Пронин М.В., Воронцов А.Г., Калачиков П.Н., Емельянов А.П. Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями

Подождите немного. Документ загружается.

Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями

Значительный вклад в развитие электропривода и преоб-

разовательной техники на «Электросиле» внес к. т. н. Е. И. Во-

лынский. Из его первых работ можно отметить создание элек-

троприводов продольно-резательных станков для целлюлозно-бумажной промышленности. В

течение многих лет Е. И. Волынский возглавлял на «Электросиле» отдел преобразователь-

ной техники, в котором

проектировались электроприводы для судов, вентильные двигатели,

тиристорные выпрямители для буровых установок, тиристорные системы возбуждения элек-

трических машин. Большое участие Е. И. Волынский принял в разработке электроприводов

экскаваторов. Но основным направлением работы отдела стали системы возбуждения круп-

ных электрических машин, и в дальнейшем это подразделение «Электросилы» было преоб-

разовано в отдел

систем возбуждения. В настоящее время это направление работ возглавляет

главный конструктор систем возбуждения А. Г. Логин

струкции систем возбуждения отр

Волынский

Ефим Израилевич

Продольно-резательный станок С5-15

ов. Технология проектирования и кон-

Эти устройства в комплект

ческими машинами постав

родным

стандартам.

яв-

ляется Б. З. Дробкин. Он возглавляет отдел электропривода с 1990 года. В этом отделе рабо-

тают около 100 специалистов, в том числе 11 кандидатов технических наук. Отдел занимает-

ся разработкой

электроприводов и систем, исследованиями, наладкой оборудования.

абатывались в течение нескольких последних десятилетий.

е с турбогенераторами, гидрогенераторами и крупными электри-

ляются во многие страны, и их качество соответствует междуна-

Отдел электропривода «Электросилы» с 1982 г. по 1990 г.

возглавлял к. т. н. Ю. М. Шульгин. До этого периода основным

направлением его деятельности была разработка электромашин-

ных обратимых преобразователей для морского флота. Обрати-

мые преобразователи обеспечивают связь электросети перемен-

ного напряжения с аварийным источником энергии – аккумуля-

торной батареей. В аварийных ситуациях

аккумуляторная батарея

и обратимый преобразователь обеспечивают ответственные по-

требители электроэнергией. При проектировании этих систем ре-

шались задачи пуска преобразователей от сети переменного на-

пряжения и от аккумуляторной батареи, регулирования частоты

вращения электромашинного агрегата, его синхронизации и па-

раллельной работы с сетью переменного напряжения, задачи за-

рядки аккумуляторной батареи, устойчивости системы, ее

надеж-

ности и др. Перечисленные задачи были решены группой специа-

листов под руководством Ю. М. Шульгина на высоком научно-

техническом уровне. Это подтверждено выпуском значительного количества обратимых

преобр

Шульгин

Юрий Михайлович

азователей, а также защитой Ю. М. Шульгиным диссертации.

Будучи начальником отдела электропривода Ю. М. Шульгин руководил всеми вы-

полнявшимися в отделе работами, из

которых еще раз можно отметить изготовление и на-

ладку гребных электрических установок атомных ледоколов.

В настоящее время на «Электросиле» главным конструктором по электроприводу

Пронин М. В., Воронцов А. Г., Калачиков П. Н., Емельянов А. П.

Б. З. Дробкин является разработчиком ряда систем. В ча-

стности, под его руководством и при его непосредственном уча-

стии в 1974 г. разработаны обратимые преобразователи ОП-150

для атомных электростанций. В этих преобразователях были реа-

лизованы новые для того времени технические решения. В част-

ности, системы возбуждения машин постоянного и переменного

тока были

построены на широтно-импульсных тиристорных пре-

образователях с емкостной коммутацией. Это позволило отка-

заться от используемых ранее магнитных усилителей и обеспе-

чить регулируемое возбуждение машин при исчезновении пере-

менного напряжения электростанций. Существенно были улуч-

шены динамические характеристики преобразователей, обеспече-

на более высокая надежность. Аналогичные технические решения

Б. З. Дробкин реализовал

при разработке судовых генераторов

постоянного тока ПГ-167 с аппаратурой управления. Впервые эти

системы были внедрены на судах в 1982 г. Высокий научно-технический уровень разработки

подтвержден тем, что установки ПГ-167 выпускаются серийно по настоящее время.

Дробкин

Борис Захарович

Следует отметить, что большинст-

во работ отдела электропривода выпол-

няется совместно с другими отделами.

При этом электрические

машины посто-

янного тока разрабатываются в отделе

машин постоянного тока под руково-

дством главного конструктора Рыбакова

В. А., машины переменного тока разраба-

тываются в отделе машин переменного

тока под руководством главного конст-

руктора Дримановича Л. И. Ряд работ

выполняется совместно с отделом турбо-

генераторов, который до недавнего вре-

мени возглавлял

И. А. Кади-Оглы, а в на-

стоящее время возглавляет главный кон-

структор Шаров В. И.

Экскаватор карьерный гусеничный ЭКГ-10

Экскаватор карьерный гусеничный ЭКГ-15

Одна из заслуг Б. З. Дробкина как

главного конструктора по электроприво-

ду заключается в том, что в годы пере-

стройки, когда производство продукции

свертывалось, и численность сотрудников

«Электросилы» сократилась с 15000 че-

ловек до 2500 человек (

в 6 раз), он сумел

сохранить основной состав инженеров и

организовал разработку и производство

той техники, которая позволила пережить

трудные времена. Когда в 1997 г. дирек-

тором «Электросилы» стал Р. А. Урусов и

наметились перемены к лучшему, была

расширена номенклатура выпускаемых

изделий, увеличены объемы производства

изделий электропривода, увеличен чис-

ленный состав инженерных и

научных

сотрудников.

Было сохранено и расширено производство электрооборудования для экскаваторов.

Это направление работ в 80-е годы возглавлял А. Е. Козярук. В 90-е годы его возглавлял Е.

И. Волынский, системы управления разрабатывал А. А. Фролов. В настоящее время это на-

правление работ возглавляет В. В. Иванов.

Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями

Разработаны и производятся комплекты электроприводов для экскаваторов и драг-

лайнов типа ЭКГ-10, ЭКГ-10М, ЭКГ-15, ЭШ-20/90, ЭШ-40/100 и др. К настоящему времени

осуществлена поставка комплектов электрооборудования более чем для 150 карьерных экс-

каваторов, шагающих экскаваторов и драглайнов, которые работают в АО Жесказганцвет-

мет, в АО Карагандауголь, в АО Хакассуголь, на руднике Северный

, на Лебединском ГОК,

на Михайловском ГОК и на ряде других объектов.

Есть различные варианты исполне-

ния комплектов электрооборудования экс-

каваторов. Например, на ЭКГ-10 в ком-

плект поставки входят: электромашинный

преобразователь (синхронный двигатель

СД-800-6 У2, генераторы постоянного тока

ГПЭ-800-1000 У2, ГПЭ-450-1000 У2 и ГПЭ-

220-1000 У2), два двигателя подъема МПЭ-

350-900 У2,

двигатель напора МПЭ-200-750

У2, два двигателя поворота МПВЭ 200-750–

У2-М, два двигателя хода МПЭ 90-1000 У2,

низковольтное комплектное устройство

НКУ Ш3801 У2. Электроприводы экскава-

тора построены по системе Г-Д. Возбудите-

ли электрических машин тиристорные. В

модернизированном комплекте возбудители

построены на транзисторах IGBT. Номи-

нальная мощность синхронного двигателя

800 кВт. Суммарная мощность двигателей

постоянного тока 1480 кВт.

Электромашинный преобразователь

экскаватора ЭКГ-10

В комплект электрооборудования

шагающих экскаваторов ЭШ-40/100 входят

два электромашинных преобразователя

(синхронный двигатель ДСЭ-2250-6 У2 и

три генератора постоянного тока ГПЭ-2500-

750 У2), восемь двигателей МПЭ-1120-630

У2, четыре двигателя МПВЭ-450-290 У2,

низковольтное комплектное устройство

НКУ Ш3806 У2. В комплекте оборудования

ль

нный двигатель ДСЭ-2500-6 У2 и три генератора

ГПЭ-25

Разработаны, изготовлены и

находятся в эксплуатации

ХЛ1, два электродвигателя хода МПБ 65-1200 УХЛ1, электродвигатель враща-

теля МПВБ 105-1120 УХЛ1 и

низковольтное комплектное устройство Ш3202М У2 (два ти-

ристорных преобразователя КТУ-250, распределительный силовой шкаф ШУ1, шкаф вспо-

каждый синхронный двигате имеет мощ-

ность 2250 кВт, их суммарная

мощность

4500 кВт. Суммарная мощность двигателей

постоянного тока 10760 кВт.

В комплект электрооборудования экскаватора-

драглайна ЭШ-20/90 входят: электромашинный преобразова-

тель (синхро

Комплектные испытания электрооборудования

экскаватора ЭШ-20/90

на стенде «Электросилы»

00-750 У2), четыре двигателя МПЭ-1120-630 У2, че-

тыре двигателя МПВЭ-400-32 У2, четыре двигателя МПВЭ

400-400 У2, низковольтное комплектное устройство НКУ

Ш3810 У2.

также комплекты электроприводов для самоходных шарошеч-

ных буровых станков типа СБШ-250 и СБШ-270 [86]. Это на-

правление работ в вариантах с двигателями постоянного тока

возглавляет Фролов А. А.

В комплект электрооборудования станков СБШ-270 входят: электродвигатель подачи

МПБ30-600 У

Электродвигатель хода

МПБ 65-1200

Пронин М. В., Воронцов А. Г., Калачиков П. Н., Емельянов А. П.

могательных электроприводов ШУ2, шкаф главных э

управления).

оянного напряжения 3 кВ, и для

электропоездов -9, питающихся от

5 ии

го

имеет номинальную мощность

начен для преобразования однофазного

который размещается в головном, моторном и прицепном вагонах. В

состав ком-

плекта входят четыре тяговых двигателя постоянного тока ТЭД-4У1, два машинно-

вентильных преобразователя собственных нужд ПР-50, тиристорные возбудители электриче-

ских машин, блоки сопротивлений, коммутационная аппаратура силовых цепей, цепей

управления и защиты, фильтры, устройства освещения, отопления, вентиляции и ряд других

систем.

лектроприводов ШУ3, четыре пульта

Питание электрооборудования буро-

вого станка осуществляется от трех-

фазной сети с напряжением 6 кВ и

частотой 50 Гц по кабельной лини

через понижающий рансформатор. С

помощью тиристорных преобразова-

телей переменное напряжение вы-

прямляется и на двигатели постоян-

ного ток подается регулируемое по-

стоянное

напряжение. Изготовлено и

введено в эксплуатацию более 20

комплектов электрооборудовани

станков СБШ-270 и 6 комплектов

электроприводов станков СБШ-250.

Наряду с указанной техникой было освоено производство электрооборудования для

электропоездов ЭД-4, питающихся от контактных сетей пост

Комплект щитов бурового станка СБШ-250

ЭД контактных сетей переменного напряжения 25 кВ,

возглавляет С. С. Чернов.

На электропоездах ЭД-9M комплект электрообору-

дования разработан для головного, моторного и прицепно-

го вагонов. Комплект включает в себя тяговый трансфор-

матор и реактор, расщепитель фаз РФЭУ1, выпрямитель-

ную установку, четыре тяговых двигателя постоянного то-

ка ТЭД-3У1, блоки сопротивлений, коммутационную аппа-

ратуру силовых цепей, цепей управления

и защиты, фильт-

ры, устройства заряда аккумуляторной батареи, устройства

управления дверями, устройства освещения, отопления,

вентиляции, управления прожектором и ряд других систем.

Питание комплекта осуществляется от сети с напряжением

19-29 кВ. Во вторичной цепи номинальное переменное на-

пряжение 2208 В, напряжение силовой цепи постоянно

0 Гц. Работы в этом направлен

Тяговый двигатель ТЭД-3У1

тока 1990 В, переменное напряжение цепей отопления

600 В, постоянное напряжение

цепей управления 110 В.

Двигатель ТЭД-3У1

220 кВт, длительную мощность 170 кВт, напряжение но-

минальное 825 В, максимальное 1000 В, частоту вращения

номинальную 870 об/мин, максимальную 2240 об/мин,

КПД 90 %.

Расщепитель фаз РФЭУ1, спроектированный Репи-

ной Е. И., предназ

переменного напряжения в трехфазное для питания вспо-

могательных двигателей. Номинальная

мощность 18 кВт

при cosφ=0,7. Частота вращения 1500 об/мин. Двигатель и расщепитель фаз имеют изоляцию

класса F, изготовлены с использованием вакуумно-нагнетательной пропитки, предназначены

для работы при температуре окружающей среды от -50ºС до +50ºС.

На электропоезде ЭД-4Э используется энергосберегающий комплект электрообору-

дования,

Расщепитель фаз РФЭУ1

Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями

Двигатели ТЭД-4У1 имеют номи-

нальную и длительную мощности 235 и

180 кВт, номинальное и максимальное на-

пряжения 1500 и 2000 В, номинальную и

максимальную частоты вращения 1250 и

2240 об/мин, КПД 90 %. Двигатели изго-

тавливаются, с использованием вакуумно-

нагнетательной пропитки.

Электропоезд ЭД-4Э

На электропоездах типа ЭД-4Э при-

меняется рекуперативно-реостатное тор-

можение от скорости движения 120 км

/час

до 12-18 км/час с последующим доторма-

живанием электропневматическими тормо-

зами. Это обеспечивает экономию электро-

энергии порядка 15 % по сравнению с экс-

плуатируемыми электропоездами ЭД-4М.

В настоящее время на «Электросиле» выпускаются ком-

плекты электрооборудования для 18 десятивагонных пригород-

ных электропоездов в год.

Тяговый двигатель

ТЭД-4У1

Тяговый двигатель

ТДМ-1

Комплекты электрооборудования выпускаются также

для электропоездов метрополитена. Электрооборудование ус-

танавливается на головном и промежуточных вагонах. В состав

комплекта входят четыре тяговых двигателя постоянного тока

ТДМ-1, блоки резисторов, тиристорные регуляторы возбужде-

ния двигателей, коммутационная аппаратура и другие устрой-

ства. Двигатели имеют максимальную мощность 114 кВт, дли-

тельную мощность 96 кВт, номинальное напряжение 375 В,

максимальное напряжение 825 В, номинальную частоту враще-

ния 1500 об/мин, максимальную

частоту 3400 об/мин, КПД

89,5 %. Двигатели изготавливаются с изоляцией класса F, с ис-

пользованием вакуумно-нагнетательной пропитки. Питание

приводов осуществляется от контактной сети постоянного на-

пряжения 550-975 В.

Электроприводы с двигателями постоянного тока в ос-

новном обеспечивают необходимые регулировочные характе-

ристики электроприводов. Обычно такие приводы значительно

дешевле регулируемых приводов с машинами переменного то

ка. Вследствие более низкой стоимости систем с машинами по-

стоянного тока их производство в настоящее время составляет

существенную долю в продукции «Электросилы».

Но машинам постоянного тока требуется регулярное, квалифицированное и трудоем-

кое обслуживание. При недостаточном обслуживании снижается надежность систем. С этой

точки зрения перспективно применение электроприводов с машинами переменного тока.

Значительный вклад в развитие электроприводов с машинами переменного тока внес

к. т. н. Е. А. Крутяков. Одной из первых его работ на «Электросиле» было проектирование

преобразовательных установок мощностью 200 кВт для вагонов-электростанций поездов

«Аврора» железнодорожного сообщения Санкт-Петербург-Москва (§ 6.5). Эти агрегаты ис-

пользуются для преобразования напряжения контактной сети 2,2-4 кВ в

стабилизированное

напряжение 380 В, 50 Гц. Установка содержит 12-пульсный тиристорный инвертор и элек-

тромашинный преобразователь с 6-фазным синхронным двигателем и трехфазным генерато-

ром. Несколько комплектов оборудования более 6 лет находятся в эксплуатации. В 2003 году

выполнена поставка еще двух комплектов оборудования.

Другая разработка – преобразователи собственных нужд ПР-50 (см. § 6.4). Они также

спроектированы под руководством Е. А

. Крутякова, но для пригородных электропоездов.

Пронин М. В., Воронцов А. Г., Калачиков П. Н., Емельянов А. П.

ПР-50 имеет мощность 50 кВт и

используется для преобразования на-

пряжения контактной сети 2,2-4 кВ в

стабилизированное трехфазное напря-

жение 220 В, 50 Гц. В цепи питания

двигателя используется коммутацион-

ная аппаратура, фильтр, блок искусст-

венной коммутации, 12-пульсный тири-

сторный инвертор. Установка снабжена

элементами защиты, системами возбу-

ждения двигателя и генератора, микро-

процессорной системой управления

Электромашинный преобразова-

тельный агрегат спроектирован под ру-

ководством Вахмистрова С. Н. Он со-

держит шестифазный синхронный дви-

гатель с независимым возбуждением и

трехфазный синхронный генератор с

системой самовозбуждения. Агрегат снабжен датчиком положения ротора. ПР-50 предназна-

чен для использования на электропоездах ЭД-4.

Тиристорный инвертор

и аппаратура управления ПР-50

Под руководством и при непосредственном участии

Е. А. Крутякова

разработан ряд тиристорных преобразовате-

лей частоты напряжением до 6 кВ. Эти преобразователи ис-

пользуются в составе электроприводов с мощными синхрон-

ными двигателями и в качестве пусковых устройств турбо-

генераторов в парогазовых установках (§ 6.1, § 6.2, § 6.3). Их

применение перспективно также в качестве пусковых уст-

ройств синхронных компенсаторов. Преобразователи часто-

ты разработаны со звеном постоянного тока. Они

содержат

шкафы с тиристорными выпрямителями, инверторами и сек-

циями управления, сглаживающие реакторы. В зависимости

от уровней напряжения электросетей на входе преобразова-

телей используются токоограничивающие реакторы или трансформаторы. В случаях работы

с турбогенераторами на выходе преобразователей также используются токоограничивающие

реакторы. Преобразователи оснащены микропроцессорными системами управления. В них

предусмотрены связи с внешними

системами, в том числе с АСУ по релейным сигналам и по

интерфейсу RS-485. Тиристорные шкафы разработаны на напряжение от 1,15 кВ до 6 кВ и на

мощность до 6 МВт. В настоящее время разрабатывается преобразователь частоты на напря-

жение 10 кВ и мощность 10 МВт. Охлаждение силовых шкафов от встроенных вентиляторов.

Охлаждение секции управ

Электромашинный

ления воздушное естественное.

Преобразователь ПР-50

Одна

из поставок преобразователя частоты ПУ-1 в качестве пускового устройства

турбоагрегата выполнена на Ивановскую ГРЭС (см. § 6.1). На этой электростанции установ-

лен газотурбинный агрегат ГТЭ-110 мощностью 110 МВт, разработанный в НПО «МАШ-

ПРОЕКТ» (Украина) и изготовленный в НПО «Сатурн» (Россия). Турбогенератор Т3ФГ-110,

система возбуждения и тиристорное пусковое устройство разработаны и изготовлены на

«Электросиле». ПУ-1 имеет мощность 5 МВт. Тиристорные шкафы выполнены на напряже-

ние 3,3 кВ. Комплект электрооборудования находится в эксплуатации более 2 лет.

Аналогичная поставка комплекта электрооборудования выполнена на Опытно-

промышленную станцию «Каборга» (Украина). На этой электростанции для пуска газотур-

бинного агрегата ГТД-110 с турбогенератором Т3ФГ-110 используется тиристорное пуско-

вое устройство ПУ-6-08 мощностью 6

МВт, напряжением 6 кВ. Наладка комплекта оборудо-

вания выполнена в мае 2004 г.

Другая поставка пускового устройства выполнена на Тюменскую ТЭЦ-1. На этой

электростанции используется газотурбинная установка типа V63 фирмы SIEMENS мощно-

стью 63 МВт. Высокооборотная турбина соединена с турбогенератором через редуктор.

Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями

Турбогенератор Т3ФГ-63, система возбуж-

дения и тиристорное пусковое устройство

ПУ-0 разработаны и изготовлены на «Элек-

тросиле». Мощность ПУ-0 около 2,5 МВт.

Оно выполнено на напряжение 1,15 кВ с

двумя параллельно работающими тиристор-

ными преобразователями. Турбогенератор,

как и в других подобных установках, вы-

полнен без датчика положения ротора. Пус-

ковое устройство определяет положение

ро-

тора и осуществляет его разгон до частоты

вращения порядка 700 об/мин. На этой час-

тоте в работу включается турбина, и даль-

нейший разгон производится совместно

пусковым устройством и турбиной. На час-

тотах вращения 2000-2500 об/мин пусковое

устройство выводится из работы, и даль-

нейший разгон агрегата осуществляется

только турбиной. На

номинальной частоте

турбогенератор подключается к энергосис-

теме. Наладка комплекта электрооборудо-

вания выполнена при участии специалистов

«Электросилы» в апреле 2004 г.

Изготовлено и прошло стендовые

испытания тиристорное пусковое устройст-

во ПУ-6-08 для парогазовой установки Ка-

лининградской ТЭЦ. На этой электростан-

ции будут установлены газотурбинные агре-

гаты V94.1 Ленинградского металлического

завода, изготовленные по лицензии

фирмы

SIEMENS. Мощность турбоагрегатов

160 МВт. Турбогенераторы Т3ФГ-160, сис-

темы возбуждения и тиристорные пусковые

устройства поставляет «Электросила». В

стадии изготовления находится второй ком-

плект электрооборудования.

Запланирована поставка тиристор-

ных пусковых устройств для парогазовых

установок также на другие электростанции

России и зарубежья.

Одно тиристорное пусковое устрой-

ство ПУ-6-08 установлено на испытатель-

ном

стенде «Электросилы», в корпусе мощ-

ных турбогенераторов. Оно предназначено

004 г.

для пуска мощных технологических син-

хронных машин. Наладка этого преобразо-

вателя выполнена в июне 2

На испытательный стенд «Электро-

силы» запланирована также поставка тири-

сторного пускового устройства ПУ-10-08,

имеющего напряжение 10 кВ и мощность

10 МВт. Отдельные блоки этого преобразователя находятся в стадии

изготовления.

На ГОК «Олимпиадинский» золотодобывающей компании «Полюс» поставлены два

электропривода рудоразмольных мельниц типа ММПС 50х84 и 70х70. В приводах использу-

ются синхронные двигатели ДСЗ-4000-6-40 мощностью по 4 МВт, спроектированные на

Газотурбинный агрегат ГТЭ-110 на

опытно-промышленной электростанции

«Каборга» (Украина)

Высоковольтное тиристорное пусковое

устройство ПУ-6-08 на опытно-

промышленной электростанции «Каборга»

Турбоагрегат с генератором ТФГ-63

на Тюменской ТЭЦ-1

Пронин М. В., Воронцов А. Г., Калачиков П. Н., Емельянов А. П.

«Электросиле» под руководством Смирнова Е. П. Дл с

сторные преобразователи частоты ПУ-6-08. Эти

гателей из неподвижного состояния до номинал

зацию двигателей с сетью 6 кВ, 50 Гц. Два ком

ции бол ается

во

я л

теля 4

дов выполнена в 2004 г. Запланирована по-

имеются также установки с

синхронными

Другая разработка транзисторных систем – модернизация электроприводов бурового

станка. Комплект

электрооборудования содержит выпрямитель, два транзисторных инверто-

ра, два трехфазных тяговых асинхронных двигателя по 45 кВт и один шестифазный двига-

тель вращателя 90 кВт. Двигатели спроектированы под руководством к. т. н. В. В. Митина.

Еще одна разработка – модернизация трансмиссии самосвалов «БЕЛАЗ» грузоподъ-

емностью 136 и 180 тонн. Для этих самосвалов «Электросила» выполнила разработку и по-

я пу ка мельниц используются тири-

преобразователи осуществляют разгон дви-

ьной частоты вращения и точную синхрони-

плекта оборудования находятся в эксплуата-

прос о поставке еще двух электроприводов.

На рудник «Северный Глубокий»

комбината «Печенганикель» в 2003 г. по-

ставлены два электропривода вентиляторов

главного проветривания (§ 6.3). Вентилято-

ры типа ВЦ-42,5 предназначены для работы

с нагрузкой мощностью 3700 кВт при часто-

те вращени 450 об/мин. Д я одного венти-

лятора используются два синхронных двига-

теля СДН2-18-64-12 мощностью по 2,5 МВт

Для регулирования частоты вращения дви-

гателей и вентилятора используется 12-

пульсный тиристорный преобразователь

частоты ТПЧ2-6-03. Мощность преобразова-

ее 2 лет. В настоящее время реш

МВт, напряжение 6 кВ. В 2003 г. по-

ставлено 2 комплекта оборудования (для

двух вентиляторов). Наладка электроприво-

ставка еще двух комплектов оборудования.

В числе изделий «Электросилы»

генераторами и полупроводниковыми вы-

прямителями.

Еще одно направление работ по

электроприводу на «Электросиле» – созда-

ние систем с преобразователями на полно-

стью управляемых полупроводниковых эле-

ментах, в первую очередь, на транзисторах

IGBT [76].

Одна из выполненных работ по транзисторным элек-

троприводам – тяговый привод электропоездов метрополите-

на (см. § 7.5). Проектирование установки в целом осуществ-

лялось под руководством А. С. Цыганкова. Проектирование

асинхронного тягового электродвигателя выполнено под ру-

ководством С. Н. Вахмистрова. Систему векторного управле-

ния тяговыми двигателями разработал Н. А. Серов. Тяговый

Рудник «Северный Глубокий»

вания ВЦ-42,5 Вентилятор главного проветри

привод содержит контейнер входных цепей, блок фильтра-

ции, блок питания собственных нужд, контейнер с двумя

транзисторными инверторами мощностью по 340 кВт, четыре

асинхронных двигателя

ТАД-4 и другие устройства. Питани

привода осуществляется от контактной сети постоянного на-

пряжения 550-975 В. Тяговый двигатель ТАД-4 имеет мощ-

ность 170 кВт, коэффициент мощности 0,9, напряжение 570 В, частоту напряжения 50 Гц,

частоту вращения номинальную 1500 об/мин, максимальную 3410 об/мин, скольжение 1,3 %,

кратность максимального момента 3, КПД 91 %.

Тяговый асинхронный

двигатель ТАД-4

Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями

ставки синхронных генераторов и двигателей постоянн о

постоянного тока. В настоящее время осуществ

вателей частоты и асинхронных двигателей для

аналого-цифровых

о-

вые сис

ода. Основная причина этого – высокая стои-

мость т

остью можно отметить защиту в

2003 го

ается раз-

работк

логии

ого тока для трансмиссии переменн -

ляется разработка транзисторных преобразо-

трансмиссии переменного тока.

При создании электроприводов с

асинхронными двигателями и полностью

управляемыми преобразователями наиболь-

шую трудоемкость (наукоемкость) пред-

ставляет реализация в микропроцессорных

системах современных методов управления

электрическими машинами. Эту работу воз-

главляет к. т. н. Н.А.Серов. В 1989 году под

его руководством был создан один из пер-

вых комплектов электроприводов перемен-

ного тока с векторным управлением для

экскаваторов типа ЭШ-20-90. Приводы со-

держали тиристорные преобразователи час-

тоты с непосредственной связью и асин-

хронные двигатели. Векторное

управление

было реализовано на

элементах. В настоящее время реализация

векторных систем осуществляется на микропроцессорных устройствах, рассматриваются н

Карьерный самосвал «БЕЛАЗ»

темы, в том числе без датчиков частоты вращения двигателей.

Разработки систем с транзисторными преобразователями и асинхронными двигателя-

ми выполняются также для троллейбусов, трамваев, судов и объектов другого назначения.

В отличие от

систем с синхронными машинами и тиристорными преобразователями,

системы с транзисторными преобразователями и асинхронными машинами пока еще не за-

нимают значительного места в продукции зав

ранзисторных устройств. Однако в промышленности и на транспорте потребность в

этих системах существует, и по мере снижения стоимости транзисторных преобразователей

следует ожидать более широкого их выпуска.

Перечисленные электроприводы и системы с электрическими машинами постоянного

и переменного тока и полупроводниковыми преобразователями в основном не являются се-

рийной продукцией завода. Для разработки, изготовления и наладки таких систем необходи-

мо выполнение значительного объема расчетов, теоретических и экспериментальных иссле-

дований. Эти исследования выполняются специалистами «Электросилы

» и ряда университе-

тов. В этой области «Электросила» сотрудничает с кафедрой электротехники и электропри-

вода Санкт-Петербургского Горного института, с кафедрой робототехники и автоматизации

промышленных систем Санкт-Петербургского Электротехнического университета, с кафед-

рой электропривода Санкт-Петербургского Политехнического университета, с кафедрами

Санкт-Петербургского Университета железнодорожного транспорта. Из последних успеш-

ных исследовательских

работ с практической направленн

ду диссертации заместителем главного конструктора «Электросилы» по электропри-

воду Н. А. Вологиным («Совершенствование систем управления электроприводами постоян-

ного тока главных механизмов карьерных экскаваторов»).

Следует отметить, что исследовательские работы выполняются при создании систем

практически всех типов. Однако наиболее перспективным направлением счит

электроприводов с машинами переменного тока.

Одним из основных средств выполнения новых работ по электроприводу является

математическое моделирование установок, анализ технических решений на ЭВМ.

Методологические основы анализа машинно-вентильных систем изложены в работах

Коськина Ю. П. [59]. В его трудах введено название этого направления науки и техники –

электромеханотроника. Указано, что электромеханотроника включает в

себя теории и техно-

электромеханики, электроники, кибернетики. Отмечено, что электромеханотронные

преобразователи содержат две взаимосвязанные подсистемы – энергетическую и информа-

ционную. С указанных позиций построена теория электромеханотронных преобразователей.

Пронин М. В., Воронцов А. Г., Калачиков П. Н., Емельянов А. П.

В работах Демирчяна К. С. и Бутырина П. А. [27] (МЭИ) даны основы моделирования

и машинного расчета электрических систем на основе теории электрических цепей. Описаны

методы моделирования, методы решения систем уравнений, даны оценки устойчивости вы-

числений, погрешностей. Рассмотрены вопросы применения методов диакоптики, представ-

лены модели электрических машин, полупроводниковых преобразователей. В реализованных

на

«Электросиле» программах расчета систем с полупроводниковыми преобразователями

при каж

ов на участки, при описании обмоток с уче-

том ко

нтильных схем, выполнен анализ ча-

стных

и с учетом насыще-

ния ста

ин пе-

ременн

писания и рас-

чета эл

ряжений на вентилях при коммутациях. При

расчета

дом переключении вентилей формируется новая система уравнений, на каждом шаге

расчета решается система уравнений минимального порядка. Это обеспечивает высокую ус-

тойчивость вычислительных процессов. Аналогичные работы ведет Коровкин Н. В. в ЛПИ.

В трудах Плахтыны Е. Г. и Козярука А. Е. [72], [50] изложены методы

моделирования

машинно-вентильных систем, позволяющие учитывать нелинейности электромагнитных свя-

зей, коммутационные процессы и взаимное влияние электрических машин и полупроводни-

ковых преобразователей. Даны общие принципы составления моделей, приведено описание

моделей электрических машин, полупроводниковых преобразователей и типичных машинно-

вентильных систем. В полупроводниковых преобразователях вентили замещаются резистив-

но-индуктивными элементами с переменными параметрами, что

позволяет представлять сис-

темы в виде схем с постоянной структурой. Это упрощает алгоритмы вычислений, но в каж-

дый момент времени решается большее количество уравнений. Модели электрических ма-

шин построены при разделении магнитопровод

нструкции. При анализе систем необходимо использовать обширную информацию по

конструкции

машин, но при этом повышается точность моделей. Разработанные программы

расчета также применялись на «Электросиле».

В работах Короткова Б. А. и Попкова Е. Н. [56] использованы известные математиче-

ские модели синхронных и асинхронных машин, построенные при допущениях Парка [124],

[11]. Рассмотрены различные варианты математического описания машин. Большое внима-

ние уделено описанию электрических схем с

полупроводниковыми элементами. Рассмотре-

ны вопросы применения теории графов для описания ве

случаев, рассмотрены вопросы коммутации идеальных вентилей, описаны алгоритмы

расчета и др. Описан разработанный комплекс программ расчета систем с электрическими

машинами и полупроводниковыми преобразователями.

В работах Копылова И. П. [53], [54] представлены материалы по математическому

моделированию электрических машин

различного типа. Рассмотрены синхронные и асин-

хронные машины, машины постоянного тока. Описаны модели без учета

ли, без учета и с учетом вытеснения тока в обмотках статора и ротора. Приведено ма-

тематическое описание машин в различных системах координат, при синусоидальном, неси-

нусоидальном, симметричном и несимметричном напряжении

питания.

В работах Токарева Л. Н. [89] также используются модели электрических маш

ого тока, построенные при допущениях Парка [124], [11]. Значительное внимание

уделяется параллельной работе генераторов в автономных энергосистемах, совместной их

работе с нагрузками. Полупроводниковые преобразователи описываются упрощенно.

Работами по моделированию машинно-вентильных систем занимаются и многие дру-

гие специалисты, которые разрабатывают и

используют различные методы о

ектрических систем, различные модели. Однако в настоящее время наибольшей попу-

лярностью пользуются те математические модели, которые включены в библиотеки извест-

ных сред моделирования и расчета – MATLAB, MATCAD, DESIGNLAB и др.

Среда сквозного моделирования и проектирования DESIGNLAB [79], [80] предназна-

чена, в первую очередь, для разработки электронных устройств. Однако ее

используют и при

разработке систем с силовыми полупроводниковыми преобразователями и электрическими

машинами [29]. Аналогичные работы выполняются и на «Электросиле». Преимущества сре-

ды DESIGNLAB проявляются в тех случаях, когда анализируются процессы, обусловленные

свойствами полупроводниковых приборов и других нелинейных элементов. Например, эту

среду удобно использовать для расчета перенап

х электроприводов

весьма часто проявляются недостатки DESIGNLAB – большие за-

траты машинного времени, неустойчивость вычислительного процесса [28], отсутствие дос-

товерных данных по параметрам элементов.