Содержание к диссертации
Введение
1 Разработка единой классификации судовых электроприводов 15
1.1 Классификация общепромышленных электроприводов .15
1.2 Эксплуатационные особенности и основные требования, предъявляемые к судовым электроприводам .18
1.3 Разработанная классификация судовых электроприводов 21
1.3.1 Общие сведения 21
1.3.2 Общая классификация судовых электроприводов .23
1.3.3 Специальная классификация судовых электроприводов .30
1.4 Выводы 37
2 Анализ опыта технической эксплуатации судовых электроприводов . 39
2.1 Использование электроприводов на судах 39
2.1.1 Общие сведения... 39
2.1.2 Обзор основных систем судовых электроприводов и их компонентов ... 46
2.2 Анализ опыта эксплуатации судовых электроприводов .56
2.2.1 Основные положения технической эксплуатации судовых электроприводов.. 56
2.2.2 Анализ опыта технической эксплуатации судовых электроприводов 59
2.3 Выводы 84
3 Развитие систем управления судовых электроприводов 90
3.1 Исследование систем управления электроприводов 90
3.1.1 Общие сведения 90
3.1.2 Обзор и анализ способов коммутации электрических цепей переменного тока электроприводов 94
3.2 Гибридные системы управления судовых электроприводов.. 99
3.2.1 Силовая часть комбинированных систем управления многоскоростных электроприводов 99
3.2.2 Элементные базы и схемы силовых модулей полупроводниковых коммутаторов... 101
3.2.3 Динамические режимы работы коммутационных аппаратов 106
3.2.4 Комбинированные системы управления многоскоростных электроприводов 113
3.2.5 Пример технической реализации комбинированных систем. 120
3.3 Выводы 125
4 Математическое моделирование эксплуатационных режимов судовых электроприводов 130
4.1 Общая характеристика. Методы исследований эксплуатационных режимов работы судовых электроприводов 130
4.2 Динамические эксплуатационные режимы работы судовых электроприводов 134
4.3 Статические эксплуатационные режимы работы судовых электроприводов 139
4.3.1 Статические симметричные режимы работы судовых электроприводов 140
4.3.2 Статические несимметричные режимы работы судовых электроприводов 142
4.4 Анализ работ в области математического моделирования несимметричные режимов электроприводов 149
4.5 Динамическая система электроприводов при исследованиях несимметричные режимов работы 158
4.5.1 Моделирование трехфазных асинхронных электродвигателей 159
4.5.2 Моделирование силовых модулей 163
4.5.3 Математическая модель электроприводов с комбинированными системами управления 168
4.6 Выводы 171
5 Исследования несимметричных режимов работы судовых электроприводов 174
5.1 Формирование данных для аналитических исследований нештатных режимов работы электроприводов 175
5.2 Аналитические исследования нештатных режимов работы судовых электроприводов 181
5.3 Физическое моделирование нештатных режимов работы судовых электроприводов 183
5.4 Анализ результатов исследований нештатных режимов работы судовых электроприводов 188
5.5 Выводы 198
6 Исследования электрических аппаратов в специальных режимах работы судовых электроприводов 201
6.1 Задачи исследований 201
6.2 Особенности расчета контактных систем контакторов 204
6.3 Электромагнитные расчеты контактных аппаратов 212
6.3.1 Математическое описание магнитных систем контакторов 212
6.3.2 Расчет характеристик электромагнитных механизмов 216
6.4 Методика и алгоритмы расчетов контактных аппаратов для специальных режимов работы 222
6.5 Выводы 231
7 Оценка надежности регулируемых судовых автоматизированных электроприводов 234
7.1 Основные положения теории надежности применительно
к судовым автоматизированным электроприводам 234
7.2 Определение законов распределения отказов судовых электроприводов с релейно-контакторными схемами управления 246
7.3 Надежность судовых автоматизированных электроприводов 255
7.3.1 Расчет надежности судовых электроприводов с релейно-контакторными системами управления 255
7.3.2 Расчет надежности судовых электроприводов с комбинированными системами управления 276
7.3.3 Сравнительный анализ надежности судовых электроприводов 282
7.4 Выводы 292
Заключение 302
Список сокращений и условных обозначений 308
Список литературы 312
Приложение 1 329
Приложение 2
- Разработанная классификация судовых электроприводов
- Обзор основных систем судовых электроприводов и их компонентов
- Обзор и анализ способов коммутации электрических цепей переменного тока электроприводов
- Динамическая система электроприводов при исследованиях несимметричные режимов работы
Разработанная классификация судовых электроприводов
Еще в 1925 г. в журнале «Кораблестроитель» № 2 (одно из наименований журнала «Судостроение») была помещена статья «Электрические вспомогательные механизмы на судах торгового флота», в которой судовые вспомогательные механизмы классифицировались на палубные, машинного отделения и обслуживающих систем [13].
В начале 50-х годов в [14] была приведена классификация ряда судовых ЭП. Рулевые ЭП разделялись по следующим характерным признакам. 1. По характеру действия - простого, симпатического и автоматического действий. 2. По характеру связи исполнительного ЭД с румпелем руля - электромеханические и электрогидравлические. 3. По системе управления исполнительными ЭД - с управлением по контроллерной и контакторной системам, системе «Федорицкого».
Грузоподъемные механизмы были классифицированы по следующим признакам. 1. По режиму работы - работающие в повторно-кратковременных и кратковременных режимах. 2. По числу ЭД - одномоторные и двухмоторные. 3. По роду тока - с ЭП на постоянном и на переменном токе. Насосы классифицировались по назначению (обслуживающие главные энергетические установки и системы) и по роду перекачиваемой жидкости (водяные, нефтяные и масляные).
В 60-х годах в книге «Курс судовых электроприводов» [15] приведена классификация судовых ЭП, которая считается наиболее распространенной и признанной. Все судовые ЭП были разделены на три основные группы: палубные; механизмов машинных и котельных установок и систем; прочие. Кроме того, приведена классификация рулевых ЭП, включающая классификационный признак – по системе питания: с непосредственным питанием от судовой сети и от отдельного генератора. Классификация судовых нагнетателей (СН) включала, в том числе, следующие классификационные признаки: по давлению (низкого среднего и высокого) и по производительности (малой, средней и большой).
В качестве примера классификации современных судовых ЭП (рулевых механизмов, якорно-швартовных механизмов (ЯШМ), грузоподъемных механизмов (ГПМ)) можно привести классификационные признаки, представленные в [16].
Являясь методом познания вещей и явлений, позволяющим добиваться прогресса в эффективном взаимодействии с ними, классификация судовых ЭП, обусловленная, в первую очередь, увеличением количества судовых ЭП и их разнообразием, становится вынужденной необходимостью.
Анализ научно-технической литературы позволяет сделать вывод об отсутствии единообразия в классификационных признаках судовых ЭП. До настоящего времени, несмотря на достаточно большое их число, нет общепринятой классификации судовых ЭП, включающей приемлемый диапазон классификационных признаков, наиболее полно характеризующих особенности отдельных судовых ЭП. Не отражена связь судовых ЭП с общепромышленными приводами, используемыми в других отраслях.
Для восполнения имеющегося пробела в [3] приведены классификационные признаки судовых ЭП, предложенные автором, которые могут быть приняты за основу при разработке классификации судовых ЭП.
В общем случае классификация представляет собой классификатор (систему ячеек и связей между ними), наполненный описаниями конкретных объектов. Основной целью (полезной функцией) классификаций является обеспечение места каждого из классифицируемых объектов (судовых ЭП). Функция должна выполняться при следующих основных видах использования классификации: размещении новых объектов (судовых ЭП) в классифицируемых массивах; нахождении конкретных судовых ЭП в этих массивах.
За основу построения классификации судовых ЭП целесообразно принять индуктивный способ, обусловленный наличием несистематизированного набора вариантов реализации объектов. В этом случае при формировании классификатора используются вариантообразующие операторы деления и обобщения.
Основанием классификации являются судовые ЭП, являющиеся предметной системой, где функции подсистем определяются относительно несложно.
Целесообразным количественным условием при разработке классификации является наличие массива ячеек на одном иерархическом этаже не более семи, поскольку семь ячеек является, как правило, пределом активного восприятия и анализа пользователями массива объектов.
Исходя из большого разнообразия, обусловленного конструктивными и эксплуатационными особенностями, судовые ЭП целесообразно условно классифицировать по общим и специальным признакам.
На рисунке 1.2 представлена общая классификация судовых ЭП, согласно которой все судовые ЭП, с учетом структурной схемы (рисунок 1.1) можно разделить по вариантам ЭП (рисунок 1.2, ячейка 1), ПЭЭ (рисунок 1.2, ячейка 2), ЭД (рисунок 1.2, ячейка 3), передаточным устройствам (рисунок 1.2, ячейка 4) и видам механических характеристик (рисунок 1.2, ячейка 5). 1 Классификация вариантов судовых ЭП. 1.1 По степени значимости: 1.1.1 – главные; 1.1.2 – вспомогательные.
В соответствии с «Государственным отраслевым стандартом» (ГОСТ) Р 50369-92 [1] главные ЭП обеспечивают движение ИО РМ, выполняющих главные технологические операции. Большинство судовых ЭП [17] относятся к главным.
Обзор основных систем судовых электроприводов и их компонентов
В состав большинства установленных на судах отечественной и зарубежной постройки ЭП первой группы и нерегулируемых ЭП второй группы входят электромашинные преобразователи (ЭД) и относительно простые СУ.
Требованиям, предъявляемым к таким ЭП, во многих случаях отвечают ЭД постоянного тока общесудового исполнения серии «ПМ», являющиеся морской модификацией единого ряда отечественных универсальных электрических машин постоянного тока серии «П», трехфазные асинхронные двигатели (АД) серии «4А» [40], заменяющие ЭД серии «АО2-М», односкоростные АД серии «МАП».
ЭД постоянного тока серии «ПМ», в которых реализован основной конструктивный принцип - минимальная масса на единицу номинального вращающего момента, включают 11 габаритов и охватывают диапазон мощностей от 0,1 кВт до 210,0 кВт при номинальных угловых скоростях (частотах вращения) (78,6...314,2) рад/с ((750...3000) об/мин). Допускают длительную работу при напряжении до 320 В. Ресурс составляет до 12000 ч.
Трехфазные АД серии «АО2-М» являются модификацией ЭД единой серии «АО2». Основные технические данные двигателей серии «АО2-М» приведены, например, в [41].
Трехфазные АД серии «4А» включают 25 габаритов с диапазоном мощностей от 0,1 кВт до 315,0 кВт при номинальных частотах вращения (600...3000) об/мин. Изготавливаются на напряжения 220 В, 380 В и 660 В при схемах соединения обмоток статора ЭД в «звезду» или «треугольник». При работе в кратковременных (S2) режимах мощность может быть повышена на 25 % при периоде работы 30 мин и на 10 % - при периоде 10 мин. Допускают длительную работу на пониженной частоте до 65 % от номинальной при пропорциональном снижении напряжения, стоянку под пусковым током в течение 10 с при установившейся температуре. Срок службы достигает 20000 ч.
Трехфазные односкоростные АД серии «МАП» соответствуют требованиям МЭК. Диапазон мощностей односкоростных двигателей серии «МАП» лежит в пределах (1,2…90,0) кВт при номинальных частотах вращения от 880 об/мин до 1475 об/мин. Их технические данные приведены, например, в [18].
Перспективы развития АД приведены, например, в [42].
СУ судовых ЭП первой группы и нерегулируемых ЭП второй группы включают, как правило, нереверсивные или реверсивные магнитные пускатели, являющиеся комплектными устройствами, предназначенными для автоматизированного включения, отключения и защиты ЭД. Исключение составляют в первую очередь рулевые ЭП, включающие, как правило, САУКС. К основным элементам пускателей относятся контакторы и реле защиты.
В ЭП постоянного тока используются, например, отечественные нереверсивные магнитные пускатели серии «ПП», в которых реализован пуск в функции ЭДС ЭД. Основными силовыми контактными коммутационными аппаратами (СККА) магнитных пускателей серии «ПП» являются контакторы серии «КН». Пускатели имеют пять величин, определяемых номинальными токами от 20,0 А до 400,0 А и предназначены для работы при напряжениях от 110 В до 320 В.
Для реверсивного управления ЭД постоянного тока в судовых ЭП нашли применение реверсивные магнитные пускатели (магнитные станции), например, отечественного производства серии «СМЭ», в которых реализован пуск в функции времени. Основными СККА реверсивных магнитных пускателей серии «СМЭ» являются контакторы серии «КМ2000». Пускатели имеют четыре величины, определяемые номинальными токами от 25,0 А до 150,0 А и предназначены для работы при напряжениях от 175 В до 320 В.
В судовых ЭП переменного тока широкое применение нашли отечественные универсальные магнитные пускатели серии «ПММ» нереверсивного и реверсивного исполнений. СККА магнитных пускателей серии «ПММ» являются контакторы серии «КМ2000». Пускатели имеют четыре величины, определяемые номинальными токами от 22,5 А до 150,0 А и предназначены для работы при напряжениях 220 В и 380 В [18].
У современных судовых ЭП относительно большой (соизмеримой) мощности, включающих асинхронные ЭД с короткозамкнутыми роторными обмотками, СУ, как правило, реализуют пуск ЭД при пониженном напряжении (способом переключения со «звезды» на «треугольник», при помощи систем ТРН–АД и др.) [43]. У мощных судовых ЭП, включающих асинхронные ЭД с фазными роторными обмотками, пуск осуществляется, чаще всего, введением добавочных сопротивлений в роторную цепь.
В состав большинства установленных на судах отечественной и зарубежной постройки регулируемых многоскоростных ЭП второй и третьей групп, работающих в режимах, близких к типовым S2…S5, S7 и S8, входят электромашинные преобразователи (ЭД) постоянного или переменного тока и различные технические и схемные решения СУ.
В судовых ЭП постоянного тока этих групп нашли применение ЭД постоянного тока параллельного (независимого) или смешанного возбуждения, одним из основных достоинств которых является возможность плавно и в широких пределах регулировать угловую скорость вала двигателя. ЭД постоянного тока последовательного возбуждения, в силу их специфических особенностей, на судах используются крайне редко.
В отечественных судовых ЭП широко используются реверсивные ЭД постоянного тока кратковременных и повторно-кратковременных режимов работы серии «ДПМ», являющиеся модификацией специализированной серии краново-металлургических ЭД. Серия «ДПМ» включает десять типоразмеров (габаритов) ЭД с пристроенными дисковыми тормозами или без них. Диапазон мощностей ЭД составляет (1,6...95,0) кВт при номинальных частотах вращения от 615 об/мин до 1850 об/мин. Существует два основных варианта исполнения ЭД серии «ДПМ» по отношению одинаковых максимально допустимых частот вращения nмакс к номинальным частотам вращения nн (nмакс/nн) – быстроходные и тихоходные. У ЭД быстроходного исполнения кратность равна двум, а у тихоходного исполнения – трем. Быстроходные ЭД используются, как правило, для ЭП с числом пусков до 300 в час, а тихоходные – до 500 в час. При равной полезной работе масса ЭД быстроходного исполнения на (15...20) % меньше, чем ЭД тихоходного исполнения. Перегрузочные способности двигателей «ДПМ» по току достигают четырехкратных значений по отношению к номинальным токам. В пределах перегрузочных способностей ЭД допускают работу при напряжениях до 450 В. ЭД обладают повышенной усталостной прочностью при числе пусков до 107 за срок службы.
Для мощных судовых ЭП (ГПМ, промысловых механизмов и др.) используются специальные ЭД постоянного тока, например, морские модификации отечественных крановых ЭД серии «Д800», «ДП» и др.
ЭД независимого возбуждения серии «Д800» охватывают диапазон мощностей от 80 кВт до 350 кВт при номинальных частотах вращения (900...1000) об/мин. Допускают работу при напряжении до 600 В. Перегрузочная способность ЭД по току равна двум.
Двигатели независимого возбуждения серии «ДП» охватывают диапазон мощностей от 125 кВт до 608 кВт. Допускают работу при напряжении до 320 В. Перегрузочная способность ЭД по току равна двум [41].
Техническая реализация СУ определяется назначением и функциональными особенностями ЭП. Сравнение различных систем судовых ЭП по эксплуатационным показателям позволяет более объективно определить область их применения, прогнозировать вероятные направления развития данной группы судовых ЭП. Технико-экономическая оценка и область применения различных систем ЭП приведены, например, в [18, 44].
Большинство СУ судовых ЭП постоянного тока содержат контроллерные или релейно-контакторные схемы, системы Г–Д, УВ–Д и др. (гл. 1).
Различными регулируемыми многоскоростными ЭП (брашпилей, грузовых, траловых и швартовных лебедок, шпилей и пр.) с ЭД постоянного тока и контроллерными или релейно-контакторными схемами оснащены преимущественно суда, построенные в СССР и за рубежом до 60-х годов включительно, которые имели СЭЭС постоянного тока. К ним относятся: т/х «Тарту» (1960 г., ВНР); т/х «Симферополь» (1962 г., ПНР), и др. [45]. Количество таких судовых ЭП постоянно уменьшается по причине вывода из эксплуатации физически и морально устаревших судов, и в связи с внедрением на подавляющем большинстве современных судов переменного тока. Теория и варианты различных схемных решений приводов с ЭД постоянного тока достаточно полно освещены в литературе [16, 46].
Обзор и анализ способов коммутации электрических цепей переменного тока электроприводов
К основным достоинствам контактных коммутационных аппаратов относятся [73]: большая перегрузочная способность по току нагрузки и управления; относительно невысокая стоимость (в пересчете на один канал управления); возможность одновременной коммутации нескольких независимых, гальванически не связанных электрических цепей с различными величинами напряжений и токов; низкое, относительно стабильное переходное сопротивление между замкнутыми контактами; высокая глубина коммутации hк, определяемая как где Zотк, Zвкл - сопротивление коммутирующего органа в отключенном и во включенном состоянии электрической цепи, соответственно. По данным, приведенным в [74], для контактно-дугогасительных систем hк = (1010...1014).
Недостатками контактных коммутационных аппаратов в первую очередь являются процесс дугообразования в переходных режимах при больших коммутируемых токах и относительно низкое быстродействие.
Вопросам ликвидации или уменьшения электрической дуги контактных коммутационных аппаратов, прежде всего контакторов, в настоящее время уделяется повышенное внимание. Можно выделить следующие основные направления, по которым ведутся работы: создание более эффективных способов гашения электрической дуги (вакуумные контакторы и др. [75]); применение новых контактных материалов (металлокерамические композиции [76] и пр.); разработка контактных смазок (отечественные – «ЭПС-98» («ИЭЦ-Контакт») [77], «Электросил» («Всероссийского научно-исследовательского института по переработке нефти»); зарубежные – фирмы «Electrolube» (Франция), «Dowchemical» (США) и т. д.); усовершенствование приводных устройств [36] и т. п.
Первые три из перечисленных направления для механически контактного способа коммутации электрических цепей представляют собой полумеры, так как противодействуют не причине, а следствию, и в большинстве случаев не обеспечивают бездуговую коммутацию, а только несколько повышают электрическую износостойкость, уменьшая электрическую дугу по величине и времени горения.
Более интенсивное развитие в настоящее время получили вакуумные контакторы (отечественные серии «КВ2» («Чебоксарский электроаппаратный завод» (ЧЭАЗ)), зарубежные «NC9» (производства «Chint Group Corp.») и др.).
Одним из вариантов усовершенствования приводных устройств при контактном способе коммутации электрических цепей является синхронный контактор, в котором размыкание главных контактов в цепях переменного тока осуществляется без возникновения электрической дуги. Вместе с тем, из-за сложности, относительно высокой стоимости и низкой надежности эти устройства не получили широкого распространения.
Развитие полупроводниковой техники привело к созданию бесконтактных (статических) коммутационных аппаратов на базе тиристоров и симисторов (отеAчественные блоки серии «ТРИД Т8» («Вектор-ПМ»), зарубежные «SIRIUS» серии «3RF» (фирмы «Siemens») и пр.), IGBT транзисторов (отечественные «СМПК» («Электровыпрямитель»), зарубежные «BUP314» («Siemens») и др.), и т. д.
Использование полупроводниковых приборов (ПП) в ключевых режимах ликвидирует причины дугообразования, так как сопровождается размыканием цепей без механического разрыва, а, следовательно, и без дуги. Кроме того, к основным достоинствам бесконтактных коммутационных аппаратов относятся высокое быстродействие, повышенный срок службы, относительная простота обслуживания, способность работать в пожароопасных и взрывоопасных помещениях и пр.
К технически реализованным СУ судовых ЭП с многоскоростными АД, в которых СККА заменены на силовые бесконтактные коммутационные аппараты (СБКА), относятся, например, бесконтактный контроллер типа «КБТ» для ЭП с двигателями серии «МАП», бесконтактная станция управления типа «БССПК» для управления ЭП с многоскоростным АД судового палубного крана и др. [36].
Замена силовых контактных аппаратов сопровождается введением в состав многоскоростных ЭП большого числа СПП, так как вместо каждой пары главных контактов контакторов необходимо, например, два тиристора, включаемых встречно-параллельно, а для судового ЭП с трехскоростным АД требуется 26 тиристоров (18 – для обмоток скоростей и 8 – для схемы реверсирования) или 13 симисторов.
К основным недостаткам многих бесконтактных коммутационных аппаратов, ограничивающим их использование в судовых многоскоростных ЭП, относятся: относительно низкая перегрузочная способность по току нагрузки и управления; отсутствие возможности одновременной коммутации нескольких независимых, гальванически не связанных электрических цепей с различными величинами напряжений и токов; относительно высокое переходное сопротивление во включенном состоянии; наличие гальванической связи между отключенной частью схемы и источником питания (глубина коммутации СПП hк = (104...107) [36]).
В существующих условиях СККА успешно конкурируют с СБКА. Наряду с отмеченными выше основными достоинствами СККА, они практически не являются причиной возникновения существенных несимметричных режимов. Стремление объединить основные достоинства контактных и бесконтактных коммутационных аппаратов привело к созданию гибридных устройств, основанных на принципе комбинированной коммутации, в которых контактные коммутационные аппараты работают в специальных режимах. При совместном использовании контактных и бесконтактных коммутационных аппаратов возможны два основных варианта взаимного включения главных контактов электромагнитных аппаратов (контакторов) и ПП - параллельное и последовательное [78].
В случае комбинированного параллельного соединения ток во включенном состоянии устройства протекает через главные контакты электромагнитных аппаратов, а в переходных режимах функционируют бесконтактные аппараты.
К основным достоинствам применения комбинированной параллельной коммутации для схем управления судовых МЭП относится высокая электрическая износостойкость, которая превышает 5-106 циклов ВО. Кроме того, в отличие от бесконтактного способа, при комбинированной параллельной коммутации практически исключена опасность возникновения несимметричных режимов работы АД.
Очевиден ряд недостатков при использовании комбинированной параллельной коммутации в СУ судовых МЭП, основными из которых являются: наличие большого количества СПП (такое же число ПП, что и при бесконтактном способе коммутации); повышенные массо-размерные и стоимостные показатели. Несмотря на относительную сложность и громоздкость, в большинстве технических решений при комбинированной параллельной коммутации практически не удается достичь полностью бестокового расхождения контактов электромагнитных аппаратов, а также гальванической развязки между отключенной частью схемы и источником питания.
Принцип комбинированной параллельной коммутации для схем управления судовых МЭП был реализован, например, в отечественных контакторах «КТ-64» с блоками бестоковой коммутации серии БП [36]. Низкая надежность, обусловленная, в первую очередь, преждевременным выходом из строя СПП (тиристоров) из-за отсутствия необходимого отвода тепла, явилась основной причиной снятия с серийного производства таких изделий.
Динамическая система электроприводов при исследованиях несимметричные режимов работы
Метод мгновенных значений на каждом интервале постоянства структуры для анализа электромагнитных процессов в системе ТК–АД при несимметричных режимах является достаточно обоснованным и строгим. К его основным недостаткам следует отнести относительную сложность математического описания для исследования несимметричных режимов.
Кроме того, отсутствует аналитическое решение выражения (4.68) из-за необходимости нахождения моментов коммутации СПП решением трансцендентных уравнений, а сложность алгоритмизации делает достаточно трудоемкой задачу практического исследования электромагнитных процессов.
Таким образом, выполненный анализ в области исследований рабочих процессов систем ПК–АД при специальных режимах работы ЭП, позволяет сделать вывод об ограниченности работ по интересующей тематике, удовлетворяющих одновременно следующим основным требованиям: достаточной степени точности воспроизведения необходимых функциональных зависимостей при относительной простоте; универсальности, характеризующейся возможностями применения моделей для различных систем; автоматизации расчетов, заключающейся в возможности использования средств вычислительной техники.
Исходя из изложенного, обоснована необходимость разработки математической модели для аналитических исследований режимов работы систем ПК–АД.
Динамическая система электроприводов при исследованиях несимметричных режимов работы
Разнообразие динамических систем ЭП, обусловленное различными процессами и явлениями, происходящими в первую очередь в ЭД и СУ, их математическими описаниями, ставит задачу выбора на основе анализа и синтеза для конкретных случаев определенных наиболее приемлемых математических моделей, адекватно воспроизводящих АД и СУ при исследовании функционирования ЭП.
Математические модели для аналитических исследований режимов работы систем ПК–АД включают в себя описания АД и ПК.
По результатам анализа работ в области специальных режимов работы ЭП (п. 4.4) установлено, что для аналитических исследований при полупроводниковом управлении в случаях несимметрий статорных цепей АД, более корректным является метод мгновенных значений на каждом интервале постоянства структуры.
Из различных форм записи уравнений трехфазных АД, включающих в себя дифференциальные уравнения напряжений обмоток и уравнения движений вращающихся частей, при исследованиях специальных режимов наиболее целесообразна запись уравнений в ортогональной системе координат (а, 3, 0), неподвижной относительно статора [123].
При математическом моделировании АД с короткозамкнутыми роторами без нулевой точки в трехфазной обмотке статора, преобразованные уравнения напряжений обмоток статора и роторных цепей, соответственно, имеют вид [107]:
В (4.76) usa, иф - мгновенные значения напряжений статора, isa, іф, zm, іф мгновенные значения токов статора и ротора, Lsa,Ls , Lra, L - эквивалентные индуктивности обмоток фаз статора и ротора, учитывающие магнитную связь с другими фазными обмотками статора и ротора в преобразованной системе координат (а, Р, 0), соответственно.
При исследованиях специальных режимов судовых ЭП, вызванных отказами в виде обрывов СПП или СУ ПК, необходимо определение форм и величин фазных токов ЭД (п. 4.3).
При математическом моделировании АД в системах ТК-АД использование уравнений из (4.76) приводит к необходимости пересчета переменных на каждом шаге счета со значений в трехфазной системе координат в эквивалентные значения по а, Р осям, а после расчетов в ортогональной системе координат - производить обратные преобразования с целью определения воздействий токов и фазных ЭДС трехфазных АД на переходные режимы СПП ТК. Исходя из этого, представляется возможным и целесообразным дифференциальные уравнения выражать через реальные фазные величины [125]. В этих случаях, уравнения системы (4.76) в а, Р осях, преобразованные с учетом (4.79) в уравнения фаз А и В трехфазной системы координат имеют вид:
