Особливості регулювальних властивостей та енергетичних показників електромеханічної системи на основі високовольтних асинхронних двигунів з фазним ротором
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2026-2-4Ключові слова:
висока напруга, керування, електромеханічна система, моделювання, енергетичні показники, втрати, вентиляторне навантаження, електроспоживання, шахтне електрообладнанняАнотація
Мета роботи. Проведення комплексного дослідження та аналізу регулювальних властивостей і закономірностей зміни енергетичних показників електромеханічних систем з імпульсним регулюванням в колі випрямленого струму ротора на базі високовольтних асинхронних двигунів із фазним ротором з вентиляторним характером навантаження для розробки науково обґрунтованих методів підвищення їхньої загальної енергоефективності та мінімізації втрат потужності в усталених і перехідних режимах роботи.
Методи дослідження. Теоретичні дослідження базуються на фундаментальних положеннях теорії електричних кіл, теорії електричних машин та автоматизованого електроприводу, та рівняннях математичної фізики для опису процесів електромеханічного перетворення енергії у високовольтних асинхронних двигунах із фазним ротором, застосуванням методів комп'ютерного моделювання, чисельних методів, інтерполяції, апроксимації функцій.
Отримані результати. Досліджено електромагнітні та енергетичні процеси електромеханічної з вентиляторним характером навантаження з урахуванням змінних аеродинамічних параметрів шахтної вентиляційної магістралі. Запропонована електромеханічна система з імпульсним регулюванням в колі випрямленого струму ротора виявляє яскраво виражені адаптивні властивості. Вона демонструє високу робастність і здатність до прецизійного нівелювання будь-яких стохастичних збурень аеродинамічного навантаження, зберігаючи при цьому стійкість і надійність регулювання швидкості обертання асинхронного двигуна, тим самим підтримуючи стабільність провітрювання шахтних виробок навіть за умов критично заниженої частоти комутації вентилів перетворювача. Встановлено, що при регулюванні швидкості в діапазоні ковзань s = 0,5 ÷sном досягається підвищення коефіцієнта потужності системи до 0,80–0,93 та ККД до 92,5–94,5 %, що перевершує показники нерегульованого електропривода на 0,25 та 40 % відповідно.
Наукова новизна. Набув подальшого розвитку принципи побудови енергоефективних систем керування вентиляторних установок. Доведено, що застосування імпульсного регулювання електромеханічних систем з вентиляторних навантаженнях зі змінною аеродинамікою мережі дозволяє не лише стабілізувати робочі процеси, але й суттєво підвищити загальний коефіцієнт потужності (до 0,80–0,93) та ККД системи на знижених швидкостях обертання ротора асинхронного двигуна.
Практична цінність. Практична цінність роботи полягає у доведенні економічної та технічної доцільності впровадження систем імпульсного керування високовольтними асинхронними двигунами, які входять до структури електромеханічних систем для промислових вентиляторних установок. Використання таких електромеханічних систем на діючих промислових об'єктах дає змогу не лише забезпечити точне реагування вентиляційної установки на зміну аеродинамічного опору мережі, але й кардинально покращити енергетичні показники підприємства, а також подовжити міжремонтний інтервал дороговартісних високовольтних двигунів.
Посилання
Antoshchenko N.I., Kalyuzhny V.V., Koptikov V.P., al. (2014). A new approach to the regulation of ventila-tion in coal mines. Ugol Ukrainyi, (3), 29–32.
Zhang Y., Wang J., Li Z. (2020). Efficiency optimiza-tion of wound rotor induction motor with active front end converter. IEEE Transactions on Energy Conver-sion, 35, (2), 812–821. – DOI: 10.1109/TEC.2019.2954315
Kumar A., Chatterjee K. (2018). Model predictive con-trol of slip power recovery drives. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 65, (5), 3245–3254. DOI: 10.1109/TIE.2018.2798620
Marques G. D., Ierapetritou M. (2016). Direct torque control of doubly fed induction motor for high-power applications. IET Electric Power Applications, 10, (8), 750–758 DOI: 10.1049/iet-epa.2016.0123
Abad G., Lopez J. (2014). Advanced control strategies for slip-ring induction motors. IEEE Industrial Elec-tronics Magazine, 8, (4), 24–35. – DOI: 10.1109/MIE.2014.2323567
Nguyen T. H., Lee D. C. (2017). Sensorless control of wound rotor induction motor drives using sliding mode observer. /IEEE Transactions on Industry Ap-plications, 53, (4), 3678–3687. DOI: 10.1109/TIA.2017.2681024
Ali M., Kazmi S. M. (2020). Predictive torque control for high-power industrial fans with wound rotor in-duction motors. IEEE Access, (8). 112450–112462. – DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3003461
Gao S., Zhang H. (2023). Adaptive sliding mode con-trol for wound rotor induction motors in mining venti-lation systems. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 53, (6), 3521–3531. DOI: 10.1109/TSMC.2022.3224719
Singh B., Jain S. (2015). Power quality improvement in Scherbius drive using active power filter. IEEE Transactions on Power Electronics, 30, (11), 6043–6052. DOI: 10.1109/TPEL.2015.2393310
Li H., Chen Z., Wu X. (2019). Harmonics mitigation in subsynchronous cascade drives using space vector modulation. Electric Power Systems Research, 172, 105–114. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2019.03.011
Wang F., Chen X., Kennel R. (2021). Matrix convert-er based slip power recovery system for fan applica-tions. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 17, (3), 1823–1832. DOI: 10.1109/TII.2020.2985123
Perez A., Rodriguez P. (2015). Slip power recovery utilizing multilevel converters for high-voltage appli-cations. IEEE Transactions on Industry Applications, 51, (5), 4021–4030. DOI: 10.1109/TIA.2015.2416124
Datta R., Ranganathan V. T. (2019). Grid synchroni-zation techniques for doubly fed induction motor drives. IET Power Electronics, 2019, 12, (7), 1745–1753. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-pel.2018.5204
Rossi C., Casadei D. (2016). Energy saving evalua-tion of subsynchronous cascade drives in variable-torque pump and fan applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 55, 825–836. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.125
Kotsur M., Danylchenko D., Synetskyi A. (2026). Development of a Mathematical Circuit-Field Model for Complex Electromechanical Systems with Pulse Regulation. Smart Innovations in Energy and Me-chanical Systems. SIEMS 2025. Lecture Notes in Networks and Systems.
Kotsur, M., Danylchenko, D., & Synetskyi, A. (2026). Improving approaches to the linearization of mag-netic properties of electromechanical converter cores for numerical calculations. Electrical Engineering and Power Engineering, (1), 7–15. https://doi.org/10.15588/1607-6761-2026-1-1
Chermalykh V. M., Chermalykh A. V., Danilin A. V., Maidansky I. Ya. (2009). Modeling of operating modes of electromechanical systems taking into ac-count the type of load. Bulletin of the Mykhailo Os-trogradsky Kyiv Polytechnic University, 2009, (4), 107-111.
Synetskyi, A., & Kotsur, I. (2025). Features of minimizing total electrical losses in high-voltage electromechanical systems for stationary industrial fan installations. Electrical Engineering and Power Engineering, (1), 17–24. https://doi.org/10.15588/1607-6761-2025-1-2
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 A.V. Synetskyi
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
