CC BY
98
3. Сокращение габаритов электрооборудования позволило упростить его компоновку и конструкцию, и существенно сократить число кабельных связей, одного из источников отказов.
4. Разработанные принципы и технические решения обладают высокой степенью общности по отношению к другим типам грузоподъёмных механизмов, используемых на АЭС.
В настоящее время завершается изготовление электрооборудования двух кранов грузоподъёмностью 125 т с использованием приводов переменного тока на базе двигателей с короткозамкнутым ротором с частотно-токовым управлением.
Uy. Kuznetsov, G. Karpova, P. Limorenko, E. Nikiforov, A. Pridatkov, A. Biruykov, L. Prokofieva, V. Kuzkin, B. Teskin, B. Ruabinin, S. Tarasov, G. Titov, S. Piskunov
Modern decisions on modernization of systems of automation of electric drives of cranes of machine and reactor halls of nuclear stations
Specific conditions of exploitation of hoisting mechanisms reactor halls AU requires an integrated approach to developing technical solutions satisfying the current requirements of nuclear safety.
Keywords: electrical, management system.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
Л.Н. Макаров, д-р техн. наук, чл.-корр. РАЭН, ген. конструктор,
ген. директор, (499) 559-99-07, [email protected] (Россия, Москва,
концерн «РУСЭЛПРОМ», ОАО «РУСЭЛПРОМ-НИПТИЭМ»),
С.Н. Флоренцев, канд. техн. наук, ген. директор, (499) 559-99-07,
[email protected] (Россия , Москва, ООО «Русэлпром-Электропривод»),
Д.Б. Изосимов, канд. техн. наук., зам. ген. директора по науке,
(499) 559-99-07, [email protected]
(Россия , Москва, ООО «Русэлпром - Электропривод»)
РАЗВИТИЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА В КОНЦЕРНЕ «РУСЭЛПРОМ»
Рассматриваются режимы работы тягового привода, вопросы проектирования и оптимизации электрических машин и электромеханических систем, системы векторного управления асинхронным двигателем. Приводятся характеристики тяго-во-энергетического оборудования гибридного автобуса, сельскохозяйственного трактора, других разработок транспортных средств в концерне «Русэлпром».
Ключевые слова: системы векторного управления асинхронным двигателем, гибридный автобус, тягового привод.
Введение
Комбинированные энергоустановки (КЭУ) с ДВС являются наиболее реальным путем достижения высоких показателей транспортных
средств в самом ближайшем будущем, при этом удается обеспечить большую дальность пробега и сохранить существующую инфраструктуру заправки, снизить нагрузку на окружающую среду.
Преимущества гибридных транспортных средств давно известны мировым производителям. Только в США продано более 6000 гибридных автобусов различных производителей, причем удалось уменьшить разницу в цене гибридного и обычного автобуса. В мире существует около десятка разработчиков полных комплектов тягового электрооборудования, количество производителей отдельных компонентов или групп компонентов, компаний-интеграторов больше на порядок. Что же касается производителей, то можно сказать, что для них вопрос наличия в их производственной линейке гибридного транспортного средства является вопросом престижа.
Бурное развитие в мире гибридных транспортных средств и перспективы их развития не остались без внимания российских специалистов в этой области. Сразу несколько предприятий концерна «РУСЭЛПРОМ», ведущего объединения предприятий РФ по производству электротехнического оборудования и электрических машин, ведут разработки и подготовку производства электрических машин, силовой и управляющей электроники, стендов для испытаний как составных частей, так и всего комплекта тягового электрооборудования электрических трансмиссий для различных транспортных средств: большегрузных самосвалов, многосцепных автопоездов, многоосных колесных тягачей, сельскохозяйственных и промышленных колесных и гусеничных тракторов, гибридных автобусов, гибридных маневровых тепловозов, легковых автомобилей. Для решения задач тягового электропривода в концерне организовано ООО «Русэлпром -Электропривод». Испытательной базой служит научно-исследовательский институт «НИПТИЭМ», входящий в состав концерна «РУСЭЛПРОМ».
Особенности применения электропривода в транспортных средствах
Применение электропривода на транспорте предъявляет жесткие требования по основным показателям, и определяет использование передовых достижений в области проектирования, материалов, технологий изготовления.
Исходным моментом явилась разработка идеологии проектирования тягового электропривода. В настоящее время отсутствуют общепринятые и обоснованные процедуры выбора основных параметров электромеханических устройств для транспортной техники: коэффициентов редукции, числа передач, частот вращения, частот питания электрических машин, числа пар полюсов, и т.д., не говоря уже о выборе типа электродвигателей. Все это в значительной мере сдерживает разработку перспективных образцов, затрудняет взаимопонимание специалистов - разработчиков электрических машин, электроприводов, механических устройств, и транспортников.
В ООО «Русэлпром - Электропривод» разработана методика оптимизации геометрии активных частей асинхронного двигателя. Для оптимизированных АД при заданной мощности и примерно одинаковых уровнях потерь масса не зависит (точнее, слабо зависит) от частоты вращения ротора.
Основные показатели оптимизированного асинхронного тягового двигателя, приводимые в качестве примера:
область реализуемых мощностей: до 60 кВт (гипербола мощности 60 кВт сохраняется в диапазоне частот вращения ротора 1:16); максимальная частота вращения: 5000 об/мин (рис. 1); минимальная частота вращения, на которой должна быть реализуема мощность 60 кВт: 1/16 максимальной частоты вращения; длительный момент на валу двигателя: 700 Нм; максимальный момент на валу двигателя (кратковременно): 1800 Нм. Оптимизированный двигатель имеет массу активных материалов менее 60 кг (в том числе масса меди обмотки статора - 5,3 кг), длину активной части 11 см, наружный диаметр 42 см, внутренний - около 35 см.
Следующим элементом идеологии проектирования транспортных электромеханических устройств является рассмотрение и оптимизация систем этих устройств: «электрическая машина - механический редуктор», «электрическая машина - коробка передач», «электрическая машина - силовой преобразователь», «ДВС - буферный накопитель - мотор-генератор», синтез управления комплектным тягово-энергетическим оборудованием, рассмотрение режимов работы ДВС в гибридной схеме, и т.д.
о,а ол
а>з 02 ал 0,1 о
а к:*: 2ааа засс; <шаа
С к= р = 1Г ь ТА Д. о&Учнн
Рис. 1. Зависимость КДП от скорости
Для функционирования системы привода необходимо использование качественной системы управления, частотной или векторной. Такая система должна обеспечивать оптимальный по потерям режим работы двигателей во всех диапазонах частот вращения, электромагнитных моментов, скольжений, индукций и т.п. Для тяговых приводов необходимо также учитывать критерий максимального использования имеющихся ресурсов, прежде всего напряжения питания и тока, которые ограничиваются установленной мощностью силового преобразователя. Пример расчета
* — к— +-
1
X
—1
t
предельных режимов (асинхронный тяговый двигатель трактора) приведен на рис. 2.
нос
400 200
■: -т-1-1-1-.-1
О К» 1200 1Й00 2400 эооо даоо
н
Рис. 2. Пример расчета предельных режимов
В ООО «Русэлпром - Электропривод» реализованы как системы частотного, так и векторного управления асинхронным двигателем. Принципы синтеза цифрового (процессорного) векторного управления тяговым приводом:
a) использование разностной модели процессов;
b) оценивание не измеряемых непосредственно переменных;
c) асимптотическое регулирование для снижения влияния шумов в измерениях;
d) использование прогнозаторов переменных для компенсации запаздывания вычислений в микропроцессорном контроллере;
e) идентификация параметров двигателя.
К настоящему времени в ООО «Русэлпром - Электропривод» закончены экспериментальные (стендовые) исследования настройки приводов по параметрам АД. Настройке подлежат: постоянная времени ротора, обеспечивающая ориентацию по направлению истинного вектора потокос-цепления ротора; оптимальное по потреблению тока (потерям) соотношение компонент намагничивающего и активного тока; ограничение величины потокосцепления во второй зоне регулирования; величина индуктивности статора. Значения параметров корректируются по температуре обмоток. Приведены данные стендовых испытаний комплекта тягово-энергетического оборудования колесного трактора мощностью 300 л.с. на предельных режимах (максимальный момент АД 1200 Нм, максимальная мощность АД 183 кВт, максимальная мощность асинхронного мотор-генератор (МГ) 220 кВт при моменте 1200 Нм и скорости 1700 об/мин).
Таким образом, в Концерне «РУСЭЛПРОМ» решен комплекс вопросов построения тягового электропривода, что позволило создавать системы приводов и комплектного электроэнергетического оборудования для конкретных транспортных средств на уровне, не уступающем лучшим образцам ведущих фирм.
Разработки комплектного тягово-энергетического оборудования для электротранспортных средств в Концерне «РУСЭЛПРОМ» 1. Гибридный автобус ЛИАЗ 5292ХХ
На Международном автотранспортном форуме (г. Москва, 9 - 12 сентября 2008 г.) представлен городской автобус ЛИАЗ 5292ХХ с гибридной энергоустановкой, этот автобус был признан лучшим автобусом года в России. Автобус ЛИАЗ 5292ХХ - результат совместной работы концерна «РУСЭЛПРОМ» и Ликинского автобусного завода. Основные характеристики силового оборудования представлены в табл.1.
Основные характеристики силового оборудования
Таблица 1
Наименование параметра Значение
Мощность на выходе генератора, кВт, не более 132,5
Максимальный момент на валу МГ, Нм (п=2200) 575
Максимальная скорость вращения вала МГ, об./мин. 2200
Номинальное напряжение звена постоянного тока, В 750
Максимальная мощность на валу ТАД, кВт, не более 250
Длительная мощность на валу ТАД, не более, кВт 125
Максимальный пусковой момент на валу ТАД, Нм 1500
Максимальный длительный момент на валу ТАД, Нм 1000
Максимальная скорость вращения ТАД, об/мин (при скорости 90 км/час) 4975
Выполнено проектирование комплектов тягового электрооборудования (КТЭО) для городских 9-12-15- и 18-м автобусов.
2. Сельскохозяйственные тракторы
Совместно с производственным объединением «Минский тракторный завод», являющимся одним из крупнейших предприятий в мире по выпуску колесных тракторов, концерн «РУСЭЛПРОМ» создал трактор с электромеханической трансмиссией переменно-переменного тока. Концептуальный макет трактора был создан в 2008 г., он прошел всесторонние стендовые и полигонные испытания в составе трактора МТЗ3022Э (включая сопоставительную пахоту).
Параметры асинхронных генератора (МГ) и тягового двигателя (ТАД) приведены в табл. 2.
Таблица 2
Параметры асинхронных генератора и тягового двигателя
Наименование параметра МГ, ТАД,
значение значение
Тип Асинхронный Асинхронный
с короткозамкнутым с короткозамкнутым
ротором ротором
Число фаз 3 3
Мощность, кВт 220 183
Номинальная частота вращения, об/мин 1750 1450
Диапазон частот вращения, об/мин 800 - 2500 -3600 -:- + 3600
КПД (совместно с силовым преобразователем) 0,93 0,93
Габариты (длина/диаметр), мм 630\545 630\545
Масса, кг 650 650
ООО «Русэлпром - Электропривод», в дополнение к основному оборудованию, разработало и поставляет в качестве опций автономную станцию электроснабжения (АСЭ), электропривод переднего вала отбора мощности (ВОМ), и электропривод вентилятора радиатора дизеля.
Опытная партия тракторов МТЗ 3023 (5 шт.) прошла испытания на машино - испытательных станциях в России, Белоруссии и Украине. Широкому потребителю трактор «БЕЛАРУС - 3023» был представлен на крупнейшей сельскохозяйственной выставке AGRITECHNICA-2009 (Ганновер, 8 - 14 ноября 2009 г.). Трактор удостоен серебряной медали организатора - немецкого сельскохозяйственного общества DLG.
В настоящее время изготавливается первая промышленная партия тракторов «БЕЛАРУС-3023», ведется разработка гусеничного трактора 160 л.с., колесных тракторов 150 и 450 л.с.
На предприятиях концерна «РУСЭЛПРОМ» ведутся также разработки и изготовление комплектов тягового электрооборудования для гибридного маневрового тепловоза, гусеничных промышленных тракторов, легкового гибридного автомобиля.
L. Makarov, S. Florentsev, D. Izosimov
Development of the traction electric drive in concern "RUSELPROM"
There are traction drive modes under investigation, as well as IM and electromechanical systems development and optimization, vector control of AC drive. Technical data of complete traction equipment of hybrid bus, agriculture tractor, of other vehicles are under development in "Ruselprom" company are given.
Keywords: vector control of AC drive, hybrid bus, tractive drive.
Получено 06.07.10
