Введение к работе
Актуальность темы. Задача обеспечения надежной и эффективнойработы электротехнического оборудования.разработкановыхи совершенствование гуществующих электротехнических устройств имеет фундаментальное шачение для промышленности. Решение этой задачи связано с развитием методов исследования переходных процессов в электротехнических устройствах и с проведением на этой основе оптимизации параметров и характеристик элементов, синтеза оптимальных законов управления.
В настоящее время математическая основа теории переходных процесів в электромеханических преобразователях энергии разработана достаточно глубоко и полно. Что же касается методов исследования динамики электромеханических преобразователей энергии, то здесь имеется ряд проб-тем, требующих дальнейшего исследоваїшя. Связано это со специфической формой математических моделей нелинейных электрических и магнитных цепей. Теоретические основы моделирования электронных схем с полупроводниковыми приборами также р азр аботаны достаточно по лно и эффективно используются при расчетах слаботочных электронных схем. Вместе с гем многие исследователи отмечают, что универсальные алгоритмы решения систем дифференциальных уравнений, используемые для таких моделей, теряют свою эффективность при расчете мощных преобразовательных устройств. Несмотряна значительные успехи в создании проблемно ориентированных методов, здесь имеется большое количество проблем, связанных с усложнением электротехнических устройств и увеличением необходимой глубины анализа динамическихрежимовихработы. В частности, припроек-гировании электротехнических комплексов, включающих в себя как электромеханические преобразователи энергии, так и сложные ггреобразователь-tn>ie силовые электронные схемы, требуется создание методов анализа динамических режимов работы, которые учитывали бы специфику математических моделей всех элементов.
Целью диссертации является развитие и совершенствование подходов к моделированию сложных электротехнических комплексов и систем, состоящих из взаимосвязанных и взаимодействующих подсистем различной физической природы (электрической, магнитной, механической, аэродинамической), на базе проблемно-ориентігрованньгхканоїшческих моделей и численных канонических методов.
Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие научные задачи:
распространить и усовершенствовать существующую в электромеханике методику моделирования динамических процессов на базе канонических моделей на электротехнические комплексы и системы;
разработать в дополнение к существующим неявным и полуявным
каноническим методам явные численные канонические методы применительно к базовому электротехническому комплексу;
разработать алгоритм расчета динамических процессов базового электротехнического комплекса как совокупности взаимосвязанных и взаимодействующих подсистем различной физической природы и на его основе - алгоритм оптимизации параметров комплекса;
оценить адекватность канонических моделей и методов базовому электротехническому комплексу, установить область целесообразного использования развиваемых в диссертации подходов;
осуществить программную реализацию разработанных алгоритмов и на ее основе выполнить необходимые расчетно-проектировочные работы согласно техническому заданию предприятия-разработчика базового электротехнического комплекса.
Методы исследования. Математическое моделирование переходных процессов рассматриваемого устройства базировалось на теории электрических и магнитных цепей, электронных приборов, электрических машин и теории аэродинамики.
Построение численных методов расчета переходных процессов базировалось на методах вычислительной математики и теории обыкновенных дифференциальных уравнений. Вычислительные эксперименты и расчеты осуществлялись на ЭВМ типа IBM-486DX на основе разработанных автором алгоритмов и программ на алгоритмическом язьже Pascal. Сравнение результатов математического моделирования с процессами в конкретных устройствах основывалось на натурных экспериментах.
Научная новизна и основные результаты, выносимые на защиту, состоят в следующем:
разработка математической модели ветроэлектрической установки как типичного электротехнического комплекса при учете взаимосвязи процессов в его механической части, электромехашгаеском преобразователе энергии и электромагнитной части;
разработка канонических методов расчета динамических режимов работы сложных электротехнических комплексах, максимально учитывающих специфику их математических моделей;
разработка на базеканоническихметодов алгоритма расчета переходных процессов и доказательство его эффективности и надежности путем использования при оптимизации параметров и расчете режимов ветроэнергетической установки.
Практическая цеїтость результатов. Составлена полная математическая модель ветроэнергетической установки. Разработаны новые эффективные методы анализа переходных процессов в сложных электротехнических
устройствах и исследованы их основные свойства. На базе разработанных методов созданы алгоритмы расчета переходных процессов и параметрической оптимизации. При помощи созданных алгоритмов осуществлен процесс проектирования и оптимизации параметров ветроэнергетической установки. Результаты данного исследования внедрены на предприятии (акт внедрения помещен в приложении к диссертационной работе).
Достоверность результатов подтверждается применением для теоретических выводов строгих научных положений теоретической электротехники и других наук; качественным совпадением и достаточной сходимостью результатов вычислительного и натурного экспериментов; апробацией как предварительных, так и окончательных результатов диссертационной работы.
Апробация работы. Результаты работы по теме диссертации докладывались и обсуждались на ХІ-й республиканской школе-семинаре по теоретической электротехнике и математическому моделированию, Львов-Шацк, 1991; IV научно-технической конференции Проблемы нелинейной электротехники, Киев, 1992;
1-й международной конференции по электромеханике и электротехнологии, Москва 1994; Международной научно-технической конференции Со-временноеэлектрооборудование в промышленности и на транспорте, Москва, 1995; Международной научно-технической конференции "Динамика систем, механизмов и машин", Омск, 1995; научных конференциях и семинарах профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов Омского государственного технического университета, Омск, 1990-1995.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 8 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из наименований, приложения, содержит страниц основного машинописного текста, иллюстраций, таблиц.
Автор благодарит Ковалева В.З. за научные консультации по диссертационной работе.
