Введение к работе
Актуальность работы. Для энергообеспечения передвижных объектов, удаленных объектов строительства, лесной промышленности, собственных нужд электростанций, спасательно-восстановительных работ и т. д. широко используются автономные системы электроснабжения переменного тока (АСЭС) со статическими преобразователями.
Повышенные требования, предъявляемые к АСЭС, а именно малые массо-габаритные показатели, низкая стоимость, высокое качество генерируемой электроэнергии, повышенная надежность и т. д. во многом предопределили использование в АСЭС непосредственных преобразователей частоты с естественной коммутацией (НПЧЕК). Наиболее значительный вклад в область проектирования этих систем внесли работы Д. Э. Бруски-на, Ю. М. Быкова, Г. В. Грабовецкого, В. П. Шипилло, Б. И. Фираго, В. А. Лабунцова, М. М. Юхнина, С. Г. Обухова и др. Однако резервы дальнейшего совершенствования энергоустановок на базе НПЧЕК во многом исчерпаны и складываются условия для расширения сферы использования альтернативных им структур АСЭС. Приоритет в этом направлении получили разработки на базе полупроводниковых преобразователей модуляционного типа с промежуточным звеном повышенной частоты с использованием различных видов модуляции, имеющие ряд достоинств, такие как повышенный диапазон частоты выходного напряжения; улучшенные массо-габаритные показатели благодаря уменьшений приведенной установленной мощности электромагнитных элементов, работающих на повышенной частоте; улучшенный гармонический состав выходного напряжения, обеспечиваемый выбором оптимальных параметров модуляции и высокой несущей частоты.
Исследованием и проблемным анализом таких преобразователей посвящено достаточное количество работ, среди которых можно отметить работы Л. Н. Седова, В. Е. Тонкаля, Э. Н. Гречко, А. В. Новосельцева, Г. С. Зиновьева, А. В. Кобзева, Г. С. Мыцыка, В. В. Михеева, П. М. Фридмана, Ю. И. Конева и др.
Последние преобразователи хотя и имеют ряд достоинств, но широкому их распространению препятствуют сравнительно сложная схема управления и наличие многоключевых коммутаторов, особенно в многофазных вариантах.
Названные недостатки, в некоторой степени, могут быть исключены в предлагаемой автором АСЭС, структура которой содержит первичный
4 двигатель (ПД), выходной вал которого вращается с постоянными оборотами, первичный источник питания (ПИП), состоящий из восокочастот-ных магнитоэлектрических синхронных генераторов, приводимых во вращение от ПД, каждый из которых формирует ЭДС et(t) и ej(t)c частотами ojj и а>2, преобразователя частоты (ПЧ), силового фильтра.
На входе преобразователя частоты, в результате разностного взаимодействия e{(t) и ej(t), формируется ЭДС вида: eij(0=2Emsin(S2i+yiJ')cos(6)t+yi/'),
где П = *"'~ г - частота огибающей;
да = ——- - частота заполнения огибающей;
Yij- фаза низкочастотной огибающей;
Yij'- фаза высокочастотного заполнения. На преобразователь частоты возлагается функция демодуляции, т. е. формирование на его выходе напряжения с разностной частотой 2.
Предлагаемой АСЭС присущи преимущества систем, которые используют амплитудную модуляцию, т. е. формирование выходного напряжения с улучшенным гармоническим составом, при этом получение модулированных ЭДС не требует использования многоключевых коммутаторов или многоступенчатого построения с промежуточным высокочастотным преобразованием.
Реализация предложенной структуры АСЭС с высокими показателями качества генерируемой электроэнергии связана с решением целого комплекса задач. Одной из наиболее важной является анализ электромагнитных процессов в структуре: первичный источник питания - преобразователь частоты - силовой фильтр - нагрузка (в дальнейшем эту структуру будем именовать системой генерирования модуляционного типа - СГМТ), результаты которого бы позволили с учетом требований потребителя провести выбор силовой схемы СГМТ, расчет и выбор ее силовых элементов.
Заинтересованность в решении этих задач проявило московское предприятие АКБ "Якорь", занимающееся разработкой и изготовлением автономных систем генерирования различного применения.
Цель работы- анализ электромагнитных процессов в автономных системах генерирования модуляционного типа, состоящих из магнитоэлектрических синхронных генераторов и преобразователя частоты с естественной коммутацией и разработка методики расчета электрических характеристик, позволяющих осуществить выбор силовой схемы системы гене-
5 рирования и ее параметров в зависимости от области применения.
Методы исследования. При анализе электромагнитных процессов в системах генерирования модуляционного типа использовались методы теории электрических цепей, а также методы переключающих функций и машинного моделирования.
Научная новизна полученных результатов заключается:
в разработке методики анализа электромагнитных процессов в системе генерирования модуляционного типа;
в разработке обобщенного алгоритма формирования выходных ЭДС первичного источника питания;
в результатах анализа спектров внутренней ЭДС и входного тока преобразователя частоты для различных силовых схем системы генерирования модуляционного типа;
в результатах анализа энергетических процессов, протекающих в генераторах первичного источника питания для различных силовых схем системы генерирования;
- в предложенном способе управления преобразователем СГМТ.
Практическая значимость. В диссертационной работе разработана
методика для расчета входных и выходных параметров, а также параметров силовой схемы системы генерирования модуляционного типа.
Реализация результатов работы. Разработанная методика анализа и полученные на их основе результаты исследований использованы на предприятии АКБ "ЯКОРЬ" (г. Москва) в научно-исследовательских работах по созданию автономных систем генерирования.
Рекомендации по выбору параметров силового фильтра, а также способ управления преобразователем частоты использованы в системе генерирования ветроэнергетической установки "Радуга-1" мощностью 1000 кВт в НИИ "Сибэлектротяжмаш" (г. Новосибирск).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 4-ой Республиканской школе-семинаре молодых ученых и специалистов (г. Алушта, 1989 г.), на двух международных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (г. Новосибирск, 1992 г., 1994 г.), на региональном семинаре "Новые технологии и научные разработки в энергетике" (г. Новосибирск, 1994 г.), на международной научно-технической конференции "Информатика и проблемы телекоммуникаций" (г. Новосибирск, 1995 г.), на научном семинаре фирмы Rockwell Automation I Reliance Electric AG in Dierikon (Швейцария, 1997 г.), на научных семинарах кафедры промыш-
' ленной электроники НГТУ.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе получено авторское свидетельство на изобретение и один патент.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Содержит 127 стр. основного текста, 102 стр. иллюстраций, 13 таблиц, 144 наименований использованной литературы, 46 стр. приложения.
