Анотація до роботи:

Сьомочкин А. Б. Режими і системи полегшеного запуску синхронних двигунів перетворювальних агрегатів кар'єрних екскаваторів в умовах мереж з віддаленим джерелом напруги. – Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – Електротехнічні комплекси й системи. – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2004.

Дисертація присвячена поліпшенню показників якості електричної енергії (зниження напруги) і якості перехідних процесів двох потужних синхронних двигунів (максимуми електромагнітних моментів), які живляться від мережі з віддаленим джерелом напруги, при пуску одного з них від цієї мережі.

Для вирішення задачі поліпшення показників якості енергії і перехідних процесів синхронних двигунів у зазначеному електротехнічному комплексі була розроблена математична модель для дослідження перехідних процесів двох синхронних двигунів, які живляться від мережі з віддаленим джерелом напруги. До одержаної математичної моделі двох синхронних двигунів і мережі були застосовані засоби теорії планування експериментів, з метою відшукання функцій відгуку електромагнітного моменту синхронних двигунів і зниження напруги в точці підключення обох синхронних двигунів. На отриманих функціях відгуку за допомогою методів лінійного програмування було встановлено, що використовуваний у даний час спосіб пуску самосинхронізацією синхронного двигуна з мережею не забезпечує раціональних умов протікання пуску. За допомогою функцій відгуку, задавши максимально припустимі значення електромагнітного моменту включення і зниження напруги в мережі, були визначені діапазони кутів включення і ковзань синхронного двигуна, який включається несинхронно, у мережу. Одержані границі допустимості несинхронного включення в мережу послужили основою для розробки універсального пристрою керування точною синхронізацією з мережею.

У дисертаційній роботі дане нове рішення науково-технічної задачі, що полягає у встановленні закономірностей взаємовпливу системи «синхронний двигун – мережа з віддаленим джерелом напруги» і обґрунтуванні раціональних силовий схеми системи полегшеного запуску, режиму запуску, умов запуску і системи керування запуском потужних СД в умовах мереж з віддаленим джерелом напруги для забезпечення підвищення терміну служби СД і необхідної якості електроенергії на затисках живлення СД, які запускаються. Його сутність – у встановленні діапазону раціональних кутів включення і ковзань, дотримання яких при включенні будь-якого збудженого екскаваторного СД у будь-яку кар'єрну мережу не викликає порушень режиму кар'єрної мережі і власне СД.

Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень полягають у наступному.

1. Встановлено, що найбільш раціональною є використовувана на окремих екскаваторах система полегшеного пуску на основі допоміжного розгінного двигуна (ДРД). Такі системи дозволяють на етапі попереднього розгону перетворювального агрегату до підсинхронної швидкості значно зменшити пускові зниження напруги у кар'єрній мережі (приблизно у 20 разів) у порівнянні зі зниженнями при прямому пуску, а також наприкінці розгону агрегату керувати початковими умовами включення СД у мережу. Однак, у використовуваних системах полегшеного запуску, як правило, етап попереднього розгону СД закінчується процесом його самосинхронізації з мережею, у ході якого виникають значні кидки струму і зниження рівня напруги. Звідси випливає необхідність дослідження питання обмеження пускових кидків струму і знижень напруги за допомогою використання у розглянутих системах полегшеного пуску керування режимами самосинхронізації або несинхронного включення СД у мережу.

2. Установлено, що безударний пуск СД від мереж з віддаленим джерелом напруги можливий за умови виконання (дотримання) наступних показників пускових режимів: гранична величина зниження напруги не менш ніж 0.85Uн і гранична величина електромагнітного моменту СД не більш значення моменту короткого замикання СД, регламентованого вимогами до умов експлуатації СД.

3. Виявлено, що при найбільш сприятливих умовах протікання процесу самосинхронізації СД з мережею, від якої також живиться СД стороннього екскаватору, режими мережі і СД стороннього екскаватора найбільш несприятливі, причому електромагнітний момент СД стороннього екскаватора може перевищить гранично припустиме значення.

4. Показано, що якщо включення збудженого СД у мережу здійснювати після точної синхронізації його з мережею, то при максимальному збурюванні з боку СД стороннього екскаватора електромагнітний момент включення СД, який запускається, складе 0.186 в.о. при максимальному зниженні напруги на 4.3 % від Uном. Максимум електромагнітного моменту СД стороннього екскаватора, на відміну від режиму самосинхронізації, залишиться у припустимих межах.

5. Установлено, що несинхронне включення у мережу при значному відхиленні кутів включення (до ± 5 ел. град) і ковзань (до ± 0.05) від умов точної синхронізації, на відміну від режиму самосинхронізації, є більш сприятливим режимом, тому що не виводить показники режимів СД і мережі за гранично припустимі значення. Відхилення в 5 % по напрузі викликає перехідний процес, що практично не відрізняється від процесу при точній синхронізації по напрузі ні якісно, ні кількісно.

6. Виявлено, що при самосинхронізації одиночного СД із віддаленим джерелом напруги через повітряну лінію з проводами типу АС-120 довжиною більш 3 км умови включення, при яких не буде порушений режим живильної мережі, відсутні. Ця обставина змушує відмовитися від використання у практиці включення екскаваторного СД у протяжну мережу методом самосинхронізації, тому що у кар'єрах довжини повітряних ліній можуть досягати 4-5 км.

7. Установлено, що для несинхронного включення СД у протяжну мережу найбільш жорсткі вимоги до обмеження максимуму електромагнітного моменту пред'являються у випадку, коли в мережу включається одиночний СД, на відміну від випадку, коли від тієї ж мережі одночасно з СД, який запускається, працює СД іншого екскаватора. У такому випадку раціональними умовами несинхронного включення СД є умови, отримані для одиночного СД, і вони лежать у межах кута включення від –10 до +10 ел. град. і ковзання від –0.05 до +0.05. Отримана область є основою для розробки універсального блоку керування безударним пуском.

8. На рівні принципових схем розроблено блок керування, цілком здійснюючий процес полегшеного пуску від розгону перетворювального агрегату з нульової швидкості до включення СД у мережу з точною синхронізацією. Зазначений блок було випробувано у лабораторних умовах на стенді, який імітує електромашинний перетворювальний агрегат кар'єрного екскаватора. У ході випробувань відзначено, що розгін перетворювального агрегату відбувається із заданим рівнем струмообмеження і закінчується включенням СД у мережу практично без сплесків струму.

9. Впровадження систем полегшеного пуску тільки на 8 кар'єрних екскаваторах, які працюють на ділянці видобутку руди в умовах кар'єру ІНГЗК (м. Кривий Ріг), дозволить підняти продуктивність видобутку руди на 0.119 % за рахунок зниження кількості простоїв, обумовлених заміною СД і швидким успішним включенням у мережу СД після короткочасних перерв живлення. Заміна частини проводів повітряних ліній на проводи меншого перетину дозволить ІНГЗК одержати річний економічний ефект у 356186 грн. Строк окупності при цьому складе 1.56 року.

Основні наукові положення та результаті дисертації опубліковано в наступних роботах:

1. Сёмочкин А.Б. Система точной синхронизации с сетью синхронных двигателей преобразовательных агрегатов // Проблемы создания новых машин и технологий: Научные труды КГПУ. – Вып.1/1998. – Кременчуг: КГПУ, 1998 – С.129–135.

2. Сёмочкин А.Б., Синолицый А.Ф. Режимы питающей сети при использовании облегченного запуска синхронных двигателей систем электропривода «Генератор-двигатель» // Проблемы создания новых машин и технологий: Научные труды КГПУ. – Вып.2/2000(9). – Кременчуг: КГПУ, 2000 – С.29–36.

3. Синолицый А.Ф., Сёмочкин А.Б. Моделирование режимов пуска синхронных двигателей в условиях разветвленной питающей сети // Сборник научных трудов НГА Украины. – № 11. – Т. 2 – Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2001.– С.135–139.

4. Синолицый А.Ф., Сёмочкин А.Б. Взаимовлияние пусковых и рабочих режимов синхронных двигателей в сети группового питания // Проблемы создания новых машин и технологий: Научные труды КГПУ. – Вып.1/2001(10). – Кременчуг: КГПУ, 2001. – С.297-299.

5. Синчук О.Н., Синолицый А.Ф., Сёмочкин А.Б. Режимы питающей сети и синхронных двигателей при самосинхронизации на сеть ограниченной мощности // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”: Збірка наукових праць. – Тематичний вип. 10.– Харків, НТУ ХПІ, 2001.– С.186189.

6. Синолицый А.Ф., Сёмочкин А.Б. Оценка возможности снижения сечения линии, питающей карьерные экскаваторы, при использовании систем облегченного запуска преобразовательных агрегатов // Проблемы создания новых машин и технологий: Научные труды Кременчугского государственного политехнического университета. – Вып.2/2001(11). – Кременчуг: КГПУ, 2001.

7. Синолицый А.Ф., Сёмочкин А.Б. Процессы взаимовлияния синхронных двигателей (СД) при синхронном и не синхронном включении возбужденного СД в сеть ограниченной мощности // Горная электромеханика и автоматика: Научно-технический сборник. – 2001. – Вып. 67. – С. 33–37.

8. Синолицый А.Ф., Сёмочкин А.Б. Процессы взаимовлияния синхронных двигателей (СД) при синхронном включении в сеть ограниченной мощности // Разработка рудных месторождений. – Вып. 77. – Кривой Рог: КТУ. – 2001. – С. 76–81.

9. А.Б. Сёмочкин, А.Ф. Синолицый О влиянии режима самосинхронизации синхронных двигателей на предельное снижение напряжения карьерных сетей // Вісник КТУ: Збірник наукових праць. . – Вип. № 2. – Кривий Ріг: КТУ, 2003. – С. 12–15.

10. Сёмочкин А.Б., Синолицый А.Ф. Обоснование рациональных условий несинхронного включения экскаваторного СД в условиях карьерных сетей ограниченной мощности. Научн. труды Кременчугского государственного политехнического университета. – Вып.6/2003(23). – Кременчуг: КГПУ, 2003. – С. 38–43.

11. Семочкин А. Б., Черный А. П., Родькин Д. И. Комплексные системы запуска синхронных двигателей агрегатов Г–Д // Труды научно–технической конференции с международным участием «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика». – 16–21 сентября 1996.– Крым, Алушта. – С. 186.

12. Сёмочкин А.Б., Синолицый А.Ф. Режимы питающей сети и синхронных двигателей при самосинхронизации одного из них на сеть // I Всеукраїнська науково–технічна конференція аспірантів та студентів “Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих”: Збірник наукових праць, 15–16 травня 2001. – Донецьк: ДонДТУ. – С.195–198.