Введение к работе
Актуальность работы. Электрические машины - основная продукция электротехнической промышленности. В таких ключевых отраслях народного хозяйства, как металлургия, горнодобыващая промышленность, электрифицированный транспорт, ледокольный флот и другие, приоритет принадлежит машинам постоянного тока (МПТ).
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года, приня -тыми на ХХУП съезде КПСС п электротехнической промышленности предусматриваются всемерная интенсификация, повышение эффективности производства на базе научно-технического прогресса и наращивание опережающими темпами выпуска автоматизированного электропривода.
Интенсификация экономики всего хозяйства страны предъявляет все более жесткие требования к МПТ в отношении их пере -груз очной способности, диапазона регулирования, повышения надежности, роста мощности в единице исполнения. Предстоит из -готовление двигателей мощностью до 18000-20000 кВт в одноякор-ном исполнении. С одной стороны, наблюдается возрастание потребностей производства, а с другой - налицо ограничения по условиям коммутации, определящэй в отдельных случаях до 9,1 $ основные простои оборудования. В связи с этим решение проблемы повышения коммутационной устойчивости коллекторных машин постоянного тока имеет важнее народнохозяйственное значение.
Обобщение основных работ в области коммутации МПТ позво-
ляет определить важнейшее направление в развитии теории коммутации, ладящееся составной частью проблемы в целом, подлежа -щей решению. Особого внимания заслуживает малоизученное явле -ние неидентичности коммутационных циклов (НКЦ). Результаты исследования воздействия совокупности факторов НКЦ на условия коммутации указывают на необходимость разработки более совершенных методов оценки коммутационной напряженности как на стадии проектирования и создания МИТ, таї; и.в условиях эксплуатации, а также методов диагностирования и настройки коммутации.
Диссертационная работа отражает комплексный, системный подход к решению рассматриваемой проблемы с позиций признанных теоретических положений на новой математической базе и с использованием инструментальных методов. Обобщены результаты многолетних исследований автора в области коммутации крупных ЫПТ, использующихся в металлургической и горнодобывающей про-мышленностях. Решение этой проблемы отвечает современным требованиям научно-технического прогресса.
Исследования велись в направлении работ ЦНИИ Тидропри -бор"; в соответствии с отраслевыми темами ВНИИ Электромата (Т04.1213.03.4; Т04.6030.02.3.2; Т04.9058.16.4.4.6; Т04. 8І02І834; Т04.ft 1022854) при разработке новых крупных машин постоянного тока; ОмИИТа (ноиерами Государственной регистрации 76005456, 81054507) темой "Повышение коммутационной надежности крупных машин постоянного тока"; хозяйственными договорами с ПО "Уралалектроремонт", ПТП "Уралэнергочеркет'* (г.Свердловск), с рядом метал-ургических заводов Урала и заводом пластических масс (г.Омск). Автор диссертации являлся руководителем и непосредственным участником хоздоговорных тем. Отдельные вопросы
4 .
рассматриваемой проблемы разработаны под его руководством в пяти защищенных кандидатских диссертациях.
Целью работы являются разработка и внедрение совершенных методов анализа и настройки коммутации крупных коллекторных машин постоянного тока при проектировании, изготовлении и эксплуатации на основе обобщения современных достижений науки в области коммутации, позволяющих повысить коммутационную устойчивость крупных коллекторных машин постоянного тока.
Основные научные результаты и их новизна. Основными научными результатами, которые выносятся на защиту, являются:
обобщенные параметры, определяющие степень НКЦ, обусловленную физикой процесса, технологическими отклонениями, магнитной асимметрией малины и условиями эксплуатации;
математическая модель коммутационного процесса, усовершенствованная за счет включения обобщенных параметров степени НКЦ, и результаты её исследования на основе решения оптимизационной многофакторной двухкритериальной задачи;
метод оценки коммутационной напряженности № на стадии проектирования, включающий алгоритм оценки влияния степени НКЦ на условия коммутации, разработанный на базе теории чувствительности и допусков;
метод вероятностной оценки условий коммутации на стадии проектирования;
метод экспериментального поиска и достижения оптимальных условий коммутации на основе обобщенного критерия с использованием разработанных приборов объективной оценки уровня искрения
щеток для практически любых условий работы МЛТ;
рекомендации по использованию составных щеток,предупреждению "зебристости" коллекторов и искрения щеток в набегающем крае крупных МЦТ.
В целом новизна результатов работы заключается в переходе от качественной оценки влияния НКЦ к количественной; в реализации математической модели, обладающей возможностью оценки влияния различных факторов НКЦ на условия коммутации и применения вероятностных методов на стаДии проектирования; в разработке приборов с новыми свойствами для решения практических задач настройки коммутации и повышения научного уровня и достоверности результатов исследования..
Практическая ценность. Основные научные положения, сформулированные и обоснованные в работе, теоретически обобщены и решена научная проблема в области электрических маиик, имеющая важное народнохозяйственное значение. Её результаты позволили:
оценить влияние различных факторов неидентичности на процесс коммутации, а следовательно, и коммутационную напряженность МПТ на стадиях проектирования, создания и эксплуатации;
разработать и практически использовать комплекс приборов, позволяющий расширить возможности и повысить научный уровень и достоверность результатов исследований процесса коммута-г ции, произвести диагностирование и настройку коммутации на стендах и практически в любых условиях эксплуатации;
дать рекомендации по реализации оптимальных условий коммутации с учетом эксплуатации, что привело к увеличению коммутационной устойчивости и йффективносги электропривода;
- разработеть рекомендации по использование! составных ще-
ток, предупреждению "зебристости" и искрения щеток в набегающем крае крупных МПТ.
Предложенная математическая модель процесса коммутации и методы её исследования позволят разработать в перспективе оптимальную систему допусков на конструктивные параметры МПТ из условия предельной коммутационной напряженности.
В работе обобщены результаты опыта настройки коммутации крупных машин по ряду металлургических заводов Урала. Эффективность настройки оптимальных условий коммутации в крупных малинах с учетом условий эксплуатации оценивается в 5-20 рублей на каждый киловатт номинальной мощности настроенной машины.
Внедрение. Научные результаты работы внедрены и используются в настоящее время Главком "Черметзнєрго" МЧМ СССР на заводах Урала; заводе пластмасс г.Омска; ГГШ "Уралэнергочермет"; ЦНИИ Тидроприбор"; ВНИИЭлектромаше; НИИ ЛПЭО "Электросила".
Разработан и внедрен метод анализа состояния и настройки коммутации крупных МПТ непосредственно в условиях эксплуатации и при стендовых испытаниях с использованием созданного комплекса приборов. В процессе внедрения выполнена практическая налад-t ка коммутации многих эксплуатируемых и доработана группа вновь создаваемых крупных машин постоянного тока. Результаты работы используются при проектировании новых МПТ. Это позволило повысить технико-экономические показатели электрических машин; сократить простои оборудования; увеличить производительность и снизить эксплуатационные расходы (Соответствующими документами подтверждается аффект от внедрения результатов исследований по
темам, с которыми непосредственно связана диссертация).
Излаженные в работе теоретические положения и разработки устройств по диагностирований условий коммутации включены в лекционные курсы кафедр электрических машин ОмИИТа и ЛПИ им.М.И, Калинина.
Апробация. Основные положения диссертации обсуждались на: У Всесоюзной конференции по коммутации (Омск, 1974); конференциях ХабИИКГа (Хабаровск, 1981, 1983); Всесоюзном научно-технн-ческоы совещании НТО Э и ЭП (Ленинград, 1981, 1988); конференциях ОмИИТа (Омск, 1980, 1984, 1986); семинаре ТЭС "Союзэлект-ротяжмаш" (секция МПТ, март 1984); Республиканской конференции (Алма-Ата, 1984); научно-технических семинарах кафедры электрических машин ОмИИТа (Омск, 1981, 1983, 1986); Республиканской научно-технической конференции (Харьков, 1984, 1988); ІУ Всесоюзной научно-технической конференции (Днепродзержинск, 1985); научно-техническом семинаре кафедры электрических машин ОмПИ (Омск, 1985); объединенном научно-техническом семинаре кафедры олектрических нашин ЛПИ им.М.И. Калинина, ВНИИЗлектромаша, НИИ ЛПЭО "Электросила" (Ленинград, 1985); научно-техническом семинаре НТО 3 и ЗП (Москва, 1985); научно-техническом семинаре на кафедре электрических машин МИИТа (Москва, Г985, 1987); научно-технических семинарах по электрическим машинам и аппаратам (Харьков, УЗПИ; Куйбышев, КШ, 1985; Томск, ТПЙ, 1986).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 21 статье и семи описаниях к авторским свидетельствам, а также в 32 отчетах по научно-исследовательской тематике, прошедших государственную регистрацию.
. Структура работы. Диссертация состоит из введения, семи
глав, заключения, списка использованных источников, приложения.
Последовательность распределения материала по главам в основном соответствует порядку сформулированных задач. Работа включает 459 страниц, в том числе 285 страниц машинописного текста, 96 страниц приложения, 37 таблиц и 158 рисунков. Список использованных источников содержит 308 наименований, включая работы автора.
