Применение частотно-регулируемого асинхронного двигателя для электропривода подъема экскаватора-драглайна

Целью исследования является повышение эффективности приводов экскаватора-драглайна на горнодобывающих предприятиях, снижение затрат на выемку и перевалку горной массы и уменьшение энергетических затрат. В качестве способа повышения эффективности предлагается заменить электропривод постоянного тока на частотно-регулируемый асинхронный электропривод с прямым управлением моментом. Основным инструментом исследования является разработанная математическая модель асинхронного частотно-управляемого электропривода, позволяющая рассмотреть переходные процессы асинхронных двигателей и подъемного механизма экскаватора, изменение скорости вращения двигателя при отработке технологического цикла, изменение крутящего момента двигателя и усилий в подъемных канатах. В работе подробно описана процедура разработки такой модели с использованием библиотек Matlab/Simulink и SimPowerSystem. Методы исследования основаны на современной теории электропривода, теории управления и методах математического моделирования. Авторы предлагают использовать метод частотного регулирования с прямым управлением моментом и рекомендуют его реализацию – алгоритмическую и техническую. Использование частотно-регулируемого привода с асинхронным двигателем позволяет более точно отрабатывать технологическую программу работы, существенно снизить затраты на разработку грунта и отгрузку горной массы в карьерах, уменьшить энергопотребление, снизить износ основных узлов. Практические результаты исследования заключаются в следующем: разработана математическая модель частотно-регулируемого привода подъема экскаватора-драглайна, опробован алгоритм отработки технологического цикла. Сделаны предложения по выбору отечественного оборудования для частотно-регулируемого привода.

Дмитриева В. В., Аринич А. Э., Сизин П. Е. Применение частотно-регулируемого асинхронного двигателя для электропривода подъема экскаватора-драглайна // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 3. – С. 81–96. DOI:10.25018/0236_1493_2026_3_0_81.

Дмитриева Валерия Валерьевна¹ — канд. техн. наук, доцент, доцент, e-mail: dm-valeriya@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-8740-9380,
Аринич Александр Эдуардович¹ — магистрант, e-mail: arinicsasa726@gmail.com, ORCID ID: 0009-0001-0803-6046,
Сизин Павел Евгеньевич — канд. физ.-мат. наук, доцент, НИТУ МИСИС, e-mail: mstranger@list.ru, ORCID ID: 0000-0001-8156-4972.2,
¹ Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина. 

Сизин П.Е., e-mail: mstranger@list.ru.

1. Enache S., Enache M.-A., Vlad I. Considerations regarding the middle power asynchronous motors for railway electrical traction // MDPI Energies. 2024, vol. 17, no. 17, article 4327. DOI: 10.3390/en17174327.

2. Ravikumar Lakkana, Somesh Bhambi Overview of line excavator (dragline) role in optimization of production in surface mines // International Journal of Technology and Engineering (URTE). 2025, vol. 14, no. 2, pp. 23—31. DOI: 10.35940/ijrte.B8279.14020725.

3. Певзнер Л. Д., Киселев Н. А. Система автоматического управления шагающим драглайном // Горные науки и технологии. — 2022. — № 7(1). — С. 57—65. DOI: 10.17073/2500-0632-2022-1-57-65.

4. Xinjian Zhou, Jinzhen Fan, Yunoing Chang Comparative analytical study of asynchronous motor control methods for straddle mounted monorail vehicle test stands // Journal of Physics Conference Series. 2025, vol. 3034, no. 1, article 012086. DOI: 10.1088/1742-6596/3004/1/012086. 

5. Григорьев А. В. Обзор вариантов прямого управления моментом асинхронных электродвигателей (часть 1) // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2012. — № 2 (90). — C. 53—58.

6. Григорьев А. В. Обзор вариантов прямого управления моментом асинхронных электродвигателей (часть 2) // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2012. — № 3 (91). — C. 136—138.

7. Васильев Б. Ю., Козярук А. Е. Повышение эффективности асинхронных электроприводов с прямым управлением моментом // Электромеханические системы. — 2013. — Т. 13. — № 2. — С. 75—82.

8. Hitendra Kumar Singh, Anil Kumar, Munendra Kumar Overview of direct torque control (DTC) techique to improve dynamic performance in induction motor drives // Journal of Indian Institute for Engineering, Management and Science. 2025, vol. 4, pp. 32—36.

9. Дзюин Д. В., Дмитриева В. В. Система частотно-регулируемого многодвигательного электропривода шахтного ленточного конвейера с прямым управлением моментом // Горное оборудование и электромеханика. — 2025. — № 3 (179). — C. 3—13. DOI: 10.26730/1816-4528-2025-3-3-13.

10. Thi Thuy Nguyen Research and simulating electric drive system of EKG-10 excavator by matlab simulink software // International Journal on Advanced Science Engineering and Information. 2022, vol. 12, no. 1, article 187. DOI: 10.18517/ijaseit.12.1.14417.

11. Jun Rong, Yuejiao Ding, Xi Chen, Li Wan, Yiming Li Modeling and simulation of voltage frequency ratio control system for asynchronous motor / Proceedings of the 2012 2nd International Conference on Computer and Information Application (ICCIA 2012). 2012, pp. 993—996. DOI: 10.2991/iccia.2012.243.

12. Guanghui Ma Design and simulation of a three-phase asynchronous motor control system for civil aircraft // Journal of Physics Conference Series. 2025, vol. 3033, no. 1, article 012022. DOI: 10.1088/1742-6596/3033/1/012022.

13. Ankit Kumar Jain, Gutta Krishna Chaitanya, Vaddi Ajay Kumar Modeling and simulation of frequency converter used in speed control of asynchronous motor // International Journal of Scientific and Research Publications. 2013, vol. 3, no. 4, pp. 1—6.

14. Певзнер Л. Д., Сулейменов Т. О., Югай И. П. Автоматизированная система нечеткого правления движением ковша драглайна // Горное оборудование и электромеханика. — 2010. — № 8. — C. 23—28.

15. Данилова М. Г., Серов М. Ю., Богадевич Д. И., Черемных И. С., Князев И. С. Моделирование системы прямого управления моментом асинхронного двигателя с регулятором на основе нечеткой логики в Simulink // Инженерный вестник Дона. — 2017. — № 2. — C. 83. 

16. Щелков П. Ю. Имитационная модель сетевой системы управления электрооборудованием мощного шагающего экскаватора-драглайна // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014. — № 2. — С. 137—147.

17. Дунаев М. П., Довудов С. У. Моделирование системы управления электроприводом шагающего экскаватора // Информационные и математические технологии в науке и управлении. — 2023. — № 3(31). — С. 117—123. DOI: 10.25729/ESI.2023.31.3.011.

18. Дунаев М. П., Довудов С. У. Моделирование подсистемы управления механизмом подъема ковша шагающего экскаватора // Информационные и математические технологии в науке и управлении. — 2024. — № 4(36). — С. 57—64. DOI: 10.25729/ESI.2024.36.4.006.

19. Сорокин А. В. Моделирование системы управления электроприводом подъема экскаватора ЭШ 20.90 при работе в тяжелых горнотехнических условиях // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых. — 2019. — Т. 42. — № 2. — С. 185—193. DOI: 10.21285/2541-9455-2019-42-2-185-193.

20. Сорокин А. В., Иов И. А., Леоненко А. С. Исследование системы управления электроприводом тяги экскаватора ЭШ 20.90 при работе в тяжелых горнотехнических условиях // Вестник Иркутского государственного технического университета. — 2015. — № 7 (102). — С. 91—96.