Оценка добавочных потерь асинхронного двигателя для электрооборудования горнодобывающей промышленности

Асинхронные двигатели серии АДКВ широко используются в электроприводах скребковых конвейеров, расположенных в угольных шахтах горнодобывающей промышленности, и являются наиболее распространенными преобразователями электрической энергии в механическую. Они потребляют около 40% всей электроэнергии. Качество, надежность и уровень технического развития асинхронных двигателей оказывают существенное влияние на уровень реализации производственных процессов в горнодобывающей промышленности. Таким образом, усовершенствование и проработка аспектов, касающихся энергетических показателей и энергоэффективности электрических машин, является актуальной задачей. Статья посвящена оценке уровня добавочных потерь в стали магнитопровода асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, являющегося элементом электромеханической системы электрооборудования предприятия горнодобывающей промышленности. Рассматриваются поверхностные и пульсационные потери, обусловленные зубчатой структурой поверхностей, ограничивающих воздушный зазор электрической машины. Результаты работы основаны на законах электромеханического преобразования энергии и на уравнении энергетического баланса активной мощности. Объектом исследования являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором напряжением до 1000 В для нужд горнодобывающей отрасли. Изучено влияние добавочных потерь в стали на энергоэффективность двигателей. Проведен анализ поверхностных и пульсационных потерь в зависимости от числа зубцов статора и ротора. Показан алгоритм выбора количества зубцов для достижения наибольшей энергоэффективности. Полученные результаты моделирования обеспечивают максимальный КПД эксплуатации асинхронных двигателей в электроприводах скребковых конвейеров горнодобывающей промышленности, тем самым повышая общую энергоэффективность приводов шахтного оборудования.

Темлякова З. С., Вильбергер М. Е., Гречкин В. В., Темляков А. А., Малозёмов Б. В. Оценка добавочных потерь асинхронного двигателя для электрооборудования горнодобывающей промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 10-1. — С. 312—327. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_101_0_312.

Темлякова Зоя Савельевна¹ — докт. техн. наук, профессор, e-mail: Temlyakova@corp. nstu.ru, ORCIDID: 0000-0002-3692-5035;
Вильбергер Михаил Евгеньевич¹ — канд. техн. наук, доцент, декан факультета мехатроники и автоматизации, e-mail: Vilberger@corp.nstu.ru, ORCIDID: 0000-0001-8762-9917; Гречкин Владимир Викторович¹– канд. техн. наук, доцент, e-mail: Grechkin@corp. nstu.ru, ORCIDID: 0000-0002-2272-2050;
Темляков Антон Александрович¹ — аспирант факультета мехатроники и автоматизации, e-mail: maksidor@inbox.ru, ORCIDID: 0000-0002-2026-3129;
Малозёмов Борис Витальевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: mbv5@mail.ru, Scopus AuthorID: 10239844500, ResearcherID: J-1723-2016, РИНЦ AutorId: 176629, ОRCID: 0000-0001-8686-9556.
¹ Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, проспект К. Маркса, 20, Россия.

Малозёмов Б. В., e-mail: mbv5@mail.ru

1. Бурков А. Ф., Юрин В. Н., Аветисян В. Р. Исследование возможностей повышения энергоэффективности асинхронных двигателей // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. — 2018. — Т. 20. — № 9−10 — С. 92–100.

2. Martyushev N. V., Malozyomov B., Sorokova S. N., Efremenkov E. A., Valuev D. V., Qi M. Review Models and Methods for Determining and Predicting the Reliability of Technical Systems and Transport // Mathematics. 2023, vol. 11, 3317. DOI: 10.3390/math11153317.

3. Матвеев Ю. В. Энергосберегающие аспекты мощных регулируемых асинхронных каскадных электроприводов // Advanced Researching Technical Science. 2019, no. 16, pp. 87–91.

4. Малафеев С. И., Захаров А. В., Сафроненков Ю. А. Новая серия асинхронных частотно-регулируемых двигателей // Электротехника. — 2019. — № 4. — С. 7–12.

5. Malozyomov B. V., Martyushev N. V., Kukartsev V. V., Tynchenko V. S., Bukhtoyarov V. V., Wu X., Tyncheko Y. A., Kukartsev V. A. Overview of Methods for Enhanced Oil Recovery from Conventional and Unconventional Reservoirs // Energies. 2023, vol. 16, 4907. doi: 10.3390/en16134907.

6. Карх И. С., Ионова Л. В., Полузадов В. Н. Взаимосвязь энергоэффективности массогабаритных показателей асинхронных двигателей // Уральская горная школа — регионам. Сборник докладов Международной научно-практической конференции. — Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2018. — С. 309–310.

7. Брейдо И. В., Семыкина И. Ю., Нурмаганбетова Г. С. Способы косвенной защиты от перегрева для электроприводов горно-шахтных установок // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2018. — Т. 329. — № 2. — С. 65–73.

8. Шайтор Н. М., Якимович Б. А., Горпинченко А. В., Соломенникова С. И. Влияние тепловых и электромагнитных процессов в двухслойных роторах на эффективность асинхронной машины // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. — 2021. — Т. 24. — № 2. — C. 114–123.

9. Барышников В. А., Рожков В. В., Федотов В. В. Асинхронный электропривод горных машин с импульсно-ключевым регулированием в роторной цепи // Горный журнал. — 2022. — № 2. — С. 64–72.

10. Островлянчик В. Ю., Поползин И. Ю., Кубарев В. А., Маршев Д. А. Асинхронный электропривод шахтных подъемных установок с преобразователем частоты в цепи ротора // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. — 2021. — № 7. — С. 266–272.

11. Щуров Н. И., Мятеж С. В., Малоземов Б. В. Анализ и расчет неактивной мощности в сети питания электропотребителей рудничного транспорта // Горный информационно-аналитический бюллетень.–2022.– №12−2.– С.270–283. DOI:10.25018/0236_1493_2022_122_0_270.

12. Martyushev N. V., Malozyomov B. V., Sorokova S. N., Efremenkov E. A., Qi M. Mathematical Modeling the Performance of an Electric Vehicle Considering Various Driving Cycles // Mathematics. 2023, vol. 11, 2586. DOI: 10.3390/math11112586.

13. Абрамов Б. И., Иванов А. Г., Шиленков В. А., Кузьмин И. К., Шевырев Ю. В. Электропривод современных шахтных подъемных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2022. — № 5−2. — С. 145–162. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_52_0_145.

14. Щуров Н. И., Мятеж С. В., Малоземов Б. В., Штанг А. А. Определение реактивной мощности в сети тяговых подстанций шахтных электровозов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12–2. — С. 284−300. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_284.

15. Шестаков А. В. Математическая модель характеристик асинхронных двигателей с частотным управлением // Электротехника. — 2011. — № 2 — С. 23a–29.

16. Эшмуродов З. О., Исмоилов М. Т. У., Орипова У. З. К. Математические модели конвейеров транспортировки руды горнотранспортных систем // Universum: технические науки. — 2021. — № 7−1(88). — С. 88–92.

17. Каширский В. Г. Обоснование упрощения математической модели асинхронного электродвигателя для динамической идентификации // Горное оборудование и электромеханика. — 2019. — № 5(145). — С. 33–37.

18. Malozyomov B. V., Martyushev N. V., Sorokova S. N., Efremenkov E. A., Qi M. Mathematical Modeling of Mechanical Forces and Power Balance in Electromechanical Energy Converter // Mathematics. 2023, vol. 11, 2394. DOI: 10.3390/math11102394.

19. Кононенко К. Е., Кононенко А. В., Крутских С. В., Мануковский С. М. Повышение удельных характеристик асинхронных двигателей // Электричество. — 2020. — № 9. — С. 34–39.

20. Васильев Д. А., Пантелеева Л. А., Грачева Е. И. Оптимизации работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. — 2022. — Т. 24. — № 6. — С. 92–101.

21. Романенко И. Г., Данилов М. И. Оценка влияния на энергоэффективность асинхронного двигателя конструктивных изменений без коррекции зубцовой зоны // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. — 2018. — № 5(65). — С. 19–25.

22. Винтайкина Д. А., Астанаева Ю. Р. Анализ методов повышения энергоэффективности электропривода с асинхронным двигателем // Тенденции развития науки и образования. — 2022. — № 92–12. — С. 74–76.

23. Бурков А. Ф., Миханошин В. В., Нгуен В. Ха. Повышение энергетической эффективности асинхронных электроприводов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. — 2021. — № 11. — С. 7–11.

24. Самосейко В. Ф., Гуськов В. О. Оптимальное управление асинхронным двигателем по критерию потерь энергии // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2020. — Т. 12. — № 4. — С. 775–788.

25. Манукян А. П. Потери мощности и производительность асинхронных электроприводов при отклонениях напряжения // Вестник Национального политехнического университета Армении. Электротехника, энергетика. — 2018. — № 1. — С. 73–83.

26. Shchurov N. I., Myatezh S. V., Malozyomov B. V., Shtang A. A., Martyushev N. V., Klyuev R. V., Dedov S. I. Determination of Inactive Powers in a Single-Phase AC Network // Energies. 2021, vol. 14, 4814. DOI: 10.3390/en14164814.

27. Martyushev N. V., Malozyomov B. V., Khalikov I. H., Kukartsev V. A., Kukartsev V. V., Tynchenko V. S., Tynchenko Y. A., Qi M. Review of Methods for Improving the Energy Efficiency of Electrified Ground Transport by Optimizing Battery Consumption // Energies. 2023, vol. 16, 729. DOI: 10.3390/en16020729.

28. Shchurov N. I., Dedov S. I., Malozyomov B. V., Shtang A. A., Martyushev N. V., Klyuev R. V., Andriashin S. N. Degradation of Lithium-Ion Batteries in an Electric Transport Complex // Energies. 2021, vol. 14, 8072. DOI: 10.3390/en14238072.

29. Frank Z., Stepanek J. and Hruska K. Educational Test Rig for Non-Standard Electric Machines // 2020 International Conference on Electrical Machines (ICEM), Gothenburg, Sweden, 2020, pp. 157–162. DOI: 10.1109/ICEM49940.2020.9270748.