COMPENSATION OF THE ABRUPTLY VARIABLE CURRENT OF ARMATURE OF HIGH-POWER SYNCHRONOUS DRIVES BY MEANS OF AUTOMATIC EXCITATION SYSTEM WITH SPECIFIC CONTROL ALGORITHM

V. A. BORODAI, R. A. BOROVYK, O. YU. NESTEROVA

Abstract


Purpose. Development of the automatic excitation system with non-standard algorithm for controlling powerful synchronous drives of the mechanisms of the mining and metallurgical complex, which are characterized by periodic shock loads.

Methodology. The positions of theory of electric machines, methods of automatic systems synthesis, mathematical modeling in the package Matlab were used for conducting researches.

Findings. A variant of the model of the synchronous motor for cases of frequency control is proposed, on the basis of which the structure of the system of the automatic excitation control is synthesized, a correction coefficient for the calculation of the gain of the regulator integral part is obtained, and the algorithm of rational control of the synchronous motor is tested, the improved neutralization of the forces of destruction of the conductors insulation of the armature coils of the motor is provided.

Originality. The original version of the dynamical model of the synchronous motor is proposed, which allows using the classical method of synthesis of the armature longitudinal current regulator stabilized by the magnetic flux of excitation, as well as the requirements for the implementation of a non-standard excitation control algorithm providing a significant reduction of the dynamic current of the armature at the moment of peak load action.

Practical value. The use of the proposed methodology will allow the creation of an automatic system for exciting high-power synchronous motors, which can prevent accidents in the armature circuit of the motor and increase the inter-repair interval of the synchronous drive.


Keywords


powerful synchronous motors; automatic excitation control system; engine model for frequency control; synthesis and refinement of the parameters of the regulator; substantiation of the control method

References


[1] Beshta, O.S., Balakhontsev, O.V., Borovik, R.O., Drum, V.V. (2013). Razrabotka rekomendacij po jekspluatacii sinhronnogo dvigatelja glavnogo privoda avtomat-stana prokatki trub OOO “INTERPAJP NIKO TJuB” [Development of recommendations on the operation of the synchronoous motor of the main drive of the machine-rolling mill of pipes of LLC INTERPIPY NIKO TYUB]. Report on research and development (conclusions). State University "NSU", Dnipropetrovs’k, 34.

[2] Maklakova, Ye.A. (2017). Using of Pre-Acceleration of Rolling Mill Motor Shaft for Reduce the Dynamic Load. Russian Internet Journal of Electrical Engineering, 4, 1, 19-22. [in Russian]

[3] Linkov, S.A., Sarvarov, A.S., Bachurin, I.V. (2014). Analiz sistem upravlenija sinhronnyh jelektroprivodov [Analysis of control systems for synchronous electric drives]. EsiK. Series "Theory and practice of an automated electric drive"., 2 (23), 25-28. [in Russian]

[4] Slobodenyuk, D.V., Byelorzhezsky, O.V. (2015). Capacitive storage device in the excitation circuit of a synchronous machine for forcing and extinguishing the field. Electrical Engineering and Electromechanics, 2015, 2, 16-20.

[5] Shevchenko, I.S., Morozov, D.I. (2014). Special'ni pytannja teorii' elektropryvoda. Dynamika synhronnogo elektropryvoda: navch. po-sib. [Special issues in the theory of electric drive. Dynamics of synchronous electric drive]: [Teach. Manual]. Kiev, Department Publ., 267 p.

[6] Stalemate. 53711 Ukraine, IPC (2009) H02M 1/08. Sposib stabilizacii' reaktyvnoi' potuzhnosti synhronnogo generatora shljahom slidkuju chogo koryguvannja jogo naprugy zbudzhennja [The way to stabilize the reactive power of the synchronous generator by following the correction of its excitation voltage]. V.M. Ryabenky, O.O. Ushkarenko, O.L. Bilokin; Applicant and patent attorney NUS them. acad. Makarov Application U.S. 01005973 dated February 10, 2011.

[7] Stalemate. 56988 Ukraine, IPC (2010) H02M 1/08. Sposib poslidovnogo koryguvannja strumu zbudzhennja synhronnogo generatora dlja stabilizacii' jogo reaktyvnoi' potuzhnosti [Consistent correction of the excitation current of the synchronous generator to stabilize its reactive power]. V.M. Ryabenky, O.O. Ushkarenko, O.L. Bilokin; Applicant and patent attorney NUS them. acad. Makarov Application U.S. 01005970 dated February 10, 2011.

[8] Shurygina, G.V. (2005). Uluchshenie jekspluatacionnyh harakteristik sinhronnyh jelektroprivodov metallurgicheskih agregatov [Improvement of performance characteristics of synchronous electric drives of metallurgical units]. The thesis abstract on the competition of a scientific degree of the Cand.Tech.Sci. Magnitogorsk State Technical University. G.I. Nosov, 20. [in Russian]

[9] Babaei, M., Nazarzadeh, J., Faiz, J. (2008). Nonlinear feedback control of chaos in synchronous reluctance motor drive systems. Industrial Technology, ICIT 2008. IEEE International Conference, 4 p. doi: 10.1109/ICIT.2008. 4608524.

[10] Kirichenko, V.I., School, M.I., Kirichenko, V.V., Borovik, R.A. (2006). Programmno upravljaemyj vozbuditel' sinhronnyh dvigatelej [Software-driven exciter of synchronous motors]. Nauka ta іnnovacii, Kiev, 2, 3, 28-37.

[11] Zadorozhnaya, I.N., Zadorozhny, N.A. (2017). Sintez jelektromehanicheskoj sistemy predel'noj stepeni ustojchivosti i minimal'noj kolebatel'nosti uprugoj mehanicheskoj podsistemy [Synthesis of the electromechanical system of the limiting degree of stability and minimum vibration of the elastic mechanical subsystem]. ISSN 2079-8024. Bulletin of NTU "KhPI", 27 (1249), 150-155.

[12] Stalemate. 63053 Ukraine, IPC (2010) H02M 1/08. Sposib uperezhdajuchogo koreguvannja naprugy zbudzhennja generatora pry roboti na asynhronnyj dvygun [The method of overcoming the correction of the voltage of the generator's oscillation when working on an asynchronous motor]. V.M. Ryabenky, OO Ushkarenko, O.Ya. Dubovik; Applicant and patent holder NUS them. acad. Makarov Application U.S. 01102430 of September 26, 2011.

[13] Stalemate. 62906 Ukraine, IPC (2010) H02M 1/08. Sposib uperedzhujuchogo koryguvannja generatorom, shho pracjuje na asynhronnyj dvygun [The method of preemptive correction by a generator operating on an asynchronous motor]. V.M. Ryabenkiy, OO Ushkarenko, O.Ya. Dubovik; Applicant and patent holder NUS them. acad. Makarov Application U.S. 01100496 of September 26, 2011.

[14] Stalemate. 62904 Ukraine, IPC (2010) H02M 1/08. Method of biasing correction by a generator working on an asynchronous motor. V.М. Ryabenkiy, O.O. Ushkarenko, O.Ya. Dubovik, AV Krylov; Applicant and patent holder NUS them. acad. Makarou. Application U.S. 01100491 dated September 26, 2011.

[15] Borodai, V., Borovyk, R., Nesterova, О. (2017). Efficient Transient Modes of Synchronous Drive for Mining and Smelting Mechanisms. Mechanics, Materials Science & Engineering,8, 8, 133-142. doi:10.2412/ mmse.71.21.693.

[16] Nizimov, V.B., Snigko, A.A. (2011). Sistema vektornogo upravlenija sinhronnym dvigatelem s emkostnym nakopitelem jenergii v konture vozbuzhdenija [Vector control system for a synchronous motor with a capacitive energy storage device in an excitation circuit]. Herald Sumy State University. Seria "Technical sciences", 3, 7-12


GOST Style Citations


[1] Разработка рекомендаций по эксплуатации синхронного двигателя главного привода автоматстана прокатки труб ООО “ИНТЕРПАЙП НИКО ТЬЮБ”:отчет о НИР (заключ.) : 030383/Нац. горн. ун-т; рук. А.С. Бешта; исп.: А.В. Балахонцев, Р.А. Боровик, В.В. Барабан. – Днепр, 2013. – 34 с.

[2] Maлакова Е. А. Использование предразгона двигателя прокатной клети для уменьшения динамической нагрузки / Е. А. Maклакова // Russian Internet Journal of Electrical Engineering. - 2017. – T. 4, No. 1. – C. 19-22.

[3] Линьков С.А. Анализ систем управления синхронных электроприводов [Текст] / С.А. Линьков, А.С. Сарваров, И.В. Бачурин // ЭСиК. Серия „Теория и практика автоматизированного электропривода”. – 2014. – №2(23). – С. 25-28.

[4] Слободенюк Д.В. Ємнісний накопичувальний пристрій у контурі збудження синхронної машини для форсування та гасіння поля [Текст] / Д.В. Слободенюк, О.В. Бялобржеський // Електротехніка і Електромеханіка. – 2015. – №2. – С. 16-20.

[5] Шевченко І.С. Спеціальні питання теорії електропривода. Динаміка синхронного електропривода [Текст] : навч. посіб. / І.С. Шевченко, Д.І. Морозов. – К. : Кафедра, 2014. – 267 с.

[6] Пат. 53711 Україна, МПК (2009) Н02М 1/08. Спосіб стабілізації реактивної потужності синхронного генератора шляхом слідкую чого коригування його напруги збудження / В.М. Рябенький, О.О. Ушкаренко, О.Л. Білоконь; Заявник і патентовласник НУК ім. акад. Макарова. Заяв. №U201005973 від 10 лютого 2011 р.

[7] Пат. 56988 Україна, МПК (2010) Н02М 1/08. Спосіб послідовного коригування струму збудження синхронного генератора для стабілізації його реактивної потужності / В.М. Рябенький, О.О. Ушкаренко, О.Л. Білоконь; Заявник і патентовласник НУК ім. акад. Макарова. Заяв. №U201005970 від 10 лютого 2011 р.

[8] Шурыгина Г.В. Улучшение эксплуатационных характеристик синхронных электроприводов металлургических агрегатов : автореф. дис. канд. техн. наук : спец. 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы» / Шурыгина Галина Владимировна ; Магнитогорский гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова. – Магнитогорск, 2005. – 20 с.

[9] Babaei M. Nonlinear feedback control of chaos in synchronous reluctance motor drive systems [Теxт] / M. Babaei, J. Nazarzadeh, J. Faiz // IEEE International Conference. – 2008. – 4 p. doi: 10.1109/ ICIT.2008.4608524.

[10] Кириченко В.И. Программно управляемый возбудитель синхронных двигателей [Текст] / В.И. Кириченко, М.И. Школа, В.В. Кириченко, Р.А. Боровик // Наука та інновації. – К., 2006. – Т2. №3. – С. 28-37.

[11] Задорожняя И.Н. Синтез электромеханической системы предельной степени устойчивости и минимальной колебательности упругой механической подсистемы [Текст] / И.Н. Задорожняя, Н.А. Задорожний // Вісник НТУ «ХПІ». – 2017. – 27(1249). – С. 150-155.

[12] Пат. 63053 Україна, МПК (2010) Н02М 1/08. Спосіб випереджаючого коригування напруги збудження генератора при роботі на асинхронний двигун / В.М. Рябенький, О.О. Ушкаренко, О.Я. Дубовик; Заявник і патентовласник НУК ім. акад. Макарова. Заяв. №U201102430 від 26 вересня 2011 р.

[13] Пат. 62906 Україна, МПК (2010) Н02М 1/08. Спосіб випереджаючого коригування генератором, що працює на асинхронний двигун / В.М. Рябенький, О.О. Ушкаренко, О.Я. Дубовик; Заявник і патентовласник НУК ім. акад. Макарова. Заяв. №U201100496 від 26 вересня 2011 р.

[14] Пат. 62904 Україна, МПК (2010) Н02М 1/08. Спосіб випереджаючого коригування генератором, що працює на асинхронний двигун / В.М. Рябенький, О.О. Ушкаренко, О.Я. Дубовик, А.В. Крилов; Заявник і патентовласник НУК ім. акад. Макарова. Заяв. №U201100491 від 26 вересня 2011 р.

[15] Borodai V. Efficient Transient Modes of Synchronous Drive for Mining and Smelting Mechanisms [Теxт] / V. Borodai, R. Borovyk, О. Nesterova. // Mechanics, Materials Science & Engineering. – 2017. –Vol.8. – No.8. – P. 133-142.

[16] Низимов В.Б. Система векторного управления синхронным двигателем с емкостным накопителем энергии в контуре возбуждения [Текст] / В.Б. Низимов, А.А. Снижко // Вісник СумДУ. Серія „Технічні науки”. – 2011. – №3. – С. 7-12. 





DOI: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2018-1-8

Article Metrics

Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


Copyright (c) 2018 BORODAI V. A., BOROVIK R. A., NESTEROVA O. YU.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Address of the journal editorial office:

Editorial office of the the science journal "Electrical Engineering and Power Engineering" ("Electrotechnics and Electroenergetics")

Zaporozhye National Technical University, 

 Zhukovskiy street, 64, Zaporizhzhya, 69063, Ukraine. 

Telephone: +38-061-769-82-96 – the Editing and Publishing Department.

E-mail: rvv@zntu.edu.ua


Reference to the journal is obligatory in the cases of complete or partial use of its materials.