Details

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка математической модели электропривода напорного механизма карьерного экскаватора ЭКГ-12 на базе асинхронного двигателя с векторным управлением, а также исследование электромагнитных и тепловых процессов в токоведущей системе комплектного распределительного устройства КРУ 2КВЭ-6 для повышения надёжности и эффективности работы электрооборудования экскаватора. Предметом исследования данной выпускной квалификационной работы являются электропривод напорного механизма карьерного экскаватора ЭКГ-12 и токоведущие элементы комплектного распределительного устройства КРУ 2КВЭ-6, работающие в номинальных и аварийных режимах. В рамках выполнения работы были поставлены и решены следующие задачи: 1. Выполнен анализ конструкции, принципа действия и режимов работы напорного механизма карьерного экскаватора ЭКГ-12. 2. Проведён расчёт нагрузок напорного механизма и выполнен выбор асинхронного двигателя типа 5А355S4. 3. Разработана математическая модель частотно-регулируемого электропривода с векторной системой управления в среде MATLAB Simulink. 4. Проведено моделирование переходных процессов и анализ динамических характеристик электропривода. 5. Создана трёхмерная геометрическая модель токоведущих частей комплектного распределительного устройства КРУ 2КВЭ-6. 6. Выполнен расчёт токов короткого замыкания и определены основные расчётные параметры токоведущей системы. 7. Разработана математическая модель электромагнитных и тепловых процессов в токоведущих элементах КРУ в программном комплексе COMSOL Multiphysics. Выполнено численное моделирование распределения температуры и оценка электродинамической стойкости токоведущих частей при различных режимах работы оборудования. В работе разработана математическая модель электропривода напорного механизма карьерного экскаватора ЭКГ-12, позволяющая исследовать динамические процессы при изменении нагрузки и параметров управления. Выполнено моделирование переходных процессов, подтверждающее эффективность применения векторной системы управления асинхронным двигателем для обеспечения требуемых показателей быстродействия и устойчивости электропривода. Также разработана трёхмерная модель токоведущей системы КРУ 2КВЭ-6 и выполнено математическое моделирование электромагнитных и тепловых процессов в её элементах. Получены распределения плотности тока и температуры при номинальном режиме работы и в условиях короткого замыкания. Проведена оценка электродинамической стойкости токоведущих частей и определены наиболее нагруженные участки конструкции. Практическим результатом выпускной квалификационной работы является разработка математических моделей электропривода напорного механизма и токоведущей системы КРУ 2КВЭ-6, которые могут быть использованы при проектировании, модернизации и оценке надёжности электрооборудования карьерных экскаваторов. Работа выполнена с использованием программных комплексов MATLAB Simulink 2022a, Mathcad 15, sPlan 7.0, SolidWorks, COMSOL Multiphysics, с оформлением пояснительной записки в текстовом редакторе Microsoft Word на листах формата А4.

The purpose of this graduation qualification thesis is to develop a mathematical model of the electric drive of the EKG-12 mining excavator crowd mechanism based on an induction motor with vector control, as well as to investigate electromagnetic and thermal processes in the current-carrying system of the 2KVE-6 metal-enclosed switchgear in order to improve the reliability and operational efficiency of the excavator’s electrical equipment. The subject of this study is the electric drive of the crowd mechanism of the EKG-12 mining excavator and the current-carrying components of the 2KVE-6 metal-enclosed switchgear operating under both rated and fault conditions. The following objectives were formulated and accomplished within the framework of the thesis: 1. Analysis of the design, operating principles, and operating modes of the EKG-12 mining excavator crowd mechanism. 2. Calculation of crowd mechanism loads and selection of a 5A355S4 induction motor. 3. Development of a mathematical model of a variable-frequency electric drive with a vector control system in the MATLAB Simulink environment. 4. Simulation of transient processes and analysis of the dynamic characteristics of the electric drive. 5. Creation of a three-dimensional geometric model of the current-carrying parts of the 2KVE-6 metal-enclosed switchgear. 6. Calculation of short-circuit currents and determination of the main design parameters of the current-carrying system. 7. Development of a mathematical model of electromagnetic and thermal processes in the switchgear current-carrying components using COMSOL Multiphysics. 8. Numerical simulation of temperature distribution and evaluation of the electrodynamic withstand capability of current-carrying parts under various operating conditions. A mathematical model of the electric drive of the EKG-12 mining excavator crowd mechanism was developed, enabling the investigation of dynamic processes under varying load and control parameters. Simulation of transient processes confirmed the effectiveness of applying vector control to the induction motor in achieving the required dynamic performance and stability of the electric drive system. In addition, a three-dimensional model of the 2KVE-6 current-carrying system was developed, and mathematical modeling of electromagnetic and thermal processes in its components was performed. Current density and temperature distributions were obtained for both rated operating conditions and short-circuit conditions. An assessment of the electrodynamic withstand capability of the current-carrying parts was carried out, and the most heavily loaded sections of the structure were identified. The practical outcome of this graduation qualification thesis is the development of mathematical models of the crowd mechanism electric drive and the 2KVE-6 current-carrying system, which can be used in the design, modernization, and reliability assessment of electrical equipment for mining excavators. The thesis was completed using MATLAB Simulink 2022a, Mathcad 15, sPlan 7.0, SolidWorks, and COMSOL Multiphysics, with the explanatory report prepared in Microsoft Word on A4-size paper.