Основные направления развития автоматизированного электропривода

УДК 621.31:681.5

Омельченко Е.Я.

Основные направления развития автоматизированного электропривода

Обобщены материалы докладов VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу, посвященных общим и теоретическим вопросам автоматизированного электропривода, новым электроприводам, электродвигателям, преобразователям, устройствам управления, актуальным вопросам автоматизированного электропривода в отраслях промышленности, энергетики, коммунальном хозяйстве, новым образовательным технологиям подготовки инженерных и научных кадров по направлению «Энергетика и электроника».

Ключевые слова: автоматизированный электропривод, энергоэффективность, надежность, быстродействие, качество.

Введение

7-9 октября 2014 г. в Саранске на базе Национального исследовательского Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева прошла VIII Международная (XIX Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу (АЭП-2014). Конференция была организована Ассоциацией инженеров по электроприводу, Академией электротехнических наук РФ, Национальным исследовательским Мордовским государственным университетом, Национальным исследовательским университетом МЭИ, ОАО «Электровыпрямитель».

Статья написана по материалам этой конференции. В основу положены Резюме VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу, доклады пленарного заседания, доклады на секциях и материалы стендовых докладов.

Общая характеристика конференции

Конференция отличалась высокой представительностью, в ее работе приняли участие 235 специалистов, работающих в области автоматизированного электропривода, электромеханики, силовой полупроводниковой преобразовательной техники. На конференции были представлены 270 докладов более чем семисот авторов от всех регионов России. Были также представлены доклады зарубежных коллег из Германии, Испании, Польши, Эстонии, Украины, Узбекистана и Казахстана.

210 докладов прислано от высших учебных заведений. Из них 22 доклада - от Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 20 - от Национального исследовательского университета МЭИ, 14 - от СПбГЭТУ, 11 - от ИТ-МО, 10 - ЮЗГПУ им. Платова, менее 10 докладов - от Новосибирского ГТУ, Ивановского ГЭУ, УрФУ им. Б.Н.Ельцина, ЮУРГУ, Казанского ГЭУ и др.

От предприятий поступило 60 докладов. Из них 10 - от ОАО «Электровыпрямитель», по 4 - от ВНИ-ИР, ОАО «Гипрогазцентр, ООО «РусЭлПром». Далее расположились ООО НПП «Экра», ЗАО «АвтСист-Комп», ВНИПТИЭМ и МИП «Механотроника». К сожалению, от ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» не представлено ни одного доклада.

По городам доклады распределились: 36 - Москва; 36 - Санкт-Петербург; 22 - Магнитогорск; 16 - Саранск, 15 - Екатеринбург, Нижний Новгород; 12 - Новочеркасск, 8 - Челябинск.

Направленность докладов: 6 - учебно-методические вопросы; 85 - теоретические вопросы; 179 - практическая направленность докладов. Представленные доклады опубликованы в двух томах ТРУДЫ VIII МЕЖДУНАРОДНОЙ (XIX ВСЕРОСИЙ-СКОЙ) КОНФЕРЕНЦИИ ПО АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ ЭЛЕКТРОПРИВОДУ АЭП-2014 (PROCEEDINGS OF THE VIII INTERNATIONAL (XIX ALL-RUSSIAN) CONFERENCE ON THE AUTOMATIC ELECTRIC DRIVE).

Из 730 авторов докладов 180 имеют научные степени, 420 - аспиранты и студенты, 130 - научные сотрудники и инженерно-технические работники.

Для сравнения с конференцией в г. Саранске, на Тульской конференции АЭП-2010 было 370 авторов докладов, а на Ивановской конференции АЭП-2012 -490.

Работа конференции проходила в форме публичных и стендовых докладов на Пленарном заседании и на 3 секциях:

1. Общие и теоретические вопросы автоматизированного электропривода.

2. Новые электроприводы, электродвигатели, преобразователи и устройства управления;

3. Актуальные вопросы автоматизированного электропривода в отраслях промышленности, энергетики, коммунальном хозяйстве.

В рамках конференции были также проведены:

- деловая встреча участников конференции с руководителями и специалистами ОАО «Электровыпрямитель»;

- молодежная научная школа, на которой перед студентами и аспирантами выступили иностранные ученые;

- круглый стол по теме «Образовательные технологии по направлению подготовки «Электроэнергетика и электротехника».

Проблемы и основные направления развития

На пленарное заседание конференции организаторы вынесли доклады ведущих российских ученых в области автоматизированного электропривода, раскрывших существующие проблемы и перспективные направления в своих областях исследований. Профессора Онищенко Г.Б. и Юньков М.Г. постарались раскрыть проблемы и перспективы развития Российского электропривода [1]. Основными проблемами выделены энергоэффективность создаваемых электроприводов и переподготовка инженерных кадров для обслуживания автоматизированных систем.

Генеральный директор ЗАО НПК «Электровыпрямитель» подчеркнул, что переход на полупроводниковые приборы нового поколения на основе карбида кремния позволит на порядок улучшить показатели силовой техники по напряжению, току, допустимой температуре и быстродействию [2].

В докладе ведущих специалистов ОАО «Электровыпрямитель» г. Саранск представлены основные конструктивные решения и особенности унифицированных силовых сборок, изготавливаемых для комплектации преобразовательной техники [3].

Ведущие специалисты в области конструирования электрических машин Беспалов В.Я., Кобелев А.С., Кругликов О.В. и Макаров Л.Н. представили новую серию электрических машин 7А'УЕ, имеющую высокий и высший классы энергэффективности [4]. Затронута проблема типоразмеров «идеальной» серии, содержащей различные классы энергоэффективности.

Ведущие ученые в области регулируемого микропроцессорного электропривода переменного тока Национального исследовательского университета МЭИ Анучин А.С., Алямкин Д.И., Козаченко В.Ф., Лашке-вич М.М. и Остритов В.Н. рассмотрели текущее состояние в области тягового привода городского транспорта в России, в московском метро и гибридной трансмиссии Ё-мобиля, предложена структура гибридного автобуса для города [5].

Ведущий научный сотрудник кафедры Автоматизированного электропривода «НИУ МЭИ» Балковой А.П. представил обзор мирового рынка сервоприводов, рассмотрены особенности нового поколения электрических машин, современных структур управления сервоприводами, пути высокоэффективного преобразования энергии в сервоприводе [6].

По результатам работы конференции было констатировано:

- автоматизированный электропривод является энергетической и интеллектуальной основой современного машинного производства. Развитие машиностроения, транспорта и ряда других отраслей и технологий невозможно без адекватного (а то и опережающего) развития техники электропривода;

- как основной потребитель электроэнергии электропривод является частью электроэнергетического комплекса, во многом определяя эффективность использования электроэнергии в машинном производстве и оказывая влияние на системы передачи и распределения электрической энергии;

- электропривод - это наукоемкая отрасль техники, его развитие базируется на последних достижениях фундаментальной науки; физики твердого тела, силовой электронике, микропроцессорной технике, электромеханике, теории автоматического управления и др.; создание электроприводов требует проведения теоретических и экспериментальных исследований, компьютерного моделирования;

- для электропривода характерны постоянное развитие, быстрая сменяемость поколений, генераций; короткие сроки морального устаревания;

- указанные особенности определяют необходимость достаточно высокой квалификации работников на всех стадиях жизненного цикла этой электротехнической продукции: разработки, производства, маркетинга и

эксплуатации.

По представленным докладам можно выделить современные и перспективные составляющие автоматизированного электропривода:

A. Электродвигатели:

- трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели с самовентиляцией (АДК);

- трехфазные асинхронные двигатели с фазным ротором в режиме синхронизированного асинхронного двигателя или машины двойного питания (АДФ, МДП);

- трехфазные синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДМ);

- трехфазные асинхронизированные вентильные двигатели (АВД);

- трехфазный вентильно-индукторный электропривод с независимым возбуждением для тяговых установок (ВИД);

- трехфазные асинхронные двигатели по системе двигатель - колесо в тяговых установках.

Б. Силовые преобразователи:

- устройства плавного пуска (УПП) на тиристорах до 6,3 кВ;

- двухуровневые инверторы напряжения (АИН) на 0,4 и 0,69 кВ;

- трехуровневые инверторы напряжения;

- неуправляемые выпрямители (НВ) с гасящими сопротивлениями;

- активные выпрямители (АВ) для питания автономных инверторов от сети;

- суперконденсаторы (ионные накопители) с активными выпрямителями для подпитки звена постоянного напряжения в режимах перегрузки (пуск) для тяговых автономных установок;

- преобразователи частоты на тиристорах (ПЧТ).

B. Элементная база силовых преобразователей:

- тиристоры с воздушным или водяным охлаждением;

- ЮВТ транзисторы на основе кремния с воздушным или водяным охлаждением;

- ЮВТ, JFET, MOSFET транзисторы на основе карбида кремния (улучшение характеристик по напряжению и частоте на порядок) с воздушным или водяным охлаждением.

Г. Системы регулирования:

- преобразователи частоты с асинхронными двигателями со скалярным регулированием;

- преобразователи частоты с асинхронными двигателями, с векторным датчиковым и бездатчиковым регулированием;

- преобразователи частоты с АД и прямым управлением момента;

- матричные преобразователи частоты;

- ПЧ с СД и ВД с векторным регулированием;

- наблюдатели состояния, адаптивные, комбинированные системы регулирования.

Д. Элементная база систем регулирования:

- специализированные микропроцессорные контроллеры (СМПК);

- программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) и СМПК.

Е. Датчики координат:

- датчики тока и напряжения с эффектом Холла;

- инкрементальные энкодеры;

- абсолютные энкодеры;

- резольверы (синус-косинусные датчики поворота).

Основные проблемы и задачи развития автоматизированного электропривода на современном этапе можно определить как следующие:

1. Повышение энергоэффективности машинного производства и энергосбережение средствами электропривода и технологичной автоматики.

2. Расширение области применения электропривода на сферу транспорта.

3. Повышение технических характеристик и конкурентоспособности отечественных преобразователей частоты для электропривода, в том числе высоковольтных на напряжение 6,0 и 10,0 кВ.

4. Развитие отечественного производства управляемых силовых полупроводниковых приборов и преобразователей электрической энергии на их основе, в том числе по программам импортозамещения.

5. Решение проблем совместимости полупроводниковых преобразователей с питающей сетью и нагрузкой.

6. Новый подход к проектированию электрических распределительных сетей с учетом массового использования полупроводниковых преобразователей.

7. Ускорение разработок, производства и использования энергосберегающих электродвигателей.

8. Развитие производства интегрированных конструкций машин, объединяющих технологическую машину, двигатель, редуктор, полупроводниковый преобразователь и микропроцессорные устройства управления.

9. Интеллектуализация электроприводов и технологических агрегатов в целом, обеспечивающая требуемое качество ведения технологических процессов, защиту и диагностику оборудования, автоматическую настройку и другие интеллектуальные функции.

10. Организационное и методологическое совершенствование подготовки специалистов с высшим образованием по профилям «Электропривод и автоматика», «Электромеханика и силовая полупроводниковая преобразовательная техника».

11. Организация эффективной системы повышения квалификации и переподготовки инженерного и технического состава специалистов, работающих в области автоматизированного электропривода, автоматики и силовой полупроводниковой преобразовательной техники.

Участники конференция отметили высокий научно-технический уровень представленных докладов и дискуссий, творческую активность участников, хорошую организацию проведения конференции со стороны руководства и сотрудников Национального исследовательского Мордовского государственного университета им. Н.П.Огарева и отдельно высказали слова благодарности Тутаеву Г.Н.

Для улучшения работы последующих конференций желательно в сборнике трудов иметь алфавитный перечень авторов докладов с указанием страниц их докладов. Дополнительно необходимо упростить процедуру расчета за участие в конференции. Почему нельзя брать деньги с физических лиц?

Список литературы

1. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Проблемы и перспективы развития электропривода // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. Саранск, 2014. С. 5-9.

2. Гейфман Е.М. Современное состояние и перспективы развития полупроводниковых приборов на основе карбида кремния // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. Саранск, 2014. С. 9-13.

3. Силовые полупроводниковые блоки компании ОАО «Электровыпрямитель» для мощных преобразователей электрической энергии / В.В. Елисеев, В.А. Мартыненко, В.Г. Мускатиньев, С.И. Толкачев, В.С. Алешин // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. Саранск. С. 1418.

4. Беспалов В.Я., Кобелев А.С., Макаров Л.Н. Новая высокоэффективная серия асинхронных двигателей 7АV, её модификации и специализированные исполнения // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. Саранск, 2014. С. 19-23.

5. Состояние и перспективы развития городского гибридного и электрического тягового электропривода в России / А.С. Анучин, Д.И. Алямкин, В.Ф. Козаченко, М.М. Лашке-вич, В.Н. Остритов // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. Саранск. С. 24-27.

6. Балковой А.П. Сервопривод: рынок и направление развития // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. Саранск, 2014. С. 28-32.

Information in English

Main Development Prospects of Automatic Electric Drive

Omelchenko E.Ya.

The proceedings of the VIII International (XIX All-Russian) conference on the automatic electric drive have been summarized by general and theoretical issues of the automatic electric drive, new drive systems, motors, converters, control devices, topical issues of automatic electric drive in the sectors of industry, energy, utilities, new educational technologies, training of engineers and scientists in the field of Energy and electronics.

Keywords: automatic electric drive, efficiency, reliability, performance, quality.

References

1. Onischenko G.B., Yunkov M.G. Problemy i perspektivy

razvitiya elektroprivoda [Issues and prospects of electric drive development]. Proceedings of the VIII International (XIX All-Russian) conference on the automatic electric drive AED -2014, Saransk, pp. 5-9.

2. Geifman E.M. Sovremennoe sostoyanie i perspektivy pazvitiya poluprovodnikovyh priborov na osnove karbida kremniya [Current state and prospects of semiconductor devices development on the basis of silicon carbide]. Proceedings of the VIII International (XIX All-Russian) conference on the automatic electric drive AED -2014, Saransk, pp. 9-13.

3. Eliseev V.V., Martynenko V.A., Muskatinyev V.G., Tolkachev S.I., Aleshin V.C. Silovye poluprovodnikovye bloki

OAO "Elektrovypryamitel" dlya moschnyh preobrazovatelei elektricheskoi energii [Power solid-state blocks of the OJSC "Rectifying Device" for powerful electric energy transducers]. Proceedings of the VIII International (XIX All-Russian) conference on the automatic electric drive AED -2014, Saransk, pp. 1418.

4. Bespalov V.Ya., Kobelev A.S., Makarov L.N. Novaya vysokoeffektivhaya seriya asinhronnyh dvigatelei 7av, eye modificatsii i spetsializirovannye ispolneniya [New line of highperformance induction7AV motors, their variants and customized versions]. Proceedings of the VIII International (XIX All-Russian) conference on the automatic electric drive AED -2014,

Saransk, pp. 19-23.

5. Anuchin A.S., Alyamkin D.I., Kozachenko V.F., Lashkevich M.M., Ostritov V.N. Sostoyanie i perspektivy razvitiya gorodskogo gibridnogo i elektricheskogo tyagovogo elektroprivoda v rossii [Current state and prospects of urban hybrid and traction electric drive development in Russia].// Proceedings of the VIII International (XIX All-Russian) conference on the automatic electric drive AED -2014, Saransk, pp. 24-27.

6. Balkovoi A.P. Servoprivod: rynok i napravlenie razvitiya [Servo drive: market and trends]. Proceedings of the VIII International (XIX All-Russian) conference on the automatic electric drive AED -2014, Saransk, pp. 28-32.