Удовенко Олег Олександрович. Енергозберігаюча система тягового електроприводу рудникового акумуляторного електровозу

Короткий опис

Удовенко Олег Олександрович. Енергозберігаюча система тягового електроприводу рудникового акумуляторного електровозу: дис... канд. техн. наук: 05.09.03 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2004

Удовенко О.О. Енергозберігаюча система тягового електроприводу рудникового акумуляторного електровозу. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 електротехнічні комплекси і системи. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут” Харків 2004.
Дисертація присвячена дослідженню і розробці енергозберігаючого тягового електроприводу рудникового акумуляторного електровозу з комбінованим імпульсним перетворювачем.
Визначено критерії вибору базової структури тягового електроприводу, розвинений і конкретизований алгоритм глобального пошуку оптимальної структури тягового електроприводу й імпульсного перетворювача.
Проведено аналітичні комп'ютерні та експериментальні дослідження перехідних електромагнітних процесів у силовому ланцюгу тягового електроприводу при ШІМ напруги живлення тягових двигунів, в результаті яких встановлена аналітична залежність між частотою модуляції, шпаруватістю імпульсного перетворювача, коефіцієнтом пульсації струму, параметрами силового ланцюга; обґрунтовані переваги двоступеневого регулювання напруги. Розроблено алгоритм двоступеневого регулювання, що реалізується мікропроцесорним блоком керування.
Запропоновано схему імпульсного перетворювача, що використовує сполучення IGBТ і одноопераційних SCRI тиристорів з Е комутацією, дослідження якої методами мереж Петрі підтвердили її відповідність для рудникового акумуляторного електровозу.

У дисертаційній роботі знайшла подальший розвиток теорія аналізу і синтезу тягових електроприводів з імпульсними перетворювачами напруги для рудникових акумуляторних електровозів на основі рішення задач багатокритеріальної оптимізації і теорії мереж Петрі.
Отримані в дисертаційній роботі результати теоретичних досліджень у сукупності своїй становлять значний внесок у розвиток теорії і практики створення тягових електровозів з імпульсним перетворювачем, а розроблені схемотехнічні рішення дозволяють розробити необхідну високоефективну і енергоекономічну систему керування вітчизняними рудниковими акумуляторними електровозами.
Виконані дослідження дають можливість сформулювати узагальнюючі висновки:

В умовах сталості тенденції підвищення цін на електроенергію і збільшення питомої ваги останньої в загальних витратах на видобуток КК підземним способом, запропоновані стратегія і тактика подальшого розвитку методів оптимізації структур і параметрів ТЕП з ІП, що відкриває можливість створення СУ рудниковими акумуляторними електровозами з очікуваними енергозберігаючими показниками.
Уперше розроблений і запропонований теоретикоекспериментальний підхід до синтезу ТЕП з ІП напруги на основі задач багатокритеріальної оптимізації, що відрізняється від відомих розширеним обсягом імовірнісних можливостей перебору аналізованих варіантів, які дозволяють одержати алгоритм оптимізації структур і на його основі поетапно конструювати архітектуру побудови ІП з необхідними параметрами і техніко-економічними показниками.
Запропоновано математичне забезпечення методів оптимізації ТЕП з ІП, що дозволяє вперше одержати рішення подвійної задачі забезпечення достатньої наочності поетапного аналізу електромагнітних процесів при високому ступені вірогідності оцінки втрат електричної енергії, що відбуваються в елементах ІП у функції режимів роботи ТЕП.
Запропонована вперше узагальнююча математична модель ТЕП з ІП, що стала базовою для модернізованих методів аналізу і синтезу останніх за критеріями енергоефективності, обумовлює раніше недосяжну можливість моделювання комплексу фізичних процесів у ІП ТЕП, спрощуючи сам процес моделювання, а також прискорюючи процес одержання результатів.
Уперше створена принципово нова енергоефективна схема комбінованого ІП з Е комутацією і зонним регулюванням випрямленої напруги в ТЕП рудникових акумуляторних електровозів, що відрізняється від відомих можливістю досягнення зниження на 20-25 % електричних втрат в елементах перетворювача, збільшенням на 25-30% часу роботи АБ, зменшує електромагнітний вплив СУ електровозом на саму систему і канали зв'язку й автоматики, організовані по лініях, прокладених уздовж гірничих виробіток шахт.
Розроблена методика аналізу процесів у ланцюгах ТЕП з ІП, що дозволяє, на відміну від відомих, за заданими вхідними параметрами ІП і внутрішнім параметрам ланцюга електроприводу в цілому, врахувати взаємний вплив системи: ТЕП АБ і тим самим вперше одержати необхідні рівні адаптації керованих сигналів СУ ІП у функції рівня пульсації струму в ланцюзі тягового двигуна.
Розроблені вперше методи й алгоритми керування ТЕП з імпульсним регулюванням напруги живлення за критеріями мінімізації енергоспоживання від АБ рудникового електровозу, що відрізняються достатньою універсальністю і дозволяють створювати енергоефективні системи керування електроприводами з двигунами постійного струму, виключивши чи знизивши при цьому до мінімуму пульсації струму в силовому ланцюзі двигуна без застосування громіздких засобів згладжування форм кривих струму.
Отримані розрахункові співвідношення і криві для визначення границь ефективного керування ІП за критеріями мінімуму енергоспоживання, що відрізняються від відомих можливістю ефективно використовувати весь діапазон регулювання без ускладнення самої системи і залучення для цього додаткових силових елементів.
Отримані теоретичні та експериментальні дослідження, нові патентоспроможні схемотехнічні рішення використані в науково-дослідних роботах Криворізького технічного університету і передані до ВАТ Електромашина” для створення вітчизняного високоефективного електроустаткування і систем керування новими видами рудникових акумуляторних електровозів.

Дослідний зразок СУ рудниковим акумуляторним електровозом з тяговим електроприводом типу та імпульсним регулюванням випрямленої напруги проходить випробування в шахтах.
Очікуваний економічний ефект від впровадження складає 17,15 тисяч грн. на один електровоз у рік, підтверджений 4,41 тис. грн. на один електровоз у рік.
Результати досліджень дисертаційної роботи використовуються у навчальному процесі в Криворізькому технічному університеті, Українському політехнічному технікумі (м. Кривий Ріг) і Кременчуцькому державному політехнічному університеті (м. Кременчук).
Сформульовані в дисертаційній роботі наукові положення, рекомендації і висновки є достатньо обґрунтованими, базуються на теоретичному аналізі, коректній постановці розв'язуваних наукових задач, узгоджені в розроблених математичних і фізичних моделях з експериментальними результатами і раніше відомими даними з літературних джерел, апробацією основних положень і результатів на представницьких конференціях і симпозіумах.