Введение к работе
.._ ~
Актуальность работы. В настоящее время электромеханические инерционные накопители энергии находят широкое и все возрастающее применение в технике и промышленной технологии. Они применяются для аварийного обеспечения электроэноргкой ответственных потребителей, в частности, вычислитольпиг цзнтров, летательных аппаратов, аэропортов и медицинских учреждения. Кроме того, подобные накопители энергии находят прниопопио в электросистемах с явковирачвшшм импульсным характером злоісгропотребления для покрытия пиковых нагрузок.
Накопление энергии в электромеханическом накопитэлв происходит в роторах-маховиках. Разгон ротора-маховика и его торможение осуществляется при помощи электрической машины. Для получения высокой эффективности преобразования энергии и повьшения надежности агрегата в электромеханических накопителях энергии применяют бесконтактные электрические машины, работающие через вентильный преобразователь. Одним из часто используемых вариантов бесконтактно?, электрической машины является синхронная машина с когтеобразным ротором.
Таїсію машины обладают рядом существенных качеств: способностью нормального функционирования э условиях повышенных температур и пониженных давлений окружающая среды, в вакууме, при больших динамических шрогрузках, в присутствии химически активных и взрывоопасных тащоств.
Разработка электрических машин для накопитолой энергии, поиск методик опроделения их основных параметров и расчета рабочих характеристик являются важной и актуальной задачей и сопряямпы с решением полого комплекса проблем: учет переменной частоты вращения, исследование машины в совокупности с выпрямителем и нагрузкой как единой энергетической системы, обеспечение непродолжительного временя расчета при достаточно высокой точности.
Сущзствущке методики подобных расчетов характеризуются невысокой точностью и, как правило, рассчитаны на узкий класс машин. Они не позволяют также рассматривать совместную работу машины с сетью конечной мощности. Новые же разработки.
- * -
гарзятнрутак» высокую точность результатов, тробупг бшгыгах усилие по своему пркизкеша и трзлсйєдив к конкрзтноиу т ту олэктричоскоя магганы, а такаэ значительных затрат кавшшого времени.
Цэдь работы заклачавтся в исследовании ' здоктри<г<эской ишкны как узла злектромеханичоского накопителя энергии, создании математической нодоли и разработке методики определения о внутренних параметров и основных робочих характеристик с учетом ее совкостпой работы с вентильнык преобразователем и с учетоа перемекяоа частоты врзэддия маховика.
Для доепкания поставленной шли в работе рошны слад/хдаэ задачи:
выбор конструкции электрической машины в соотазтетани с требованиями, накладываемыми' условиями и режимами работы агрогата, а такш с требованиями к качеству выходной электроэнергии»
разработка математической кодели совмэстно рзботаюцнх электрическое машины, выпрямительного преобразователя и нагрузки при горошнноа скорости врадаяия>
учет влияния вихревых токов, возншеащих в массивных полюсах, на магнитное шле машинні
опенка теплового состояния электрической иазиш в стационарных и нестационарных режимах работы)
создание алгоритма реализации на ЭВД разработанноа математическое модели и созданиэ пакета прикладных програші
проверка адекватности математической нодели реальному объекту на основе комплексных теоретичесішх и экспериюнтальных исследованиа опытного образца.
Метода исследования. При выполнении работы использовались методы математического и физического моделирования. Для модешфоваяия калштного поля использован универсальный метод электромагнитного расчета. Исследованиа пароходных процессов произведено численными методами на ГОШ. Адекватность разработанной модели реальному объекту проверена при экспериментальном исследовании работы опытного образца ваїлкшгаго генератора. Достоверность методов исследования подгворждаэтея хорошей согласованностью результатов
- г -
гкспорккзнталышх исследования с полученными теорэтичоатаз*
'расчетами. - —
К зашито представлены слолтоаиа полоявдия:
математическая иодоль элзктройвханичоского
прзобразовяния энергии в система синхрошша генератор -гантилыша преобразователь - нагрузкаї
- алгоритм расчета элзктрогяэханичвеких процессов в этоа
систека при перэменпоя скорости вращения маховика»
способ кардинального сокращения времени расчета переходных прошссов путем разделения во врегяжн чнедшого интегрирования систоиы дифференциальных уравнения я расчета кавдого квазиустаяовившэгося состояния магнитно» цапиі
- расчетная математическая модель электромеханического
преобразователя энергии, реализованная на ЭВМ в вида паїгата
прикладных программ.
1. Разработана математическая модель электромеханического
преобразователя энергии, включающая уравнения злнггричоскоа кажташ, вентильпого прэооразевэтеля и нагрузки в терминах мгновенных значений.
2. D математической модели учтена пэрэковная скорость
врзвония маховика и порэходнью процессы, обусловлэннш
коммутацией вектагаа, а таю» рзальвое насыщение частей
магнитопровода машины.
3. йкосто традиционных индуктивных сопротивлений в
матеиатическоа модели электрическое машины использованы неявные
зависимости потокосцеплениа контуров от токов этих контуров.что
делает эту модель одинаково точноя во всех режимах работы, в
том числе и при глубоких насыщениях.
-
При применении метода проводимостеї зубцовых контуров (универсального метода) для расчета магнитно* цвпх электрической машины использована имитация взаимного перемещения сердечников вйосто га реального перемещения.
-
Осуществлено разделение во времени процэссов числэняого интегрирования системы дифференциальных уравнения и расчета кавдого квазиустяновившегося состояния магнитное цепи
- в -
синхронного генератора.
Практическая шяность и реализация результатов работы.
Разработанная математическая модель позволяет исследовать работу автономной энергосистемы, содаркзідеа совместно работающие электрическую машину, венташшя преобразователь к нагрузку с учетом как быстрых переходных процессов, обусловленных коммутацией вентилей, та;, и существенно более медленных пароходных процессов, обусловленных тормоюниам ротора-маховика,
Подготовлвшшо алгоритм расчета и соответствувдиз пакет прикладных программ для ПЭВМ являются промежуточным звеном САПР электромеханических накопителей энергии. С их помощью учитываются динамические процессы в устройстве на стадии ого проектирования. Полностью САПР разрабатывается в ГОКБ "Горизонт-.
Апробация работы. Основные полохання диссертационной работы докладывались, обсувдались и подучили одобрение на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы электромеханики (к 100-летию изобретения трехфазного асинхронного двигателя)" г. Москва, 1989 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научных работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит ил введения, пяти глав, заключения, списка литературы и прилоюния. Диссертация содержит 142 страЕ".иЩ оснозного текста и 34 рисунка на 27 страницах. Список литературы на 13 страницах включает 119 наименовании.
