Отзывы официальных оппонентов (Энергоэффективное прямое управление моментом асинхронных тяговых электродвигателей)

отзыв официального оппонента на диссертацию Конохова Дмитрия Владимировича «Энергоэффективное прямое управление моментом асинхронных тяговых электродвигателей», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы Актуальность темы исследования Применение асинхронных тяговых двигателей (АТД) для электроподвижного состава железных дорог является весьма актуальным и перспективным направлением развития электрической передачи электровозов и тепловозов. Использование асинхронных тяговых электроприводов в электрической тяге локомотивов позволяет значительно повысить их тяговые характеристики, надежность„ а также ресурс в сравнении с традиционными коллекторными машинами. Благодаря динамичному развитию силовой электроники и микропроцессорной техники открываются широкие перспективы совершенствования систем управления тяговым электроприводом с асинхронными двигателями, однако на сегодняшний день реализованы не все возможности энергосбережения средствами управления электроприводом.

В связи с этим, автором в своем диссертационном исследовании решена актуальная задача повышения энергетической эффективности частотно- регулируемых тяговых зле ктроприводов локомотивов с асинхронными двигателями посредством оптимизации алгоритмов системы прямого управления моментом по критерию минимума тока статора. Степень обоснован ностп научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссер гации Соискатель провел подробный анализ существующих решений повышения энергоэффективности электроприводов с асинхронными двигателями.

Автор обосновал и осуществил выбор системы прямого управления моментом для асинхронных тяговых электродвигателей, позволяющую повысить эффективность работы тягового электропривода ЛОКОМОТИВОВ. Все научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные соискателем„имеют экспериментальное подтверждение как на комплексной компьютерной модели, так и на лабораторной установке. Результаты диссертационных исследований обсуждены на научных конференциях, опубликовано 19 работ по теме диссертации, 4 из которых в издательствах, рецензируемых БАК, получено 4 патента на полезную модель и 3 патента на изобретение. Данные работы отражают основные положения диссертационного исследования автора. Достоверность и новизна полученных результатов Достоверность научных результатов диссертационного исследования обеспечивается грамотным теоретическим обоснованием и экспериментальной проверкой на лабораторной установке предложенных принципов энергоэффективного прямого управления моментом асинхронного двигателя.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: 1) разработан способ энергоэффективного прямого управления моментом асинхронного тягового двигателя; 2) предложен вариант оптимизации алгоритмов системы прямого управления моментом асинхронного двигателя по критерию минимума тока статора, реализующий оптимальное регулирование потокосцепления статора в зависимости от текущего задания электромагнитного момента.

3) разработана методика расчета оптимальной зависимости задания потокосцепления статора и угла между моментообразующими векторами от задания на момент асинхронного двигателя, основанная на положениях теории 2 электрических машин; 4) определены оптимальные по критерию минимума тока статора аналитические зависимости потокосцепления и угла между моментообразующими векторами потокосцепления и тока статора от задания момента двигателя для АТД тепловозов. Теоретическая и практическая значимость полученных автором диссертации результатов В диссертации разработан и теоретически обоснован энергосберегающий алгоритм регулирования асинхронного электропривода с прямым управлением моментом, позволяющий снизить потребление тока статора от источника электроэнергии„предложен вариант построения энергоэффективной системы управления электроприводом локомотива с асинхронными тяговыми двигателями, включающей в себя блок логики, учитывающий текущий режим работы тягового электропривода локомотива.

Разработанная соискателем компьютерная модель асинхронного тягового электропривода локомотива с системой прямого управления моментом является удобным инструментом для исследования вариантов повышения энергоэффективности и анализа процессов, протекающих в электрической и механической подсистемах электропривода, Полученные для АТД тепловозов аналитические выражения, аппроксимирующие оптимальные по критерию минимума тока статора зависимости потокосцепления статора и угла между моментообразующими векторами от задания на момент двигателя, могут быть использованы при построении энергоэффективных систем управления тяговым электроприводом грузовых магистральных и маневровых тепловозов.

Оценка содержании диссертации, ее завершенность Диссертация Конохова Дмитрия Владимировича на соискание ученой степени кандидата технических наук является законченной научно- квалификационной работой„в которой подробно исследована задача повышения энергоэффективности тяговых электроприводов с прямым управлением моментом асинхронных двигателей посредством оптимизации системы управления. Диссертационная работа изложена на 135-и страницах основного текста, состоит из введения„ четырех глав, заключения и списка литературы из 105 наименований.

Во введении отражена актуальность создания энергоэффективной системы прямого управления моментом тяговых электроприводов с асинхронными двигателями, степень разработанности темы исследования, сформулированы цели и задачи, изложены научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, методы исследования, основные положения, выносимые на защиту, достоверность и апробация полученных результатов.

В первой главе проведен анализ существующих технических решений и направлений исследований в области создания энергоэф фективного асинхронного электропривода, рассмотрены варианты реализации систем управления асинхронными электроприводами, особенности их построения, конкурентные преимущества и недостатки. Произведен и обоснован выбор наиболее предпочтительного варианта построения энергоэффективной системы управления, в качестве которой выбрана система прямого управления моментом, обладающая рядом весомых преимуществ относительно других применяемых топологий. Среди основных преимуществ автор выделяет следующие: система прямого управления моментом менее восприимчива к неточности информации об объекте управления и внешним возмущениям; обладает высоким быстродействием, исключает многократное преобразование координат, что обуславливает целесообразность ее применения для тягового электропривода локомотивов.

Со своей стороны считаю целесообразным добавить, что впервые идею прямого управления моментом предложил М. Депенброк именно для тягового электропривода (М. ВерепЬгос1с Е6гесг Ке1Г Соп1го1 оГ Йе Йпх апд гонгу мотеле оГ а гонгу-Йе1д тасЫпе), запатентовав один из актуальных и в настоящее время вариантов реализации системы прямого управления моментом (приоритет с 1984 г,). Во второй главе предложен вариант оптимизации системы прямого управления моментом, Данный вариант основан на изменении задания потокосцепления статора по критерию минимума тока статора, что является вполне логичным и легко реализуемым в данной системе, так как в ней имеется отдельный канал задания потокосцепления статора.

Соискателем разработана методика расчета оптимальной зависимости потокосцепления статора от задания на момент асинхронного тягового электродвигателя АД917УХЛ1, установленного на магистральных грузовых тепловозах 2ТЭ25А, выпускаемых Брянским машиностроительным заводом, и гибридном маневровом тепловозе ТЭМ9Н, выпущенном Людиновским тепловозостроительным заводом в рамках пилотного проекта. Следует отметить, что представленная методика расчета оптимальной зависимости применима не только для тяговых асинхронных двигателей, но и для общепромышленных.

При расчете оптимальной зависимости автором был проведен анализ влияния нагрева обмоток статора и ротора электродвигателя. Результаты показали, что изменение температуры обмоток двигателя от — 20'С до +110'С оказывает весьма незначительное влияние на значения оптимального потокосцепления статора и данными отклонениями можно пренебречь с целью упрощения алгоритмов системы управления. Расчет зависимости производился при номинальной частоте тока статора двигателя и варьировании задаваемых значений электромагнитного момента, Рассчитанные опорные точки были аппроксимированы полиномом 3-го порядка по методу наименьших квадратов. В третьей главе предложенный автором энергоэффективный способ управления реализован в функциональной схеме СУ, разработан алгоритм управления асинхронным двигателем локомотива, позволяющий управлять потокосцеплением статора с целью минимизации тока статора.

Разработаны алгоритмы функционирования блока логики переключений системы управления на энергосберегающий алгоритм формирования задания потокосцепления для тягового электропривода локомотивов, выполнено математическое моделирование электрической части тягового электропривода с реализацией энергоэффективного алгоритма в системе прямого управления моментом АТД, подтверждена адекватность модели АТД на основе сравнения результатов моделирования и справочных данных номинального режима двиГателя. Четвертую главу соискатель посвятил разработке комплексной электромеханической модели тягового электропривода и проверке предложенных принципов энерГОэффектиВнОГО р~ГулирОВания асинхронных двигателей с системой прямого управления моментом на модели и лабораторной установке, Проведенные модельные эксперименты и эксперименты на лабораторной установке с преобразователем частоты АСЯ850, питающим асинхронный двигатель подтвердили правильность теоретических положений и целесообразность предложенных технических решений, направленных на повышение энергетической эффективности асинхронных электроприводов в целом и тяговых электроприводов, в частности.