Аннотация: Системы регулируемого асинхронного электропривода, работающие в циклических режимах, например на металлургических механизмах транспортировки обрабатываемого металла, должны при пуске обеспечивать стабилизацию ускорения на требуемом уровне как при максимальной, так и при частичной загрузке транспортного механизма. Системы частотного асинхронного электропривода (ЧАЭ) с автономным инвертором тока (АИТ) могут быть выполнены с нерегулируемым выпрямителем и дополнительным транзисторным коммутатором в звене постоянного тока, при этом функция регулирования входного тока инвертора возложена на транзисторный коммутатор. В этом случае вследствие использования диодного выпрямителя снижается потребление реактивной мощности из сети по сравнению со стандартной системой АИТ, содержащей регулируемый выпрямитель. Управление транзисторным коммутатором может выполняться на основе различных принципов, в том числе путем построения замкнутого контура стабилизации ускорения, что позволяет адаптивно регулировать пусковой момент и поддерживать постоянство ускорения асинхронного электропривода. Идентификацию сигнала ускорения можно выполнить на основании преобразования сигнала, поступающего с цифрового датчика скорости – энкодера. Дополнительный транзисторный коммутатор с последовательно включенным дросселем также можно включить в звено постоянного тока преобразователя частоты на базе автономного инвертора напряжения (АИН). Это позволяет на начальном этапе пуска асинхронного электропривода и при работе на регулировочных механических характеристиках, когда требуются пониженные значения частоты и амплитуды напряжения, питающего двигатель, за счет работы транзисторного коммутатора снижать напряжение на входе инвертора, что приводит к уменьшению количества коммутаций ключевых элементов инвертора. Несмотря на имеющиеся публикации, работа преобразователя частоты с инвертором напряжения и дополнительным коммутатором в звене постоянного тока исследована в настоящее время недостаточно подробно. Целью исследования является получение и анализ экспериментальных временных характеристик – мгновенных значений напряжений на входе АИН и токов на выходе АИН – с помощью созданной опытной установки с регулируемым асинхронным электроприводом на базе АИН с релейно-управляемым транзисторным коммутатором в звене постоянного тока. В результате выполненных исследований уточнены требования, предъявляемые к коммутатору и компонентам, реализующим систему управления электроприводом.

Аннотация: Сопротивление воздушных линий электропередачи в значительной степени зависят от температуры провода. Известно, что протекающий ток нагревает проводник, однако и условия окружающей среды также влияют на теплообмен. Классической подход в определении предельного перетока активной мощности по линии электропередачи не учитывает тепловые процессы, считая эти факторы как независимые. Это, в свою очередь, может привести к ошибкам при определении допустимого перетока мощности. В статье предложен метод расчёта установившихся режимов с учётом тепловых процессов в элементах для анализа устойчивости энергосистем. Показано, что представленный метод позволил с необходимой точностью определить предельный переток мощности с учётом тепловых процессов. Также к достоинствам метода необходимо отнести то, что помимо традиционных технических ограничений при утяжелении режимов (напряжения, токи) он позволяет вводить ограничения на максимально допустимую температуру как линий электропередачи, так и трансформаторов. По результатам проведенного моделирования выявлено, что переток активной мощности в предельном режиме с учётом тепловых процессов в зимний период для рассматриваемой электрической системы составил 459,32 МВт, что на 190,82 МВт больше, чем переток без учета тепловых процессов. В летний период переток составил 347,29 МВт, что на 78,79 МВт больше. Полученные результаты показали, что тепловые процессы в элементах электрической сети могут существенно влиять на предел передаваемой мощности при различных климатических факторах и времён года. Анализ, проведённый в работе, подчеркивает необходимость учета теплового баланса при проектировании и эксплуатации электрических сетей различных классов напряжения.

Аннотация: Развитие современного производства невозможно без создания испытательной базы для выпускаемых изделий. Одним из наиболее ответственных испытаний, определяющих надежность и срок службы, является проверка на стойкость к механическим воздействиям. Эти испытания проводятся для изделий наземного, морского и воздушного базирования, космической техники и техники специального назначения. Наиболее сложными являются испытания для устройств, имеющих большую массу и габариты. Единственным эффективным оборудованием в этих случаях могут быть только мощные следящие гидроприводы (СГП), способные создавать ударные и вибрационные нагрузки, имитирующие условия транспортировки и эксплуатации. Основу СГП составляют электрогидравлические усилители мощности (ЭГУМ) – устройства, соединяющие в себе электромеханический привод (ЭМП) и золотниковый распределитель (ЗР). ЭМП является наиболее ответственным элементом системы. Он работает в тяжелых эксплуатационных условиях с большими токовыми нагрузками и частотами. Это закрытое устройство от попадания твердых тел и влаги, имеющее малый объем. По этим причинам отвод тепловых потерь представляет собой сложную задачу. Цель исследования: предложить и обосновать эффективную систему охлаждения для ЭМП. Методы: в статье предлагается двухконтурная система воздушного охлаждения. Для анализа предложенного решения применен метод эквивалентных схем замещения для аэродинамической цепи и теплового анализа. Результаты: расчеты показали эффективность двухконтурной системы воздушного охлаждения. При увеличении потерь до 250 Вт нагрев обмотки якоря не превысил класса нагревостойкости изоляции H, температура постоянных магнитов не превысила рабочую температуру для материала неодим-железо-бор. Практическая значимость: применение двухконтурной системы воздушного охлаждения не приведет к существенному изменению конструкции ЭГУМ. Увеличение габаритов для ЭГУМ не является существенным фактором, при этом расширяется диапазон эксплуатационных режимов, повышается надежность и срок службы устройства. Данное решение можно рекомендовать для мощностного ряда ЭГУМ.

Аннотация: Тепловая защита является одним из важнейших аспектов системы управления двигателем. Любая система тепловой защиты выполняет две функции: осуществляет постоянный контроль текущей величины температуры защищаемого электрооборудовании и отключает его от сети при достижении предельного нагрева. В работе особое внимание уделено первой из указанных функций. Предложена общая классификация основных способов теплового контроля обмоток электрооборудования, показаны возможные пути их практической реализации. Приведены результаты разработки системы тепловой защиты, которая реализует способ контроля температуры, основанный на расчете активного сопротивления обмотки асинхронного двигателя (АД) по экспериментальным данным, получаемым в режиме реального времени непосредственно в процессе работы АД. Разработанная схема обеспечивает минимальное влияние схемы контроля на эксплуатационные показатели всей системы в целом за счет уменьшения влияния наличия измерительного шунта в цепи статора электродвигателя. Учитывая, что температурные процессы отличаются относительно большой инерционностью, предлагается реализовать процесс измерения информационных сигналов с определенной периодичностью. Показан алгоритм этого подключения в зависимости от условий нагрева АД в процессе эксплуатации. Разработана автоматизированная система управления АД с использованием разработанного способа тепловой защиты, управление которой осуществляется микроконтроллером. Приведена обобщенная блок-схема этой системы, показаны временные диаграммы работы таймеров в зависимости от режимов работы АД. Разработанная система защиты от перегревов может быть использована не только для защиты АД, но и для тепловой защиты других электротехнических устройств переменного тока.

Аннотация: В статье рассмотрена задача синтеза двухконтурной системы управления для трехфазного инвертора напряжения с использованием пропорционально-интегральных регуляторов во внутреннем и внешнем контурах системы автоматического регулирования. Целью работы является повышение качества формируемого выходного напряжения инвертора путем фильтрации высокочастотных пульсаций в канале управления инвертором. В отличие от традиционной структуры пропорционально-интегрального регулятора во внутреннем контуре предлагается регулятор с дополнительным фильтром. Предложенная модификация алгоритма управления позволяет снизить влияние высокочастотных пульсаций за счет уменьшения пульсационной составляющей на выходе регулятора, который формирует модулирующий сигнал для блока широтно-импульсной модуляции, что позволяет избежать режима насыщения модуляции и улучшить характеристики работы силового преобразователя. Предложен подход к синтезу ПИ-регулятора с фильтром второго порядка, основанный на использовании метода разделения движений. Рассмотрено влияние фильтров различного динамического порядка на величину высокочастотных пульсаций на выходе регулятора. Получены сравнительные оценки степени подавления высокочастотных пульсаций в канале управления для различных структур предлагаемых алгоритмов управления. Реализация предлагаемого подхода показана на примере синтеза регуляторов в составе двухконтурной системы автоматического управления трехфазного инвертора напряжения в бортовой системе электроснабжения переменного тока 400 Гц/115 В. Синтез параметров системы управления для инвертора проводился в соответствии с требованиями стандарта на общие требования и нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения летательных аппаратов. Эффективность рассчитанной системы управления проверена с использованием математического и имитационного моделирования в среде Matlab/Simulink.

Аннотация: Применение частотно-регулируемого асинхронного привода штанговых насосных установок ограничено неустойчивостью его работы в условиях частых возмущений – провалов напряжения в электрических сетях нефтепромыслов, а также в условиях недостаточной уравновешенности станков-качалок. В данной работе рассмотрены вопросы совершенствования преобразователей частоты приводов двумя способами реконструкции звена постоянного тока за счет применения повышающего преобразователя и за счет совместного применения повышающего преобразователя и источника бесперебойного питания с суперконденсатором, используемым в качестве накопителя электроэнергии. Первое решение рассчитано на глубину провалов напряжения до 50%, на долю которых приходится большинство возмущений в электрических сетях нефтепромыслов. Рассмотрена схема управления для данного решения, обозначены особенности при эксплуатации в сетях с напряжением 380 В. Второе решение эффективно и при глубине провала напряжения больше 50%. Приведена формула определения емкости суперконденсатора, а также описана логика переключения системы бесперебойного питания между режимами заряда, разряда и ожидания с указанием уставок. В среде Matlab Simulink выполнено моделирование предлагаемых решений для двух глубин провалов напряжения 20 и 50%. Получены графики переходных процессов основных величин: напряжение, ток, потребляемая мощность и скорость вращения электродвигателя. Анализ результатов подтвердил возможность применения таких систем в условиях возмущений в электрических сетях нефтепромыслов. Отмечено увеличение гармонических искажений напряжения и тока питающей сети при включении в работу повышающего преобразователя в периоды провалов напряжения, что обусловлено принципом работы данной схемы.

Аннотация: Общепринятой точкой зрения является то, что «жизнь» трансформатора в основном определяется тепловым старением, электроизоляционным износом, механическим износом. В большинстве случаев в плановые ремонты или при повреждениях данный подход подтверждается. Однако в ряде повреждений мощных трансформаторов при вскрытии обнаруживались признаки дефектов в электромагнитной системе  КЗ-контур в системе заземления элементов крепления активной части. Все элементы (ярмовые балки, полубандажи, бандажные полосы стержней и т.д.) имеют заземление, причем система выполнена так, чтобы не было контуров. Чаще всего система заземления разделена на сторону НН и ВН и выведена через изоляторы наружу, но проверить, есть ли в ней непроектные контуры, невозможно. Внимательный осмотр и анализ повреждений показывают на то, что в системе заземления сердечника трансформатора возможно образование замкнутого контура, в котором наводятся токи до десяти килоампер. Токи были посчитаны по перегоранию медных шинок, соединяющих вертикальные и горизонтальные элементы крепления магнитопровода. Дуга в момент разрыва контакта (отгорания последней медной пластинки) образует ионизированную плазму, которую затягивает магнитным полем или дутьем масла при резком разложении в обмотку и она повреждает бумажную изоляцию. Механизм образования контура понятен и коренной причиной является вибрация. Причины появления вибрации – близкие КЗ, часто-переменная нагрузка, несвоевременная подпрессовка. Констатировать факт повреждения и искать причину при вскрытии трансформатора интересно, но нужны методы и средства, чтобы видеть развивающееся повреждение заранее и не допускать выхода из строя трансформаторов при их тотальном дефиците. В статье авторами описан опыт выявления подобных видов дефектов при плановых обследованиях трансформаторов. Предложены методы контроля и методика выявления дефектов.

Аннотация: Целью исследования является построение метода принятия решений о выборе траектории обработки графической информации в системе автоматизированного мониторинга за техническим состоянием опасных производственных объектов, с учетом особенностей поставленных задач, условий получения изображений и его свойств. Исследования проводилось по этапам: экспертной оценки изображений опасных производственных объектов; построения векторного классификационного признака, включающего показатели разной природы; отбора главных координат векторного классификационного признака и построения метода принятия решений о выборе траектории обработки графической информации. Авторы работы выполнили статистическую оценку каждой координаты векторного классификационного признака. В результате статистической оценки выявлены значения координат, которые являются характерными для изображений элементов опасных производственных объектов. Эти значения определяют организационные решения для процесса сбора информации для автоматизированной системы мониторинга. Основной особенностью метода является возможность наращивания количества траекторий обработки изображений по мере появления новых фасетов классификационных признаков, развития новых алгоритмов обработки изображений и новых задач в автоматизированной системе мониторинга технического состояния опасных производственных объектов. В статье также представлены полученные решения по обработке графической информации на примере опасных производственных объектов металлургического предприятия. Исследования проводятся с июля 2021 года и по настоящее время. Для проведения исследований используются методы системного анализа при выполнении экспертной оценки изображений и их классификации, обобщении результатов экспертной оценки и построении метода принятия решений. Инструментальной основой программной реализации полученных траекторий являются среда разработки Python и библиотека OpenCV. Построенные траектории для обработки графической информации положили основу мультимодульной структуры автоматизированной системы мониторинга технического состояния опасных производственных объектов.

Аннотация: Представлена модель адаптивной системы регулирования момента тягового электропривода магистрального электровоза с переменной структурой и условий сцепления в точке «колесная пара – рельс». В структуре модели присутствуют два контура: первый и второй. В первом контуре формируется задание момента непосредственно от машиниста. Во втором момент задания формирует автоматическая система управления. Переключение между контурами происходит по критерию избыточного скольжения – боксованию. Для моделирования задержек в сигнале обратной связи и шума в модели предусмотрен блок шума и задержки. Моделирование тягового электропривода со структурой «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» осуществляется при помощи апериодического звена первого порядка. Отличительной особенностью системы регулирования является наличие блока адаптивного ПИ-регулятора и блока адаптивной уставки скольжения. Разработано и представлено математическое описание блока адаптивной уставки скольжения и критерии оценки параметров скольжения. Приведено математическое описание основных блоков модели системы регулирования. Представлены результаты компьютерного моделирования системы управления тяговым усилием в режиме с избыточным скольжением и без избыточного скольжения. Произведена верификация модели по критерию ускорения. Верификация проводилась путем сравнения графиков ускорения электровоза в статических и переходных режимах, полученных путем численного эксперимента и натурного эксперимента, проведенного непосредственно на объекте – электровозе 3ЭС8. Приведены результаты численного эксперимента в режиме избыточного скольжения, а именно осциллограммы выходного сигнала адаптивного ПИ-регулятора. Показано, что применение адаптивного ПИ-регулятора позволяет уменьшить колебания момента тягового двигателя за счет динамического изменения пропорционального коэффициента регулятора. Приведены результаты численного эксперимента с различными кривыми коэффициента сцепления. Анализ результатов показал, что адаптивный закон выбора скорости скольжения позволяет определять оптимальную скорость скольжения с погрешностью не более 4%.