Анотація до роботи:

Нізімов В.Б. Системи керування синхронними електроприводами з ємнісними накопичувачами енергії в контурі збудження (теорія, дослідження, розробка, застосування). – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси і системи. – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2002.

У дисертації вирішена науково – прикладна проблема розвитку наукових і методологічних основ створення систем керування синхронними електроприводами (СЕП) з ємнісними накопичувачами енергії (ЄНЕ) в контурі збудження.

Сутність її розв’язання полягає у встановленні нових закономірностей і залежностей енергообмінних процесів між ємнісними накопичувачами енергії і контуром збудження на основі розробленого математичного забезпечення, у виявленні впливу ЄНЕ на режими роботи синхронних електроприводів, в обґрунтуванні алгоритмів керування ЄНЕ і раціональних параметрів контуру збудження для одержання необхідних квазістатичних і динамічних характеристик СЕП.

Установлені залежності і закономірності є основою для створення нових систем керування СЕП з ЄНЕ в контурі збудження, які дозволяють підвищити експлуатаційну надійність синхронних електроприводів установок і механізмів безперервних і складних технологічних процесів в умовах раптових короткочасних порушень електропостачання і прикладання значного навантаження до валу двигуна.

Розроблено математичні моделі, структурні схеми, алгоритми і програми розрахунку нестаціонарних режимів синхронних двигунів (СД) при вмиканні ЄНЕ в контур збудження. Наведено математичний опис СД як об'єкта керування при вмиканні в контур збудження ємнісних, резисторних і ключових елементів.

Розроблені технічні рішення впроваджені на ряді синхронних двигунів потужністю 1000, 1600, 2000 і 4800 кВт приводів механізмів і установок з безперервними технологічними процесами, у результаті чого забезпечили безперервність цих процесів в умовах короткочасних порушень електропостачання и дозволили отримати підтверджений економічний ефект в сумі п’ятсот сімнадцять тисяч карбованців у цінах 1990 р.

У дисертації виконані теоретичне узагальнення і нове розв’язання науково – прикладної проблеми розвитку наукових і методологічних основ створення систем керування синхронними електроприводами з ємнісними накопичувачами енергії як сукупність розроблених математичних моделей, структурних схем, алгоритмів і програм розрахунків. Зазначена сукупність математичного опису дозволила установити нові закономірності та залежності енергообміних процесів між ЄНЕ і контуром збудження, виявити вплив ЄНЕ на режими роботи синхронних електроприводів, обґрунтувати алгоритми керування ЄНЕ і раціональні параметри контуру збудження для одержання необхідних квазістатичних і динамічних характеристик СЕП. Установлені залежності та закономірності дозволили розробити нові технічні рішення з ЄНЕ в контурі збудженні, які дозволяють підвищити експлуатаційну надійність функціонування синхронних електроприводів установок і механізмів безперервних та складних технологічних процесів в умовах раптових короткочасних порушень електропостачання і прикладання значного навантаження до валу двигуна.

Основні наукові і практичні результати дисертаційної роботи полягають у наступному:

1. Вперше установлено, що контур збудження з підключеним ЄНЕ в режимі асинхронного пуску СД являє собою особливий клас зарядно-розрядних ланцюгів, що характеризуються зменшенням амплітуди і частоти е.р.с. ОЗ з одночасним зростанням напруги та електричної енергії ЄНЕ. Це дозволяє використовувати запасену енергію для збільшення активної складової струму ОЗ і моменту двигуна для успішного пуску СД в умовах номінального завантаження або зниженої напруги живлення і створити пускозахисні пристрої з ЄНЕ, що забезпечують збільшення асинхронного моменту СД в 1,3...1,5 раза порівняно з режимом резисторного пуску.

2. Вперше установлено вплив ЄНЕ в різних сполученнях з пасивними елементами роторного контуру на статичні моментні характеристики асинхронного режиму синхронних двигунів, що дозволяє визначати раціональні параметри елементів в нових схемотехнічних рішеннях, що забезпечують максимальне значення асинхронного моменту й успішний пуск номінально завантажених двигунів.

3. Вперше установлено вплив ЄНЕ на струмове навантаження демпферної обмотки, розподіл струмів по стрижнях і елементах короткозамикаючих кілець і перевищення температури цих елементів. Це дає можливість розвантажити демпферну обмотку в режимі асинхронного пуску СД шляхом перерозподілу струмів між цією обмоткою й обмоткою збудження, що підвищує експлуатаційну надійність двигунів.

4. Вперше установлено взаємозв'язок параметрів роторного контуру з ЄНЕ в сполученні з пасивними і ключовими елементами на динаміку асинхронного пуску СД, що дозволяє розробити схемотехнічні рішення і алгоритми керування роторним контуром при обмеженні рівня перехідної напруги на ОЗ в умовах зниження струмового навантаження на обмотку статора і розвантаження демпферної обмотки.

5. Вперше установлено взаємозв'язок параметрів роторного контуру й ЄНЕ в сполученні з резисторними і ключовими елементами, що дозволило обґрунтувати принцип керування режимом гасіння поля при припустимому рівні перенапруги на ОЗ, що визначається величиною ємності НЕ, а швидкодія – кратністю розрядного резистора, розробити схемотехничні рішення для скорочення часу вмикання АПВ чи АВР і збереження безперервності технологічних процесів.

6. Вперше обґрунтовано принцип керування режимом збудження СД для утримання їх у синхронізмі з використанням запасеної енергії при коливальному розряді ЄНЕ в контурі збудження і розробити схемотехнічні рішення для збільшення струму й електромагнітного моменту в умовах короткочасного зниження напруги в електромережі або прикладання значного навантаження до валу двигуна, причому швидкодія режиму форсування визначається чвертю періоду власних коливань роторного контуру.

7. Встановлено, що для номінально завантажених СД найбільш ефективним є циклічне керування параметрами контуру збудження для їхнього успішного самозапуску. Застосування циклічного керування параметрами контуру збудження з вмиканням ЄНЕ при збігу знаків е.р.с. і струму ОЗ і вимиканням ЄНЕ при різнойменних знаках цих величин дозволяє підвищити вхідний момент СД у 1,3...1.5 раза порівняно з резисторним варіантом асинхронного пуску.

8. Доведено ефективність штучного демпфірування автоколивань у системі СД – виробничий механізм за рахунок застосування форсування струму збудження при оптимально обраній випереджальній фазі змінної складової напруги.

9. Установлено, що для синхронних електроприводів з відносно малим моментом інерції керування режимом збудження практично не впливає на час гальмування агрегату при аварійній або технологічній зупинці. Тому в режимі екстреного динамічного гальмування необхідно забезпечити природне гасіння струму в контурі збудження СД вмиканням, наприклад, нульових вентилів. Для електроприводів з великими моментами інерції необхідно забезпечити форсоване збільшення струму при ємнісній компенсації інерційності контуру збудження і використання енергії накопичувачів з наступним переводом привода в режим екстреного електродинамічного гальмування.

10. Використання енергії ємнісних накопичувачів у момент комутації вентилів силового перетворювача дозволило розробити системи збудження, які дозволяють знизити потужність викривлення на 35...41% і повну потужність контуру збудження на 2,5% у режимі номінального збудження при зростанні коефіцієнта потужності системи збудження на 11...13% у залежності від режиму збудження синхронних двигунів. Використання ємнісних накопичувачів забезпечує більш високі енергетичні показники розроблених напів- та різнокеруємих систем збудження синхронних електроприводів порівняно з відомими симетричними системами.

11. Технічний рівень науково обґрунтованих розробок відповідає кращим світовим зразкам аналогічного виду систем керування СЕП. Розроблені пристрої захищені 28 авторськими свідоцтвами СРСР на винаходи і двома патентами України. Розроблені схемотехничні рішення впроваджені на ряді синхронних двигунів потужністю 1000, 1600, 2000 і 4800 кВт приводів механізмів з безперервними технологічними процесами, у результаті чого забезпечили успішний самозапуск СД незалежно від величини і наявності напруги в електромережі, що живить систему збудження. У результаті впровадження перерахованих розробок отримано підтверджений економічний ефект у сумі п'ятсот сімнадцять тисяч карбованців у цінах 1990р.

12. Використання наукових положень, результатів і висновків дисертаційної роботи дозволить розробити нові і модернізувати існуючі системи збудження для поліпшення енергетичних і експлуатаційних показників при високій надійності функціонування синхронних електроприводів.

Основний зміст дисертації опубліковано в таких роботах:

1. Низимов В.Б. Применение накопителей энергии для асинхронного пуска синхронных двигателей // Науковий вісник НГА України.-2000.№1.-С.49-51.

2. Низимов В.Б. Синхронный электропривод с вентильно-конденсаторной системой возбуждения// Промышленная энергетика. - 1984. - № 1.-С.34-37.

3. Низимов В.Б. Синхронный электропривод с бесконтактным возбуждением// Горная электромеханика и автоматика. - К.: - 1984. - Вып.43 -С.56-61.

4. Низимов В.Б., Низимов Р.В. Математическая модель синхронного двигателя с емкостными накопителями энергии в контуре возбуждения // Проблемы создания новых машин и технологий.–Кременчуг: КГПИ.-2000.-Вып1.-С.41-44.

5. Низимов В.Б. Влияние типа пускозащитной цепи на режим асинхронного пуска синхронного двигателя // Проблемы создания новых машин и технологий.– Кременчуг: КГПИ. - 1998.-Вып 1. -С. 81-86.

6. Низимов В.Б., Низимов Р.В. Применение управляемых емкостных накопителей энергии в контуре возбуждения синхронных двигателей // Проблемы создания новых машин и технологий.– Кременчуг: КГПИ – 1998.– Вып.2 –С.35-37.

7. Низимов В.Б., Кобыляков В.И., Джунов В.А. Система возбуждения для синхронного электродвигателя с реверсированием тока в контуре гашения магнитного поля// Горная электромеханика и автоматика. - К.:1984.-Вып.44. -С.63-66.

8. Низимов В.Б., Низимов Р.В. Математическое описание синхронного двигателя с емкостными накопителями энергии в контуре возбуждения//Проблемы создания новых машин и технологий.–Кременчуг:КГПИ.-2000.-Вып.2.-С.17-19.

9. Низимов В.Б., Колычев С.В., Низимов Р.В. Сравнительная оценка пускозащитных цепей для прямого асинхронного пуска синхронного двигателя // Проблемы создания новых машин и технологий.-Кременчуг: КГПИ - 1999.– Вып.2 -С.25-29.

10. Низимов В.Б., Колычев С.В. Синхронный электродвигатель с режимом форсировки тока в контуре возбуждения// Промышленная энергетика. - 1987. - № 4. - С.32-34.

11. Низимов В.Б., Колычев С.В. Эффективность гашения магнитного поля синхронных двигателей с тиристорным возбуждением// Электричество. - 1988. - № 6. - С.22-27.

12. Низимов В.Б., Мусиенко А.Г., Мусиенко А.А. Несимметричный возбудитель синхронного двигателя с резисторно-конденсаторным режимом гашения поля// Промышленная энергетика. - 1989. - № 6.-С.26-27.

13. Низимов В.Б., Колычев С.В. Повышение асинхронного момента синхронного двигателя изменением структуры пускозащитной цепи// Электричество. - 1989. - № 10. -С.67-70.

14. Низимов В.Б., Колычев С.В., Розумный П.С. Влияние принудительной емкостной коммутации на энергетические показатели мостовых возбудителей// Электротехника. - 1990. - № 4. -С.4-9.

15. Низимов В.Б., Низимов Р.В. Сравнительная оценка устройств гашения поля синхронных двигателей // Науковий вісник НГА України.-2000.№2.-С.87-100.

16. Низимов В.Б., Низимов Р.В. Влияние емкостных накопителей энергии на статические характеристики асинхронного пуска синхронных двигателей// Науковий вісник НГА України. - 2001 - №2. - С.74-78.

17. Низимов В.Б., Низимов Р.В. Пусковые характеристики синхронного двигателя при дискретном управлении контуром возбуждения // Проблемы создания новых машин и технологий.–Кременчуг: КГПИ.-2001.-Вып.1.-С.34-38.

18. Колычев С.В., Низимов В.Б. Влияние режима возбуждения на процесс динамического торможения синхронного двигателя// Промышленная енергетика.– 1990. - № 4. -С.28-29.

19. Колычев С.В., Низимов В.Б. Об особенностях демпфирования автоколебаний в электромеханической системе синхронный двигатель - шаровая мельница. - В кн.: Физико-технические проблемы надежности электрических машин. Сб.науч.тр. - К.: Наукова думка, 1986. -С.137-141.

20. А.с. № 1599961 СССР. МКИ H 02 P 1/50, 9/12.Устройство для возбуждения синхронного электродвигателя/ В.Б.Низимов (СССР). - № 4624878/24-07; Заявлено18.10.88; Опубл. 15.10.90, Бюл. № 38. - 3с.

21. А.с. № 1674344 СССР. МКИ H 02 P 9/14.Устройство для возбуждения синхронной электрической машины/ В.Б.Низимов и С.В.Колычев (СССР).- № 4602015/07; Заявлено 04.11.88; Опубл. 30.08.91, Бюл. № 32. - 4с.

22. А.с. № 1753568 СССР. МКИ H 02 P 1/50.Способ пуска синхронного двигателя с блоком пуска/ В.Б.Низимов и С.В.Колычев (СССР). - № 4796772/07; Заявлено 15.01.90; Опубл. 07.08.92, Бюл. № 29. - 3с.

23.Низимов В.Б. Влияние типа пускозащитных цепей на режим асинхронного пуска синхронного двигателя // Тезисы докладов научно-технической конференции “Проблемы создания новых машин и технологий”. – Кременчуг: КГПИ - 1998. - с. 70.

24.Низимов В.Б. Управление форсировкой возбуждения синхронных двигателей с компенсацией инерционности контура возбуждения // Тезисы докладов научно-технической конференции “Проблемы создания новых машин и технологий”. – Кременчуг: КГПИ - 1998. - с. 71.

25.Низимов В.Б., Карачунский П.Ш., Донченко А.П. Бесконтактная схема возбуждения синхронного электродвигателя с емкостным прерыванием тока тиристорного возбудителя // Тезисы докладов конференции “Компенсация реактивной мощности как средство экономии электроэнергии” (ноябрь 1978 г.). - Магнитогорск. - 1978. - С.47-49.

26.Низимов В.Б. Карачунский П.Ш. Повышение надежности гашения поля синхронных машин // Тезисы докладов и сообщений III Всесоюзной научно-техни-ческой конференции “Электробезопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии СССР” (октябрь 1982 г.). - Днепропетровск. - 1982. - С.204-207.

27.Низимов В.Б., Карачунский П.Ш. Синхронная машина с вентильноемкостным устройством гашения магнитного поля // Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции “Перспективы развития электромашиностроения на Украине”. - Харьков. - 1983. - С.128-129.

28.Низимов В.Б. Улучшение пусковых характеристик асинхронного режима синхронных машин // Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции “Перспективы развития электромашиностроения на Украине”. - Харьков. - 1983. - С.135-136.

29.Низимов В.Б. Исследование форсировочных режимов синхронных электроприводов при емкостной компенсации инерционности контура возбуждения // Тезисы докладов IУ Всесоюзной научно-технической конференции “Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов”.– Днепродзержинск. - 1985. - ч.1. - С.177-178.

30. Низимов В.Б., Колычев С.В. Применение возбудителя переменной структуры синхронного двигателя для снижения потерь энергии в узле нагрузки // Тезисы докладов II Всесоюзной научной конференции “Пути повышения эффективности использования электроэнергии в системах электроснабжения промышленности и транспорта”. - М.: - 1987. - С.161.