Анотація до роботи:

Лохматов А.Г. Визначення та попередження аварійних режимів асинхронних частотно-регульованих електроприводів – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи. – Національний гірничий університет. Дніпропетровськ, 2007.

Дисертація присвячена дослідженню електромагнітних процесів, питанням ідентифікації й автоматичного керування при аварійних режимах в асинхронному електроприводі (ЕП) на основі автономного інвертора напруги (АІН) із широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ).

Для виконання досліджень електромагнітних процесів при аварійних режимах асинхронного ЕП з АІН-ШІМ розроблені орієнтовані на це математичний опис і імітаційна модель зазначеного ЕП, якими враховуються дискретні властивості і несинусоїдна форма вихідної напруги (струму) інвертора, нелінійність кривої намагнічування двигуна.

Методами операторного зображення, узагальнених векторів, еквівалентних джерел розраховані електромагнітні процеси в асинхронному ЕП з АІН-ШІМ при аварійних режимах: внутрішнього короткого замикання в інверторі, провалах і відновленні напруги мережі живлення ЕП, неповнофазних режимів інвертора, викликаних зникненням одного чи декількох керуючих імпульсів на його силових ключах.

На основі проведеного аналізу цих електромагнітних процесів отримані аналітичні залежності для інженерного розрахунку, запропоновані ефективні способи ідентифікації та автоматичного керування асинхронним ЕП з АІН-ШІМ при аварійних режимах, що запобігають виходу з ладу силових елементів електропривода при експлуатації.

У дисертації, яка є завершеною науково-дослідною роботою, вирішена важлива науково-технічна задача уточненого визначення параметрів аварійних режимах асинхронного ЕП з АІН-ШІМ, ідентифікації таких режимів й ефективного керування електроприводом у зазначених режимах, що дозволило запобігти виходам з ладу силових елементів (перетворювача частоти, двигуна, редуктора й робочого механізму) електропривода при виникненні в ньому аварійних режимів.

1. Виконаний аналіз стану існуючих досліджень електромагнітних процесів і автоматичного керування ЧРАЕП з АІН-ШІМ при аварійних режимах показав, що ці дослідження гостро затребувані практикою й водночас висвітлені поки недостатньо у відомій науково-технічній і патентній літературі.

2. Запропоновані нові аналітичні залежності для розрахунку аварійних струмів силових ключів інвертора і для найбільшого значення ударного електромагнітного момента двигуна, які отримані для внутрішнього і зовнішнього коротких замикань в автономному інверторі, дозволяють правильно здійснити вибір силових ключів інвертора і закласти необхідний запас механічної міцності редуктора, робочого механізму і двигуна, запобігши вихід з ладу силових елементів ЧРАЕП з АІН-ШІМ при зазначених аварійних режимах.

3. Отримані нові аналітичні залежності для розрахунку струмів та напруги елементів перетворювача частоти у нерекуперативному і рекуперативному виконанні асинхронних ЕП з АІН-ШІМ при короткочасних провалах напруги мережі живлення дозволяють кількісно оцінити надструми і перенапруги, які виникають на елементах перетворювача в зазначених режимах, правильно здійснити вибір силових ключів перетворювача, що виключає вихід з ладу його силових елементів і забезпечує підвищення експлуатаційної надійності роботи ЕП у даних режимах.

4. Запропонований спосіб автоматичного керування асинхронним ЕП з АІН-ШІМ при короткочасних провалах напруги мережі живлення дозволяє прискорити процес виходу ЕП на задані робочі характеристики за рахунок уповільнення розряду конденсатора силового фільтра перетворювача частоти й збереження робочого рівня потокозчеплення асинхронного двигуна.

5. Запропонований узагальнений спосіб ідентифікації неповнофазних режимів інвертора, викликаних зникненням одного чи декількох імпульсів керування силовими ключами, дозволяє вчасно розпізнати та припинити подальшу роботу асинхронного ЕП з АІН-ШІМ у зазначених аварійних режимах, для яких проведене оцінювання небезпеки електропривода.

6. За допомогою застосування розробленої загальної функціональної схеми САК асинхронним ЕП з АІН-ШІМ, яка призначена для керування в аварійних режимах, виключаються виходи з ладу силових елементів перетворювача частоти і двигуна в різноманітних аварійних режимах (внутрішньому і зовнішньому коротких замиканнях в інверторі, струмовому перевантаженні двигуна або перетворювача частоти, неповнофазних режимах інвертора, короткочасних провалах напруги мережі чи напруги живлення власних потреб електропривода).

7. Основні наукові результати дисертаційної роботи впроваджені в схемотехнічних рішеннях або використані в різних інженерних методиках при розробці й виготовленні вітчизняних комплектних електроприводів змінного струму типів: ЕКТ2Ч, ТТЕ і ТТП (створених в ВАТ НДІ "Перетворювач", м. Запоріжжя) і ЕКТ4 (які випускаються в ВАТ "Запорізький електроапаратний завод"), а також застосовані в навчальному процесі Запорізького національного технічного університету при викладанні дисциплінах: "Системи керування електроприводами" та інші. Точність отриманих наукових результатів підтверджена належним збігом (з відхиленням менше за 5-8 %) з результатами експериментальних досліджень, які проведені на дослідних і промислових зразках зазначених ЕП різної потужності (5, 13, 30, 75, 125, 250 і 315 кВт) напругою 380 В.

8. Результати дисертаційної роботи рекомендуються проектувальникам і експлуатаційникам асинхронних електроприводів з АІН-ШІМ, а також у навчальних курсах при підготовці інженерів спеціальностей фахового напрямку "Електромеханіка", в першу чергу – 8.092203 "Електромеханічні системи автоматизації та електропривод".

Публікації автора:

1. Лохматов А.Г. Имитационная модель для расчета электромагнитных процессов при аварийных режимах коротких замыканий в автономном инверторе // Електротехніка та електроенергетика. – Запоріжжя: ЗНТУ. – 2007. – № 1. – С. 37-43.

2. Метельский В.П., Лохматов А.Г. Эффективные алгоритмы управления в аварийных режимах частотно-регулируемыми асинхронными электроприводами с автономными инверторами напряжения // Електротехніка та електроенергетика. – Запоріжжя: ЗНТУ. – 2005. – № 1. – С. 54-58.

3. Метельский В.П., Лохматов А.Г. Исследование, анализ и идентификация неполнофазных режимов инвертора в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе // Електротехніка та електроенергетика. – Запоріжжя: ЗНТУ. – 2006. – № 2. – С. 12-19.

4. Волков А.В., Метельский В.П., Лохматов А.Г. Анализ аварийного режима внутреннего короткого замыкания в асинхронном электроприводе с АИН-ШИМ // Техн. електродинаміка. – 2006. – № 6. – С. 29-36.

5. Волков А.В., Метельский В.П., Лохматов А.Г. Управление нерекуперативным асинхронным электроприводом с АИН-ШИМ при провале сетевого напряжения // Електротехніка та електроенергетика. – Запоріжжя: ЗНТУ. – 2006. – № 1. – С. 68-75.

6. Волков А.В., Метельский В.П., Лохматов А.Г. Анализ электромагнитных процессов и управление в рекуперативном асинхронном электроприводе с АИН-ШИМ при провале сетевого напряжения // Техн. електродинаміка. – 2007. – № 1. – С. 27-34.

7. Андриенко П.Д., Волков А.В., Лохматов А.Г. Преобразователи частоты серии ТТП(Е)1 // Промышленная энергетика. – 1992. – № 6. – С. 7-9.

8. А.с. 1686585 СССР, МКИ Н 02 Н 7/12. Устройство для защиты тиристорного преобразователя от минимального напряжения с выдержкой времени / А.В. Волков, А.Г. Лохматов (СССР). – № 4713001/07; Заявлено 03.07.89; Опубл. 23.10.91. Бюл. № 39. – 1 с.

9. А.с. 1786589 СССР, МКИ Н 02 Н 7/12. Способ защиты тиристорного преобразователя частоты / А.В. Волков, А.Г. Лохматов, Е.В. Носов, В.П. Танаевский (СССР). – № 4953191/07; Заявлено 07.05.91; Опубл. 07.01.93. Бюл. № 1. – 1 с.

10. А.с. 1829102 СССР, МКИ Н 02 Р 7/42. Устройство для управления асинхронным электродвигателем / А.В. Волков, А.С. Гринченко, А.Г. Лохматов (СССР). – № 4819779/07; Заявлено 16.03.90; Опубл. 23.07.93, Бюл. № 27. – 1 с.

11. Метельский В.П., Лохматов А.Г. Управление частотно-регулируемыми асинхронными электроприводами при просадках и провалах питающего напряжения // Матеріали конференції "Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації". Вісник КДПУ. – Кременчук. – 2005. – Вип. 4/33. – С. 57-59.

12. Волков А.В., Метельский В.П., Лохматов А.Г. Принципы управления частотно-регулируемыми асинхронными электроприводами с широтно-импульсной модуляцией в аварийных режимах // Матеріали конференції: "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика". Вісник НТУ–ХПІ – Харків, 2005. – № 45. – С. 283-284.

13. Волков А.В., Метельский В.П., Лохматов А.Г. Неполнофазные режимы работы частотно-регулируемого асинхронного электропривода с широтно-импульсной модуляцией // Матеріали конференції: "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика". Електромашинобудування та електрообладнання. – К.: Техніка. – 2006. – Вип. 66. – С. 37-38.

14. Метельский В.П., Лохматов А.Г. Ударный момент асинхронного двигателя в частотно-регулируемом электроприводе при коротких замыканиях // Матеріали конференції "Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації". Вісник КДПУ. – Кременчук. – 2007. – Вип. 3/44. Ч.1 – С. 40-43.

Особистий внесок автора. Автор самостійно розробив у роботі [1] імітаційну модель асинхронного ЕП з АІН-ШІМ для дослідження аварійних режимів при КЗ в інверторі; у роботі [14] запропонував аналітичну залежність для розрахунку ударного електромагнітного момента двигуна при КЗ в інверторі; у роботах [7, 9] створив загальну функціональну схему САК ЕП; у роботах [2, 12] запропонував способи ідентифікації й ефективного керування асинхронними ЕП з АІН-ШІМ в аварійних режимах; у роботах [3, 13] розробив імітаційну модель вказаного електроприводу та виконав дослідження неповнофазних режимів, а також запропонував узагальнений спосіб ідентифікації цих режимів; у роботі [4] отримав аналітичні залежності для розрахунку аварійного струму силових ключів в режимах КЗ в інверторі та запропонував спосіб ідентифікації цих режимів; у роботах [5, 6] отримав аналітичні залежності для електромагнітних процесів, що протікають у нерекуперативному і рекуперативному виконанні асинхронних ЕП з АІН-ШІМ при провалах напруги мережі живлення; у роботах [8, 10, 11] запропонував ефективні способи автоматичного керування асинхронними ЕП при провалах напруги мережі живлення.