Results of research into interharmonics of traction electric drive systems for mining transport machines
A.N. Nazarychev, T.E. Minakova, M.V. Popov
Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russian Federation
Russian Mining Industry №1S / 2025 p. 68-72
Abstract: An induction motor in conjunction with a frequency converter is the most common design of the electric drive for mining transport machines, as well as a source of interharmonics, which are usually considered only in terms of electric power quality and subsequent problems they create for the equipment. The paper addresses the use of interharmonics as an identification sign of a successful start-up of the induction motor that is used as a power drive for various types of mining transport equipment. The paper (1) describes the causes of interharmonic components in the current and voltage spectrum, investigates the start-up of a mine hoist motor and a three-phase short circuit in the motor's stator windings, (2) analyzes the obtained current spectra using Fast Fourier Transform, and (3) confirms the presence of interharmonics in the motor inrush current while identifying their source.
Keywords: mine hoist, current-voltage characteristic, nonlinear current-voltage characteristic, higher harmonics, interharmonics, electric power quality, frequency-controlled electric drive, frequency converter
For citation: Nazarychev A.N., Minakova T.E., Popov M.V. Results of research into interharmonics of traction electric drive systems for mining transport machines. Russian Mining Industry. 2025;(1S):68–72. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-1S-68-72
Article info
Received: 29.12.2024
Revised: 06.02.2025
Accepted: 07.02.2025
Information about the authors
Alexander N. Nazarychev – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Electric Power and Electromechanics, Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russian Federation, Saint Petersburg, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0001-6223-4150; e-mail: nazarychev_an@pers.spmi.ru
Tatyana E. Minakova – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Electric Power and Electromechanics, Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russian Federation, Saint Petersburg, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0001-5776-1917; e-mail: t.e.minakova@mail.ru,
Mark V. Popov – Postgraduate Student, Department of Electric Power and Electromechanics, Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russian Federation, Saint Petersburg, Russian Federation; e-mail: popov.mark.viktorovich@yandex.ru
Authors’ contribution
A.N. Nazarychev – scientific guidance; justification of the concept; formulation of conclusions; approval of the final version of the paper.
T.E. Minakova – collection and systematization of data; data visualization; collection of literature data; formal analysis.
M.V. Popov – analysis and summarization of literature data; writing the original text; working with graphic material; editing and design of the paper.
References
1. Черепанов В.А., Журавлев А.Г., Глебов И.А., Чендырев М.А. Обзор транспорта с электропитанием в фокусе развития горнодобывающих предприятий. Проблемы недропользования. 2019;(1):33–49. Режим доступа: https://trud.igduran.ru/index.php/psu/article/view/388 (дата обращения: 25.10.2024). Cherepanov V.A., Zhuravlev A.G., Glebov I.A., Chendyrev M.A. Overview of transport with rower supply in focus of mining industry development. Problems of Subsoil Use. 2019;(1):33–49. (In Russ.) Available at: https://trud.igduran.ru/index.php/psu/article/view/388 (accessed: 25.10.2024).
2. Safiullin R., Tian H. Method of effective implementation of intelligent hardware complexes in the management of passenger transportation processes within urban agglomerations. The Open Transportation Journal. 2024;18(1):e26671212272101. https://doi.org/10.2174/0126671212272101231128060918
3. Safiullin R., Efremova V., Ivanov B. The method of multi-criteria evaluation of the effectiveness of the integrated control system of a highly automated vehicle. The Open Transportation Journal. 2024;18:e18744478309909. https://doi.org/10.2174/0118744478309909240807051315
4. Максаров В.В., Минин А.О., Васильков Д.В. Применение высокочастотного волнового воздействия для технологического обеспечения качества расточных поверхностей изделий из коррозионностойких алюминиевых сплавов. Цветные металлы. 2025;(1):76–83. https://doi.org/10.17580/tsm.2025.01.11 Maksarov V.V., Minin А.О., Vasilkov D.V. The use of high-frequency wave action for technological quality assurance of boring surfaces of products made of corrosion-resistant aluminum alloys. Tsvetnye Metally. 2025;(1):76–83. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/tsm.2025.01.11
5. Абрамов Б.И., Иванов А.Г., Шиленков В.А., Кузьмин И.К., Шевырев Ю.В. Электропривод современных шахтных подъёмных машин. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(5-2):145–162. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_52_0_145 Abramov B.I., Ivanov A.G., Shilenkov V.A., Kuzmin I.K., Shevyrev Yu.V. Electric drive of modern mining machines. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(5-2):145–162. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_52_0_145
6. Vemulapati U., Johannesson D., Wikström T., Stiasny T., Corvace C., Winter C. High-Voltage (8.5 kV) Asymmetric IGCT for MVD and HVDC Applications. In: 2023 11th International Conference on Power Electronics and ECCE Asia (ICPE 2023 - ECCE Asia), Jeju Island, 22–25 May 2023. IEEE; 2023, pp. 1189–1194. https://doi.org/10.23919/ICPE2023-ECCEAsia54778.2023.10213487.
7. Han L., Liang L., Kang Y., Qiu Y. A review of SiC IGBT: Models, fabrications, characteristics, and applications. IEEE Transactions on Power Electronics. 2021;36(2):2080–2093. https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.3005940
8. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат; 2000. 331 с
9. Карчина Е.И., Иванова М.В., Волохина А.Т., Глебова Е.В., Вихров А.Е. Усовершенствование процедуры групповой экспертной оценки при анализе профессиональных рисков на предприятиях ТЭК. Записки Горного института. 2024;270:994–1003. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16336 (дата обращения: 25.10.2024). Karchina E.I., Ivanova M.V., Volokhina А.T., Glebova E.V., Vikhrov A.E. Improving the procedure for group expert assessment in the analysis of professional risks in fuel and energy companies. Journal of Mining Institute. 2024;270:994–1003. Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16336 (accessed: 25.10.2024).
10. Минакова Т.Е., Маларев В.И., Коржев А.А. Метод распознавания режимов работы асинхронных электродвигателей горных производств по субгармоническим параметрам. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(11):96–108. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_11_0_96 Minakova T. E., Malarev V. I., Korzhev A. A. Method to identify operating regimes of asynchronous drivers by subharmonic parameters in mining. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(11):96–108. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_11_0_96
11. Вынгра А.В. Исследование интеграции активного фильтра в цепи питания электропривода с изменяющимся моментом. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023;(11):406–409. Vyngra A.V. Study of the integration of an active filter in the power circuit of an electric drive with variable torque. Izvestiya Tulskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Tekhnicheskie Nauki. 2023;(11):406–409. (In Russ.)
12. Litvinenko V., Bowbrick I., Naumov I., Zaitseva Z. Global guidelines and requirements for professional competencies of natural resource extraction engineers: Implications for ESG principles and sustainable development goals. Journal of Cleaner Production. 2022;338:130530. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.130530
13. Сериков В.А., Костин В.Н., Сычев Ю.А., Хайдар С. Метод оценки качества электроэнергии в системах электроснабжения горных предприятий с мощными высоковольтными частотнорегулируемыми электроприводами. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024;(12):162–177. Serikov V.A., Kostin V.N., Sychev Yu.A., Haidar S. Evaluation method of power quality in mine supply systems with highpowered high-voltage variable frequency drives. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2024;(12):162–177. (In Russ.)
14. Соснина Е.Н., Асабин А.А., Бедретдинов Р.Ш., Крюков Е.В., Гусев Д.А. Тиристорное вольтодобавочное устройство для снижения колебаний напряжения в системах электроснабжения горно-рудных предприятий. Записки Горного института. 2025. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16450 (дата обращения: 25.10.2024). Sosnina E.N., Asabin A.A., Bedretdinov R.S., Kryukov E.V., Gusev D.A. Thyristor booster device for voltage fluctuation reduction in power supply systems of ore mining enterprises. Journal of Mining Institute. 2025. Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16450 (accessed: 25.10.2024).
15. Завьялов В.М., Семыкина И.Ю., Дубков Е.А., Велиляев А.С. Система беспроводного заряда аккумуляторов для рудничного электровоза. Записки Горного института. 2023;261:428–442. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16188 (дата обращения: 25.10.2024). Zavyalov V.M., Semykina I.Y., Dubkov E.A., Velilyaev A.- han S. The wireless charging system for mining electric locomotives. Journal of Mining Institute. 2023;261:428–442. Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16188 (accessed: 25.10.2024).
16. Николаев А.В., Фёт Ш., Кычкин А.В. Использование кибернетического подхода к ценозависимому управлению спросом на потребляемую подземным горно-добывающим предприятием электроэнергию. Записки Горного института. 2023;261:403–414. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.33 Nikolaev A.V., Vöth S., Kychkin A.V. Application of the cybernetic approach to price-dependent demand response for underground mining enterprise electricity consumption. Journal of Mining Institute. 2023;261:403–414. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.33
17. Babaei Z., Samet H. Optimized time varying parameters of the power balance equation model for electric arc furnaces. IET Generation, Transmission & Distribution. 2024;18(4):779–792. https://doi.org/10.1049/gtd2.13113
18. Fatemi S.S., Samet H. Optimal placement and coordination of the protection devices simultaneous with optimal allocation of the DGs. IET Generation, Transmission & Distribution. 2023;17(18);4119–4133. https://doi.org/10.1049/gtd2.12970
19. Клюев Р.В., Моргоева А.Д., Гаврина О.А., Босиков И.И., Моргоев И.Д. Прогнозирование планового потребления электроэнергии для объединенной энергосистемы с помощью машинного обучения. Записки Горного института. 2023;261:392–402. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16185 (дата обращения: 25.10.2024). Klyuev R.V., Morgoeva A.D., Gavrina O.A., Bosikov I.I., Morgoev I.D. Forecasting planned electricity consumption for the united power system using machine learning. Journal of Mining Institute. 2023;261:392–402. Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16185 (accessed: 25.10.2024).
