Введение к работе
Актуальность темы. Практически .псе отрасли промышленности, научно-технические центры, а также большинство современных хозяйственных структур имеют электроприемники, критичные к качеству и надежности электроснабжения. . '.
Широкая компьютеризация и создаьие автоматизированных систем управления технологическими процессами на базе ЭВМ и вычислительных комплексов, появление технологических процессов, нарушения- или отклонения в холе которых могут создать опасность для жизни и здоровья л.одей или привести к порче дорогостоящего оборудования и материалов, делают обеспечение бесперебойного снабжения ответственных потребителей электроэнергией повышенного качества одной из важнейших технических задач настоящего времени.
Бесперебойность снаОжеьия ответственных потребителей электрической энергией в современных условиях должка достигаться применением специальных систем гарантированного электроснабжения (СГЭ), обеспечивающих требуемое качество электроэнергии и исключающих перерывы питания, длительность которых превосходит допустимый нагрузкой уровень.
Существующие СГЭ в большинстве случаев имеют в своем составе серийные электрические маштак. Использование машин специального исполнения, предназначенных для работы в конкретных электромеханических системах, позволит значительно улучшить технические и маесогабаритные показатели СГЭ. В сгяви с этим проблема разработки таких машин является актуальной.
Имеющиеся в настоящее время методики автоматизированного расчета электрических машин переменного тока ориентированы в основном на серийно ьыпускаемые машины классического исполнения. Поэтому для успешного решения задачи по созданию специальных электрических машин для СГЭ необходимо разработать'алгоритмы и программы расчета этих машин, в которых будут учтены особенности конструкции, условия работы и взаимосвязь различных составляющих сложной электромеханической системы.
Рель работы. Целью диссертационной работы является создание математических моделей электромашинных преобразователей (ЗМП) в системе гарантированного электроснабжения, теоретическое и экспериментальное исследование статических и динамических режимов работы двухмашинных преобразователей энергии, выработка рекомен-
- A -даций по оптимальному проектированию преобразователей малой и средней мощности.
Задачи работы. В диссертации поставлены и решены следующие задачи:
уточнение технических требований к качеству электроэнергии, обеспечиваемому универсальными СГЭ;
выбор базовой конструктивной схемы преобразователя для резрабатыьаемого отрезка серии электромашинных агрегатов гаран- тированного питания;
создание алгоритмов и программ проектного расчета электрических машин, специально предназначенных для работы в составе ЭЫП:
разработка математической модели электромагнитных, электромеханических и тепловых процессов приводного двигателя для стационарных и нестационарных режимов работы;
разработка математической модели генератора в системе ЭЫП с учетом математического описания регулятора напряжения и нагрузки; **
создание алгоритмов и программ расчета электромеханических и тепловых процессов ЭМП в режимах пуска, нормальной работы на сагрузку и аварии в первичной сети;
экспериментальное исследование статических и динамических режимов работы преобразователей разрабатываемого стреэка серии и оценка параметров качества выходного напряжения;
экспериментальное исследование теплового состояния преобразователей, разработка мероприятий по снижению нагрева и совершенствованию систем вентиляции.
Методы исследования. В работе использованы аналитические, экспериментальные и численные методы исследований с применением ЭВМ. При разработке математических моделей применялась теория обобщенного электромеханического преобразователя энергии. Решение систем дифференциальных уравнений производилось методами Ру-нге-Кутта и Гира. При.расчете процесса пуска ЕШ был использован метод кусочно-линейной аппроксимации. Программы для ЭВМ нслисаны на алгоритмическом языке F0RTRAN-77. Экспериментальные исследования проводились на опытных и серийных образцах электрсмашгашых агрегатов гарантированного питания мощностью 7,5 и 15 кВт.
Научная новизна. Научная новизна проведенных исследований заключается в еледущем.-
разработана математическая модель сложной электромеханической системы, включающей в сеОя электрические маичнн, инерционные накопители энергии, регулятор выходного напряжения и нагрузку, позволяющая исследовать электромагнитные, электромеханические и тепловые процессы в стационарных и нестационарішх режимах работы; '-.. '
определены критерии для расчета приводных двигателей электромеханических систем с больвими маховыми массами;
определено влияние активных сопротивлений обмоток асинхронного двигателя (АД) заданных габаритов на максимальное значение температуры обмотки статора и найдено оптимальное соотношение этих параметров;
установлены оптимальные соотношения для плотности тока в обмотке статора АД для систем с инерционными накопителями;
предложено применять комбинированный метод расчета пуска ЗМП. согласно которому первый бросок тока и его загухание определяются с использованием схемы замещения АД для динамического режима, а' дальнейший расчет велзтся по статической характеристике методом кусочно-линейной аппроксимации;
исследовано влияние характера нагрузки ЭМП на время гарантированного электроснабжения потребителей в случае исчезновения напряжения в первичной сети;
разработана гидравлическая модель вентиляционной системы . двухмашинной установки продуваемого исполнения, с помощью которой намечены пути интенсификации охлавденм.
Практическая ценность. На основе проведенных в диссертационной работе исследований разработана обобщенная математическая модель электромашинного преобразователя энергии. Предложенная модель позволяет оценизд» работоспособность электрических машин в системе преобразователя и возможность обеспечения требуемых показателей качества выходного напряжения в нормальных и аварийных режимах, не прибегая к помогл эксперимента.
Использование разработанных пакетов прикладных программ позволяет ускорить выполнение проектных расчетов специальных электрических машин и повысить их точность, обеспечивает возможность решения задач оптимизации ЭМП непосредственно в заводских условиях, снижает объем экспериментальных исследований и сокращает сроки опытно-конструкторских разработок.
Предложенный комбинированный метод расчета пуска ЭШ обес-
печивэе? достаточно точний учет реального характера злек^ромаг-ниишх и тепловых процессов в приводном двигателе, дает хорошую сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований и существенно сокращает необходимое машинное время.
Проведеиные в работе исследования позволили выработать ре
комендации по проектированию ЭШ к приводных АД высокоинерцион
ных электромеханических систем.
Реализация результатов, По результатам работы на Вяземском-электротехническом заводе (ВЭТЗ) модернизирован агрегат гаранти-ронаинсго питания мощностью 7,5 кВт. налажено серийное производство новых агрегатов модностью 15 кВт, проведена эскизная проработка агрегата мощностью 30 кВт, разработанные пакеты прикладных программ внедрени е КБ ВЭТЗ, что подтверждено актами о внедрении. Агрегаты были использованы с составе системы электропитания гарантированного качества АСУ стартового комплекса разработки НПО-"Энергия" при подготовке и пуске МРКК "Энергия - Буран".
Результати исследований, выводы и рекомендации использованы на ВЭТЗ при разработке технических проектов, а такие на кафедре электромеханики Смоленского филиала МЭИ в учебном процессе.
Из защиту выносятся
базовая структурная схема и варианты конструїщии универсальных ЭШ;
алгоритмы и программные комплексы проектных расчетов приводного АД и бесконтактного синхронного генератора (СГ). учитывающие особенности конструкции и условия работы этих .машин в составе ЭШ!;'
математическая модель двухмашинного преобразователя энергии, позволяющая рассчитывать электромагнитные, электромехшшче-ские и тепловые процессы в режимах пуска и работы ЭШ на нагрузку; -;-.'
алгоритм и программный комплекс для расчета стационарных и нестационарных режимов работы ЭШ;
применение методигаГрасчета "пуска ЭШ, базирующейся на использовании статической характеристики электромагнитного момента приводного АД;
гидравлическая модель аксиальной системы вентиляции двухмашинного агрегата однокориусяого исполнения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы вокладнвались и обсуждались на Всесоюзных научно-технических се-
- 7 -минарах "Организация электроснабжения в условиях перерывов и значительных отклонений напряженка питающей сети" (г. Саранск, 1987 г.), "Организация электроснабжения ответственных потребителей" (г. Саранск, 1991 г.), V Всесоюзной кауч;;о-технической конференции "Динамические режимы работы электрических машин и.электроприводов" (г. Каунас, 1988 г.). II Всесоюзной корференцк -"Маховичные накопители энергии" (г. Житомир, 1069 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта" (г. Днепропетровск, 1990 г.), отраслевых научно-технических семинарах по вопросам развития систем гарантированного питания.(г. Краснодар, 1990-91 гг.), научно-практической конференции, посвященкш 30-летию С МЭИ (г. Смоленск, 1991 г.), заседании кафедры "Электро- механика" МЭИ (г. Москва, 1992 г.).
Публикации. По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 11 печатных работ и выполнено 3 научно-исследовательских отчета.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа объемом 148 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 110 найменований и приложения. Работа содержит 102 страницы машинописного текста, 42 рисунка. 11 таблиц.
