Анализ влияния полупроводниковых преобразователей на батарею и двигатель асинхронного привода шахтных горнотранспортных машин

В настоящее время наиболее перспективным видом транспорта в горнодобывающей промышленности считаются электрические горнотранспортные машины, питающиеся от аккумуляторной батареи. Несмотря на положительные эффекты от использования данных машин, их применение в горнодобывающей промышленности остается сопряженным с ограничениями. Одним из основных ограничений является то, что максимальный рабочий диапазон электрических горнотранспортных машин значительно ниже, чем у машин с двигателем внутреннего сгорания, из-за ограниченной емкости батареи и наличия гармоник асинхронного привода. Для решения проблемы негативных гармоник существуют два основных метода: применение активных фильтров и внедрение более эффективного типа полупроводниковых преобразователей и их системы управления. Проведены исследования различных типов полупроводниковых преобразователей, работающих в режиме инвертора напряжения, с помощью компьютерного моделирования Matlab Simulink. Приведено описание имитационных моделей асинхронного привода при подключении асинхронных двигателей к аккумуляторной батарее через двухи трехуровневые автономные инверторы. Анализ полученных результатов показал, что, по сравнению с двухуровневым инвертором, при подключении двигателя к трехуровневому инвертору система обеспечивает более высокий уровень установившейся частоты вращения двигателя при работе под нагрузкой, при этом с меньшими коэффициентами искажений напряжений и токов двигателя, меньшими пульсациями напряжения и тока батареи. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейших исследований двигательной системы управления асинхронного привода.

Васильев Б. Ю., Нгуен Т. Х. Анализ влияния полупроводниковых преобразователей на батарею и двигатель асинхронного привода шахтных горнотранспортных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 9-1. – С. 299–318. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_299.

Васильев Богдан Юрьевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Vasilev_BYu@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-4018-0507,
Нгуен Тхе Хиен¹ — аспирант, e-mail: s215000@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-7539-0002,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Васильев Б.Ю., e-mail: Vasilev_BYu@pers.spmi.ru.

1. Абрамович Б. Н., Богданов И. А. Повышение эффективности автономных электротехнических комплексов нефтегазовых предприятий // Записки Горного института. — 2021. — Т. 249. — С. 408—416. DOI: 10.31897/PMI.2021.3.10.

2. Лях Д. Д., Худякова И. Н., Иванов С. Л. Обоснование параметров модуля формования торфяного сырья и энергомассовых характеристик комплекса оборудования по добыче и переработке торфа // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6. — С. 93—108. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_6_0_93.

3. Абрамович Б. Н. Система бесперебойного электроснабжения предприятий горной промышленности // Записки Горного института. — 2018. — Т. 229. — С. 31—40. DOI: 10.25515/РМ1.2018.1.31.

4. Козярук А. Е., Камышьян А. М. Повышение энергетической эффективности электромеханической трансмиссии карьерного автосамосвала // Записки Горного института. — 2019. — Т. 239. — С. 576—582. DOI: 10.31897/РМ1.2019.5.576.

5. Нгуен Т. Х., Васильев Б. Ю. Анализ автономных роботизированных машин горного производства с автономными системами электродвижения // Горное оборудование и электромеханика. — 2022. — № 5 (163). — С. 59—69. DOI: 10.26730/1816-4528-2022-5-59-69.

6. Ещин Е. К. Расчеты динамических режимов работы электроприводов самоходных горных машин // Записки Горного института. — 2018. — Т. 233. — С. 534—538. DOI: 10.31897/pmi.2018.5.534.

7. Абрамов Б. И., Иванов А. Г., Шиленков В. А., Кузьмин И. К., Шевырев Ю. В. Электропривод современных шахтных подъемных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5-2. — С. 145—162. DOI: 10.25018/0236_149 3_ 2022_52_0_145.

8. Шевырев Ю. В. Улучшение качества электроэнергии при работе полупроводникового преобразователя частоты // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 171—178. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-171-178.

9. Сычев Ю. А., Аладьин М. Е., Зимин Р. Ю. Многофункциональные фильтрокомпенсирующие устройства в комбинированных системах электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 7. — С. 164—179. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_7_0_164.

10. Сычев Ю. А., Костин В. Н., Сериков В. А., Аладьин М. Е. Анализ несинусоидальных режимов в системах электроснабжения горных предприятий с нелинейной нагрузкой и конденсаторными установками // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 1. — С. 159—179. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_159.

11. Сычев Ю. А., Зимин Р. Ю. Повышение качества электроэнергии в системах электроснабжения минерально-сырьевого комплекса гибридными фильтрокомпенсирующими устройствами // Записки Горного института. — 2021. — Т. 247. — С. 132—140. DOI: 10. 31897/PMI.2021.1.14.

12. Шевырев Ю. В., Шевырева Н. Ю. Улучшение формы напряжения в системах электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса с активным выпрямителем // Горный журнал. — 2019. — № 1. — С. 66—69.

13. Nguyen T. H., Vasilev B. Y. Analysis of the impact of autonomous inverter control algorithms on the battery and motor / 2022 International Russian Automation Conference (Rus AutoCon), Sochi, Russian Federation. 2022, pp. 649—654. DOI: 10.1109/RusAutoCon54946. 2022.9896280.

14. Фролов В. Я., Жилиглотов Р. И. Разработка системы бездатчикового векторного управления синхронным двигателем с постоянными магнитами в Matlab Simulink // Записки Горного института. — 2021. — Т. 247. — С. 92—97. DOI: 10.25515/PMI.2018.1.92.

15. Борисов С. В., Колтунова Е. А., Кладиев С. Н. Совершенствование структуры имитационной модели тягового асинхронного электропривода рудничного электровоза. // Записки Горного института. — 2021. — Т. 247. — С. 114—121. DOI: 10.31897/PMI.2021.1.12.

16. Zhukovskiy Yu. L., Vasilev B. Y., Korolev N. A., Malkova Y. M. Analysis of the behavior of asynchronous electric drive with a closed scalar control system when changing the inductance of the magnetizing circuit // Indonesian Journal of Science and Technology. 2023, vol. 8, no. 1, pp. 65—78. DOI:10.17509/ijost.v8i1.51983.

17. Жданкин Е. В., Устинов Д. А. Имитационное моделирование активной накопительной системы // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». — 2018. — Т. 18. — № 4. — С. 52—58. DOI: 10.14529/power180406.

18. Ляхомский А. В., Фащиленко В. Н. Исследование энергоэффективного управляемого электромеханического резонанса для процессов резания и разрушения горного массива // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 10. — С. 223—234. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-10-0-223-234.

19. Дмитриева В. В., Собянин А. А., Сизин П. Е. Моделирование различных режимов торможения ленточного конвейера // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 11. — С. 80—95. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_11_0_80.

20. Бабицкий Д. Ю., Никулин Р. О. Энергоэффективный тяговый электропривод переменного тока и исследование его модификации // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12-2. — С. 34—46. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_34.

21. Котин Д. А., Сухинин С. Е., Иванов И. А. Сравнение различных видов пуска электрического двигателя ленточного конвейера угольной шахты // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12-2. — С. 129—142. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_129.

22. Галкин В. И., Сазанкова Е. С. Влияние физико-механических свойств на пусковые процессы ленточных конвейеров // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014. — № S6. — С. 19—35.

23. Минакова Т. Е., Маларев В. И., Коржев А. А. Метод распознавания режимов работы асинхронных электродвигателей горных производств по субгармоническим параметрам // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 11. — С. 96—108. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_11_0_96.

24. Малафеев С. И., Малафеев С. С. К анализу энергетических процессов в питающей сети при работе карьерного экскаватора // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3. — С. 126—137. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-3-0-126-137.