволяет изучить переходные процессы, касающиеся как двигательного, так и генераторного режимов работы систем рекуперации электрической энергии многодвигательных подъемно-транспортных механизмов [12].

Список литературы

1.Суднова В.В. Качество электрической энергии М.: ЗАО Энергосервис, 2000. 80 с.

2. В.Ф. Ермаков Качество электроэнергии, 2012. 192 с.

3. Ключев В. И. Теория электропривода: учеб. для вузов - 2-е изд. перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2001. 704 с.

4. Завьялов В.М. Стабилизация упругого момента в двух- массовой механической системе / В.М. Завьялов, И.Ю. Семыкина, И.А. Куприянов // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях: Труды третьей всероссийской научно-практической конфенренции, 16 18 мая 2006. Новокузнецк: СибГИУ, 2006. С. 98-101.

5. Мышенков В.И., Мышенков Е.В. Численные методы. Численное решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Ч.2. Московский государственный университет леса. М.: 2005, 109 с.

6. Новиков Е.А. Явные методы для жестких систем Новосибирск, «Наука», Сибирское предприятие РАН, 1997. 195 с.

7. Андриевский Б.Р. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке Matlab /Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков. СПб.: Наука, 2000. 475 с.

8. С. Герман-Галкин, Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в Matlab 6.0: учебное пособие /С.Г. Герман-Галкин - СПБ: КОРОНА принт, 2001. 320 с.

9. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. М.: Академия, 2006. 158 с.

10. 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, проф., зав. кафедрой, директор УТЦ «Энергоэффективность», energy@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Котеленко Светлана Владимировна, канд. техн. наук, ст. лаб., S.V. Kuzmi-na@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

DETERMINA TION OF RA TIONAL PARAMETERS OF THE SYSTEM FOR RECUPERATION OF ELECTRIC ENERGY IN MULTI-MOTOR HOISTING-AND-TRANSPORT MECHANISMS

V.M. Stepanov, S. V. Kotelenko

To determine the rational parameters of the recovery system electrical energy of multi-handling equipment it is necessary to consider that from the standpoint of the technology of work of the electric drive is useful both when lifting and when lowering a load, as an increase in kinetic energy in a moving mass - start, and slow it down - braking.

Key words: simulation model, parametric range, the parameters of the simulationmodel approach.

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@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University