Дайджести науково-технічної конференції «Проблеми енергоресурсозбереження в електротехнічних системах. Наука освіта і практика»

УДК 621.313

ОСОБЕННОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПУСКА СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ СЕКЦИИ ШАРОВЫХ МЕЛЬНИЦ

А. П. Черный, К. Н. Богатырев, А. Ю. Романов

Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского

ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина. E-mail: apch@kdu.edu.ua

Бердай Абдельмажид

ENSEM Университет Хассан II  Касабланка, PO Box 8118, Оасис, Касабланка. Марокко.

E-mail: a.berdai@gmail.com

Приведены исследования на математической модели процесса прямого асинхронного пуска синхронных двигателей электроприводов секции шаровых мельниц, которые запускаются последовательно один за другим. Обоснован принцип формирования математической модели. Показано, что моделирование общей питающей линии и кабельных линий подключения двигателей необходимо производить в трехфазной координатной системе с преобразованием напряжения на статоре каждого синхронного двигателя в ортогональное с учетом угла поворота его ротора. Такая математическая модель позволяет учесть взаимное влияние электромагнитных процессов в запускаемых двигателях. Данная задача решается для обеспечения улучшения условий пуска синхронных двигателей, повышения надежности системы, уменьшения влияния их пусковых режимов на снижение напряжения в сети при пуске и на режимы работы электрического оборудования или других электрических двигателей, присоединенных к этой же сети. Это осуществляется за счет поддержания напряжения в сети, к которой подключены синхронные двигатели, путем перевода двигателей, которые запущены, в режим перевозбуждения на период запуска двигателей запускаемых. Результаты моделирования приведены для пуска синхронных двигателей с учетом и без учета форсирования напряжения возбуждения.

Ключевые слова: электропривод, синхронные двигатели, пусковой режим, форсирование возбуждения, математическая модель.

УДК 62-83: 621.313.3

ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ НЕРЕГУЛЬОВАНИХ АСИНХРОННИХ ЕЛЕКТРОПРИВОДІВ ПРИ РОБОТІ З ЧАСТИМИ ПУСКАМИ

Н. Д. Красношапка, В. С. Бовкунович

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»

просп. Перемоги, 37, м. Київ, 03056, Україна. Е-mail: krasnat@ukr.net

Розглядаються питання покращення енергетичної ефективності нерегульованих асинхронних електроприводів при роботі з частими пусками. Для вирішення даної задачі запропоновано використовувати асинхронні двигуни спеціальної конструкції з торцевими масивними феромагнітними екранами подовжених стрижнів ротора та короткозамикаючих кілець поза робочим повітряним зазором. Розглянуто питання вибору геометричних розмірів таких екранів при виконанні умови максимуму пускового моменту й накладанні обмежень на жорсткість механічної характеристики на робочій ділянці. Проведені дослідження показали збільшення величини пускового моменту  при обмеженні пускового струму таких двигунів. Аналіз пускових процесів в електроприводах із запропонованими двигунами показав зменшення часу пуску, величини споживаної енергії й втрат активної потужності. Найменші час пуску та споживану енергію має електропривод із двома торцевими екранами на всі стрижні. За необхідністю більшого обмеження величини пускового струму й втрат активної потужності може бути рекомендований електропривод з двигуном, який має один масивний феромагнітний торцевий екран елементів роторного контуру.

Ключові слова: асинхронний двигун, електропривод, енергетична ефективність, феромагнітні екрани, максимальний пусковий момент.

УДК 622.625.28-83

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПУСКА СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ
НА БАЗЕ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

О. Н. Юрченко

Институт электродинамики Национальной академии наук Украины

просп. Победы, 56, г. Киев, 03680, Украина. E-mail: Yuon@ied.org.ua     

Д. А. Михайличенко

Кременчугский национальний университет имени Михаила Остроградского

ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Україна. E-mail: bsn1987@i.ua

При проектировании систем запуска синхронных двигателей необходимо решать задачи, связанные с разработкой адекватной математической модели двигателя, оценкой и выбором наиболее подходящего для конкретного случая способа формирования выходных форм кривых тока и напряжения широтно-импульсного преобразователя, синтезом системы регулирования и анализом переходных процессов в электротехническом комплексе управляемого пуска. Проведен анализ переходных процессов при управлении пуском синхронного двигателя с использованием замкнутой системы регулирования на базе модели широтно-импульсного преобразователя и математической модели синхронного двигателя, построенной в координатах тока статора и потокосцепления статора. Также приведены графики потребления электроэнергии в системе с трапецеидальным фазным напряжением и в системе с синусоидальным фазным напряжением.

Ключевые слова: синхронный электрический двигатель, широтно-импульсный преобразователь.

УДК 621.3.016.34, 62-529

АНАЛИЗ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ТРОГАНИИ

О. А. Хребтова, А. И. Гладырь

Кременчугский  национальный университет имени Михаила Остроградского

ул. Первомайская, 20, г. Кременчуг, 39600, Украина. Е-mail: 34092@ukr.net

Проведён анализ тепловых режимов асинхронного двигателя в системе «преобразователь частоты–асинхронный двигатель». Результаты экспериментальных исследований получены на базе специализированного лабораторного комплекса, который обеспечивает пошаговое уменьшение частоты питающего напряжения (от 50 Гц до 10 Гц) при его заданном действующем значении с циклически нарастающим пусковым моментом при заторможенном роторе. Установлено, что при формировании циклического пускового момента нагрев обмоток статора происходит медленнее по сравнению с нагревом при длительном режиме работы асинхронного двигателя с заторможенным ротором, что позволяет выполнять многократные попытки трогания с повышением пускового момента за счет кратковременного превышения каталожного значения пускового момента.

Ключевые слова: параметры питающего напряжения, трогание, нагрев.

УДК 621.3.076

РОБАСТНА СИСТЕМА ВЕКТОРНОГО КЕРУВАННЯ ШВИДКІСТЮ
ВЕНТИЛЬНО-ІНДУКТОРНОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА

М. Я. Островерхов, В. М. Пижов

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»

просп. Перемоги, 37, м. Київ, 03056, Україна. Е-mail: ostroverkhov@list.ru

За своєю природою вентильно-індукторний електродвигун є взаємопов’язаним об’єктом керування. При обчисленні параметрів схеми заміщення двигуна виникають похибки, що обумовлені допущеннями відповідної методики. Внаслідок нагрівання чи зміни кінематики механізму параметри електродвигуна та електропривода змінюються. Вказані причини обумовлюють координатні та параметричні збурення, що призводять до погіршення заданої якості керування електроприводом. Закони керування електроприводом розроблено на основі концепції зворотної задачі динаміки в поєднанні з мінімізацією локальних функціоналів миттєвих значень енергій, що забезпечує робастність та динамічну декомпозицію системи. Задачею зворотної задачі динаміки є знаходження такого закону керування, який забезпечує наперед задану його якість. В основу методу покладено ідею зворотності прямого метода Ляпунова по дослідженню стійкості. Це дозволяє знаходити закон керування, при якому замкнутий контур має наперед задану функцію Ляпунова у вигляді миттєвого значення енергії. Особливістю оптимізації є досягнення не абсолютного мінімуму функціонала якості, як у класичних системах, а деякого мінімального значення, що забезпечує допустиму за технічними вимогами динамічну похибку системи. Ще однією характерною особливістю отриманих законів керування є відсутність у них параметрів об’єктів керування та операцій диференціювання, що обумовлює простоту їх реалізації.

Ключові слова: вентильно-індукторний електропривод, закони керування, робастність.

УДК 621.313.33

РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ЛИНЕЙНОГО ПРИВОДА СТРЕЛОЧНОГО ПЕРЕВОДА МОНОШПАЛЬНОГО ТИПА

С. Г. Буряковский, Ар. С. Маслий

Украинская государственная академия железнодорожного транспорта

пл. Феербаха, 7, г. Харьков, 61050, Украина. Е-mail: sergbyr@rambler.ru, a.masliy@bk.ru

Ан. С. Маслий

ООО НКП «Укртранссигнал»

ул. Луи Пастера, 2, г. Харьков, 61075, Украина. Е-mail: andrey.masliy@bk.ru

Наряду с усовершенствованием существующих стрелочных приводов путем замены ненадежных элементов, мировыми компаниями производится работа над созданием новых их типов. Общая концепция новых стрелочных переводов как для обычного, так и высокоскоростного движения сводится к обеспечению максимальной надежности и безопасности, а также к снижению затрат времени на укладку и обслуживание стрелочного перевода за счет отказа от предварительного монтажа на вспомогательной площадке, снижению энергопотребления, расширению функциональных возможностей привода. Современные стрелочные переводы оснащаются модифицированной и оптимизированной системой привода, поэтому в данной работе предложена новая конструкция стрелочного перевода моношпального типа на базе линейного двигателя и рассмотрена методика расчета тяговой характеристики привода. Предложенный расчет позволил получить необходимые параметры двигателя, оптимизировать конструкцию привода методом покоординатного спуска для стрелочных переводов типа Р65 марки 1/11 с учетом различных условий эксплуатации.

Ключевые слова: стрелочный перевод, линейный электродвигатель, тяговая характеристика.

УДК 62.83.52

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОНВЕЙЕРНОЙ УСТАНОВКИ С ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

А. В. Чермалых, В. Н. Пермяков, И. Я. Майданский, А. С. Иржавский

национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”

просп. Победы, 37, г. Киев, 03056, Украина. E-mail: ivanmaidanskyi@gmail.com

Рассмотрена методика исследования режимов работы конвейерных установок как единых технологических комплексов в составе регулируемого электропривода и непосредственно ленточного конвейера. Разработана универсальная комбинированная модель, содержащая две составляющие. Частотно-регулируемый электропривод с системой управления на основе цифрового ПИД-регулятора скорости синтезирован на принципах структурного моделирования в виде элементов с требуемыми передаточными функциями, а механическая часть
конвейера выполнена на базе специальных блоков, обеспечивающих реализацию необходимых математических зависимостей. Таким образом, созданная модель объединяет электромеханическою и механическую систему конвейерной установки. Такой подход следует считать актуальным, поскольку регулируемой координатой для конвейера фактически является только скорость приводного двигателя, а на динамику и энергетические показатели комплекса в целом существенное влияние оказывают элементы конструкции в виде ленты, роликов, опор, натяжных устройств и их взаимосвязь между собой. Алгоритм функционирования модели учитывает возможные и необходимые технологические режимы работы ленточного конвейера: запуск порожнего конвейера; полную загруженность; изменение производительности, связанной с переменным характером поступающего грузопотока; разгрузку перед остановкой. Исследована динамика системы электропривода при регулировании скорости двигателя в функции производительности конвейера с учетом изменения коэффициента сопротивления движению ленты по роликам. При этом оценивалось энергопотребление установкой для вариантов нерегулируемого и регулируемого электропривода на основе реализации теоретических математических зависимостей, а также определялась механическая мощность на валу двигателя. Полученные результаты позволяют
сделать вывод о существенном снижении потребляемой мощности при регулировании скорости в зависимости от производительности с возможностью стабилизации погонной нагрузки. Даны комментарии и сделаны выводы относительно целесообразности применения частотно-регулируемого электропривода для конвейерных
установок.

Ключевые слова: конвейер, частотное регулирование, моделирование, энергопотребление.

УДК 622.625.28-83

РАЗРАБОТКА СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА РУДНИЧНЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ

О. Н. Синчук, Э. С. Гузов, И. О. Синчук, Д. О. Кальмус

Криворожский национальний университет

ул. ХХІІ Партсъезда, 11, г. Кривой Рог, 50024, Украина. Е-mail: speet@ukr.net

Рассмотрены способы и схемотехнические решения электрического торможения тяговых электроприводов постоянного тока рудничных электровозов. Отмечена актуальность и необходимость модернизации эксплуатируемых решений в направлении поиска новых эффективных вариантов торможения этих видов тяговых электроприводов. Обосновано направление поиска. Установлен наиболее приемлемый вид – динамическое торможение. Показано, что ввиду высоких энергетических показателей, мягкости электромеханических характеристик и относительной простоты реализации схемных решений применяемые в качестве тяговых электрические машины постоянного тока последовательного возбуждения достаточно эффективны. Отмечено, что применяемые для надежного возбуждения двигателей различного рода «подпитки» обмотки возбуждения от дополнительного источника питания – аккумуляторной батареи, созданием инициирующего импульса за счет энергии заряда конденсатора и т.п., характеризуются общим и немаловажным недостатком – потребностью в дополнительных силовых элементах либо достаточно точной настройке. С целью устранения вышеотмеченных недостатков предложено авторское схемотехническое решение, минимизирующее эти одиозные моменты.

Ключевые слова: тяговый электропривод, самовозбуждение.

УДК 621.313

ОЦІНКА ПОХИБОК РЕГУЛЮВАННЯ У ЗАМКНЕНИХ КОНТУРАХ СТРУМУ ТА ПОТОКОЗЧЕПЛЕННЯ В СИСТЕМАХ ВЕКТОРНОГО КЕРУВАННЯ

В. О. Мельников

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, 39600, Україна. E-mail: melnykow@gmail.com

Класичні методи побудови систем векторного керування передбачають оперування проекціями струму статора й потокозчеплення ротора в обертовій системі координат. Використання такого підходу та компенсація перехресних зв’язків за проекціями струму статора дає можливість проводити налагодження системи керування згідно з принципами підпорядкованого регулювання координат. На сьогодні відомі системи, в яких регулювання струму та потокозчеплення відбувається в нерухомій системі координат, тобто система керування оперує гармонійними сигналами, при цьому питання регулювання періодичних сигналів у замкнених контурах струму та потокозчеплення не розглядається, відповідно до чого постає питання синтезу та визначення коефіцієнтів регуляторів векторних змінних у таких системах. У роботі проведено дослідження можливості використання класичних методів синтезу регуляторів системи векторного керування для вирішення зазначеної задачі. Оскільки якість перехідних процесів у системах керування з гармонійними сигналами може бути визначена на основі непрямих критеріїв, до яких належать частотні характеристики системи, було проаналізовано амплітудно-частотні та фазочастотні характеристики контурів регулювання струму та потокозчеплення асинхронного двигуна. Проведені дослідження підтверджують можливість використання класичних підходів синтезу регуляторів системи векторного керування при регулюванні періодичних сигналів, при цьому похибки регулювання залежать від частоти модуляції силових ключів автономного інвертора напруги.

Ключові слова: асинхронний двигун, векторне керування, періодичні сигнали.

УДК 62-868-551. 43-58 (045)

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕГУЛИРУЕМОГО ДЕБАЛАНСНОГО ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯ ПРИ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ

В. В. Осадчий

Запорожский национальный технический университет

ул. Жуковского, 64, г. Запорожье, 69063, Украина. E-mail: w.osadchiy@gmail.com

Повышение энергоэффективности виброагрегатов возможно путем применения управляемых вибрационных машин. Регулируемый дебалансный вибровозбудитель, выгодно отличающийся массогабаритными и стоимостными показателями от электромагнитного, в чисто механическом исполнении не получил должного развития ввиду сложности кинематических связей. В то же время заданное взаимное расположение вращающихся дебалансов, являющееся основой регулирования возмущающей силы, может быть достигнуто средствами автоматизированного электропривода. В большинстве случаев оси вращения дебалансов не совпадают с центром масс подвижной платформы. Возникающий при этом вращательный момент исключает возможность рассмотрения регулируемого дебалансного вибровозбудителя как материальной точки, поэтому исследование взаимодействия вращающихся дебалансов при плоскопараллельном движении платформы является актуальной задачей. Предложена математическая модель регулируемого вибровозбудителя, учитывающая вращательный момент, создаваемый дебалансом, ось вращения которого не совпадает с центром масс платформы. Указанная модель может быть использована при разработке системы управления регулируемым вибровозбудителем.

Ключевые слова: вибровозбудитель, дебаланс, угловое положение, плоско-параллельное движение, система управления.