Розглянуто питання підвищення підвищення енергоефективності електромеханічних систем (ЕМС) з асинхронними двигунами (АД). Запропоновано рішення, яке полягає в контролюванні у реальному часі енергоефективності ЕМС засобами функціонального діагностування, обслуговуванні за фактичним станом і безперервному захисті під час експлуатації. Математичний апарат діагностування поєднує методи аналізу миттєвих значень струмів і напруг АД, температури довкілля, дозволяє визначати енергетичний і технічний стан ЕМС і прогнозувати залишковий ресурс за методом спектрально-струмового аналізу, що надає можливість завчасного виявлення механічних ушкоджень двигуна та пов'язаного з ним механізму. Розроблено програмно-апаратні засоби діагностування енергоефективності ЕМС з АД - моделі, методики, алгоритми, програми та схемно-технічні рішення, що враховують дію експлуатаційних впливів - якість напруги живлення, режим навантаження та температуру довкілля.

  Скачати повний текст

Запропоновано компенсаційно-мостовий метод контролю електромагнітних параметрів асинхронного двигуна (АД) з використанням багатоелементних схем заміщення за умов несинусоїдності напруги або струму живлення, який забезпечує одержання інформації в реальному часі та покращення регулювальних властивостей АД. Вдосконалено метод контролю параметрів АД з використанням як інформативних параметрів системи зрівноваження внутрішніх недоступних величин - похідної потокозчеплення та потокозчеплення, що забезпечує можливість визначення параметрів АД за нелінійності індуктивності намагнічування. Набув подальшого розвитку метод контролю параметрів нелінійних моделей шляхом введення нових спектральних параметрів і використання миттєвих значень струмів, що дозволяє експериментально оцінювати електромагнітні параметри АД в режимі ненасиченого стану та в режимі насичення магнітопроводу.

  Скачати повний текст

Проаналізовано проблему ресурсоенергозбереження в електроприводах з асинхронними електродвигунами, наведено характеристику умов експлуатації асинхронних електродвигунів в агропромисловому комплексі. Досліджено втрати активної потужності в асинхронному електродвигуні, для чого введено коефіцієнт втрат активної потужності. Зроблено аналіз втрат активної потужності в системі "електродвигун - робоча машина". Розроблено методику дослідження втрат активної потужності в асинхроному електродвигуні за допомогою кругової діаграми у функції ковзання. Знайдено математичні вирази ковзання асинхронного електродвигуна для різних типів приводів робочих машин в залежності від коефіцієнта завантаження, кратності напруг прямої та зворотної послідовностей. Визначено витрати ресурсу ізоляції асинхронного електродвигуна, в основу яких покладено закономірності теплового старіння ізоляції, зокрема, залежність швидкості теплового зношення ізоляції від температури. Встановлено систему діагностування асинхронного електродвигуна з позиції ресурсоенергозбереження. Розроблено методику діагностування роботоздатності асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором і методику діагностування втрат активної потужності в механічній частині системи "електродвигун - робоча машина". Запропоновано математичну модель енергозберігаючого режиму роботи асинхронного електродвигуна й алгоритм її використання.

  Скачати повний текст

Розроблено математичні моделі дизеля-генератора (ДГ) як об'єкта регулювання кутової швидкості й об'єкта діагностики. Обгрунтовано вибір лінійних періодичних випадкових процесів як моделі девіації кутової швидкості. Визначено параметри девіації кутової швидкості вала ДГ. Побудовано навчальні сукупності у просторі асиметрія-ексцес і сформульовано вирішальні правила діагностування об'єкта. На базі даних моделей, методів, методик та алгоритмів побудовано багатофункціональну комп'ютеризовану інформаційно-вимірювальну систему (ІВС) для керування та діагностики ДГ. Проведено аналіз похибок її аналогової та цифрової частин, розрахунок випадкової похибки оцінки критерію-функціонала та квазіоптимального закону керування ДГ, а також експериментальні дослідження експериментального зразку даної ІВС на реальних ДГ, які дозволили уточнити параметри низки математичних моделей.

  Скачати повний текст

Зазначено, що математична модель асинхронного двигуна (АД), що об'єднала в собі функції термодетектора та температурного реле, дозволяє визначити температуру обмоток статора та ротора за будь-яких нестандартних зовнішіх умов роботи двигуна. Проведено розвиток існуючої математичної моделі, яка включає два елементи: пакет заліза й обмотку статора для визначення температури обмотки статора АД за повільно та швидко наростаючих теплових перенавантаженнях, введенням додатково двох елементів: обмотки ротора та термодетектора в лобовій частині обмотки статора. Встановлено, що витиснення струму в пазу роторної обмотки призводить не тільки до збільшення середнього та локального нагріву стрижнів ротора, але й до переміщення в часі максимальної температури стрижня з верхньої частини паза до його дна. Одержано рішення для розподілу температури стрижня обмотки з урахуванням ефекту витиснення струму. Розроблено температурний захист, який базується на порівнянні температур: тих, які вимірюються термодетектором, і тих, які розраховуються та запропонованою математичною моделлю, завдяки чому є можливість надавати сигнал про розвиток аварійних режимів.

  Скачати повний текст

Висвітлено питання удосконалення методів діагностики та оцінювання працездатності асинхронних двигунів (АД) шляхом аналізу споживаної двигуном потужності. Аналіз існуючих методів і систем діагностики показав необхідність створення методу, який дозволяв би проводити діагностику АД без виведення його з виробничого процесу і надавав би можливість оцінювання енергетичної складової пошкодження для можливості врахування додаткового руйнування елементів АД. Запропоновано здійснювати аналіз на основі енергетичних процесів, що відбуваються під час роботи двигуна, а також використовувати діагностичні ознаки на основі аналізу сигналу споживаної потужності. Для досягнення поставленої мети синтезовано математичні моделі АД для дослідження найбільш розповсюджених типів дефектів. Сформульовано діагностичні показники, що грунтуються на аналізі зміни характеристик сигналу споживаної потужності у разі появи та розвитку дефектів і неякісностей. За сукупним аналізом значень сформульованих показників сформовано логічні вирази для діагностики найбільш розповсюджених типів дефектів АД та оцінювання працездатності двигуна. Розроблено метод відокремлення впливу параметрів мережі живлення на характеристики АД.

  Скачати повний текст

  Скачати повний текст

Розроблено для асинхронних електроприводів (АЕП) зі спрощеного дволанкового безпосереднього перетворювача частоти (СДБПЧ) системи автоматичного керування (САК), які забезпечують одно- і двозонне регулювання швидкості, а також регулювання положення. Запропоновано ефективну схему пасивного фільтра мережі та методику розрахунку її параметрів, які покращують для АЕП зі СДБПЧ електромагнітну сумісність з мережею живлення. Наведено кількісну оцінку коефіцієнта потужності мережі та гармонійний склад фазного струму мережі. Запропоновано спосіб керування АЕП зі СДБПЧ за провалів напруги мережі, наведено оцінку електромеханічних процесів, які відбуваються у даному режимі.

  Скачати повний текст

Розглянуто завдання створення теплового захисту короткозамкненого ротора асинхронного електродвигуна на підставі контролю параметрів поточного режиму, який придатний для потужних машин системи власних потреб електростанцій з проявленням витіснення струму в обмотці роторі. Вперше для асинхронних електродвигунів з суттєвим проявленням ефекту витіснення струму в короткозамкненому роторі запропоновано метод непрямого виміру температури нагріву ротора по температурно-залежній складовій його активного опору. Вдосконалено еквівалентну заступну схему для теплового захисту ротора. Встановлено, що в динамічних режимах електродвигуна додаткове вимірювання похідних струмів статора підвищує точність непрямого визначення температури нагріву ротора шляхом врахування додаткових втрат із диференційно-інтегральних рівнянь контурів статора та ротора. Розвинуто метод непрямого виміру температури нагріву ротора за рахунок визначення вхідного опору за струмами та напругами прямої послідовності.

  Скачати повний текст

Із застосуванням об'єктно-орієнтованого методу аналізу електромашиновентильних систем розроблено математичні та комп'ютерні моделі для аналізу процесів у генераторних блоках зі статистичними системами збудження (СЗ). Зроблено висновки щодо використання у СЗ автоматичних регуляторів збудження (АРЗ) підпорядкованого типу як альтернативи традиційним АРЗ сильної дії, а також щодо взаємних впливів електромагнітних процесів в електромережі, СЗ й електромагнітних і електромеханічних процесів у генераторі. Зазначено, що особливістю проведеного аналізу є комплексне врахування нелінійності електричних машин, дискретності вентилів перетворювачів, а також взаємних впливів між СЗ, генератором і електромережею. Із застосуванням даних моделей реального часу розроблено засоби та процедуру для проведення діагностування фізичних статичних СЗ перед їх введенням в експлуатацію та під час профілактики.

  Скачати повний текст

Удосконалено методику діагностування пошкоджень статорних обмоток асинхронних двигунів (АД). Вперше встановлено залежності, які дозволяють визначити кути зсуву фаз між струмами фазних обмоток статора у разі обриву паралельної гілки статорної обмотки за величиною моменту опору на валу двигуна. Вперше виявлено залежності, що дозволяють визначити кути зсуву фаз між струмами фазних обмоток статора за величинами діючих значень струмів і кількості замкнених витків у разі міжвиткового замикання в обмотці статора для з'єднання обмоток за схемою "трикутник" і "зірка" з двома паралельними гілками у кожній фазній обмотці статора. Розроблено новий метод діагностування статорних обмоток АД, що дозволяє виявити обриви та міжвиткові замикання за сталого режиму роботи двигуна шляхом контролю діючих значень і кутів зсуву фаз між струмами фаз статора. Як показник відхилення від нормального режиму роботи запропоновано використовувати різницю потенціалів між штучною нульовою точкою та нульовою точкою обмоток двигуна. Запропоновані методи діагностування пошкоджень статорних обмоток АД впроваджено на ТОВ "Краматорський цементний завод - Пушка" та АТ "Новокраматорський машинобудівний завод".

  Скачати повний текст

Обгрунтовано раціональні параметри розщеплення обмотки збудження з зовнішніми конденсаторами та схему заміщення для покращання пускових властивостей, надійності й економічності синхронних двигунів приводів гірничих машин за складних умов запуску. Виявлено взаємозв'язок конструктивних і режимних параметрів обмоток збудження з енергетичною ефективністю та пусковими властивостями синхронних двигунів. Визначено індуктивності розсіювання полюсних котушок залежно від розподілу струмів вздовж стрижня полюса та кола ротора, а також кутового розриття магнітної системи. Розроблено метод визначення еквівалентних параметрів розщепленої обмотки збудження та її параметрів для схеми заміщення двигуна. Проведено теоретичну й експериментальну перевірку можливостей створення резонансних режимів у розщепленій обмотці. Запропоновано оптимізаційний метод визначення ємності конденсаторів і кількості полюсів у групах розщепленої обмотки з неоднаковими конденсаторами. За результатами проведеного дослідження встановлено вплив додаткової маси конденсаторів на загальний момент інерції ротора, оцінено динаміку запуску та теплове навантаження обмоток двигуна. Запропоновано варіант компонування, захисту та діагностування конденсаторів і обмотки збудження.

  Скачати повний текст

Обгрунтовано доцільність та ефективність застосування перетворювачів різних типів у системах пуску асинхронних машин, що забезпечують вимоги щодо пускового моменту на валу машини й обмеження величини пускових струмів за повної електромагнітної сумісності перетворювача та мережі живлення. Запропоновано комбіновану систему пуску на основі безпосереднього перетворювача частоти з трансформацією у режим роботи тиристорного регулятора напруги. Запропоновано підключення паралельно обмотці статора асинхронної машини силового активного фільтра, проведено розрахунки пускових характеристик і зниження втрат енергії у такій системі. Досліджено електромагнітні процеси у схемах активних випрямлячів напруги та струму. Запропоновано алгоритм керування активним випрямлячем напруги зі знімним гістерезісом в елементах порівняння струмів для стабілізації частоти модуляції струму мережі, наведено рекомендації щодо застосування різних типів перетворювачів.

  Скачати повний текст

Удосконалено методи оцінювання втрат у сталі шляхом урахування зміни властивостей магнітної системи за умов дослідження характеристик асинхроних двигунів (АД). Проаналізовано існуючі методи визначення цих втрат та показано доцільність розробки підходу, що дозволяє проводити їх оцінювання з урахуванням нелінійності кривої намагнічування. Запропоновано схему заміщення АД з додатковою електрорушійною силою (е. р. с.) контуру намагнічування, яка грунтується на врахуванні вищих гармонічних струму, що характеризують режим насичення. У загальному виді одержано залежності миттєвої потужності на індуктивному елементі з урахуванням нелінійності та явища гістерезису. Однією з характеристик АД, яка описує фізичні властивості магнітної системи машини, є нелінійна характеристика індуктивного елемента контуру намагнічування. Для її визначення за відсутності додаткових технічних засобів для реалізації дослідів, на базі запропонованої схеми заміщення з додатковою е. р. с. у контурі намагнічування запропоновано метод, вихідними даними якого є миттєві значення напруги та струму, що вимірюються за допомогою комп'ютеризованого комплексу, а також параметри схеми заміщення у ненасиченому стані. Досліджено вплив властивостей магнітної системи, зокрема, нелінійності кривої намагнічування, збільшення вихрових струмів на характеристики АД. Запропоновано скоригований закон частотного керування з урахуванням дії вихрових струмів, який дозволяє зменшити рівень енергоспоживання. Розглянуто питання побудови комп'ютеризованого вимірювально-діагностичного комплексу для експериментального визначення втрат у сталі та дослідження характеристик АД.

  Скачати повний текст

Уточнено математичну модель асинхронного двигуна (АД) з масивнимими елементами в магнітопроводі (МЕМ) ротора, в якій, на відміну від існуючих, вихрові струми еквівалентуються двома системами зосереджених струмів, обумовлених зміною потоку за тангенціальним і радіальним напрямками. Вперше одержано вирази для розрахунку параметрів еквівалентних контурів вихрових струмів, обумовлених зміною потоку за тангенціальним і радіальним напрямками, для АД з гладким масивним феромагнітним ротором (МФР); з МФР з короткозамкненою обмоткою (КЗО); з МЕМ ротора у вигляді фероклітки. Удосконалено вирази розрахунку реактивної потужності лобової ділянки контуру, що еквівалентує вихрові струми, які відрізняються від існуючих урахуванням нерівномірності розподілу струмів у лобовій частині ротора. Вперше зроблено кількісне оцінювання впливу електромагнітних процесів за основним потоком взаємної індуктивності у торцевих поверхнях МФР на характеристики режиму роботи АД. Вперше визначено закономірності зміни параметрів робочих режимів АД з тришаровим масивним ротором залежно від співвідношення його конструктивних параметрів.

  Скачати повний текст

Розроблено методики синтезу двофазних обмоток з покращаними властивостями на основі їх структурного моделювання та створення нових модифікацій двофазних обмоток асинхронних двигунів. Відзначено, що стан теорії двофазних обмоток електричних машин змінного струму не відповідає сучасному рівню вимог електромашинобудування, які потребують високоефективних методів проектування обмоток для електричних машин спеціального призначення. Подібні методи можуть бути створені тільки на основі узагальнених матричних моделей обмоток, що враховують особливості структури їх повної множини. Висвітлено основні положення модульного представлення двофазних обмоток і проаналізовано властивості блоків. За допомогою підсистеми автоматизованого гармонійного аналізу довільних двофазних обмоток GarAn-2 досліджено гармонійні спектри двофазних обмоток, що дозволило встановити фундаментальну властивість гомологічної подібності. Запропоновано алгоритм формування рядів багатополюсних симетричних двофазних обмоток, який базується на довільних двополюсних основах. Установлено відношення гомологічності, що спрощує методику гармонійного аналізу та синтезу таких обмоток. Розроблено структурну модель повної множини двофазних обмоток, яка дозволяє обмежити область дослідження та визначити ефективні стратегії синтезу. Наведено методики спрямованого синтезу двофазних обмоток, які дозволили формувати обмотки з заданими електромагнітними властивостями. Розроблено методику структурного синтезу, яка дозволила сформувати модифікації двофазних обмоток, застосування яких в електричних машинах забезпечує підвищення їх техніко-економічного рівня. Спроектовано модифікацію двофазних полюсоперемикаємих обмоток зі співвідношенням чисел пар полюсів 1:2 з повною симетрією на обох полюсностях. Розроблено та протестовано розрахунково-аптимізаційну програму "РОАКД", яка дозволяє виконувати інженерне проектування асинхронних конденсаторних двигунів і оптимізацію їх обмотокових даних. Наведено приклади, на підставі яких доведено, що заміна серійних обмоток конденсаторних двигунів розробленими обмотками забезпечують економію активних матеріалів і покращання техніко-економічних показників. Запропоновані обмотки можна виготовляти й укладати у пази з застосуванням стандартної технології та обладнання.

  Скачати повний текст

Установлено вплив на локальний нагрів окремих фазних обмоток статора асинхронного двигуна (АД) величин симетричних складових напруги прямої та зворотньої послідовностей, а також зсуву за фазою між ними. Запропоновано метод визначення кута зсуву між напругами даних послідовностей, за якого досягається максимальне значення локальної температури статора за заданого рівня несиметрії напруги живлення. Цей кут може бути визначений за даними Т-подібної схеми заміщення на етапі проектування АД. З використанням методу симетричних складових розроблено метод визначення екстремальних значень температури та струму найбільш навантаженої фазної обмотки статора та функції кута зсуву між симетричними складовими напруги, за допомогою якого показано, що зміна зсуву за фазою між напругами прямої та зворотної послідовностей може призводити до теплових перевантажень окремих фазних обмоток статора асинхроннних двигунів на 5 - 10 % та до дострокового виходу з ладу АД за допустимої згідно ГОСТ 13109 - 97 несиметрії напруги мережі. Установлено найбільш інтенсивне додаткове нагрівання АД внаслідок дії напруги зворотної послідовності у разі тривалого режиму у порівнянні з експлуатацією за умов повторно-короткочасного режиму. Це спричинено меншою тривалістю дії струму зворотної послідовності за повторно-короткочасного режиму. За цього абсолютні величини струмів зворотної послідовності у разі тривалого та повторно-короткочасного режимів мало відрізняються. Відзначено, що під час проектування електродвигунів, призначених для експлуатації за умов тривалих і повторно-короткочасних режимів, тепловий вентиляційний розрахунок у разі несиметрії напруги живлення достатньо виконувати тільки для тривалого режиму роботи. Удосконалено метод оцінювання допустимої несиметрії струмів зворотної послідовності статора залежно від параметрів Т-подібної схеми заміщення АД, який передбачає врахування найбільш сприятливого значення зсуву за фазою між напругами прямої та зворотної послідовностей та може бути використаний під час визначення установлення спрацьовування пристроїв контролю теплового стану АД.

  Скачати повний текст

Запропоновано шляхи вирішення проблеми підвищення надійності та покращання якості електричної енергії та збільшення функціональних можливостей автономних електрогенеруючих агрегатів однофазного струму за допомогою застосування автономних однофазних асинхронних генераторів (ОАГ) з вентильно-ємнісними системами збудження (ВЄСЗ) у колах статора. Запропоновано алгоритм синтезу структур ОАГ з трифазною обмоткою статора та ВЄСЗ, що базується на проведенні локальної оптимізації параметрів ємнісних систем збудження. Методику локальної оптимізації розроблено з використанням методів симетричних складових та еквівалентних схем заміщення. Запропоновано використовувати критерії мінімуму струму та мінімуму втрат у міді машини як показники оптимізації. Створено математичні моделі ОАГ і ВЄСЗ, які можна використовувати за постійної та змінної частот обертання. Запропоновано нову систему векторного керування за потокозчепленням статора, що дозволило вирішити задачу повного симетрування струмів генератора. Результати наукового дослідження впроваджено на вітчизняних підприємствах у процесі розробки генераторів автономних установок.

  Скачати повний текст

Для повної моделі машини подвійного живлення (МПЖ) синтезовано та досліджено новий алгоритм керування моментом і реактивною потужністю статора МПЖ. Створено два динамічних регулятора кутової швидкості МПЖ, які базуються на запропонованому рішенні й алгоритмі. Показано, що наведені рішення забезпечують асимптотичне відпрацювання траєкторій кутової швидкості одночасно з вільним регулюванням реактивної потужності за підвищених показників грубості до варіації опору ротора. Базуючись на новій концепції керування перетворювачем напруги (ПН), синтезовано та досліджено новий лінеаризувальний зворотнім зв'язком закон векторного керування ПН. Показано, що запропоноване рішення забезпечує незалежну з високою точністю стабілізацію напруги у ланці постійного струму та реакційної потужності на вході ПН, однакові за стандартним рішенням значення інтегральної квадратичної помилки стабілізації напруги, а також розширену область стійкості за меншого у 4,4 рази значення ємності. Результати роботи можуть бути використані піж час розробки систем керування МПЖ і ПН.

  Скачати повний текст

Розвинуто методи розрахунку магнітних полів, вихрових струмів та магнітних втрат потужності у кінцевій зоні турбогенератора за рахунок високої точності врахування геометрії торцевої зони. Запропоновано математичну модель магнітного поля у торцевій зоні турбогенератора, яка враховує тривимірність поля за допомогою квазітривимірної моделі, а також різноманітні конструкційні фактори, що дозволяє вдосконалити аналіз складових магнітної індукції, зокрема, аксіальної складової магнітної індукції у кінцевих пакетах, яка є причиною виникнення вихрових струмів у листах осердя і, внаслідок цього, можливого їх перегріву. Проведено порівняльний аналіз межових умов супутніх рішенню задачі розрахунку магнітного поля у торцевій зоні турбогенератора за методом плоско-ортогональних розрахункових моделей. Установлено кількісний вплив на додаткові магнітні втрати потужності принципових конструкційних рішень у рубцевій зоні кінцевих пакетів осердя статора за допомогою порівняльного аналізу, за цього розрахунковий аналіз дозволяє вибрати параметри елементів кінцевої зони та мінімізувати таким чином додаткові теплові виділення та нагрів цих елементів. Удосконалено проведення безпосереднього розрахунку поля в режимі навантаження за сукупної дії обмоток статора та ротора, за комбінації з різноманітними варінатами врахування насичення магнітопроводу турбогенератора. Розв'язано задачу щодо розрахунку магнітного поля у середині кінцевого пакета осердя статора.

  Скачати повний текст