Введение к работе
Актуальность темы. Активная разработка и применение подводных буксируемых объектов (ПБО) началась в середине XX века. Глубина погружения ПБО достигает 6000 метров и более.
Многолетняя практика ведущих организаций, осуществляющих разработку и строительство ПБО, показала, что наиболее приемлемым способом их электроснабжения является передача с неизменным переменным током в кабель — тросе, связывающим ПБО с судном. При этом на обоих концах кабель - троса устанавливаются индуктивно - емкостные преобразователи (ИЕП). Такая система обеспечивает высокую пропускную способность кабель - троса по передаваемой электрической мощности и высокую стабильность напряжения на ПБО. Массогабаритные показатели ИЕП зависят от мощности установленного на ПБО электрооборудования. Основным потребителем электрической энергии является электрический привод.
На кафедре электрооборудования и автоматики транспорта ДВГТУ разработана и внедрена такая система электроснабжения, в которой якоря двигателей постоянного тока питаются выпрямленным током кабель - троса. Это обеспечивает минимальные массогабаритные показатели ИЕП, установленного на ПБО. Управление такими приводами осуществляется системами возбуждения, получающими питание от ИЕП. Эта система, и только она, позволила создать ПБО, имеющие массу в несколько тонн и потребляющие электроэнергию мощностью до 20 кВт.
В работах, посвященных электрическим установкам ПБО, рассматриваются, в основном, принципы построения системы электроснабжения и алгоритмы управления электроприводами, приводятся упрощенные выражения для формы напряжения и тока. Освещаются вопросы минимизации массы ИЕП, установленного на судне. При этом не обращается внимание на увеличение нелинейных искажений тока кабель - троса. Не рассматривается взаимное влияние двигателей, якоря которых включены последовательно, на их механические характеристики. Не уделено должного внимания вариантам исполнения систем возбуждения.
Цель работы. Целью работы являются исследование и дальнейшее совершенствование системы электроснабжения (направленное на устранение указанных недостатков) и электропривода буксируемого подводного объекта на основе двигателей постоянного тока независимого возбуждения, якоря которым питаются выпрямленным током кабель - троса.
Методы исследования. При решении поставленных задач использованы основные положения теоретической электротехники, теории электроники, теории электрических измерений, электропривода, теории автоматического управления, методы численного анализа и математической обработки результатов, методы аппроксимации и синтеза аналитических функций, а также натурные эксперименты. При имитационном моделировании использовались программные пакеты, разработанные на кафедре ЭОАТ ДВГТУ (Nereter), а также Matlab 6.1 и Maple 9.0.
Достоверность полученных результатов подтверждается результатами натурных испытаний.
Научная новизнаработы. Усовершенствована система электроснабжения ПБО,
разработана и исследована ее математическая модель. Определены характеристики двигателя постоянного тока в такой системе.
Определены, отличные от приводимых в литературе, частотные характеристики обмоток возбуждения машин постоянного тока. Созданы схемы замещения магнитной и электрической цепи, более точно описывающие процессы в обмотке возбуждения при ее питании от регулируемого источника тока. Усовершенствованы существующие методики синтеза передаточной функции на основании фазовой частотной характеристики. Получен наилучший по точности метод аппроксимации функции цепей, основанный на аппроксимации полиномами Чебышева передаточной функции сопротивления обмотки возбуждения.
Создана и исследована новая система возбуждения двигателя постоянного тока ПБО и ее компьютерная модель.
Практическая значимость (ценность) работы. Результаты работы позволяют улучшить энергетические и массогабаритные показатели систем электроснабжения и электрических приводов постоянного тока ПБО, повысить их эксплуатационную надежность за счет оптимального выбора элементов, а также построить систему автоматического управления электрическими приводами постоянного тока ПБО.
Положения, выносимые на зашиту:
Усовершенствованная система электроснабжения ПБО и результаты ее исследования.
Характеристики двигателя в такой системе электроснабжения.
Новая система возбуждения двигателя постоянного тока.
Частотные характеристики обмоток возбуждения машин постоянного тока.
Методики аппроксимации частотных характеристик и синтеза операторного сопротивления.
Результаты моделирования и экспериментального исследования системы возбуждения.
Методика выбора параметров системы возбуждения.
Апробация результатов научных исследований. Основные положения и результаты работы обсуждались и получили одобрение на конференциях:
Научно-технических конференциях ДВГТУ, Владивосток. 1993 - 1997гг.
Научно-технической конференции молодых ученых, Хабаровск, 1994 г.
Всероссийской Научно-технической конференции в ТОВВМУ, 1997.
Второй международной студенческой конференции Азиатско - Тихоокеанского региона, Владивосток, 1997г.
Научно-технических конференциях "Вологдинские чтения", Владивосток 1998,2000-2002 гг.
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 112 наименований и четырех приложений. Основное содержание работы изложено на 172 страницах, приложения на 51 странице.
