Имитационное моделирование комбинированного динамического торможения частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя в подземных электрических сетях

При развитии аварии горно-шахтное оборудование, оснащенное электроприводом с переменным током, отключается на короткий или длительный период, однако роторы продолжают некоторое время вращаться. Скорость такого вращения определяется скоростью затухания обратной ЭДС, генерируемой отключенным двигателем. Инерционное торможение при этом характеризуется как режим «свободного выбега». Разработка и модельная имитационная апробация комбинированного способа торможения асинхронного электродвигателя, работающего в условиях подземных комбинированных электрических сетей, который основывается на торможении с использованием специального тормозного резистора, а также торможении путем подачи постоянного тока в цепь статора электродвигателя из звена постоянного тока преобразователя частоты, является основной целью настоящих исследований. Проведенные исследования позволили предложить технические решения по структуре и функционалу специального устройства динамического торможения электродвигателя, питаемого от преобразователя частоты. Предлагаемое устройство функционально обеспечивает остановку или замедление путем резистивного торможения и непосредственной подачи постоянного тока в цепь статора асинхронного электродвигателя. В результате применения данного способа реализуется эффективное торможение и гашение обратной ЭДС электродвигателя, а также снижение амплитуды тока в цепях фильтра присоединения и измерителя устройства защитного отключения (УЗО).

Петров В. Л., Пичуев А. В. Имитационное моделирование комбинированного динамического торможения частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя в подземных электрических сетях // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 8. – С. 153–162. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_8_0_153.

Петров Вадим Леонидович¹ — д-р техн. наук, профессор, проректор, e-mail petrovv@misis.ru, Scopus ID 8919065900, ORCID ID: 0000-0002-6474-5349,
Пичуев Александр Вадимович¹ — д-р техн. наук, доцент, e-mail allexstone@mail.ru, Scopus ID 57209798580, ORCID ID: 0000-0001-7457-5702,
¹ НИТУ МИСИС.

Петров В.Л., e-mail: e-mail petrovv@misis.ru.

1. Bahov P., Alexandrova M. Comparative analysis of conventional methods for braking a threephase induction motor and research on efficient combinations of methods for efficient braking process / International Conference Automatics and Informatics (ICAI), Varna, Bulgaria. 2022, pp. 129—134. DOI: 10.1109/ICAI55857.2022.9960007.

2. Wati T., Masfufiah I., Suheta T., Patria N., Putra U., Munir M. Dynamic braking of three phase induction motor using inject dc voltage and capacitor load // Fourth International Conference on Vocational Education and Electrical Engineering (ICVEE), Surabaya, Indonesia. 2021, pp. 1—4. DOI: 10.1109/ICVEE54186.2021.9649673.

3. Руссиян С. А. Исследование состояния цепи утечки тока на землю в электросети участка шахты напряжением 3 (3,3) кВ // Научный вестник Национального технического университета. Серия Горная электромеханика. — 2013. — № 2. — С. 213—222.

4. Yeh C.-C., Demerdash N. A. O. Fault tolerant operations in adjustable-speed drives and soft starters for induction motors / IEEE Power Electronics Specialists Conference, Orlando, FL, USA. 2007, pp. 1942—1949. DOI: 10.1109/PESC.2007.4342301.

5. Денисова Е. В., Маренич К. Н., Дубинка Е. С. Двухскоростной асинхронный двигатель как источник опасности электропоражения в условиях эксплуатации технологических участков угольных шахт // Горная промышленность. — 2021. — № 4. — С. 145—152. DOI: 10.30686/16099192-2021-4-145-152.

6. Aree P., Prempri N. Steady-state torque characteristics of squirrel-cage induction motors under DC injection braking / International Conference on Power, Energy and Innovations (ICPEI), Nakhon Ratchasima, Thailand. 2021, pp. 1—4. DOI: 10.1109/ICPEI52436.2021.9690676.

7. Muhaimin M. I. Dynamic braking application on three phase induction motor using PLC // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019, vol. 536, no. 1, pp. 1—9. DOI: 10.1088/ 1757-899X/536/1/012097.

8. Giri Fouad AC electric motors control: Advanced design techniques and applications. 2013, 592 p. DOI: 10.1002/9781118574263.

9. Toirov O. Improve operational efficiency of regulated conveyor installation of the mining industry // International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. 2018, vol. 5, no. 3, pp. 5464—5471.

10. Mirzaeva G., Carter D., Uddin M., Stepien P. Electrically safe variable speed drive for underground mining applications / IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Baltimore, MD, USA. 2019, pp. 1—8. DOI: 10.1109/IAS.2019.8912334.

11. Бабокин Г. И., Шпрехер Д. М., Колесников Е. Б. Метод повышения безопасной эксплуатации горного электрооборудования путем прогнозирования сопротивления изоляции // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 34—45. DOI: 10.25018/02361493-2020-2-0-34-45.

12. Пичуев А. В., Петров В. Л. Обоснование схемы замещения шахтной подземной электрической сети для анализа режимов утечки тока через изоляцию // Горные науки и технологии. — 2023. — Т. 8. — № 1. — С. 78—86. DOI: 10.17073/2500-0632-2023-01-72.

13. Петров В. Л., Пичуев А. В. Оценка эффективности средств повышения качества электроэнергии в системе частотно-регулируемого электропривода скребковых конвейеров // Горные науки и технологии. — 2024. — Т. 9. — № 1. — С. 60—69. DOI: 10.17073/2500-0632-2024-01-198.

14. Петров В. Л., Пичуев А. В. Оценка опасности несимметричных режимов утечки тока через изоляцию в подземных электрических сетях горных предприятий // Энергобезопасность и энергосбережение. — 2022. — № 5. — С. 15—22.

15. Бабокин Г. И., Шпрехер Д. М., Колесников Е. Б., Овсянников Д. С. Исследование частотного пуска двухдвигательного электропривода скребкового конвейера методом математического моделирования // Электромеханика. — 2022. — № 1. — С. 49—55. DOI: 10.17213/0136-33602022-1-49-55.

16. Шпрехер Д. М., Бабокин Г. И., Колесников Е. Б., Зеленков А. В. Применение адаптивного ПИ-регулятора в системе регулирования нагрузки очистного комбайна // Известия вузов. Электромеханика. — 2020. — Т. 63. — № 5. — С. 46—54. DOI: 10.17213/0136-3360-2020-5-46-54.

17. Иванов Г. М. Автоматизированный электропривод в промышленности. — Ульяновск: УлГТУ, 2013. — 442 с.

18. Ильинский Н. Ф., Москаленко В. В. Электропривод: энергои ресурсосбережение. — М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 208 с.

19. Кацман М. М. Электрический привод. — М.: Издательский центр «Академия», 2011. — 243 с.

20. Кисаримов Р. А. Электропривод: Справочник. — М.: РадиоСофт, 2008. — 352 с.

21. Aree P. Modelling and simulation of induction machine under DC current injection braking / 5th International Conference on Control and Robotics Engineering (ICCRE), Osaka, Japan. 2020, pp. 124—129. DOI: 10.1109/ICCRE49379.2020.9096474.