Введение к работе
Актуальность тепы. В последние годы «ирокое применение получают автономные системы электроснабжения, основными производителями электроэнергии которых являются дизель-генераторные установки (ДГИ) с синхронными генераторами (СГ). Вместе с тем, в связи с ростом требований к качеству вырабатываемой электроэнергии представляется перспективным в ЛГУ взамен традиционных СГ использовать автономные асинхронизированные генераторы (ААГ), что позволит: -перевести дизель в более оптимальный режим работы, т.е. повысит его моторесурс, уменьшит удельный расход топлива, существенно упростит конструкции регулятора ЛГУ;
-обеспечить более высокие динамические показатели, регулирование реактивной мощности и др.
Работа ААГ в ДҐУ характерна частыми внезапными изменениями нагрузки, частоты вращения и напряжения. Поэтому при разработке таких генераторов предъявляется целый ряд требований к их динамическим показателям (изменение напряжения -4U при сбросе и набросе нагрузки, время переходного процесса - -tB». ), а поскольку установка предназначена для автономной работы, то предъявляются месткие требования к массогабаритным и энергетическим показателям.
Общетеоретические вопросы функционирования асинхронизирован-ных генераторов рассмотрены в работах Яакаряна Ю.Г., Радина В.И., Загорского А.Е., Белоновского В.н.. Барского С.З., Еременко В.Г., Фиожкина Й.И. В работах Орлова А.В., Читечяна В.И. и их сотрудников теория асинхронизированных мавин рассмотрена применительно к автономным системам электроснабжения. В этих трудах описаны электромеханические процессы, имещие место в ААГ, исследованы вопросы статических и динамических режимов работы и управления системы, особенности протекания переходных процессов при векторном управлении, разработаны методики проектирования основного генератора и системы возбуждения ААГ. В то же время анализ массогабаритных и технико-экономических показателей, учет динамических показателей производится в отдельности для основного генератора и возбудителя, С другой, стороны комплексный подход к проектировании электрических мавнн (основного генератора и секционированного возбудителя) системы ЛАГ, с учетом наличия в цепи возбуждения основного генера-тора циклокоммутаторного преобразователя частоты, в целом, с точки зрения ее оптимального проектирования-отсутствует.
Система ААГ представляет из себя электромеханический комплекс, состояний из основного генератора (ГО) и системы возбуждения,
- 4 -обеспечивающей питание обмотки ротора ГО током, автоматически изменяющимся по амплитуде, фазе и частоте - по определенному закону. Система возбуядения вкличает циклокоммутаторный преобразователь частоты (ЦКП) и секционированный синхронный возбудитель (ССВ).
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка математической модели оптимизационного расчета системи ЯнГ, разработка рекомендаций по выбору основных размеров, а такие анализ ыассогабаритных и технико-экономических показателей электромашинкой части системы ЙОГ; определение способа учета динамических показателей на стадии проектирования.
Задачи исследования. Основные задачи, решаемые в настоящей работе, формулируится следующим образом:
І.Разработка математической модели, алгоритма и программы оптимизационного расчета электромашинной части ЙЙГ. 2.Составление методики проектирования электромашиной части ЙЙГ. 3.Исследование основных соотноиений иекду динамическими показателями, параметрами, основными размерами, а такае массой ГО и ССВ. 4.Разработка рекомендаций по выбору основных размеров ГО и ССВ. 5.Расчетные исследования массогабаритных показателей электрических машин системы (Ж. 6.Проведение экспериментальных исследований с целью проверки дос товерности основных полоаений работы, рекомендаций и методики. Основные методы исследования. Для решения указанных задач использовались различные методы исследования. Математическая модель ГО и ССВ построена с использованием метода синтеза и метода исключения. Оптимизация системы ЙОГ по иассогабаритным показателям производилась с использованием модифицированного метода Хука-Дяивса. Вывод аналитических соотношений, характеризующих взаимосвязь различного рода показателей и параметров ГО и ССВ, осуществляется на основе факторного анализа. Для проверки выявленных зависимостей применялся эксперимент на цифровой модели системы ЙОГ. Научная новизна. Разработана математическая модель оптимизационного расчета электромашинной части системы ЙЙГ. Определены основные зависимости ме8ду динамическими показателями, параметрами, размерами, массой, энергетическими показателями ГО и ССВ. Предло-аен подход к решению задач оптимизации системы ЙЙГ при заданных технических характеристиках. Разработаны рекомендации по выбору основных размеров ГО и ССВ.
Практическая ценность и внедрение. Предложенная программа расчета, а такке математическая модель оптимизационного расчета сие-
- 5 -теми ААГ могут использоваться при проведении НИР и ОКР по создании систем ПЛГ. Полученные основные зависимости, расчетно-аиали-тическне соотношения между динамическими показателями, параметрами, размерами и массой ГО и ССВ позволяют обоснованно подойти к выбору пределов варьируемых величин, допустимих значений ограничений при проектировании ряда систем ПнГ и их оптимизации, а тато ногут использоваться при составлении технических заданий. Результаты анализа динамических показателей позволяют производить учет этих показателей ече на стадии проектирования.
Результаты диссертационной работы использованы Санкт-Петербургским внсвим военный инженерно-строительным училищем имени генерала %рмии Й.Н, Комаровского н Баранчинскиы электротехническим заподои при изготовлении опытно-проыыяленного образца ГО и ССВ для системы ЙЙГ мощностью 160кВт,.а такае ПО "Звезда", ПО "Армэлектромаа" а подготовке опытно-проытленного образца ЙЯГ ыояностыа 50кВт.
Автор защищает: І.Иатематическуи модель, алгоритм н программу оптимизационного расчета ГО и ССВ системы ААГ. 2.Основные взаимосвязи между динамическими показателями, параметрами, основными размерами с массогабаритными и технико-экономическими показателями ГО и ССВ. 3.Анализ ыассогабаритннх показателей электрических маиин системы
ПАГ. 4.Рекомендации по выбору основных размеров н ограничений при заданных технических характеристиках. Йппробациа работы. Диссертационная работа в полном объеме рассматривалась на кафедре "Электромеханика" Государственного инженерного университета Армении (г.Ереван, 1992г,), в Санкт-Петербургском высяеы военном инженерно-строительном училище (г.Санкт-Петербург. 1992г.).
Уатериалы диссертации докладывались на научно-технических конференциях ЕрПИ (г.Ереван, 1986-19В8Г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заклвчения, 3 приложений, списка литературы. Она содержит 150 стр.,в том числе 25 рис. на 24 стр., 10 стр, списка литературы из 92 наименований. По теме диссертации опубликовано 5.научных трудов.
