Разработка и исследование комплекта тягового электрооборудования карьерного самосвала грузоподъемностью 240 тонн ОАО «НИПТИЭМ» Виноградов А. Б. Гнездов Н. Е. Журавлев С.В. Сибирцев А.Н.

2 Карьерный самосвал грузоподъемностью 240 т Состав КТЭО: Асинхронный тяговый двигатель (ТАДМ УХЛ3) – 2 шт. (ООО «Русэлпром-СЭЗ») Шкаф преобразователей и систем управления (ШПСУ) – 1 шт. (ОАО «НИПТИЭМ») Устройство внешних тормозных резисторов (УВТР типа МСВ)- 2 шт. Контроллер верхнего уровня (КВУ) – 1 шт. Комплект ЗИП – 1 шт. Комплект оборудования для настройки и диагностики – 1 шт. Комплект сопроводительной технической документации – 1 шт.

3 Функциональная схема КТЭО БелАЗ-240

4 Особенности силовой части КТЭО 1. Синхронный генератор (СТГ) с электромагнитным возбуждением с 2-мя группами трехфазных обмоток с угловым смещением 30 гр. 2. Схема выпрямления – 12-пульсная, построенная с использованием изолированных диодных модулей на нитрид-алюминиевой керамике, установленных на радиаторы с жидкостным охлаждением; 3. Емкостный фильтр выполнен на пленочных конденсаторах блочного исполнения с многослойной ламинированной шиной. 4. Инверторы тяговых двигателей реализованы на силовых интегральных интеллектуальных IGBT-модулей серии SKiiP 4-го поколения (Semikron) в конфигурации «фаза» с жидкостным охлаждением 5. Частотозависимый температурный де рейтинг в дополнение к традиционному набору защит интеллектуальных IGBT-модулей, введенный с целью повышения надежности 6. Использование низкоиндуктивной многослойной шины с индивидуальными низкоиндуктивными снабберными конденсаторами на выводах DC IGBT-модулей 7. Силовой преобразователь системы возбуждения тягового генератора (СВТГ) выполнен по схеме: неуправляемый выпрямитель – понижающий DC/DC преобразователь на IGBT-чоппере с ШИМ. Питание выпрямителя - от одной из трехфазных обмоток тягового генератора по нулевой схеме. 8. Отдельный IGBT-инвертор (ИПСОХ) управляет асинхронным двигателем циркуляционного насоса системы жидкостного охлаждения шкафа силовых преобразователей (ШПСУ) 9. Групповое принудительное воздушное охлаждение теплообменников ШПСУ, а также обмоток генератора и тяговых двигателей производится крыльчаткой вентилятора, установленного на валу генератора.

5 Особенности системы управления 1. Трехконтурная система регулирования СВТГ, настроенная на отработку ступенчатого наброса/сброса номинальной нагрузки в звене постоянного тока (ЗПТ) за 50 мс по критерию компромисса между быстродействием и уровнем пульсаций в напряжении ЗПТ; 2. Векторный регулятор момента ТАДов с функциями адаптации к 6-ти кратному изменению Tr, идентификации сопротивлений и индуктивностей в реальном времени, учета в управлении процессов в стали, оптимизации потерь системы «ПЧ – АД» в зависимости от скорости и нагрузки; 3. Управление ТАДами в условиях очень широкого диапазона регулирования переменных в области ослабления поля (ограничения напряжения) – более 15:1. 4. Управление в условиях относительно малой емкости ЗПТ (28 мФ) и повышенного уровня пульсаций его напряжения; 5. Необходимость согласования существенно различающихся динамических характеристик элементов КТЭО; 6. Управление в условиях, когда предельная мощность тормозного режима ТАД (2*1.3 МВт), почти в 2 раза превышает предельную мощность двигательного режима (2*0.7 МВт); 7. Обеспечение 5%-й точности отработка задания по моменту ТАДов в рабочем диапазоне скоростей и нагрузок КТЭО и 6-ти кратной вариации Tr; 8. Реализация двух альтернативных вариантов алгоритма анти проскальзывания колес: на основе оценки ускорения по информации с датчика скорости и на основе информации по скорости неведущих колес. 9. Контроллеры СП ТАДов и УВТР реализованы на DSP серии TMS320F28335, контроллер СВТГ – на DSP серии TMS320F2808.

6 ЭТАПЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ 1. Испытания на «малом» стенде в ОАО «НИПТИЭМ» Цель работ: пуско-наладка, проверка работоспособности и основных характеристик силового канала и информационных цепей ШПСУ, отладка программного обеспечения, проверка функционирования ШПСУ в целом. Задачи: наладка системы возбуждения тягового генератора, запуск системы векторного управления на молох мощностях нагрузки (до 250 к Вт), отработка системы защит шкафа преобразователей и систем управления. 2. Испытания на испытательном участке в ООО «Русэлпром-СЭЗ» Цель работ: пуско-наладка и автономные испытания элементов КТЭО с выходом на их предельные и номинальные режимы работы, отладка и комплексные испытания КТЭО в целом, проверка соответствия его характеристик требованиям технического задания. 3. Испытания в составе самосвала в ОАО «БелАЗ» Цель работ: адаптация алгоритмического и программного обеспечения к объекту – самосвалу Проверка соответствия разработке требованиям технического задания. 4. Карьерные испытания. Цель работ: адаптация комплекта тягового оборудования к условиям эксплуатации в карьере, подтверждение выполнения требований технического задания.

7 Функциональные схемы испытательных стендов «Малый» стенд в ОАО «НИПТИЭМ Полномасштабный стенд по возвратной схеме в ООО «Русэлпром-СЭЗ» Полномасштабный стенд по схеме «БелАЗ на полу» в ООО «Русэлпром-СЭЗ»

8 Общий вид стенда по схеме «БелАЗ на полу» в ООО «Русэлпром-СЭЗ»

9 Проверка силовой части ШПСУ ударным током 2,8 кА Проверка силовой части ШПСУ рабочим напряжением (зеленый луч – Ud в ЗПТ ТАД, красный луч – ток ТАД, желтый луч – Ud в ЗПТ СВТГ) Силовая часть ШПСУ выдержало рабочее напряжение 1150 В в течении 3 мин. Результаты наладок и испытаний ШПСУ на «малом» стенде ОАО «НИПТИЭМ»

10 желтый луч – напряжение ЗПТ ТАД; синий луч - линейное напряжение статора СТГ; зеленый луч – ток фазы статора СТГ. желтый и синий лучи – токи фаз статора левого ТАД; красный луч – ток фазы статора правого ТАД; Осциллограммы переменных СТГ и ТАД в номинальном тяговом режиме (по 700 к Вт на каждый ТАД)

11 РЕЗУЛЬТАТЫ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ КТЭО в предельных режимах

12 РЕЗУЛЬТАТЫ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ КТЭО Режим «Газ в пол, движение в разные стороны Mz_огр=32000 Нм (управление от КВУ)» Реверс по скорости с 2950 до об/мин с заданием -33 к Нм Наброс/сброс максимального момента

13 Результаты нагрузочных испытаний КТЭО в номинальном тяговом режиме (по 700 к Вт на каждый ТАД) Шкаф преобразователей с системой управления Тяговые двигатели

14 Результаты нагрузочных испытаний КТЭО в номинальном тормозном режиме (по 1300 к Вт на каждый ТАД) Шкаф преобразователей с системой управления Тяговые двигатели

15 Результаты исследований различных алгоритмов анти проскальзывания колес Сверху вниз: скорость, момент, проскальзывание и действующее значение тока левого ТАД Режим: разгон самосвала при алгоритме анти проскальзывания на основе скорости неведущих колес масса – 400 тонн, движение – прямолинейное, уклоны дороги отсутствуют, коэф-нт трения колес – 0.1 Основные параметры режима : размах пульсаций момента 500 нм; размах пульсаций тока 25А; размах пульсаций скорости 0.43 об/мин; частота пульсаций 12Гц; время разгона до 90 рад/с – 17.8 сек.

16 Режим: разгон самосвала при алгоритме анти проскальзывания на основе оценки ускорения. Основные параметры режима : максимальный размах пульсаций момента нм; средний размах пульсаций тока 700А; средний размах пульсаций скорости в режиме переключений 4 рад/с; частота пульсаций Гц; время разгона до 90 рад/с – 26 сек, максимальное проскальзывание на выходе из режима анти проскальзывания – 15 рад/с

17 Внедрения по другим тяговым проектам концерна РУСЭЛПРОМ Трактор «БЕЛАРУС – 3023» с электромеханической трансмиссией на полевых испытаниях (опытная партия ) Гибридные автобусы ЛиАЗ, Богдан, Белкоммунмаш, Волжанин Самосвал грузоподъемностью 240 тонн Гусеничный трактор «Беларус-1502Э» 160 лс.

18 Заключение: 1)Разработанный комплект тягового электрооборудования проекта «КТЭО БелАЗ-240» успешно выдержал все стендовые испытания, проведенные согласно программе и методике испытаний. В объеме выполненных проверок КТЭО БелАЗ-240 соответствует требованиям технического задания. 2)Процессы в КТЭО нечувствительны к 6-ти кратному изменению постоянной времени ротора. 3)Обеспечена 5%-я точность регулирования момента в рабочем диапазоне скоростей и нагрузок. 4)Проведенные исследования различных алгоритмов анти проскальзывания колес самосвала показали, что по критериям величины пульсаций переменных и интенсивности разгона/торможения алгоритм на основе измерения скорости неведущих колес существенно превосходит алгоритм на базе оценки ускорения. 5)В процессе моделирования были определены рациональные соотношения параметров исследованных алгоритмов.

19 Спасибо за внимание!