автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Режимы работы пусковой аппаратуры в системе электроснабжения с электродвигательной нагрузкой

На правах рукописи

ГУБЕНКОВ АЛЕКСАНДР ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ПУСКОВОЙ АППАРАТУРЫ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКОЙ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово - 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Ещин Евгений Константинович

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Разгильдеев Г.И., кандидат технических наук, доцент Янцен В.И.

Ведущая организация: ОАО «НИИ взрывозащищенных электрических машин»

Защита состоится 10 марта 2005 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.01 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» (650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет».

Автореферат разослан 7 февраля 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Каширских В.Г.

Актуальность работы.

Структура системы электроснабжения с электродвигательной нагрузкой, например, очистного участка угольной шахты, включает в себя три основных компонента: питающий трансформатор, коммутационную аппаратуру и кабельные линии. Коммутационная аппаратура (КА) это компонент, который позволяет формировать структуру сети, производить включение или отключение нагрузки, управляя при этом ее состоянием.

Исключая аварийные ситуации в системе электроснабжения (СЭС) можно отметить, что стабильность электроснабжения приемников электрической энергии (асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором) прямо зависит от надёжности коммутационной аппаратуры, которая определяется режимами работы этой аппаратуры в системе электроснабжения с электродвигательной нагрузкой.

Известно, что режимы работы и характеристики асинхронного электродвигателя (АД), получающего питание через протяженную кабельную сеть, существенно отличаются от режимов работы и характеристик АД без кабеля.

Наличие кабельной сети в наибольшей степени влияет на состоянии АД в режимах, сопровождающихся значительными величинами токов электродвигателей. Примером такого режима работы может послужить пуск АД. Значительные величины пусковых токов обеспечивают рост падения напряжения на участке кабельной сети от силового трансформатора до электродвигателя и изменение уровней напряжения, как на статоре АД, так и на компонентах СЭС со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Процессы, происходящие при этом в электротехнических комплексах, состоящих из трансформатора, кабельной сети и электродвигателей, подробно рассмотрены в существующей технической литературе.

Вместе с тем следует отметить, что в этих работах не учитывалось возможное реальное влияние изменений режимов работы коммутационной аппаратуры (пускателей) на режимы работы АД несмотря на то, что при изменении уровня напряжений на компонентах СЭС, из-за наличия протяженной кабельной сети, в определенных режимах работы АД изменяется состояние электромагнитных систем и электродвигателя и пускателя.

При питании АД через протяженную кабельную сеть пускатель и АД становятся взаимозависимыми элементами электротехнического комплекса: АД - кабель - пускатель - кабель (АДКПК).

В качестве примера можно привести пуск АД через протяжённую кабельную сеть. Пусковые токи АД вызывают падение напряжения на участках кабеля, при этом происходит снижение статорного напряжения на АД и снижение напряжения на втягивающей обмотке электромагнита пускателя. Если напряжение на обмотке электромагнита пускателя станет менее то электромагнитная сила притяжения уменьшится и может стать ниже значения статической противодействующей силы возвратного механизма. В этом случае произойдёт размыкание магнитной системы и отключение нагрузки, что в свою очередь может повлечь распад всего технологического процесса.

В существующей технической литературе математические описания АД и КА изложены обособленно друг от друга. Соответственно, расчёт КА и расчёт систем электроприводов горно-транспортных машин производится раздельно. До настоящего времени ни в зарубежной, ни в отечественной литературе нет единого математического описания электротехнического комплекса, состоящего из электродвигателя - кабеля - пускателя - кабеля, в котором производится учёт режимов работы пускателя (коммутационной аппаратуры).

В большинстве случаев в известных моделях пускатель рассматривается как логический элемент (включено/отключено) с внутренним сопротивлением, ограничивающим статорные токи АД. При этом влияние изменения напряжения в сети на сам пускатель не учитывают. В этой связи возникает необходимость выполнения работ по дальнейшему совершенствованию существующих моделей электротехнических комплексов в части введения в их структуру соответствующих математических моделей коммутационной аппаратуры.

Таким образом, можно считать, что процессы в электротехническом комплексе АДКПК недостаточно изучены и в этой связи необходимо:

- разработать математическую модель комплекса АДКПК, учитывающую изменяющиеся режимы работы коммутационной аппаратуры в СЭС с электродвигательной нагрузкой;

учитывая потенциальную сложность математической модели комплекса АДКПК - разработать компьютерную модель комплекса и использовать ее для разработки программного инструментария, позволяющего в инженерной практике выполнять расчеты динамических режимов работы СЭС;

выполнить анализ режимов работы пусковой аппаратуры и установить зависимости, определяющие области устойчивой работы СЭС.

Цель работы

Разработка методов и средств исследования режимов работы пусковой аппаратуры и учета их влияния на состояние систем электроснабжения с электродвигательной нагрузкой, направленных на повышение уровня эксплуатации СЭС и для использования их в проектной практике.

Идея работы

Состоит в создании и применении универсальных имитационных средств моделирования для исследования условий работы пусковой аппаратуры в СЭС с электродвигательной нагрузкой, основанных на полном взаимосвязанном математическом описании каждого из компонентов сети.

Основные научные положения

1. Моделирование системы передачи и электромеханического преобразования энергии компонентами СЭС "АД - кабель - пускатель - кабель" в виде системы нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений переменной структуры, в которой учтены условия работы пусковой аппаратуры, является основой для изучения процессов формирования динамической нагру-женности1 компонентов СЭС.

Нагруженностъ-состояние объекта, обусловленное внешними воздействиями иусловиямифункционирования (ГОСТ27609-88)

2. Оценка состояния компонентов СЭС с электродвигательной нагрузкой в динамических режимах может производиться на основе разработанной математической модели, которая комплексно учитывает явления, связанные с влиянием пусковой аппаратуры на состояние компонентов СЭС и базируется на специально разработанных методах учета этих явлений.

3. Выявленные зависимости для оценки режимов работы системы: времени срабатывания приводного электромагнита, встроенного в контактор пускателя; времени восстановления напряжения на комплексе после запуска АД; времени возврата якоря; времени замыкания главных контактов пускателя; времени срабатывания нулевой защиты для различных длин кабельного участка и режимов пуска АД, - позволяют: установить предел длины кабельной линии, при которой неуправляемый запуск АД при помощи пускателя возможен; установить время срабатывания нулевой защиты в пускателе при любых режимах работы комплекса; оценить состояние контактора пускателя и АД и стабильность их работы в предельных режимах эксплуатации.

Методы исследований

При выполнении работы использовались математические и экспериментальные методы исследований. Вопросы моделирования динамических систем высокого порядка решались на основе численных методов решения линейных и нелинейных дифференциальных уравнений, численных методов решения линейных и нелинейных алгебраических уравнений. При разработке математической модели пускателя использовались численные методы расчёта: магнитных цепей; динамических характеристик электрической дуги; динамических характеристик электромагнита пускателя. Математическое описание компонентов системы основывается на теории обобщённого электромеханического преобразователя энергии.

Научная новизна

1. Разработана комплексная математическая модель, описывающая компоненты СЭС, состоящей из электродвигателя - кабеля - пускателя -кабеля с учётом режимов работы пусковой аппаратуры.

2. Получены зависимости: времени срабатывания приводного электромагнита встроенного в контактор пускателя; времени восстановления напряжения на комплексе после запуска АД; времени возврата якоря в исходное положение; времени замыкания главных контактов пускателя; времени срабатывания нулевой защиты для различных длин кабельного участка и режимов пуска АД.

3. Произведена оценка влияния: уровня питающего напряжения; времени включения и отключения форсировочного реле; начального и конечного нажатия на главные контакты; величины добавочного сопротивления, включаемого в цепь питания обмоток электромагнита пусковой аппаратуры на режимы пуска и отключения АД.

Практическая ценность заключается:

1. В разработке математических моделей и методов исследований, позволяющих выполнить на этапе проектирования оценку режимов работы пусковой аппаратуры в шахтной СЭС;

2. В разработке средств эффективного определения изменений параметров состояния комплекса при различных длинах кабельного участка, что обеспечивает уточнение характера нагруженности компонентов СЭС;

3. В разработке программного средства для исследования режимов работы пусковой аппаратуры в СЭС горных машин;

4. В установлении зависимостей работы комплекса АДКПК во время переходных процессов.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается удовлетворительным совпадением результатов, полученных на основе вычислительных экспериментов с использованием современных математических методов, ЭВМ и средств моделирования с экспериментальными результатами.

Реализация результатов

На основе предложенной в диссертационной работе математической модели системы АДКПК, в НИИ Взрывозащищенных Электрических Машин (г. Кемерово) внедрено программное средство, позволяющее моделировать условия работы пусковой аппаратуры в системах электроснабжения с электродвигательной нагрузкой.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на: IV Всероссийской научно-практической конференции «AS' 2003 Системы Автоматизации в образовании, науке и производстве» (г. Новокузнецк, 2003 г.), IX Международной открытой научной конференции. «Современные проблемы информатизации в технике и технологиях» (г. Воронеж, 2004 г.), 49-й научно-практической конференции (ГУ КузГТУ г. Кемерово, 19-24 апреля 2004 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергетика и энергосберегающие технологии» (г. Липецк, 29-30 апреля 2004г.).

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе получено Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ (РОСПАТЕНТ) и Свидетельство об отраслевой регистрации разработки (Отраслевой фонд алгоритмов и программ Государственного координационного центра информационных технологий Минобразования России).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 134 страницах машинописного текста, содержит 73 рисунка, 2 таблицы, список литературы, включающий 109 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы, сформулирована цель работы и приведена характеристика структуры диссертации.

В первой главе рассматривается проблема, существующие методы и программные средства анализа режимов работы пусковой аппаратуры в шахтных СЭС с электродвигательной нагрузкой.

Анализ технической литературы по проблеме исследования режимов работы пусковой аппаратуры в СЭС горных машин показывает, что шахтные

СЭС, в сравнении с общепромышленными, имеют отличительные особенности эксплуатации, обусловленные: преобладанием мощных электродвигателей, имеющих широкий спектр нагрузок; высокими коммутационными перенапряжениями; ограниченностью мощности источника питания; разветвленностью топологических схем СЭС. Динамические процессы, происходящие в мощных АД, негативно влияют на условия работы КА в составе СЭС.

Существующие методики расчёта и оценки режимов работы КА в СЭС с электродвигательной нагрузкой базируются на данных расчётов статических режимов работы комплекса электродвигатель-кабель-пускатель-кабель с учётом максимальных пусковых токов АД, что приводит к значительным погрешностям в оценке режимов работы КА.

Из существующих методик анализа динамических процессов в СЭС с электродвигательной нагрузкой наиболее точные результаты могут быть получены на основе использования математических моделей, базирующихся на теории обобщенного электромеханического преобразования энергии.

Анализ средств автоматизации расчетов режимов работы КА показал,

что в настоящее время отсутствуют специализированные программные средства, позволяющие моделировать динамические процессы, протекающие в комплексе АДКПК при различных режимах работы.

На основании анализа публикаций и материалов по теме диссертации сформулированы цели и задачи исследования, а также требования к разрабатываемому программному средству.

Во второй главе описывается процесс разработки математической модели комплекса АДКПК (см. рисунок 1), устанавливаются зависимости работы комплекса при различных длинах присоединительного кабеля. На основе полученных зависимостей устанавливается предельная длина кабельной линии, при которой нерегулируемый запуск АД с помощью рудничного пускателя возможен, устанавливается время срабатывания нулевой защиты комплекса, время восстановления питающего напряжения до номинального, после запуска АД.

Элементы комплекса АДКПК, электродвигатель и электромагнит, встроенный в контактор пускателя, математически описываются на основе теории обобщённого электромеханического пре-

иа иь ис

Рисунок 1 - Схема АД с кабелем и устройством коммутации е статорной цепи

образователя энергии. Классическая модель Парка - Горева используется для математического описания АД в комплексе. Учёт несимметричных режимов работы комплекса, таких как запуск АД при помощи контактора пускателя и его отключение, производится путём дополнения модели Парка - Горева уравнением, характеризующим асимметрию источника энергии.

Кроме того, представленный на рисунке 1 комплекс содержит дополнительные сопротивления межконтактного промежутка

(электрической дуги), а также сопротивления начального и конечного участка силового кабеля (на рисунке 1 обозначено как «кабель 1» и «кабель 2»), которые учитываются в модели АД при её построении.

На рисунке 1 обозначено: И^, 1ь - напряжение и ток питания обмотки контактора пускателя; КМ - электромагнит контактора постоянного тока, КМ1.1 - главные контакты контактора; VC- выпрямительный мост.

Так как математическое описание АД для различных фаз идентично, дифференциальные уравнения АД в (1) приведены лишь для фазы а.

В (1) обозначено: tf/sa, Ща> VrB> ¥г» - потокосцепления статора и

ротора по осям системы координат - симметричная трёхфазная система напряжений; lsa, 1ф is)l ira, 1ф irr составляющие токов обмоток

dw

~ с

dt

d ш

~ rr

о

dt

-г I г га

-г г

s sa

Р о, mi '

di L sa « dt

■XJsa'

r £

X'oAr

di

uv -L,

V, dt

'RXfsX

M =i

II + 1 ni +1 I a

ч sa ry sp ra sy rp

l l о +1 „I +1 .1

sa rp sp ry sy ra

£I ■ 2 M'

// )-

(1) статора и ротора; гв гг - активные сопротивления обмоток статора и ротора АД; ¿а/ - взаимоиндуктивность обмоток статора и ротора; (й - угловая скорость вращения ротора АД;

1И =

Vta

»?

; l(/||= ST

' IHI Ш * и и

IY

Lm+Ls -Lm/2 -Lm/2 Lm

-Lm/2 -Lm/2

Lm -Lm/2 -Lm/2

Lm+Ls -Lm/2 -Lm/2

-Lm/2 Lm

-Lm/2 Lm+Ls -Lm/2 -Lm/2

-Lm/2 -Lm/2 Lm+Lr -Lm/2

Lm -Lm/2 -Lm/2 Lm+Lr

-Lm/2 Lm -Lm/2 -Lm/2

-Lm/2 -Lm/2

Lm -Lm/2 -Lm/2 Lm+Lr

- матрицы потокосцеплений и токов ¡¿|| статора и ротора АД; ¡¿|| - матрица коэффициентов индуктивностей АД; ¿г - индуктивности обмоток статора и ротора; щ - точка смещения статорных напряжений, подстрочный символ Xв уравнении щ может принимать значения Х=а)/3,уи обозначает признаки принадлежности, соответственно, к фазам - электромагнитный момент

т;Р» - число пар полюсов; Ra = Rial +Rtycc+hal> R/}= Rkp\ + RkyP + hp2;

Rr - R

kr\ + h)c + hyl>

La ~ Lkot\ + L>

kya '

Lp ~ LkpX + 1ц,p + Lkp2',

с1у/

т

<ь л

л'

= ик1~1{у/,х)П,

(2)

Р^М+Рп-Р*

М

- активные и индуктивные сопротивления силовой цепи

питания АД; активное сопротивление кабельной линии;

- индуктивность кабельной линии;

Математическая модель электромагнита постоянного тока, встроенного в контактор пускателя описывается следующим образом:

где: - напряжение питания электромагнита; - потокосцепление втягивающей обмотки; - расстояние между якорем контактора и полюсными наконечниками магнитной системы (магнитный зазор); - скорость движения якоря;

электромагнитная сила; - вес якоря, в зависимости от рассматриваемой конструкции контактора может действовать в ту же сторону, что и электромагнитная сила

или в противоположную ей сторону; - суммарная сила механизма, противодействующая электромагнитной; М - масса якоря и подвижной системы (траверсы).

Ток контактора и электромагнитная сила есть нелинейные функции, зависящие от текущего положения якоря и текущего пото-косцепления Щ. Для их нахождения необходимо определить набор статических харак-

и

теристик электромагнита

Рисунок 2 - Зависимость тока I, от потокосце-пления У, при различных положениях якоря х электромагнита

произвести их двумерную сплайн-интерполяцию. В результате определятся искомые

* * ■ * * 1 ' 1 V А 4 Я « * ы • АДЛ/1Д1|/|д

/• « Г ' 10 •»мини • \ » Н 25 мС ' 1 " ^-^ ' 11 И1 уШ\II111II111111111IIII1

Рисунок 3 - Пусковой ток включения электромагнита контактора КТУ-4Б

Рисунок 4 — Осциллограмма пускового тока включения электромагнита контактора КТУ-4Б

На рисунке 2 показана двумерная сплайн-интерполяция статических характеристик потокосцепления обмотки электромагнита от величины питающего её тока при различных зазорах магнитной системы (МС). На рисунках 3 и 4, соответственно, показаны результаты моделирования и эксперимента пускового тока включения электромагнита контактора КТУ-4Б. Расхождение между результатами моделирования и результатами эксперимента находится в пределах инженерной погрешности.

Для синтезаматематическоймодели АДКПК необходимо определиться со следующими условиями и ограничениями: расположение коммутационного устройства на кабельном участке может быть произвольным; влиянием тока управления коммутационного устройства на силовую цепь можно пренебречь, т.к. пусковой и рабочий ток коммутационного аппарата на 3-4 порядка меньше, соответственно, пускового и рабочего тока асинхронной машины; асинхронный двигатель и коммутационный аппарат получают питание через один кабельный участок, следовательно, начиная с момента включения и заканчивая моментом отключения коммутационного аппарата, они электрически связаны и влияют на работу друг друга.

Совместное математическое описание электромеханических преобразователей энергии: АД и электромагнита пускателя, можно получить в результате математической записи уравнений Кирхгоффа для электрических цепей, представленных на рисунке 1.

Для этого необходимо преобразовать (1) относительно первых производных потокосцеплений АД. Чтобы это сделать, нужно из матрицы потокос-цеплений (последнее уравнение в системе 1) выразить токи АД, продифференцировать их и полученные производные токов подставить в уравнения статора асинхронной машины. В результате получим математическое описание АД комплекса в следующем виде:

Для получения математической модели схемы, представленной на рисунке 1, необходимо дополнить систему уравнений (3):

- уравнениями электрической дуги в межконтактном промежутке пускателя;

- дифференциальными уравнениями приводного электромагнита, встроенного в контактор пускателя, расположенного в статорной цепи АД.

Учёт сопротивления электрической дуги в межконтактном промежутке описывается при помощи зависимостей Майра. Модель электрической дуги Майра задаёт неизменным радиус дуги, а температуру дуги, изменяющейся во времени и по радиусу и зависящей от величины тока дуги и Т маг

при ц уаг).

Активное сопротивление дуги по модели Майра, для синусоидального тока 1д

=4ъ/0 %т{1ф), описывается следующим выражением: . __._ЯоЯд[1 + 4(2лГ-^02]__ /4\где Р<> ~ Удель"

0 - тепловая постоянная времени дуги; / - промышленная частота питающей сети; I - время; 10 - действующее значение коммутируемого тока; <р - угол сдвига фазы между током и напряжением. В аппаратах низкого напряжения Ро=5~100 кВт/см; 0=50+200мкс; Нд-высота столба дуги.

Считается, что сопротивление горящей дуги на низких частотах имеет преимущественно активный характер, а её индуктивность стремится к нулю.

Функцию, описывающую процесс коммутации можно представить двумя системами уравнений:

0.001, если хь < хтт,

_РоЯд[1 + 4(2^-^)202]__^ , (5)

3/02 -<р)2вг+ бт - <р)2 - {24 - - 2<р)]' ^^ Хтш

, . 0,еслихь<хтш,

Р0НД 1 + 4(2^-?)202 ^ . (6)

Г * и ' J - £(ЩЦ Хи С X

минимальный зазор магнитной системы, при котором главные контакты контактора остаются замкнутыми.

=

+ + Элежтрома]^

нит пускателя пита-

+ ,(7)

ется выпрямленным двухполупериодным током через диодный мост УС (см. рисунок 1). Напряжение

питания электромагнита - линейное, выпрямленное, следовательно: Преобразовывая последнее выражение через первые про-

изводные потокосцеплений статора АД, получаем напряжение питания электромагнита контактора (7).

¿Vi*, ' dt

dt

dt \àyK dt

-I^+U.+I^-U,

dt

Подставляя (7) в (2) получим модель электромагнита контактора пускателя (8)

, (8) системы, отображён-''¿»(Ctn**/)^, ной на рисунке 1.

dx,

h _

= V,

dt M

Объединяя (3), (5), (6) и (8) в одну систему уравнений, а также допол-

няя ее основным уравнением движения электропривода: =м,„ ±МГ> полу-

л эл с

чим математическое описание комплекса АДКПК.

На основе полученной модели был произведён расчёт семейства динамических характеристик комплекса при различных длинах кабельного участка и получены зависимости (рисунок 5), отражающие особенности работы комплекса в динамике. В качестве примера для расчёта взят АД типа ДКВ250КМ, номинальной мощностью 200кВт; пускатель типа ПВИ-250Б со встроенным контактором КТУ-4Б. Длина кабеля изменяется от 0 до 300 м. Пускатель располагается вместе с АД в конце кабельной линии.

0,12 0,14 0,16 0,1В 0,2 0,22 0,24 0,2В 0,26 ивб,ш

Рисунок 5 - Зависимости времени восстановления напряжения, возврата якоря, замыкания иразмыкания (срабатывания нулевой защиты) главных контактов контактора от длины питающего кабеля Учёт паразитной ёмкости сети производится путем математической записи уравнений Кирхгоффа для межфазных ёмкостей кабельной линии и ста-

торных обмоток АД и добавления этих уравнений в общее математическое описание комплекса АДКПК.

В третьей главе описывается процесс разработки математической модели типового электромеханического модуля (ТЭМ) системы электроснабжения. Каждый двигатель и пускатель в ТЭМ (рисунок 6) представляют собой взаимозависимый комплекс, рассмотренный в главе 2.

Синтез математической модели ТЭМ производится следующим образом. Сначала производится запись уравнений для i-oro АД в ТЭМ. Статорные токи i-ого АД задаются выражением (9), которое определяет величину общего тока

кабельного участка.

Ika = ¿_éIsaj-,Ik0 = 2JIs/}j',Iky=2_lIs}'j, (9) Производится решение

полученной системы уравнений относительно первых производных потокосцеплений АД.

Далее производится запись уравнений для i-oro пускателя в ТЭМ. Напряжение питания i-oro электромагнита пускателя линейное, выпрямленное и по величине одинаково для всех пускателей и равно статорному напряжению i-ого АД. Производится его запись через первые производные потокосцепления

АД.

Рисунок 6 - Типовой электромеханический модуль шахтной системы электроснабжения

Затем производится запись уравнений для электрической дуги, возникающей в ьом пускателе на основе уравнения Майра.

Объединение полученных уравнений в общую систему представляет собой математическую модель ТЭМ с учётом режимов работы КА.

Результаты моделирования режима включения ТЭМ, состоящего из трёх АД и пускателей, представлены на рисунках 7-10. Выбраны следующие параметры моделирования системы. Двигатели: тип первого АД - ABP280L4 мощность 160 кВт; второго АД - ДКВ45 мощность 45 кВт; третьего АД -

ДВК355ЬВ4 мощность 315 кВт. Протяженность кабельного участка - 400 м, сечение кабеля 70 мм2. В качестве коммутационного аппарата для всех АД выбран пускатель типа ПВИ-250Б со встроенным контактором КТУ-4Б. Время расчета переходного процесса -1,4 с.

Запуск двигателей производится в следующей последовательности, первый пускатель включается в нулевой момент времени, второй - спустя 0,1 с, третий - в 0,3 с.

Рисунок 7-Перемещения якорей кон- Рисунок 8 - Напряжение питания об-такторов моток электромагнитов

Рисунок 9 - Скорости вращения АД Рисунок 10 - Токи системы

В четвертой главе описано разработанное программное средство моделирования режимов работы пусковой аппаратуры «Модель АД с кабелем и пускателем в статорной цепи», предназначенное для исследования переходных процессов в СЭС горных машин. Интерфейс программного средства показан на рисунке 11.

В программном средстве параметры модели задаются в окне свойств текущей модели. После задания всех параметров можно приступать к расчету динамических характеристик имитационной модели комплекса АДКПК. Полученные результаты автоматически сохранятся в виде базы данных числовых значений на жестком диске ЭВМ, а также отображаются в графическом виде в «Окне динамических характеристик» или в виде поверхностей характеристик в «Окне поверхности».

После того, как произведен расчет модели, можно устанавливать его зависимости работы. В этом случае запускается алгоритм методики нахождения зависимостей комплекса, заключающейся в следующем. Программа начинает перебор и анализ сохраненной базы данных числовых расчетов, фиксирует изменения, произошедшие в состоянии комплекса, например: замыкание главных контактов, произошло в такой-то момент времени, последующее их размыкание - в такой, или уровень напряжения на обмотке

Рисунок 11 -Интерфейс программы «Модель АД с кабелем и пускателем в

статорной цепи»

контактора восстановился до номинальных значений (после запуска АД) в такой-то момент времени, и т.д. На основе этих данных, на графике зависимостей откладываются точки, отражающие текущее состояние комплекса. Набор таких точек для одного параметра, например для времени замыкания магнитной системы, будет искомой зависимостью времени срабатывания электромагнита

В пятой главе приведены и проанализированы результаты вычислительного эксперимента, проведенного с целью определения работоспособности математической модели комплекса АДКПК. Расчёт производился на примере участка СЭС изображённого на рисунке 12. В качестве режима работы двигателя выбран перерыв питания с последующим восстановлением системы.

Такой режим выбран из следующих соображений. Возможность электромеханической системы восстанавливаться после кратковременного снижения напряжения отмечается как очень важная, а порой и жизненно необходимая для системы функция.

Рисунок 12 - Схема комплекса АДКПК

-и-

Восстановление системы, в случае кратковременного исчезновения напряжения, зависит от времени срабатывания нулевой защиты в рудничном пускателе. Если нулевая защита сработает, то автоматического восстановления электромеханической системы не произойдёт. Напряжение отпадания контакторов пускателей строго не регламентировано. Оно зависит от конструктивных особенностей этих аппаратов, от состояния магнитной системы, от регулировки контактной системы, натяжения пружин и меняется в достаточно широких пределах: 0,6 - 0,35 от номинального.

Результаты экспериментов приведены на рисунках 13-16.

В момент времени исчезает напряжение питания, подаваемое на

комплекс. В этот момент времени комплекс находится в следующем состоянии: напряжение питания комплекса равно нулю, главные контакты пускателя замкнуты, ротор АД продолжает вращаться со скоростью близкой к номинальной, на статоре АД присутствует ЭДС, величина которой близка к амплитудному значению сети.

4 000 3000 2 000 1000 о

-- 1 Рэм, И

Рпр.Н^^"»*«^

ш)

1,А ,

Рисунок 13- Электромагнитная сила притяжения якоря к магнитной системе и статические противодействующие силы

О 1

Рисунок 14 — Потокосцепление обмотки Т и положение X якоря электромагнита

1000 вое

400 200

7ТГ^Г....... ч. ¡-

1!з, В

,

......../...... ; Г-

Уп, В

•

«.с 1

Рисунок 16- Напряжение на статор-Рисунок 15- Электромагнитныймо- ных обмоткахАДШ и питающее на-мент Ми скорость вращения Wро- пряжение электромагнита Ип тора

В момент исчезновения напряжения на комплексе электромагнит контактора получает питание через кабельную линию от статора АД и развивает электромагнитную силу притяжения, пропорциональную остаточной ЭДС (рисунок 16), которая зависит от скорости вращения ротора (рисунок 15) и постепенно убывает (рисунок 13).

Время перерыва питания равно: 1пер=0,45с., за это время остаточная ЭДС статора не успевает снизиться до значений, менее напряжения удержания якоря электромагнита, и магнитная система остаётся в замкнутом положении. Элек-

тромагнитная сила притяжения якоря не успевает уменьшиться до значений, менее суммарных статических противодействующих сил электромагнита (рисунок 13), нулевая защита в пускателе не срабатывает и не отключает главные контакты пускателя.

После того как напряжение питания на комплексе восстановится, произойдёт восстановление работы электромеханической системы после кратковременного снижения напряжения.

Длительность перерыва питания, в течение которого комплекс обладает способностью к самовосстановлению, зависит от следующих факторов: -скорости затухания электромагнитного поля АД; -темпа замедления вращения ротора;

-скорости затухания электромагнитного поля приводного электромагнита встроенного в контактор пускателя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В диссертационной работе на основе математических моделей электродвигателя и приводного электромагнита, встроенного в контактор пускателя, разработана взаимозависимая математическая модель АДКПК и решена задача разработки методов и средств, предназначенных для исследования режимов работы пусковой аппаратуры в СЭС с электродвигательной нагрузкой.

Проведённые исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты, выводы и рекомендации:

1. Разработана математическая модель взаимозависимого комплекса АДКПК, учитывающая изменение режимов работы пусковой аппаратуры в СЭС с электродвигательной нагрузкой;

2. Разработана методика нахождения основных зависимостей работы комплекса. Выявленные зависимости позволяют:

- установить предел длины кабельной линии, при которой неуправляемый запуск АД при помощи пускателя возможен;

- установить время срабатывания нулевой защиты в пускателе при любых режимах работы комплекса;

- оценить состояние контактора пускателя и АД и стабильность их работы в предельных режимах эксплуатации;

3. Разработано программное средство для моделирования и исследования режимов работы пусковой аппаратуры в СЭС с электродвигательной нагрузкой, позволяющее в инженерной практике рассчитывать динамические характеристики СЭС, в которой учитываются условия работы пусковой аппаратуры;

4. Найден предел длины кабельной линии, при которой неуправляемый запуск АД при помощи пускателя возможен и определено время срабатывания нулевой защиты в пускателе в зависимости от длины кабельной линии, для любых режимов работы АД;

5. Даны рекомендации по увеличению предельной длины кабельной линии, по увеличению времени восстановления комплекса после кратковременного перерыва питания;

6. Исследовано влияние параметров схемы электроснабжения и параметров контактора пускателя на состояние контактора пускателя и АД и стабильность их работы в предельных режимах;

7. Разработанное программное средство для моделирования и исследования режимов работы пусковой аппаратуры в СЭС с электродвигательной нагрузкой можно рекомендовать для анализа и расчётов основных показателей режимов работы пусковой аппаратуры при проектировании систем электроснабжения горных машин.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Губенков А. В. Автоматизация исследования режимов работы асинхронного двигателя с кабелем и пускателем в статорной цепи // AS' 2003: труды IV всероссийской научно-практической конференции//Новокузнецк. - Сиб-ГИУ.- 2003.-С. 277-278.

2. Губенков А.В. Исследование режимов работы электротехнического комплекса «электродвигатель - коммутационный аппарат». // сб. трудов Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергетика и энергосберегающие технологии» // Липецк. - 2004г. - С. 53-54.

3. Губенков А. В. Моделирование режимов работы асинхронного двигателя с кабелем и пускателем в статорной цепи // сб. трудов IX международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации», вып. 9 / под общ. ред. д.т.н. О. Я. Кравца // Воронеж. - 2004. - С. 181-182.

4. Губенков А.В. Модель асинхронного электродвигателя с кабелем и устройством коммутации в статорной цепи // Вестник КузГТУ. - 2003. - №5. -С.59-64.

5. Губенков А.В. Модель типового модуля системы электроснабжения с коммутационной аппаратурой // Вестник КузГТУ. - 2004. - №4. - С.52-57.

6. Губенков А.В. Модель типового модуля системы электроснабжения с коммутационной аппаратурой. - М.: ВНТИЦ, 2004. - №50200400591.

7. Губенков А.В. Модель электромагнита контактора серии КТУ-4Б // Вестник КузГТУ. - 2004. - №4. - С.73-76

8. Губенков А.В. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 203611452. - М.: Российское агентство по патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ), 2003.

9. Губенков А.В. Трёхфазная модель асинхронного двигателя с кабелем и пускателем в статорной цепи // Вестник КузГТУ. - 2003. - №6. -С.56-61.

Подписано в печать 2.02.2005 Формат 60x84/16

Бумага офсетная. Объём 1,1 п.л.

Отпечатано на ризографе.

Тираж 100 экз. Заказ 6 §

ГУ Куз ГТУ, 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография ГУ Куз ГТУ, 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.

0£РЭ

г г i'sp 2;sv

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПУСКОВОЙ АППАРАТУРЫ В * СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНОЙ

НАГРУЗКОЙ.

1.1. Проблемы исследования режимов работы пусковой аппаратуры в системе электроснабжения с электродвигательной нагрузкой.

1.2. Способы и методы анализа режимов работы пусковой аппаратуры в системе электроснабжения.

1.3. Обзор программного обеспечения инструментального моделирования пусковой аппаратуры. щ 1.4. Выводы по главе и постановка задач исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОДИНОЧНОГО АСИНХРОННОГО

ДВИГАТЕЛЯ С КАБЕЛЕМ И ПУСКАТЕЛЕМ В СТАТОРНОЙ ЦЕПИ.

2.1. Выбор математической модели асинхронного двигателя.

2.2. Выбор математической модели пускателя.

2.3. Синтез математической модели комплекса асинхронный двигатель

- кабель - пускатель - кабель.

2.3.1. Синтез двухфазной математической модели асинхронный

If двигатель - кабель - пускатель - кабель.

2.3.2. Моделирование защиты минимального напряжения.

2.3.3. Синтез трёхфазной модели.

2.3.4. Моделирование пускового режима электродвигателя с учётом неодновременности касания главных контактов контактора.

2.3.5. Выявление зависимостей работы трёхфазной модели.

2.4. Учёт межфазной емкости сети. ф 2.5. Результаты и выводы по главе.

3. МОДЕЛЬ ТИПОВОГО МОДУЛЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С

УЧЁТОМ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПУСКОВОЙ АППАРАТУРЫ.

3.1. Математическая модель асинхронного двигателя в типовом электромеханическом модуле с учётом асимметрии нагрузки.

3.2. Математическое описание пускателя в типовом щ электромеханическом модуле с учётом сопротивления электрической дуги, возникающей в межконтактном промежутке.

4. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНО - ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПУСКОВОЙ АППАРАТУРЫ

4.1. Интерфейс программы.

4.2. Работа со справочниками.

4.3. Расчёт схемы и просмотр результатов.

4.4. Выявление зависимостей.

4.5. Построение поверхностей на основе семейства динамических характеристик.

4.6. Результаты и выводы по главе.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ ВЛИЯЮЩИХ НА ВРЕМЯ

ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСА АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ -КАБЕЛЬ - ПУСКАТЕЛЬ - КАБЕЛЬ.

5.1. Перерыв питания с последующим восстановлением системы.

Актуальность работы.

Структура системы электроснабжения [2] с электродвигательной нагрузкой, например очистного участка угольной шахты [64], включает в себя три основных компонента: питающий трансформатор, коммутационную аппаратуру и кабельные линии. Коммутационная аппаратура (КА) - это компонент, который позволяет формировать структуру сети, производить включение или отключение нагрузки, управляя при этом ее состоянием.

Исключая аварийные ситуации в шахтной системе электроснабжения (СЭС) можно отметить, что стабильность электроснабжения приемников электрической энергии напрямую зависит от надёжности пусковой аппаратуры (ПА), которая определяется режимами работы этой аппаратуры в системе электроснабжения с электродвигательной нагрузкой. Необходимо отметить, что в шахтной СЭС основные приёмники электрической энергии - это асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (АД).

Известно, что режимы работы и характеристики АД, получающего питание через протяженную кабельную сеть, существенно отличаются от режимов работы и характеристик АД без кабеля [43, 45, 76, 78].

Наличие кабельной сети в наибольшей степени влияет на состояние АД в режимах, сопровождающихся значительными величинами токов электродвигателей. Примером такого режима работы может послужить пуск АД. Значительные величины пусковых токов обеспечивают рост падения напряжения на участке кабельной сети от силового трансформатора до электродвигателя и изменение уровней напряжения, как на статоре АД, так и на компонентах СЭС со всеми вытекающими отсюда последствиями. Процессы, происходящие в таких электротехнических комплексах, состоящих из трансформатора, кабельной сети и электродвигателей подробно рассмотрены, например, в [43,45,76,78].

Вместе с тем следует отметить, что в этих работах не учитывалось <4* возможное реальное влияние изменений режимов работы пусковой аппаратуры (пускателей) на режимы работы АД, несмотря на то, что при изменении уровня напряжений на компонентах СЭС из-за наличия протяженной кабельной сети в определенных режимах работы АД изменяется состояние электромагнитных систем электродвигателя и пускателя.

При питании АД через протяженную кабельную сеть пускатель и АД становятся взаимозависимыми элементами электротехнического комплекса: АД - кабель - пускатель - кабель (АДКПК). Ф В качестве примера можно привести пуск АД через протяжённую кабельную сеть. Пусковые токи АД вызывают падение напряжения на участке кабеля, при этом происходит снижение статорного напряжения на АД и снижение напряжения на втягивающей обмотке электромагнита пускателя. Если напряжение на обмотке электромагнита пускателя станет менее 0,8Uh, то электромагнитная сила притяжения уменьшиться и может стать ниже значения статической противодействующей силы возвратного механизма. В этом случае произойдёт размыкание магнитной системы (МС), отпадание # якоря и отключение нагрузки, что в свою очередь может повлечь распад всего технологического процесса.

Вопросами, связанными с изучением пусковых режимов асинхронных электродвигателей, занимались: С.Н. Вешеневский, П.Д. Гаврилов, С.И. Гамазин, Е.К. Ещин, И.П. Копылов, В.И. Ключев, К.П. Ковач, В.А. Ладен-зон, A.M. Мейстель, И.И. Петров, Л.П. Петров, Р.Г. Подзолов, Д.Б. Понаров-кин, И. Рац, А.С. Сандлер, М.Г. Чиликин, С.А. Цырук, А.В. Яковлев и другие ф исследователи [8, 22, 23, 24, 27, 26, 25, 43, 44, 45,49, 51, 52, 53, 54, 58, 71, 76,

78, 79, 81].

Разработкой и совершенствованием математических моделей коммутирующих устройств, занимались: Б.К. Буль, О.Б. Буль, В.П. Гринченко, А.Г. Годжелло, А.Н. Иванченко, Н.Е. Лысов, А.Г. Никитенко, А.Г. Сливинская, И.С. Таев, А.А. Чунихин и другие исследователи [12, 15, 16, 18, 19, 28, 29, 47, 50, 56, 57,60,68, 70,69, 72, 74, 75, 84, 85, 87,92,96,109,108,107].

В существующей технической литературе математические описания АД и ПА изложены обособленно друг от друга. Соответственно расчёт ПА и расчёт электропривода горно-транспортных машин производится отдельно. До настоящего времени ни в зарубежной, ни в отечественной литературе не дано единого математического описания электротехнического комплекса АДКПК, в котором производится учёт режимов работы пускателя. Анализ режимов работы АД и ПА, а также их взаимное влияние друг на друга производится либо по статическим характеристикам, либо вообще раздельно и независимо друг от друга. В большинстве случаев в известных моделях пускатель рассматривается как логический элемент (включено/отключено), например [76, 77], с внутренним сопротивлением, ограничивающим статорные токи АД, при этом влияние изменения напряжения сети, изменение нагрузки на валу электродвигателя на сам пускатель не учитывают.

Переходные процессы, происходящие в асинхронном двигателе, отрицательно сказываются на режимах работы компонентов находящихся в общей системе электроснабжения, в том числе и на режимах работы пусковой аппаратуры, которая производит коммутацию АД.

Необходимость совместного математического описания всех элементов системы горной машины отмечается многими авторами как важная и актуальная задача.

Таким образом, можно считать, что процессы в электротехническом комплексе АДКПК недостаточно изучены и в этой связи необходимо:

- разработать математическую модель комплекса АДКПК с учётом изменяющихся режимов работы пусковой аппаратуры в СЭС с электродвигательной нагрузкой; ф - учитывая потенциальную сложность математической модели комплекса АДКПК, разработать программное средство, позволяющее в инженерной практике рассчитывать динамические характеристики СЭС, в которой учитываются режимы работы пусковой аппаратуры;

- выполнить анализ режимов работы пусковой аппаратуры и установить зависимости, определяющие области устойчивой работы СЭС.

В связи с этим возникает необходимость дальнейшего совершенствования моделей электротехнических комплексов в части введения в их струк-ф туру соответствующих математических моделей пусковой аппаратуры.

Цель работы

Разработка методов и средств исследования режимов работы пусковой аппаратуры в системе электроснабжения с электродвигательной нагрузкой, направленных на повышение уровня эксплуатации СЭС и для использования их в проектной практике.

Идея работы

Состоит в создании и применении универсальных имитационных Щ средств моделирования для исследования режимов работы пусковой аппаратуры в СЭС с электродвигательной нагрузкой, основанных на полном взаимосвязанном математическом описании системы с учётом каждого из компонентов сети.

Основные научные положения 1. Моделирование системы передачи и электромеханического преобразования энергии компонентами СЭС "АД - кабель - пускатель - ка-# бель" на основе системы обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений переменной структуры с учетом режимов работы пусковой аппаратуры является основой для изучения процессов формирования динамической нагруженности1 компонентов СЭС.

2. Оценка состояния компонентов СЭС с электродвигательной нагрузкой в динамических режимах может производится на основе разработанной математической модели, которая комплексно учитывает явления, связанные с влиянием пусковой аппаратуры на состояние компонентов СЭС и базируется на специально разработанных методах учета этих явлений.

3. Выявленные зависимости для оценки режимов работы системы: времени срабатывания приводного электромагнита, встроенного в контактор пускателя; времени восстановления напряжения на комплексе после запуска АД; времени возврата якоря; времени замыкания главных контактов пускателя; времени срабатывания нулевой защиты для различных длин кабельного участка и условий пуска АД, позволяют: установить предел длины кабельной линии, при которой неуправляемый запуск АД при помощи пускателя возможен; установить время срабатывания нулевой защиты в пускателе при любых режимах работы комплекса; оценить состояние контактора пускателя и АД и стабильность их работы в предельных режимах эксплуатации.

Методы исследований

При выполнении работы использовались математические и экспериментальные методы исследований. Моделирование динамических систем высокого порядка проводилось на основе численных методов решения линейных и нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений. При разработке математической модели пускателя использовались численные методы расчёта магнитных цепей по участкам, динамических характеристик

1 Нагруженность - состояние объекта, обусловленное внешними воздействиями и условиями функционирования (ГОСТ27609-88) электрической дуги по уравнениям Майра, динамических характеристик электромагнита пускателя методом Рунге - Кутта 4-ого порядка. Математическое описание компонентов системы основывается на теории обобщённого

Ф электромеханического преобразователя энергии.

Научная новизна

1. Разработана комплексная математическая модель, описывающая электромеханическую систему, состоящую из компонентов: электродвигатель - кабель - пускатель - кабель с учётом режимов работы пусковой аппаратуры.

2. Получены зависимости: времени срабатывания приводного электромагнита, встроенного в контактор пускателя; времени восстановления напряжения на комплексе после запуска АД; времени возврата якоря в исходное положение; времени замыкания главных контактов пускателя; времени срабатывания нулевой защиты от длины кабельного участка и условий пуска АД.

3. Произведена оценка влияния: уровня питающего напряжения; времени включения и отключения форсировочного реле; начального и конечного нажатия на главные контакты; величины добавочного сопротивления, включаемого в цепь питания обмоток электромагнита пусковой аппаратуры, на режимы пуска и отключения АД.

Практическая ценность заключается:

1. В разработке математических моделей и методов исследований, позволяющих выполнить на этапе проектирования оценку режимов работы пусковой аппаратуры в шахтной СЭС;

2. В разработке средств эффективного определения параметров состояния комплекса АДКПК, что обеспечивает уточнение характера нагруф женности компонентов СЭС;

3. В установлении зависимостей работы комплекса АДКПК во время переходных процессов.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается ^ Р совпадением результатов, полученных на основе вычислительных экспериментов с использованием современных математических методов, ЭВМ и программных средств моделирования, с экспериментальными результатами.

Реализация результатов

На основе предложенной в диссертационной работе математической модели системы АДКПК в НИИ взрывозащищенных электрических машин (НИИ ВЭМ, г. Кемерово) внедрено программное средство, позволяющее моделировать режимы работы пусковой аппаратуры в системах электроснабже-щ ния с электродвигательной нагрузкой.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на IV Всероссийской научно-практической конференции «AS' 2003 Системы Автоматизации в образовании, науке и производстве» (г. Новокузнецк, 2003г.), на IX международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в технике и технологиях» (г. Воронеж, 2004г.), на 49 научно-практической конференции (ГУ КузГТУ г. Кемерово, 19-24 апреля # 2004г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергетика, энергосберегающие технологии» (г. Липецк, 29-30 апреля 2004г.).

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе получено Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ (РОСПАТЕНТ) и Свидетельство об отраслевой регистрации разработки (Отраслевой фонд алгоритмов и программ Государст-ф венного координационного центра информационных технологий Минобразования России).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 134 страницах машинописного текста, содержит 75 рисунков, 3 таблицы, список литературы, включающий 109 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В диссертационной работе на основе математических моделей электродвигателя, приводного электромагнита встроенного, в контактор пускателя и кабельной линии получена взаимозависимая математическая модель системы АДКПК и решена задача разработки методов и средств, предназначенных для исследования режимов работы пусковой аппаратуры в СЭС с электродвигательной нагрузкой.

Проведённые исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты, выводы и рекомендации:

1. Разработана математическая модель взаимозависимого комплекса АДКПК, учитывающая изменение режимов работы пусковой аппаратуры в СЭС с электродвигательной нагрузкой.

2. Разработана методика нахождения основных зависимостей работы комплекса. Выявленные зависимости позволяют:

- установить предел длины кабельной линии, при которой неуправляемый запуск АД при помощи пускателя возможен.

- установить время срабатывания нулевой защиты в пускателе при любых режимах работы комплекса.

- оценить состояние контактора пускателя и АД и стабильность их работы в предельных режимах эксплуатации.

3. Разработано программное средство для моделирования и исследования режимов работы пусковой аппаратуры в СЭС с электродвигательной нагрузкой, позволяющее в инженерной практике рассчитывать динамические характеристики СЭС, в которой учитываются режимы работы пусковой аппаратуры.

4. Найден предел длины кабельной линии, при которой возможен неуправляемый запуск АД при помощи пускателя и определено время срабатывания нулевой защиты в пускателе в зависимости от длины кабельной линии для любых условий работы АД.

5. Даны рекомендации по увеличению предельной длины кабельной линии, по увеличению времени восстановления комплекса после кратковременного перерыва питания.

6. Исследовано влияние параметров схемы электроснабжения и параметров контактора пускателя на состояние контактора пускателя и АД и стабильность их работы в предельных режимах.

7. Разработанное программное средство для моделирования и исследования режимов работы пусковой аппаратуры в СЭС с электродвигательной нагрузкой можно рекомендовать для анализа и расчётов основных показателей режимов работы пусковой аппаратуры при проектировании систем электроснабжения горных машин.

1. ГОСТ 18311-80 (2004). Изделия электротехнические. Термины и определения основных понятий. Взамен ГОСТ 18311-72; М.: изд. стандартов, сор. 1980.

2. ГОСТ 19431-84. Энергетика и электрификация. Термины и определения. -М.: изд. стандартов, 1984.

3. А. с. 1195406 СССР, МКИ Н 02 Н 3/00 Устройство задержки отпадания якоря, например магнитного пускателя / К. Б. Носов, Н. М. Дворак, В. П. Баженов и др. (СССР) . № 3710170/24-07; заявл. 11.03.84; опубл. 30.11.85, Бюл. №44.

4. А. с. 1597941 СССР, МКИ Н 01 Г/18, Н 02 Н 3/00 Устройство задержки отпадания якоря электромагнитного механизма / В. П. Баженов, Н. М. Дворак (СССР). № 4388053/24-07; заявл. 03.12.87; опубл. 07.10.90, Бюл. №37.

5. А. с. 1658347 СССР, МКИ Н 02 Р 1/26 Устройство для повторного пуска асинхронного электродвигателя / В. П. Баженов, К. Б. Носов. (СССР). 4719390/07; заявл. 17.07.89; опубл. 23.06.91, Бюл. №23.

6. А. с. 1772857 СССР, МКИ Н 02 Н 3/00 Устройство задержки отпадания якоря, например магнитного пускателя / В. П. Баженов, К. Б. Носов и др. (СССР).-№4825114/21; заявл. 14.05.90; опубл. 30.10.92, Бюл. №40.

7. А. с. 221117 СССР, МПК Н02 р 1/26. Устройство для ограничения ударных моментов при пуске двигателя переменного тока / В. А. Ладен-зон, М. П. Обуховский, Л. П. Петров. опубл. 01.07.1968. Бюл. №21.

8. А. с. 693508 СССР, МКИ Н 02 н 3/08 Устройство для автоматического ввода резерва питания потребителей / Г. И. Разгильдеев, К. Б. Носов, В. И. Брагинский и др. (СССР). № 2526208/24-07; заявл. 16.10.77;опубл. 25.10.79, Бюл. №39.

9. Абрамович Б. Перенапряжения и электромагнитная совместимость оборудования электрических сетей 6-35 кВ / Б. Абрамович, С. Кабанов, А. Сергеев, В. Полищук // Новости электротехники. 2002. - №5.

10. Адкиис Б. Общая теория электрических машин. M.-JI.: Гос-энергоиздат, 1960.

11. Арменский Е. В. Электромеханические устройства автоматики / Е. В. Арменский, Г. Б. Фалк. М.: изд. МИЭМ, 2002.

12. Архангельский А. Я. Программирование в Delphi 4. М.: ЗАО

13. Издательство БИНОМ», 1999.

14. Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники : учеб. для вузов.- 5-е изд., испр. и доп. в 3 ч. Ч. 2. Линейные электрические цепи / Григорий Иосифович Атабеков. М.: Энергия, 1978.

15. Буль Б. К. Электромеханические аппараты автоматики: учеб. для вузов по спец. «Электрические аппараты» / Б. К. Буль, О. Б. Буль, В. А. Азанов, В. Н. Шоффа. -М.: Высш. шк., 1988.

16. Буль О. Б. Компьютерная графика на QwickBasic для электричеф. ских аппаратов : учеб. пособие для вузов / Олег Болеславович Буль. М.:изд. МГОУ, 1998.

17. Буткевич Г. В. Задачник по электрическим аппаратам : учеб. пособие для вузов / Г. В. Буткевич, В. Г. Дегтярь, А. Г. Сливинская. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1987.

18. Быков А. И. Взрывобезопасное оборудование на 1140 В для угольных шахт / А. И. Быков, Н. И. Волощенко, В. С. Дзюбан М; под общ ред. Е. С. Траубе. М.: «Недра», 1982.

19. Вайнер С. Г. Устройство задержки отпадания якоря электромагнитного пускателя // Промышленная энергетика. 1969. № 5. — С.31-33.

20. Веников В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М: Высшая школа, 1978.

21. Вешеневский С. Н. Характеристики двигателей в электроприводе. . 6-е изд., исправленное. - М.: «Энергия», 1977.

22. Гаврилов П. Д. Исследование режимов работы выемочных комбайнов на шахтах Кузбасса : дисс. на соискание учёной степени канд. тех. наук. 05.09.03 / Пётр Данилович Гаврилов. Кемерово, 1969.

23. Гамазин С. И. Автоматизация расчетно-экспериментальных исследований переходных процессов, обусловленных электродвигательной нагрузкой / С. И. Гамазин, С. А. Цырук, Д. Б. Понаровкин // Промышленная энергетика. 1995. - №7. - С. 15-19

24. Гамазин С. И. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой / С. И. Гамазин, В. А. Ставцев, С. А. Цырук. М.: изд. МЭИ, 1997.

25. Гамазин С. И. Переходные процессы в системах электроснабжения с электродвигательной нагрузкой / С. И. Гамазин, Т. А. Садыкбеков. -Алма-Ата: Галым, 1991.

26. Гаранин А. Ю. Расчет тягового усилия электромагнита постоянного тока / А. Ю. Гаранин, Е. В. Силаева, О. А. Шлегель, В. Н. Попенко // Электротехника. 2003. - № 2. - С. 55-58.

27. Гольдберг О. Д. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования: учеб. пособие для вузов / О. Д. Гольдберг, О. Б. Буль, И. С. Свириденко, С. П. Хелемская; под ред. О.Д. Гольдберга. М.: Высш. шк., 2001.

28. Гребченко Н. В. Исследование зависимости параметров рабочего режима присоединения 6-10 кВ от наличия дефектов в электрической изоляции // Электротехника и энергетика: сб. научных трудов, выпуск 28 / Донецкий гос. ун-т. ДонНТУ. - 2001. - С. 136-142.

29. Гребченко Н. В. Оценка состояния электрической изоляции по параметрам электрических переходных процессов в ней / Н. В. Гребченко, А. Н. Бугаёв // Электротехника и энергетика. 2002. - №3. - С. 21-23

30. Губенков А. В. Автоматизация исследования режимов работы асинхронного двигателя с кабелем и пускателем в статорной цепи // AS' 2003: труды IV всероссийской научно-практической конференции / Новокузнецк. СибГИУ. - 2003. - С. 277-278.

31. Губенков А. В. Модель асинхронного электродвигателя с кабелем и устройством коммутации в статорной цепи // Вестник КузГТУ. — 2003. -№5.- С. 59-64.

32. Губенков А. В. Модель типового модуля системы электроснабжения с коммутационной аппаратурой // Вестник КузГТУ. 2004. - №4. -С.52-57.

33. Губенков А. В. Модель типового модуля системы электроснабжения с коммутационной аппаратурой. М.: ВНТИЦ, 2004. - №50200400591.

34. Губенков А. В. Модель электромагнита контактора серии КТУ-4Б // Вестник КузГТУ. 2004. - №4. - С.73-76.

35. Губенков А. В. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 203611452. М.: Российское агентство по патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ), 2003.

36. Губенков А. В. Трёхфазная модель асинхронного двигателя с кабелем и пускателем в статорной цепи // Вестник КузГТУ. 2003. - №6. — С.56-61

37. Дзюбан В. С. Справочник энергетика угольной шахты / В. С. Дзюбан, Я. С. Риман, А. К. Маслий. М.: Недра, 1983.

38. Дьяконов В. Simulink 4. Специальный справочник СПб.: Питер, 2002.

39. Бщин Е. К. Динамические процессы электромеханических систем горных машин в режимах пуска и стопорения : дисс. на соискание учёной степени д-ра. тех. наук. 05.09.03 / Евгений Константинович Ещин. Кемерово, 1996.

40. Бщин Е. К. Моделирование электромеханических процессов многодвигательных электроприводов горных машин. Кемерово: Кузбасский гос. техн. ун-т, 1999.

41. Ещин Е. К. Теория предельных режимов работы горных машин . Томск : изд-во Том. ун-та. - 1995. - 232 с.

42. Ещин Е. К. Электромеханические системы много двигательных электроприводов. Моделирование и управление. Кемерово: Кузбасский гос. техн. ун-т, 2003.

43. Захарова А. Г. Статистические характеристики систем электроснабжения очистных забоев / А. Г. Захарова, М. Ю. Мацкевич, Г. И. Разгильдеев // Вестн.КузГТУ, 2002. № 1. - С. 34-36.

44. Зекцер Д. М. Некоторые научно-практические соображения относительно конструкций вновь разрабатываемых и модернизируемых электромагнитных реле // Електротехн. i електромех. 2003. - № 1. — С. 36-37

45. Кадомская К.П. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них: учеб. / К. П. Кадомская, Ю. А. Лавров, А. А. Рейхердт. Новосибирск: изд-во НГТУ, 2004.

46. Кашкалов В. И. Конденсаторное торможение асинхронных двигателей. М.: «Энергия», 1977.

47. Клименко Б. В. О проектировании броневых электромагнитов постоянного тока на базе расчета магнитного поля МКЭ / Б. В. Клименко, Е. И. Байда // Електротехн. i електромех. 2003. - № 1. - С. 38-40

48. Ключев В. И. Теория электропривода: учеб. для вузов. М.:1. Энергоатомиздат, 1985.

49. Ковач К. П. Переходные процессы в машинах переменного тока / К. П. Ковач, И. Рац. M.-JL: Госэнергоиздат, 1963.

50. Копылов И. П. Математическое моделирование электрических машин : учеб. для вузов. 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2001.

51. Лысов Н. Е. Расчёт электромагнитных механизмов. М.: Обо-ронгиз, 1949.

52. Никитенко А. Г. Программирование и применение ЭВМ в расчётах электрических аппаратов: учеб. пособие для вузов по спец. «Электриф ческие аппараты» / А. Г. Никитенко, В. П. Гринченков, А. Н. Иванченко. 1. М.: Высш. шк., 1990.

53. Петров И. И. Специальные режимы работы асинхронного электропривода / И. И. Петров, А. М. Мейстель. М.: «Энергия», 1968.

54. Петров JI. П. Моделирование асинхронных электроприводов с щ тиристорным управлением / Л. П. Петров, В. А. Ладензон, Р. Г. Подзолов, А.

55. В. Яковлев. М.: «Энергия», 1977.

56. Полесин Я. Л. Причины аварий и травматизма в горной промышленности. М.: Недра, 1969.

57. Пускатель электромагнитный взрывобезопасный типа ПВИ-250БТ У5. Техническое описание и инструкция по эксплуатации . ИМШБ. 645613.001 ТО

58. Разгильдеев Г. И. Безопасность и надёжность взрывозащищён-ф ного электрооборудования / Г. И. Разгильдеев, В. И. Серов М.: Недра, 1992.

59. Разгильдеев Г. И. Перспектива и прогнозная оценка роста электрических нагрузок очистных забоев на шахтах Кузбасса / Г. И. Разгильдеев, М. Ю. Мацкевич // Вестн.КузГТУ. 2002. - №2. - С. 28-30.

60. Разгильдеев Г. И. Схемы электроснабжения / Г. И. Разгильдеев, В. Е. Брагин, П. В. Егоров, Е. А. Бобер и др. // Шахты Кузбасса. М.: Недра, 1994.-Гл.17.-С. 292-293.

61. Разработка и испытание схемы и устройства управления контак-Ш торами КТУ-4 при снижении напряжения на их втягивающих катушках до

62. Uh. Техническая информация // Государственный институт по проектированию и исследованию взрывобезопасного электрооборудования «ГИПРОНИСЭЛЕКТРОШАХТ», 1967.

63. Риман Я. С. Защита подземных электрических установок угольных шахт. М.: Недра, 1977.

64. Риман Я. С. Защита шахтных участковых сетей от токов корот-^Я кого замыкания. М.: Недра, 1985.

65. Родштейн Л. А. Электрические аппараты : учеб. для техникумов. 3-е изд., перераб. и доп. - JL: Энергоиздат, 1981.

66. Руссова Н. В. Моделирование и синтез П-образных электромаг-* нитов постоянного тока и напряжения / Н. В. Руссова, Г. П. Свинцов. Чебоксары: изд. Чуваш, гос. ун-та, 2003.

67. Руссова Н. В. Оптимизация симметричных двухкатушечных электромагнитов постоянного тока и напряжения при повторно-кратковременном режиме работы // Електротехн. i електромех. 2003. - № 1. -С. 70-71.

68. Сандлер А. С. Динамика каскадных асинхронных электроприводов / А. С. Сандлер, JI. М. Тарасенко. М.: «Энергия», 1977.

69. Свинцов Г. П. Моделирование и оптимизация электромагнитныхприводов электрических аппаратов: автореф. дис. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук / Моск. энерг. ин-т (техн. ун-т). М., 2002.

70. Сервер поддержки программы ELCUT Электронный ресурс. -http://www.tor.ru/elcut/

71. Сливинская А. Г. Электромагниты и постоянные магниты. М.: Энергия, 1972.

72. Сливинская А. Г. Электромагниты со встроенными выпрямите-ф лями / А. Г. Сливинская, А. В. Гордон. М.: «Энергия», 1970.

73. Смыков А. Б. Режимы короткого замыкания в системах электроснабжения горных машин: дисс. на соискание учёной степени канд. тех. наук. 05.09.03 / Анатолий Борисович Смыков. Кемерово, 2003.

74. Соколов И. А. Пусковые режимы асинхронных электродвигателей в системе электроснабжения горных и транспортных машин: дисс. на соискание учёной степени канд. тех. наук. 05.09.03 / Игорь Александрович1. Соколов. Кемерово, 2003.

75. Соколов М. М. Приближённые расчёты переходных процессов в автоматизированном электроприводе / М. М. Соколов, В. М. Терехов. — М.: «Энергия», 1967.

76. Стариков Б. Я. Асинхронный электропривод очистных комбайнов / Б. Я. Стариков, В. Л. Азарх, 3. М. Рабинович. М.: Недра, 1981.

77. Страхов С. В. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960г.

78. Ф 82. Сычев JI. И. Шахтные гибкие кабели / Л. И. Сычев, Л. 3. Реут.1. М.: Недра, 1971.

79. Таджибаев А. А. Процессы в дугогасительных системах и в электрических сетях 6(10) кВ при коммутациях выключателями // Новости электротехники. 2002. №3. с. 51-53.

80. Таев И. С. Основы теории электрических аппаратов: учеб. для вузов / И. С. Таев, Б. К. Буль, А. Г. Годжелло и др. М.: Высш. шк., 1987.

81. Таев И. С. Электрические аппараты управления: уч. для вузов поспец. «Электрические аппараты». 3-е изд. перераб. и доп.- М.: Высш. Шк., 1984.

82. Тейксейра С. Delphi 5. Руководство разработчика / С. Тейксейра, К. Паченко. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2000.

83. Туровский Я. Электромагнитные расчеты элементов электрических машин. М.: Энергоатомиздат, 1986.

84. Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1964.

85. Усихин В. Н. Об учете электрической дуги в расчетах токов короткого замыкания в сетях до 1000 В // Промышленная энергетика. 1994. -№5.-С. 23-25.

86. Фишман В. Характеристики провалов напряжений // Новости электротехники. 2004. - №5 С.40-44.

87. Чумаков В. А. Руководство по ревизии, наладке и испытанию подземных электроустановок шахт / В. А. Чумаков, М. С. Глухов Э. Р. Осипов и др.; под ред. В. В. Дегтярёва, JI. В. Седакова. М.: Недра, 1989.

88. Чунихин А. А., Электрические аппараты. Общий курс : уч. для вузов. 3-е изд. перераб и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1988.

89. Щуцкий В. И. Электропривод и электрификация подземных горных работ: учеб. для вузов / В. И. Щуцкий, Ю. Д. Глухарёв, А. К. Малиновский, Л. А. Плащанский. М.: Недра, 1981.

90. About FIux3D Электронный ресурс. = О программе Flux3D // www.atilafem.com/ Products/software/flux3 d/.

91. ANSYS Electromagnetics Capabilities Электронный ресурс. = Возможности программы ANSYS Electromagnetics // www.ansys.com/an-sys/electromagnetics/emagindex.htm

92. Cleminson, A. Physics Electricity and Magnetism / Andrew Clemin-son, Nick Price, Burnel University. West London, 2004.

93. Heermann Dieter W. Computer Simulation Methods in Theoretical Physics = Методы компьютерного моделирования в теоретической физике. -Second Edition, 1990.

94. Theoleyre S. Cahier Technique Schneider Electric no. 193 // MV breaking techniques // ЕСТ 193 first issue, June 1999.

95. Thompson William J. Computing for Scientists and Engineers: a workbook of analysis, numeric, and applications = Расчёты на компьютере для учёных и инженеров. Учебное пособие по применению числового анализа. -John Wiley & Sons, Inc., New York, 1984.

96. Заявка 10129153 Германия, МПК{7} H 01 F 7/18%Н 03 L 7/08 Wirtl Hannes., Elektromagnetisches Ventil mit Haltestromabsenkung / FESTO AG & Co. N 10129153.1; заявл. 16.06.2001; опубл. 09.01.2003

97. Заявка 10138483 Германия, МПК{7} Н 01 F 7/18%F 02 D 41/20 Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrauch-ers / Rodriguez-Amaya Nestor, Degler Traugott; Robert Bosch GmbH. N 10138483.1; заявл. 04.08.2001; опубл. 13.02.2003.

98. Заявка 10146110 Германия, МПК{7} Н 01 F 7/18%Н 01 F 7/122 Digitale Elektronikschaltung zum leistungslosen Dauerbetrieb eines Elektromag-neten mit / Nestler Wolfgang, Wangemann Matthias. N 10146110.0; заявл. 19.09.2001; опубл. 03.04.2003.