Сінчук Ігор Олегович. Тяговий частотно-регульований асинхронний електропривод рудникових контактних електровозів

Короткий опис

Сінчук Ігор Олегович. Тяговий частотно-регульований асинхронний електропривод рудникових контактних електровозів : Дис... канд. наук: 05.09.03 2009

Сінчук І.О. Тяговий частотно-регульований асинхронний електропривод рудникових контактних електровозів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 електротехнічні комплекси та системи. Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків. 2009.
Дисертаційна робота спрямована на вирішення проблеми електроенергозбереження на електрифікованому транспорті рудникових шахт рудникових контактних електровозах шляхом застосування нових сучасних електроенергоефективних систем тягових електроприводів асинхронні двигуни- IGBT-інвертори.
В роботі узагальнено основні сучасні тенденції розвитку тягових електроприводів, що дозволило констатувати факт доцільності і необхідності розробки електроенергоеффективних їх видів оптимальної архітектури і функціональної захищеності для рудникових контактних електровозів.
Сформульовано узагальнені принципи будови архітектур тягових електроприводів змінного струму з високоефективними структурами перетворення електричної енергії на рудниковому електровозному транспорті.
Проведено аналіз статичних характеристик сконструйованої структури двохдвигунового тягового електричного привода з жорстким зв'язком валів через рейку і нерівномірності навантаження при їхній параметричній несиметрії.
Запропонована методика оцінки можливостей і місць виникнення позаштатних ситуацій, що провокують виникнення анормальних процесів при функціонуванні асинхронних тягових електроприводів рудникових контактних електровозів, що дозволило розробити і рекомендувати для застосування способи усунення анормальних ситуацій у функції ситуаційних впливаючих факторів.
Результати теоретичних і експериментальних досліджень і нові патентоспроможні схемотехнічні рішення передані «НВК Електровозо- будування» (м. Дніпропетровськ) і ТОВ ТД «Електричні машини» (м. Харків) для освоєння випуску нового вітчизняного високоефективного електроустаткування і систем керування рудниковими контактними електровозами.

У дисертаційній роботі обґрунтовано вирішення науково-прикладної задачі, що виявляється в підвищенні рівня реалізації електроенергетичного потенціалу, надійності й електробезпечності електроприводів змінного струму рудникових контактних електровозів з імпульсними системами керування рівня напруги живлення тягових асинхронних електричних двигунів з к.з. ротором.
Виконані дослідження дозволили отримати наступні результати:
1. Розвинута тактика підходу до аналізу та оцінки рівнів і критеріїв ефективності видів та структур тягових електроприводів рудникових контактних електровозів з метою використання та реалізації максимально можливого їх електроенергетичного потенціалу. Встановлено, що хаотичні коливання величин споживаного струму, швидкості руху та тягового зусилля, спричиняють неефективнопідвищений рівень електроспоживання рудниковим електровозом під час руху. При цьому, залежність, та питома вага, впливаючих на рівень споживання електричної енергії електровозом факторів носить суб’єктивно складний характер, в залежності від умов експлуатації та технічного стану електровоза і живлячої контактної мережі.
Розроблено закон та алгоритм його реалізації системою керування асинхронним тяговим електроприводом, що забезпечує загальне зниження рівня рейсового електроенергоспоживання рудниковим електровозом на 10-30% під час руху його по складовим елементам шахтних (підземних) магістралей.
2. Запропоновано метод аналізу електромагнітних процесів в електроприводах змінного струму рудничних контактних електровозів з контурами імпульсного перетворення електричної енергії живлення тягових асинхронних двигунів, що дозволяє розраховувати й оцінювати величини струму, напруги та моменту як в сталих, так і в перехідних режимах їх функціонування.
Встановлено, на основі аналізу статичних та динамічних характеристик розробленої структури двохдвигунового асинхронного тягового електричного привода з умовно жорстким через рейки зв’язком валів колісних пар між паралельно функціонуючими тяговими модулями: IGBT - інвертор - асинхронний тяговий двигун:
при параметричній несиметрії активних опорів статора критичне ковзання й критичний момент змінюються зворотньо пропорційно зміні опору; при несиметрії індуктивних опорів короткого замикання критичне ковзання й критичний момент змінюються зворотньо пропорційно їхній зміні; при несиметрії активних опорів роторів критичне ковзання й критичний момент змінюються пропорційно зміні опору;
підтверджено, що неврахування змінних параметрів тягових асинхронних двигунів приведе до помилкових результатів при дослідженні і проектуванні тягових електричних приводів як цілісного електротехнічного комплексу. Компенсація параметричної несиметрії тягового електричного двигуна шляхом впливу на вихідну напругу IGBT-перетворювача забезпечує вирівнювання навантаження.
3. В додаток до теорії аналізу та синтезу тягових електроприводів змінного струму рудникових контактних електровозів з асинхронними тяговими двигунами та АІН обґрунтовано напрямок розбудови процесу аналітичних досліджень вірогідності причин та місць можливого виникнення псевдо- і аварійних режимів функціонування, визначено, оцінено архітектуру структури превентивної локалізації (мінімізації) їх проявів.
Отримала подальший розвиток теорія мереж Петрі, що дозволило на основі формалізації рівнів ситуаційних можливостей узагальнити з окремих складових, функціональну структуру підсистеми електрозахисту електротехічного комплексу електровозу від анормальних ситуацій електропривода з IGBT-перетворювачем рудникового контактного електровоза.
4. Отримана, на підставі досліджень механізму появи перебоїв чи «провалу» в електроживленні рудникових контактних електровозів і прояви при цьому нештатних ситуацій у системі тягового електропривода, модель імовірності виникнення в даному випадку аварійних ситуацій, дозволяє виконати синтез структури в функції стійкості електромеханічної системи. Доведено змінний характер оптимально необхідного режиму настроювання системи захистів тягового електропривода.
Аналітично оцінено, що включення двигуна з режиму «вибігу», після відновлення живлення, на рівні напруги і частоти, що відповідають сталому режиму роботи тягових двигунів при цій частоті обертів, приводить до ударних струмів, що значно перевершують номінальні «значення». При цьому їх величина, в даному випадку, пропорційна прикладеній напрузі, тому при розробці та проектуванні комплексу тягових модулів: АІН-тяговий асинхронний двигун рудникових контактних електровозів потрібно враховувати необхідність обмеження величини напруги повторного включення двигуна з вибігу.
5. Розроблена та втілена в практику створення нових видів вітчизняних рудникових контактних електровозів система асинхронного тягового електропривода з IGBT-інвертором та мікропроцесорною системою керування забезпечує:
електроенергоефективне споживання електричної енергії тяговим електроприводом рудникового електровоза на основних складових елементах загального циклу рейса по підземним видобуткам;
оцінку та необхідний рівень вирівнювання навантаження асинхронних двигунів тягових модулів двохдвигунової електротехнічної системи рудникового електровозу;
захист елементів комплексу асинхронного тягового електроприводу від аварійних струмів та наднапруг;
функціонування системи при зниженні, чи-то «провалах» напруги живлення на вході АІН;
захист машиніста та обслуговуючого персоналу від ураження електричним струмом;
самовільний рух електровозу.
6. Розроблені, апробовані та рекомендуються до практичного використання:
способи та схемотехнічні рішення по захисту електрообладнання рудникових контактних електровозів від псевдо- та аварійних режимів;
схемотехнічні рішення по захисту машиніста електровозу від ураження електричним струмом;
програми та алгоритми для мікропроцесорного керування тяговим електроприводом.
7. Отримані результати дозволили розробити, випробувати і впровадити на шахті Батьківщина” Криворізького залізорудного комбінату (м. Кривий Ріг) дослідний зразок тягового асинхронного електропривода рудничного контактного електровоза з IGBT - перетворювачем електричної енергії, передати результати досліджень для практичної реалізації спеціалізованим підприємствам ДП «НВК Електровозобудування» (м. Дніпропетровськ) і ТОВ «Торговий дім «Електричні машини» (м. Харків) для випуску електроустаткування й рудникових контактних електровозів, що підтверджується відповідними актами впровадження.
Отримано науково-технічний ефект у сфері розробки принципово нових технічних рішень, і економічний ефект, що складає 15,07 тис. грн. на один електровоз у рік.
Результати досліджень, виконаних у дисертаційній роботі, запропоновані і впроваджені в навчальному процесі в Кременчуцькому державному політехнічному університеті імені Михайла Остроградського (м. Кременчук).