Лекарство для электричества

Без электричества цивилизованная жизнь человеческая практически невозможна. Это объективная данность, неоспоримая почти 150 лет. А электромеханическая система (ЭМС) в промышленности, по сути, живой организм, где ток — кровь, а сердце — электродвигатель. Сегодня каждый знает: болезни сердца гораздо более распространены и опасны, чем прочие. Значит, к сердцу электропривода должно быть особое внимание и лечение, основанное на качественном и точном диагнозе.

По делам и честь

В «премиальную историю» Национального горного университета, старейшего вуза Приднепровья, внесена еще одна славная запись. К многочисленным Ленинским, Государственным, Совминовским премиям и прочим престижным наградам за реальные научно-технические успехи добавилась еще одна — ежегодная премия Президента Украины для молодых ученых за 2007 год. За научно-производственные инновационные работы по электромеханике агрегатов для горно-металлургического комплекса ее удостоились кандидат технических наук Александр Балахонцев и Сергей Худолей, ассистенты кафедры «Электропривод» НГУ, а также аспирант университета Евгений Худой. Теоретические и прикладные изыскания молодых днепропетровских ученых вылились в работу под сухим и конкретным названием «Научные подходы и инженерные методы диагностики электромеханических систем промышленных механизмов».

Безусловно, такие высокие награды просто так, «по знакомству», не присуждаются. Тем более что двумя годами ранее Госпремия страны в области науки и техники была присуждена авторскому коллективу учебника «Переходные процессы в системах электропотребления», созданного под руководством ректора НГУ, академика НАНУ, профессора, доктора технических наук Геннадия Пивняка. Если учесть, что и маститые лауреаты-2005, и молодые обладатели премии-2007 принадлежат к приднепровской научно-технической школе горных инженеров-электромехаников, напрашивается логичный вывод: премированный учебник своих наставников молодые ученые кафедры «Электропривод» НГУ усвоили очень хорошо. Более того, изложенную в нем теорию эксплуатации электромеханических систем дополнили, расширили и эффективно использовали на практике: отремонтировали сложные электроагрегаты, создали новые диагностические программы и оригинальные приборы. Конечно же, все это делалось в тесном сотрудничестве с производственными предприятиями ГМК Днепропетровска, Никополя, Запорожья, а также с донецкими учеными.

Профессор, доктор технических наук, академик Академии горных наук Украины Борис Грядущий (Донецкий НИИГМ) подчеркивает: «Опыт работы НГУ, ДонУГИ и НИИГМ им. Федорова в области энергообследования шахт показал, что реальные практические шаги по реализации рекомендаций энергоаудиторов делаются только в тех случаях, когда предлагаются достаточно простые и понятные мероприятия, практически не требующие капитальных затрат, хорошо знакомые эксплуатационному персоналу. Ясно, что важным фактором экономии электроэнергии в ГМК, особенно на шахтах и ЦОФ, является правильная организация учета, контроля и регулирования режимов электропотребления, внедрение на предприятиях отрасли автоматизированных систем управления топливно-энергетическими ресурсами, создание технических средств, обеспечивающих контроль расхода электроэнергии и энергетических характеристик процессов и установок. Именно на эти цели направлены современные НИОКР наших молодых и опытных коллег из Национального горного университета».

Диагностика системы — дело тонкое

Герой американского экшн-фильма «Идентификация Борна», полузомбированный суперагент, пытается «идентифицировать» себя в этом мире, разобраться в вечных координатах добра и зла, целей и средств. Аналогия кажется странной лишь на первый взгляд, ведь, если отбросить моральный аспект, все это можно отнести и к существующим ЭМС: какова цель их применения, как с определенными затратами достичь позитивных целей в индустриальном развитии?

Рассказывает проректор по научной работе НГУ, профессор, доктор технических наук Александр Бешта: «Ведущие фирмы-производители ЭП и ЭМС изготавливают как системы питания, так и двигатели к ним. В этом случае проблема идентификации снимается с повестки дня, так как идентифицируемые параметры практически соответствуют заложенным в память. Если же идентифицируемые параметры двигателя слишком отличаются от базовых, это приводит к расчетным ошибкам, и, как следствие, преобразователь «не видит» двигателя. Проблемным является и несоответствие средств контроля состояния двигателя в преобразователе предусмотренным для этого возможностям самого двигателя».

Эксплуатационникам оборудования горно-металлургического комплекса известно: электропривод — наибольший потребитель электроэнергии в промышленности, а в ГМК особенно, так как свыше 70% тока, производимого в Украине, приводом и потребляется. Эффективность управления, надежность системы привода и ее энергетические особенности существенно влияют на технико-экономические показатели производства в целом. Поэтому поиск новых направлений энерго- и ресурсосбережения способами ЭП является очень перспективным путем НИОКР горных инженеров-электромехаников.

Академик Григорий Пивняк сформулировал ряд проблем, связанных с эксплуатацией электроприводов. Первая связана с установленной мощностью двигателя, так как большинство ЭД имеют завышенную мощность. Коэффициент использования двигателей составляет от 30 до 60%. В этом случае КПД электропривода уменьшается по сравнению с номинальным на 2—6%, коэффициент мощности снижается на 20—30%. Вторая проблема — несоответствие параметров системы регулируемого питания и самого двигателя. И третья — несоответствие законов управления требованиям технологического процесса. Законы управления электроприводом следует определять с учетом всех требований к электроприводу, а для этого необходимо правильно их сформулировать. Неправильно сформулированные требования приводят к неверному выбору законов управления. В свою очередь, неправильно выбранный закон управления приводит к повышенным эксплуатационным затратам, а в некоторых случаях — и к отказам оборудования.

Насколько успешно удается решать эти и другие проблемы молодым ученым НГУ, свидетельствует мнение коллег и научных партнеров приднепровских горняков из Эсслингенского университета прикладных наук (ФРГ) докторов Н.Нойбергера и Е.Нолле: «Существующие системы идентификации ЭМС переменного и постоянного тока сориентированы на пакетный режим работы, то есть когда электродвигатель исследуется в лабораторных условиях или есть возможность провести его тестирование. Эти системы отличаются от традиционных большей точностью и скоростью определения параметров, позволяют избежать нагрузки испытательных ЭД. Однако имеется проблема изменения параметров ЭМС в рабочем режиме. На кафедре «Электропривод» разработаны методы, которые используют принципиально новые научно-технические подходы диагностики и ремонта, а уровень электромеханических НИОКР высок и вполне конкурентоспособен на мировом электротехническом рынке. Поэтому работы ученых-электромехаников НГУ очень актуальны для решения таких важных технических вопросов. Мы планируем применять их на металлургических предприятиях и электротехнических фирмах в ФРГ».

Из лаборатории — в цех

За сухими рецензиями экспертов нетрудно разглядеть практическую важность разработанных методов. Руководитель работы профессор Александр Бешта рассказывает: «Одним из примеров успешного внедрения методов идентификации параметров и координат электромеханических систем является диагностика состояния радиально-ковочной машины (РКМ), проведенная авторами в кузнечном цехе ОАО «Днепроспецсталь». На главном приводе РКМ участились аварийные выходы из строя электродвигателей ЭП с поломкой и скручиванием их валов. Проведенный комплекс технических мероприятий (ревизия мехчасти) причин аварий не устранил, и они продолжались. Для определения конкретных причин ученые НГУ провели комплекс работ с применением разработанных методов электромеханической диагностики главного привода РКМ. В результате установлены причины аварий, после выполнения выданных рекомендаций проблема была успешно решена, принеся существенный экономический эффект».

Сейчас разработки молодых ученых применяются на известных предприятиях Украины: ООО «ПО «Индустриал-Сервис» (г. Днепропетровск) и ООО НПП «Центр электромеханической диагностики» (ЦЭД, г. Никополь). Тесное сотрудничество ученых и практиков позволило внедрить новые и оригинальные методы идентификации параметров ЭП и ЭД на базе компьютерного комплекса для диагностики электрических машин (КДЭМ), расширить спектр услуг и улучшить качество диагностики состояния электромеханических систем. Благодаря взаимовыгодному партнерству с НГУ в НПП «ЦЭД» проводится успешная диагностика электромеханических систем, расследование нештатных ситуаций и аварий в системах электроприводов на меткомбинатах и шахтах, устранение их причин, высококачественный ремонт. На этом предприятии изготовлено новое диагностическое оборудование — индивидуальная система автоматического регулирования коммутации (САР-коммутация). Совместно с молодыми лауреатами из НГУ создан и применяется новый экспериментальный мобильно-переносной образец системы диагностики. Прибор размером со стандартно-популярный «атташе-кейс» пока не имеет аналогов в Украине…