Наведено особливості формування комутаційних процесів у системах групового живлення та керування енергоємними установками з урахуванням реальних навантажень. Створено математичну модель і побудовано на її базі алгоритм розрахунку комутаційних спотворень під час роботи групи перетворювальних пристроїв на мережу живлення. Наведено приклади розрахунку формування комутаційних режимів групи турбомеханізмів і механізмів прокатного стану ДС - 250/150 - 6 ВАТ "АРСЕЛОРМІТТАЛ КРИВИЙ РІГ".

Рассмотрены вопросы оценки вариантов преобразования электрической энергии энергоэффективных тяговых электроприводов постоянного тока. Выделены преимущества и недостатки существующих структур тяговых электроприводов, предложены пути повышения быстродействия и надежности их работы.

Розглянуто питання оцінки варіантів перетворення електричної енергії енергоефективних тягових електроприводів постійного струму. Виділено переваги та недоліки існуючих структур тягових електроприводів, запропоновано шляхи підвищення швидкодії та надійності їх роботи.

Questions of transformation of electric energy of hauling electric drive of direct-current was considered. Advantages and lacks of existent structures of hauling electric drives were educed, the ways of improvement of fast-acting and reliability of their work offered.

Наведено результати досліджень питання енергооптимізації режимів рекуперативного гальмування асинхронних частотно-регульованих електроприводів транспортних засобів. Доведено, що можливість реалізації режиму рекуперативного гальмування залежить від величини кутової швидкості. Визначено механізм впливу параметрів схеми заміщення двигуна на ефективність реалізації таких режимів. Запропоновано методику вибору гальмівних моментів з точки зору максимізації обсягу повернутої електроенергії.

Проведено аналіз можливих причин зниження рівня напруги живлення контактного рудникового електровозу. Встановлено фактори, що впливають на роботу електроприводу в режимі тяги та в режимі гальмування. Проаналізовано характер електромагнітних процесів у тягових двигунах рудникового електровозу при переході системи електроприводу з режиму тяги у режим гальмування. З аналізу були встановлені вирази, що дозволяють зробити оцінку граничних умов переходу з режиму тяги у режим гальмування залежно від ряду факторів, які враховують конструктивні особливості системи електроприводу та початкові умови у колі гальмування. Запропоновано рішення щодо зменшення впливу коливань напруги живлення на працездатність системи електропривода рудникового електровозу.

Аналіз парку електричних машин сучасних підприємств показує, що найбільш пошириними залишаються двигуни постійного струму з послідовною обмоткою збудження. Наряду з існуючими перевагами яких, основним недоліком залишається складність переходу останніх в режим гальмування, та пов'язані з цим незручності в роботі транспортного засобу. Так один з найпошириніших видів гальмування, як електродинамічне, обмежено значенням критичної частоти обертання, а режим противмикання - максимальним значенням струму гальмування. Тому для збереження ресурсу роботи двигунів та розширення діапазону застосування режиму динамічного гальмування, було проведено аналіз перехідних процесів у двигуні постійного струму з послідовною обмоткою збудження. Відзначено, що дослідження електромагнітних процесів даного виду електричних двигунів ускладнене, тим що в двигунах послідовного збудження магніторушійна сила, як наслідок, і магнітний потік змінюється із зміною струму якоря. Для можливості проведення досліджень було використано лабороторний стенд, який дозволив провести експеримент, та побудувати криву намагнічення. Проведено її апроксимацію, та побудовано графіки. Аналіз графіків показує, що в зоні низьких швидкостей найбільш близьким є вираз гіперболічного синуса, а в зоні насищення гіперболічний. Одержані завдяки аналітичному виразу кривої намагнічення вирази дали можливість побудувати поверхні швидкості протікання електромагнітних процесів у двигуні постійного струму з послідовною обмоткою збудження в режимах противмикання та електродинамічного гальмування. Аналіз одержаних поверхонь показує, що перемикання з одного режима електричного гальмування на інший буде супроводжуватись значними кидками струму двигунів, що не є бажаним та суттєво погіршує стан ізоляції обмоток двигуна, чим знижує його ресурс роботи та надійність електричного гальмування, від чого в значній мірі залежить ефективність роботи рудничного електровозу. Очевидним, також, є підвищений рівень пульсацій струму двигуна у такому режимі. Одержані результати формулюють основні вимоги до системи гальмування транспотрного засобу, які полягають у розробці чіткого алгоритму функціонування такої системи.

Важливою складовою для побудови надійної системи керування електроприводом рудникового електровозу є визначення граничних умов переходу електроприводу із режиму тяги в режим динамічного гальмування. Особливо несприятливо на роботі імпульсних систем управління позначаються зниження і спотворення напруги на струмознімачах електроприводу, що істотно знижує надійність та ефективність гальмування тягового електроприводу і може служити причино втрати керованості. Існують різні методи вирішення цієї задачі, але методи основані на використовування накопиченої енергії у конденсаторі вхідного фільтру одержали найбільше поширення. Мета роботи - дослідження електромагнітних процесів у тяговому двигуні рудничного електровозу при переході системи електроприводу з режиму тяги у режим гальмування. Проведено аналіз електромагнітних процесів у тягових двигунах при переході системи електроприводу з режиму тяги у режим гальмування. З аналізу була встановлена залежність, що дозволяє зробити оцінку граничних умов переходу з режиму тяги у режим гальмування в залежності від ряду факторів, які враховують конструктивні особливості системи електроприводу та початкові умови у колі гальмування.

Розглянуто способи гальмування рудникових електровозів з електроприводом постійного струму. Відзначено актуальність та необхідність пошуку рішень щодо підвищення ефективності електричного гальмування рудникових електровозів. Встановлено, що область застосування останнього обмежена умовою самозбудження тягових двигунів, що в свою чергу ускладнює процес гальмування необхідністю застосовувати додаткові елементи з метою ініціації струму збудження. Виходячи з умови самозбудження двигунів було проведено аналіз найбільш поширених схемних рішень тягових електроприводів, виділено основні елементи, що входять до таких схем, та складено узагальнену структуру тягового електропривода з імпульсним регулятором. Розглянуто можливі варіанти спільного використання режиму електродинамічного гальмування і противмикання тягових двигунів. Відзначено проблеми, які виникають при такому способі гальмування. Складено рекомендації щодо застосування режимів гальмування. Визначено основні функції, які має виконувати алгоритм ефективного гальмування. Зазначено, що головним завданням є забезпечення широкого діапазону застосування та запобігання відмовам системи електричного гальмування.

Тяговий електропривод рудникового контакторного електровоза має ряд проблем з надійністю роботи. Зокрема постає питання про підвищення функціонування контактних рудникових електровозів при порушеннях нормальних умов живлення. В теперішній час є ряд рішень спрямованих на забезпечення безаварійного функціонування електроприводу при зниженні або зникненні напруги живлення, розроблені системи координуючі інтервал часу формування замикаючих і відкриваючих імпульсів. Але даний варіант підвищення надійності не захищає від помилкових імпульсів перешкод. Так при відхиленні від номінальних значень або навіть зникненні напруги живлення можуть виникати аварійні режими. Метою даного способу є підвищення надійності роботи тягових електроприводів контакних електровозів засобами системи керування. Зникнення напруги живлення є найбільш несприятливою ситуацією. При цьому зі зменшенням напруги конденсатора від якого живиться система керування виникають імпульсні перешкоди в результаті відбувається перемикання імпульсної апаратури. Інформація про перемикання контакторів надходить на керуючий вхід, змінюючи в сторону зменшення його вихідну напругу за допомогою чого здійснюється контроль співвідношення величини напруги пропорційного пульсаціям струму і напруги пропорційного рівню їх обмеження. При перевищенні струмом цього рівня, і при відсутності процесу перезарядження конденсатора, а також якщо струм в силовому ланцюзі двигуна наростає, то формується позачерговий імпульс на відмикання ключа. Якщо імпульс перешкоди виникає в керуючому ланцюзі в період закритого стану ІР, струм двигуна починає наростати. Таким чином оперативно розпізнається порушення нормального режиму роботи ІР на ранній стадії. При цьому також формується позачерговий коригувальний імпульс. Тому, в разі зникнення напруги в мережі живлення струм розряду конденсатора вхідного фільтра, під час створення ініціюючого гальмівного струму, не перевищує заданого рівня. З метою запобігання аварійних ситуацій, що можуть виникнути при тривалих зникненнях напруги живлення на струмознімачі транспортного засобу, необхідно зберігати керованість електроприводу при порушенні нормального режиму живлення. Для чого під час зникнень напруги живлення, режим роботи системи управління повинен вибиратися автоматично, виходячи з умов руху характеру зміни рівнів напруги на струмознімачі і конденсаторі.

Розглянуто питання пошуку напрямків підвищення ефективності процесу функціонування тягових електроприводів з імпульсними системами регулювання напруги живлення тягових електродвигунів постійного струму в режимах гальмування двохосьових електровозів із мінімізацією проковзування коліс електровозу з рейками. Запропоновано багатофункціональний алгоритм роботи системи електричного гальмування, що ефективно діє до нульової швидкості електровозу з максимальним використанням гальмових властивостей тягового електропривода. Розроблено та рекомендовано для практичних досліджень математичну модель електричного гальмування, необхідну для оцінки рівня ефективності й доцільності застосування відповідної структури в конкретних умовах гальмування електрифікованого двохосьового транспортного засобу. Підтверджена шляхом моделювання ефективність пропонуємого варіанту розбудови структури тягового електропривода аналізуємого вида електропотяга.

Розглянуто питання підвищення ефективності процесу гальмування тягових електродвигунів постійного струму з імпульсними системами регулювання напруги живлення. Розглянуто електромагнітні процеси в електроприводі шахтного електровозу при електродинамічному гальмуванні тягових двигунів, коли швидкість шахтного електровозу та напруга на його пантографі прямують до нульових значень, і конденсатор вхідного фільтра підзаряджається за рахунок енергії гальмування в кожному імпульсному циклі. Встановлено залежності між величиною накопичувальної ємності конденсатора, що згладжує, індуктивності вхідного фільтра й граничними значеннями відхилень напруги живлення оперативних кіл імпульсної системи керування. Отримано залежності максимально припустимої потужності, що споживає система керування, що забезпечується енергією гальмування тягових електричних двигунів. Розроблено математичну модель, що дозволяє оцінити роботу системи електродинамічного гальмування при низькій швидкості руху шахтних електровозів й тимчасовій несанкціонованій відсутності напруги в мережі живлення.

Мета даної роботи - дослідження особливостей роботи тягового електромеханічного комплексу контактного електровозу в умовах залізорудних шахт та виявлення факторів, які найбільш впливають на ефективність транспортування гірської породи, для конкретних умов відкочування. При проведенні розглянутого в статті дослідження було використано методи безпосереднього спостереження та вивчення режимів роботи та графіків навантаження електроприводів та загальна теорія навантажень електроприймачів із змінним графіком навантаження. Розв'язання даної задачі складає актуальність роботи. Її метою є узагальнення відомих методів розрахунків імпульсних електромеханічних систем і формулювання на цій основі уніфікованого методу з розробкою системи гальмування, що ефективно функціонує до нульової швидкості шахтного електровозу при максимальному використанні гальмівних властивостей тягового електроприводу. Одержані результати можна використовувати як розрахунково-аналітичний апарат на етапі ескізного проектування тягового електропривода при складанні методики розрахунку та розробки схемних рішень системи електричного гальмування шахтного електровозу. Вдосконалення теорії комплексного розрахунку систем з імпульсними перетворювачами та врахуванням процесів в системах регулювання й керування, а також специфіки експлуатації дозволить виконувати комплексне проектування систем імпульсного регулювання за критерієм досягнення найкращих показників роботи електровозів, тобто мінімальний шлях гальмування - максимальна зчіпна вага, для заданої технічної швидкості. Можливість виконувати перетворювачі на базі IGBT транзисторів, які можна вважати ідеальними ключовими елементами, які не мають контурів ємнісної комутації, значно полегшує розрахунки зовнішніх і регулювальних характеристик електропривода та побудову системи керування. Чергове завдання полягає в тому, щоб розробити теорію комплексного розрахунку систем з імпульсними перетворювачами, враховуючи при цьому процеси в системах регулювання й керування, а також врахувати специфічні обмеження електрорухомого складу, наприклад по зчепленню.

Мета роботи - вдосконалення електричного приводу шахтного електровозу за рахунок застосування цифрової системи керування тяговим електричним двигуном з релейним регулятором струму, та знаходження за квадратичними критеріями оптимального за відхиленням керування, яке б забезпечувало максимальну швидкодію при роботі шахтного електровозу в пунктах завантаження. Використано методи безпосереднього спостереження та вивчення режимів роботи та графіків навантаження електроприводів, загальна теорія навантажень електроприймачів із змінним графіком навантаження, а також методи синтезу оптимальних систем із застосуванням функції Белмана - Ляпунова. Наукова новизна - розв'язання даної задачі складає актуальність роботи. Її метою є узагальнення відомих методів розрахунків імпульсних електромеханічних систем і формулювання на цій основі уніфікованого методу з розробкою цифрової системи керування, яка б забезпечила ефективне функціонування електричного приводу шахтного електровозу при роботі в пунктах завантаження. Практична значимість - отримані результати можна використовувати як розрахунково-аналітичний апарат на етапі ескізного проектування тягового електропривода при складанні методики розрахунку та розробки схемних рішень системи керування електромеханічними тяговими комплексами, а також для модернізації існуючого парку шахтного електровозного транспорту. Вдосконалення теорії комплексного розрахунку систем з імпульсними перетворювачами та врахуванням процесів в системах регулювання й керування, а також специфіки експлуатації дозволить виконувати комплексне проектування систем імпульсного регулювання за критерієм досягнення найкращих показників роботиелектровозів, тобто мінімальний шлях гальмування - максимальна зчіпна вага, для заданої технічної швидкості. Застосування цифрових систем керування значно полегшує розрахунки зовнішніх і регулювальних характеристик електропривода, а отже, чергове завдання полягає в тому, щоб розробити методику розрахунку систем з імпульсними перетворювачами, враховуючи при цьому процеси в системах регулювання й керування, а також обмеження при роботі електрорухомого складу, наприклад по відхиленню, кількості пусків та часу завантаження.

Наведено результати дослідження трьох систем електроприводу шахтного електровозу типу 14КА - штатної системи релейно-контакторного керування швидкістю двигуна постійного струму (ДПС), системи широтно-імпульсний перетворювач - ДПС із релейним регулятором, і системи перетворювач частоти - асинхронний двигун із векторним керуванням. Важливим критерієм у ході визначення ефективності роботи електровозу є точність стабілізації його швидкості відповідно до заданої трикутної тахограми руху. Дослідження проведено за допомогою імітаційного моделювання. У процесі моделювання враховано вплив властивостей зчіпних пристроїв - значна величина зазору (до 0,2 м), і наявність пружних амортизаторів. Встановлено, що через зазори, які спочатку були зімкнені, у разі розгону (гальмування) у зчіпних пристроях виникають значні пружні зусилля. Найбільший прояв дії цих пружних зусиль можна побачити на прикладі системи з релейно-контакторним керуванням, оскільки швидкість електровозу значно відхиляється від заданої. У разі використання системи векторного керування швидкість електровозу відхиляється незначно, а за використання релейного регулятора швидкість електровозу практично збігається з заданою тахограмою руху. Останнє надає підставу за часткової модернізації електроприводу електровозу, без необхідності заміни тягового двигуна, рекомендувати впровадження релейного регулятора швидкості, як рішення, що надає можливість досягти високої точності стабілізації швидкості.

Наведено особливості компенсації нелінійностей в електричному приводі, пов'язані з погрішностями системи механічної передачі. Відзначено, що одією з найпоширеніших операцій сучасних технологічних процесів є позиціювання. Для забезпечення функціонування механізмів, що містять блоки позиціювання, необхідно забезпечити високу швидкодію та точність переміщення робочого органу. Зазначено, що ефективними є розробка та синтез позиційних систем електроприводу з компенсаційним принципом керування. Такий принцип керування надає можливість підвищити швидкодію за незмінної структури системи та заданої точності відпрацьовування переміщення. Відзначено вплив нелінійностей на точність і динамічні характеристики цифрових систем електроприводу. Розглянуто специфіку нелінійностей в електричному приводі, що пов'язані з похибками системи механічної передачі. Наведено структуру позиційного електроприводу з корекцією нелінійності механічної передачі, та запропоновано на прикладі наведеної структури принцип компенсації зазорів, що викликані люфтами в механічних передачах, розглянуто можливості компенсації дії сил тертя. Розроблено алгоритм компенсації дії сил тертя у механічних передачах електроприводу. Відзначено, що запропонований алгоритм надає можливість програмними засобами компенсувати кінематичні погрішності системи механічної передачі, що викликані пружним деформуванням її частин.

Наведено результати дослідження явищ за короткочасного відриву пантографу рудникового електровозу типу 14КА з системою частотного електроприводу інвертор напруги - асинхронний двигун. Мережа електропостачання враховується як некерований випрямляч, який отримує живлення від джерела напруги, з тролеями, які враховуються як послідовне сполучення індуктивного та активного опорів. Рейки також враховуються як малий активний опір. Дослідження проведено за допомогою імітаційного моделювання. У ході моделювання інвертор електровозу відключався від мережі 2 рази послідовно на час 0,05 с. Утворення дуги у разі розриву індуктивного струму у цьому випадку не враховувалося. Встановлено, що, під час розриву виникають значні високочастотні коливання в мережі величиною до 40 кВ, а за відновлення контакту з мережею виникають значні струми вмикання та пікові електромагнітні моменти, що багатократно перевищують номінальний момент двигуну. Отримані результати досліджень призводять до необхідності подальшого вдосконалення частотного приводу щодо використання на шасі рудникового електровозу, для зменшення негативних явищ у разі відриву пантографу від тролею.

Гірничорудні підприємства належать до енергоємних підприємств. Зокрема, головні вентиляційні установки (ГВУ) споживають приблизно 30 % від загального обсягу споживання електроенергії, оскільки провітрювання залізорудних копалень відбувається цілодобово, а електричні потужності цих установок сягають до 2 МВт. Електромеханічні комплекси ГВУ, своєю чергою, оснащені приводними синхронними електричними двигунами (СЕД) та застарілими системами пуску. Для підвищення енергоефективності комплексу ГВУ доцільно встановити багаторівневий силовий перетворювач частоти. Запропоновано схему багаторівневого перетворювача частоти з використанням LC-фільтрів у кожній фазі. Живлення СЕД буде здійснюватись шляхом ШІМ форми кривої вихідної напруги довільної конфігурацій. Формування форм напруги перетворювача потребує детальнішого розгляду, а саме провести аналіз яким чином будуть впливати прямокутна, трапеце- та синусоїдальна форми напруги на основні параметри привідного СЕД. І яка з цих форм напруг будуть оптимальними для СЕД у комплексі ГВУ.

Наведені результати дослідження можливості практичної реалізації енергоефективного управління шахтною водовідливною установкою. Відзначено, що одним із найбільш енергоємних технологічних процесів при підземному способі видобутку корисних копалин є відкачування води на поверхню. Використання схеми багаторівневого відкачування води визначає необхідність застосування енергоефективного способу управління установками шахтного водовідливу, який би враховував диференціацію тарифів вартості електричної енергії, які існують. Регулювання продуктивності на кожному рівні водовідливу здійснюється шляхом ввімкнення та вимкнення насосних агрегатів, що збільшує число циклів вмикання та вимикання їх приводних двигунів і сприяє зменшенню терміну безаварійної роботи обладнання. Розглянуто можливість плавного пуску електричних двигунів, що досягається відповідним вибором параметрів Lqr-Регулятора за принципами лінійного та компромісного оптимуму. Вирішення задачі Lqr-Оптимізації забезпечує можливість прямого запуску електричних двигунів, що у перспективі надасть можливість перейти до практичної реалізації енергоефективного управління шахтною водовідливною установкою.

Наведено результати дослідження роботи шахтного електровозного транспорту (ЕВТ). Відзначено, що шахтні електровози (ШЕВ) є основним видом транспорту під час переміщення гірської породи у межах одного горизонту. Реалізація максимальної продуктивності ШЕВ зводиться до зменшення часу простоїв, що призводить до зменшення часу рейсу та збільшення середньої швидкості руху составу. Дослідження роботи ЕВТ в умовах залізорудної шахти показали, що основними факторами, що впливають на роботу ШЕВ є такі, що безпосередньо діють на електромеханічну систему у зоні контакту колеса з рейкою (коефіцієнт зчеплення), та пантографу з контактним дротом (рівень напруги живлення електроприводу). Тому вплив цих факторів необхідно обов'язково враховувати під час роботи ШЕВ. Інші фактори мають випадковий характер, і не діють протягом усього часу роботи електровозів, тому, для зменшення їх впливу, достатньою умовою є виконання запобіжних заходів, таких як упровадження систем плавного пуску, застосування алгоритмів енергоефективного управління, систем моніторингу та діагностики обладнання.

Наведено результати дослідження роботи шахтного електровозу (ШЕВ) за умови стійкості системи колесо - рейка (СКР) за зчепленням. Відзначено, що робота шахтного електровозного транспорту обумовлена рядом специфічних умов. Зазначено, що для реалізації електромеханічних систем ШЕВ використовуються структури з тяговими двигунами постійного та змінного струму. Під час роботи ШЕВ важливим є питання зчеплення коліс електровозу з рейками. Наслідком втрати стійкості зчеплення колеса з рейкою є виникнення процесів буксування у режимі тяги або юзу у режимі гальмування, які негативно впливають на інші вузли тягового електроприводу. Своєю чергою стійкість СКР залежить від типу тягового електроприводу. За умови стійкості електроприводу по зчепленню ключову роль відіграє жорсткість характеристик тягових електродвигунів. Чим вища є жорсткість, тим більшою стійкість СКР. Більш жорсткі характеристики можна отримати у системі електроприводу з тяговим асинхронним двигуном, що надає можливість використовувати цей факт для реалізації пропорційного розподілу зусиль між колісними парами електровозу. Для чого достатнім є обмеження струмів тягових електродвигунів на заданому рівні.

Висвітлено основні теоретичні положення, питання методології, технології та організації науково-дослідницької діяльності. Увагу приділено формуванню теоретичного та практичного підґрунтя для ефективного, кваліфікованого проведення наукових досліджень як у процесі навчання у ВНЗ, так і на практиці.