Анотація до роботи:

Чорний О.П. Теорія і практика моніторингу параметрів електричних двигунів електромеханічних систем. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – Електротехнічні комплекси і системи. – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2004.

Дисертацію присвячено вирішенню науково-практичної проблеми розвитку теорії і створення методології моніторингу електромеханічних перетворювачів систем електроприводу з метою підвищення якості їх ідентифікації шляхом урахування змін і коливань їх електричних, магнітних і механічних параметрів у процесі експлуатації або ремонту. Рішення цієї проблеми здійснено шляхом створення математичного апарата, що дозволяє визначати параметри ЕД і ймовірності їх безвідмовної роботи на підставі інформації про доступні безпосередньому контролю миттєві значення змінних стану електроприводу в процесі експлуатації.

Мета роботи у створенні методології моніторингу електромеханічних перетворювачів систем електроприводу для підвищення якості ідентифікації електромеханічних систем шляхом урахування змін їх електричних і магнітних параметрів в процесі експлуатації або ремонту.

Моніторинг параметрів електричних двигунів електромеханічних систем запропоновано виконувати на основі аналітичних критеріїв і показників якості перетворення енергії, з використанням виміряних у режимі переривчастого струму дискретних значень струмів і напруги при нерухомому роторі. Параметри, характеристики і оцінювання стану електричних двигунів визначаються в автоматизованому комплексі за допомогою методів енергетичного балансу і рівнянь електричної рівноваги при живленні обмоток від тиристорних перетворювальних пристроїв з використанням алгоритмів обробки діагностичної інформації. Розраховані дані використовуються в системах компенсації якості перетворення енергії в електричних двигунах, визначення ресурсу та надійності безвідмовної роботи.

У дисертаційній роботі розв’язана науково-прикладна проблема створення методології моніторингу електромеханічних перетворювачів систем електроприводу з метою підвищення якості ідентифікації їх параметрів шляхом урахування змін і коливань електричних, магнітних і механічних параметрів у процесі експлуатації або ремонту. Розв’язання цієї проблеми здійснено шляхом створення математичного апарата, що дозволяє визначати параметри ЕД і ймовірності їх безвідмовної роботи на підставі інформації про доступні безпосередньому контролю миттєві значення змінних стану електроприводу в процесі експлуатації.

Наведені в дисертаційній роботі дослідження дають можливість зробити наступні висновки.

1. Надійність функціонування електроприводів з ЕД, які довгий час знаходяться в експлуатації або ремонтувалися, незважаючи на впровадження сучасних перетворювачів енергії та розвитку систем керування, залишається недостатньою з причин відсутності безпосереднього контролю параметрів електромеханічної системи.

2. Експлуатаційна аварійність і вихід з ладу електричних двигунів промислових електроприводів пов'язані з особливостями процесів перетворення енергії, що обумовлені несиметрією і несинусоїдальністю напруги живлення, електричною, магнітною і механічною несиметрією двигуна, що виникли в ході експлуатації чи ремонтних операцій. Негативним проявом цих особливостей є підвищені втрати і нерівномірний перегрів обмоток електромеханічних перетворювачів, підвищені вібрації електроприводу.

3. Теоретично доведено і експериментально підтверджено принцип моніторингу параметрів електричних двигунів електромеханічних систем на підставі вимірювання миттєвих значень струмів і напруг їх силових кіл.Доведено, що виміряні значення повинні оброблятися з урахуванням часового зсуву, що вноситься дискретністю опитування АЦП, а також з урахуванням погрішностей, внесених вимірювальним каналом.

4. Теоретично доведено і експериментально підтверджено доцільність розрахунку параметрів електричних двигунів постійного і змінного струму на підставі миттєвих значень струмів і напруг силових кіл в режимі переривчастого струму при нерухомому роторі (якорі) та кутах управління перетворювачем – 135-145⁰ .

5. Запропоновані критерії оцінки енергетичних втрат, нерівномірності розподілу втрат, струмового завантаження фаз, тепловиділення в обмотках, вібрацій і неякісності перетворення моменту дозволяють здійснювати безперервний моніторинг стану електроприводу і прогнозувати термін безвідмовної роботи ізоляції, підшипникових вузлів і електроприводу в цілому.

6. Штучне формування пофазної несиметрії сигналів управління керованими перетворювачами систем електроприводу, що розраховується на основі реальних параметрів схеми заміщення двигуна, дозволяє мінімізувати змінні складові миттєвої потужності й електромагнітного моменту електроприводу і тим самим продовжити термін безаварійної експлуатації електромеханічної системи.

7. Використання у відомих статистичних моделях коефіцієнтів, що враховують викликане несиметрією параметрів силових кіл електричних двигунів перевищення еквівалентного моменту над його середнім значенням дозволяє розраховувати кількісні характеристики зниження довговічності ізоляції таі підшипникових вузлів, а також імовірності безвідмовної роботи електроприводу.

8. Застосування методів моніторингу і комплексу для їх реалізації дозволяє знизити кількість відмов електричних двигунів і пов'язані з цим енерго- і ресурсозатрати за рахунок своєчасного виводу в ремонт чи створення необхідних режимів експлуатації. Розрахунковий економічний ефект від застосування системи моніторингу на основі запропонованих методів складає 240 тис.грн на рік в умовах ВО “Індустріал-Сервіс”.

9. Експериментальні дослідження апаратного і програмного забезпечення моніторингу параметрів електричних двигунів електромеханічних систем довели коректність та адекватність використаних підходів та можливість їх використання на промислових підприємствах.

Основні положення дисертації опубликовані в наступних роботах.

1. Родькин Д.И., Черный А.П., Здор И.Е. Задачи и технические средства для диагностики параметров асинхронных двигателей. // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 1999 – Вып. 61. – С.302-303.

2. Черный А.П. Показатели загрузки асинхронных двигателей при несимметрии активных сопротивлений статорных обмоток // Проблеми створення нових машин і технологій (Кременчуцький державний політехнічний інститут) – Кременчуг: КГПИ, 1999. -Вип.2 (7).- С.114-116.

3. Черный А.П., Волощенко А.В. О разделении информативных показателей при обследовании машин переменного тока // Проблеми створення нових машин і технологій (Кременчуцький державний політехнічний університет) – Кременчук: КДПУ, 2000. – Вип.2.-С.247-250.

4. Волощенко А.М., Родькин Д.И., Черный А.П. К вопросу повышения ресурса работоспособности синхронных двигателей насосных агрегатов // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 2000. – Вип. 113. -С.302-303.

5. Черный А.П., Морозов А.А., Гераскин А.С., Кучеренко В.Ю. К анализу вибрационных характеристик электрических машин с послеремонтными локальными зонами повреждения магнитной системы // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ, 2001. -Вип.1/2001 (10).-С.262-265.

6. Родькин Д.И., Черный А.П. К определению послеремонтной работоспособности асинхронных двигателей//Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ, 2001.-Вип.2/2001(11).-С.40-47.

7. Волощенко А.Н., Черный А.П., Гладырь А.И.,Головко О.С.,Лашко Ю.В. Модифицированный метод определения момента асинхронного двигателя по экспериментальным данным // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ «ХПІ», 2001. - Вип. 11.-С.127-132.

8. Сидоренко В.Н., Черный А.П., Ковырин А.Н., Яговкин А.С. Синтез алгоритмов коррекции сигналов при измерении выходных параметров преобразователей // Вісник Кременчуцькиого державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ, 2002. -Вип.1(12).-С.340-344.

9. Черный А.П., Костин В.В., Тараненко С.И., Мартыненко В.А. Особенности применения схем с силовыми конденсаторами в силовой цепи в системах испытаний и диагностики асинхронных двигателей // Вісник Національно технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ «ХПІ», 2002. – Вип. 12. - Т.2. – С.531-532.

10. Родькин Д.И., Калинов А.П., Черный А.П. Современные схемные решения для диагностики параметров синхронных двигателей // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ, 2003. – Вип.1(18). – С.120-126.

11. Черный А.П. Показатели качества преобразования энергии при энергомониторинге электромеханического оборудования // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ, 2003. – Вип.2(19). - Т.1. – С.149-151.

12. Родькин Д.Й., Черный А.П., Сычев С.Д. К вопросу оценки качества преобразования энергии электромеханическим оборудованием систем электропривода // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.– Харків: НТУ „ХПІ”, 2003. - №10. – Т.1. – С.244-248.

13. Родькин Д.Й., Калинов А.П., Черный А.П., Барвинок Д.В., Хараджян А.А., Здор И.Е., Живора В.Ф., Величко Т.В. Комплексы для экспресс –диагностики двигателей переменного тока // Сборник научных трудов НГУ. - Днепропетровск: РИ НГУ, 2003. – Т. 2. - №17. – С. 110-121.

14. Черный А.П. Структура системы функцональной диагностики электрических машин электроприводов // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Електротехніка і енергетика. - Донецьк: ДонНТУ, 2003. – Вип. 67. – С. 109-112.

15. Родькин Д.Й., Черный А.П., Сычев С.Д. Мартиненко В.О. Характеристики асинхронного двигателя с учетом старения стали // Електротехніка і електромеханіка. – 2004. - №1. – С.53-56.

16. Сидоренко В.Н., Черный А.П., Барвинок Д.В. Влияние динамических характеристик трансформаторных датчиков тока и напряжения на расчет мгновенных значений мощности // Науковий вісник Національного гірничого університету „Енергетика та автоматика”. - Дніпропетровськ. – 2004. - №3. – С.87-90.

17. Калинов А.П., Черный А.П. Рациональные подходы при определении параметров машин переменного тока // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ, 2004. – Вип.2/2004 (25) –С.115-118.

18. Черный А.П., Родькин Д.И., Сидоренко В.Н., Калинов А.П. Определение параметров АД по непрерывной функции тока статора с дискретным временем // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ. – 2004. – Вип.3/2004 (26). - Т2. – С.123-127.

19. Черный А.П., Луговой А.В. Обоснование принципов и путей решения проблемы повышения энергетической эффективности промышленных электроприводов // Zeszyty naukowe NR 112, Elektryka 16, wydawnictwopolitechniki Zielonogorskiej, Zielona Gora, 1997. – С.101-107.

20. Патент України №64083А, G01 R31/24, Спосіб моніторингу асинхронних двигунів і пристрій для його реалізації / Родькін Д.Й., Чорний О.П., Барвінок Д.В. Огарь О.С. - № 2002108608; Заявлено 12.03.2003. Опубл. Бюл.№2, 2004.

21. Патент України №65733А, G01 R31/24, Спосіб діагностики параметрів синхронного двигуна та пристрій для його здійснення / Родькін Д.Й., Чорний О.П., Калінов А.П., Живора В.Ф., Аміров А.М. - №2003042860; Заявлено 02.04.2003. Опубл. Бюл.№4, 2004.

22. Патент України №50115А, G01 R31/24, Спосіб діагностики асинхронного двигуна та пристрій для його здійснення / Родькін Д.Й., Чорний О.П., Гладир А.І., Волощенко О.М., Головко О.С., Лашко Ю.В. - №2001096286 ; Заявлено 12.09.2001, Опубл. Бюл.№10, 2002.

23. Патент України №49334А, G01 R31/24, Пристрій для діагностики асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором / Родькін Д.Й., Чорний О.П., Барвінок Д.В., Панченко М.В., Огарь О.С. - №2001117657; Заявлено 08.11.2001. Опубл. Бюл.№9, 2002.

24. Патент України №36060А, G01 R31/24, Спосіб діагностики параметрів асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором та пристрій для його здійснення / Родькін Д.Й., Луговой А.В., Сисюк Г.Ю., Чорний О.П., Добрецов В.В., Пасмурських О.О., Долженко В.В., Вошун О.М. - №99105901; Заявлено 08.01.1999. Опубл. Бюл.№3, 2001.

25. Патент України №62492А, G01 R31/24, Спосіб випробування асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором та пристрій для його реалізації / Родькін Д.Й., Чорний О.П., Мартиненко В.О. Тараненко С.І., Калінов А.П., Аміров А.М. - №2003042864; Заявлено 02.04.2003. Опубл. Бюл.№12, 2003.

26. Патент України №64218А, G01 R31/24, Спосіб вимірювання параметрів тиристорних електроприводів та пристрій для його реалізації / Сидоренко В.М., Родькін Д.Й., Ковирін О.М., Лашко Ю.В. - №2003042858; Заявлено 15.04.2003. Опубл. Бюл.№2, 2004.

27. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір №8436, Комп’ютерна програма для корекції сигналів струму та напруги у комп’ютеризованих вимірювально-діагностичних комплексах для діагностики параметрів тиристорних електроприводів / Сидоренко В.М., Родькін Д.Й., Чорний О.П., Ковирін О.М. Дата реєстрації 24.09.2003.

28. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір №8693, Програмне забезпечення для діагностики , паспортизації та моніторингу електричних машин / Барвінок Д.В., Здор І.Є., Хараджян О.А., Родькін Д.Й., Чорний О.П. Дата реєстрації 03.11.2003.

29. Луговой А.В., Максимов М.Н., Родькин Д.И., Черный А.П., Сисюк Г.Ю. Эксплуатационная надежность электрических двигателей переменного тока и пути ее повышения // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ, 2000. -Вип.1 (8).-С.150-156.

30. Сычев С.Д., Черный А.П. Режимы работы асинхронного двигателя при несимметрии питающего напряжения // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.-Кременчук:КДПУ, 2002.-Вип.1(12).-С.266-269.

31. Браницки Р.,Родькин Д.И., Черный А.П., Величко Т.В. Формирование показателей качества электроэнергии в сетях с электроприводами большой мощности // Zeszyty naukowe NR 112, Elektryka 16, wydawnictwopolitechniki Zielonogorskiej, Zielona Gora, 1997. – С.109-128.

32. Родькин Д.И., Луговой А.В. Черный А.П. Механизм влияния некачественности параметров электрооборудования на его работоспособность // Проблеми створення нових машин і технологій (Кременчуцький державний політехнічний институт): Збірник наукових праць, 1997.

33. Сисюк Г.Ю., Родькин Д.И. Черный А.П. Определение информационных признаков для диагностики асинхронных двигателей промышленных электроприводов // Проблеми створення нових машин і технологій (Кременчуцький державний політехнічний институт): Збірник наукових праць, 1998. -Вип.2 (5).-С.111-114.

34. Родькин Д.И.,Здор И.Е., Черный А.П. Инженерные методы определения параметров асинхронных двигателей // Проблеми створення нових машин і технологій (Кременчуцький державний політехнічний інститут) – Кременчуг: КГПИ, 1999. -Вип.1 (6).-С.16-22.

35. Родькин Д.И.,Здор И.Е., Черный А.П. Задачи диагностики параметров асинхронных двигателей при испытаниях и в системах промышленного привода // Проблеми створення нових машин і технологій (Кременчуцький державний політехнічний інститут).- Кременчук: КДПУ, 1999. -Вип.1 (6).-С.76-78.

36. Черный А.П., Сисюк Г.Ю., Родькин Д.И. Диагностика асинхронных двигателей с неуравновешенностью ротора // Проблеми створення нових машин і технологій (Кременчуцький державний політехнічний інститут).- Кременчук: КДПУ, 1999. -Вип.1 (6).-С.102-106.

37. Титаренко С.С., Родькин Д.И., Черный А.П. Программное обеспечение измерительного комплекса для диагностики электрических машин // Проблеми створення нових машин і технологій (Кременчуцький державний політехнічний інститут).- Кременчук: КДПУ, 1999. -Вип.2 (7).-С.107-109.

38. Лашко Ю.В., Черный А.П. Учет насыщения магнитной цепи асинхронного двигателя в его математической модели // Вісник Кременчуцькиого державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ, 2001. -Вип.2.-С.159-162.

39. Черный А.П., Морозов А.А, Гераскин А.С. Комплексность задачи определения работоспособности промышленного электромеханического оборудования //Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.– Харків: НТУ «ХПІ», 2001. - Вип. 11. -С.282-287.

40. Родькин Д.И., Черный А.П., Мартыненко В.А. Обоснование критериев качества преобразования энергии в электромеханических системах // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ, 2003. – Вип.1(18), –С.81-85.

41. Сычев С.Д, Черный А.П. Управление процессом преобразования энергии в асинхронном двигателе // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ, 2003.–Вип.1(18),–С.92-95.

42. Черный А.П. Особенности расчета составляющих мощности при энергомониторинге электромеханического оборудования // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ, 2003. – Вип.2(19), Т2. –С.151-153.

43. Черный А.П., Верещаков С.В.,Сычев С.Д. Построение математической модели управления преобразованием энергии в асинхронном двигателе с несимметрией параметров // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Кременчук: КДПУ, 2003. – Вип.2(19). - Т2. –С.252-256.

44. Черный А.П. Методология мониторинга электрических двигателей в промышленных сетях // Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика: Труды конференции. – Харьков: Основа, 1997. - С.303-305.

45. Черный А.П., Вошун А.Н. Направления создания аппарата мониторинга промышленного электрооборудования // Проблеми та напрямки використання САПР в учбовому процесі та автоматизація проектно конструкторських робіт сучасних виробництв. Науково-практична конференція. - Кривий Ріг, 1998. – С.96-98.