Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ систем вспомогательных машин электровозов переменного тока 9
1.1.Условия работы вспомогательных машин электровозов 9
1.2. Базовые технические решения по электропитанию систем вспомогательных машин отечественных электровозов 13
1.3 .Регулирование режимов работы вентиляторов охлаждения силового электрооборудования электровозов 17
1.4.Системы регулируемого электропривода вспомогательных машин отечественных и зарубежных электровозов 25
1.5.Системы регулируемого электропривода вспомогательных машин электровозов на базе тиристорных преобразователей с непосредственной связью 42
1.6.Результаты анализа, постановка задач и выбор методов исследования 47
2. Анализ схемных решений преобразователей с непосредственной связью для частотного регулирования асинхронных электродвигателей в условиях однофазной питающей сети и разработка тиристорного преобразователя напряжения с расширенным диапазоном регулирования 55
2.1. Однофазно-трехфазный непосредственный преобразователь частоты 55
2.2.Тиристорные преобразователи напряжения в системах
регулирования производительности вентиляторов электровозов... 62
2.3.Тиристорный преобразователь напряжения с расширенным диапазоном регулирования и особенности управления электроприводом на его основе 68
3. Разработка математической модели электропривода на базе тиристорного преобразователя напряжения 74
3.1.Обобщенная математическая модель электрических цепей с вентильными преобразователями 75
3.2.Математическая модель трансформатора 78
3.3. Математическая модель тиристорного преобразователя напряжения 79
3.4.Математическая модель асинхронного электродвигателя 86
4. Исследование электромагнитных процессов в асинхронном электродвигателе при питании от тиристорного преобразователя напряжения 110
4.1.Анализ напряжений и токов асинхронного электродвигателя 110
4.2. 3аконы управления асинхронным электродвигателем 119
4.3.Оптимизация энергетических характеристик в системе тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный электродвигатель 144
5. Экспериментальные исследования электромагнитных процессов в системе тиристорный преобразователь напряжения -асинхронный электродвигатель 147
5.1 .Экспериментальная установка для проведения исследований 147
5.2.Программа исследований, методика проведения измерений и обработки экспериментальных данных 149
5.3.Результаты исследований и верификация математической модели 152
Заключение 168
Литература 170
- Базовые технические решения по электропитанию систем вспомогательных машин отечественных электровозов
- Однофазно-трехфазный непосредственный преобразователь частоты
- Математическая модель тиристорного преобразователя напряжения
- 3аконы управления асинхронным электродвигателем
Введение к работе
Актуальность работы. Потребление электроэнергии системами собственных нужд (асинхронными электродвигателями вспомогательных машин с нагрузками вентиляторного, компрессорного и насосного типов) магистральных электровозов переменного тока достигает 18 % от общего количества электроэнергии, расходуемой натягу поездов. При этом доля, приходящаяся на нерегулируемые приводы вентиляторов охлаждения силового электрооборудования, составляет не менее 80 % от общих энергозатрат на собственные нужды. Это связано с особенностями системы питания асинхронных двигателей, влияющими на выбор их номинальной мощности, а так же с условиями их эксплуатации при низких температурах окружающей среды Целесообразность применения на электровозах переменного тока частотно-регулируемого привода для систем вентиляции достаточно полно обоснована многочисленными исследованиями ВНИИЖТа и ВЭлНИИ. Эффективность таких систем подтверждена обширным отечественным и зарубежным опытом.
Реализация частотного регулирования электроприводов с асинхронными двигателями на электровозах, как правило, связана с использованием двухзвенных преобразователей частоты на полностью управляемых ключах с выходным звеном - автономным инвертором напряжения. Однако применение таких преобразователей не всегда оправдано из-за высокой стоимости за счет заложенных в них избыточных регулировочных возможностей. В действительности, основной эффект от введения регулирования производительности вентиляторов, заключающийся в снижении потребляемой электроэнергии системами вспомогательных машин, можно получить при использовании ступенчатого регулирования. Этот способ реализован как на электровозах зарубежного производства, так и на новых отечественных электровозах ЭП10 и ЭП200, имеющих соответственно три и четыре ступени регулирования производительности вентиляторов.
Для осуществления ступенчатого регулирования частоты вращения асинхронных двигателей можно применить более простые средства регулирования - преобразователи частоты с непосредственной связью. Варианты двухступенчатых систем регулирования с использованием маловентильных тиристорных преобразователей напряжения, содержащих в силовой схеме четыре либо шесть тиристоров, нашли достаточно широкое распространение на электровозах, проходящих модернизацию по программе ОАО «РЖД» (электровозы серий ВЛ80 и ВЛ85), а так же на электровозах новых серий ЭП1 и 2ЭС5К. Питание вспомогательных машин этих электровозов осуществляется переменным напряжением частотой 50 Гц при номинальной скорости вращения и частотой 162/3 Гц - в режиме пониженной скорости вращения. По данным ВНИИЖТа и ВЭлНИИ, использование таких систем позволяет экономить до 14.5 % общего потребления электроэнергии элек-
РОС НАЦИОНАЛЬ »
БИБЛИОТЕКА j
oc9neffi!Vift;
-4-тровозом. Однако, наибольший экономический эффект данные двухступенчатые системы позволяют получить, как правило, в условиях недоиспользования тяговой мощности электровозов (при работе с пассажирскими и легковесными грузовыми поездами, следовании одиночным локомотивом, в условиях поездной обстановки с точным соблюдением графика движения и т.п.). Поэтому задача создания простых, а соответственно и недорогих, средств регулирования частоты вращения асинхронных двигателей, обеспечивающих энергосберегающие режимы их работы в широком диапазоне использования тяговой мощности электровозов, является актуальной как для новых, так и для проходящих модернизацию электровозов переменного тока.
Целью настоящей работы является исследование и разработка частотно-регулируемого электропривода с расширенным диапазоном регулирования для систем собственных нужд электровозов переменного тока на базе маловентильного тиристорного преобразователя напряжения с естественной коммутацией тока.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
-
выполнен анализ систем собственных нужд электровозов переменного тока и обоснована целесообразность ступенчатого регулирования частоты вращения асинхронных двигателей для нагрузок вентиляторного типа с использованием тиристорных преобразователей напряжения;
-
на основе исследования возможных способов формирования вращающегося магнитного поля асинхронного двигателя, в условиях однофазного первичного источника питания, разработан электропривод на базе тиристорного преобразователя напряжения с расширенным диапазоном регулирования;
-
для теоретического исследования разработана математическая модель системы питания асинхронного двигателя, содержащая секционированный однофазный трансформатор - тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель - нагрузку и систему управления преобразователем;
-
выполнена техническая реализация разработанной системы частотного управления электроприводом вентилятора в виде лабораторного образца;
-
проведены теоретические и экспериментальные исследования разработанной системы электропривода.
Методы исследования. Сформулированные задачи решались с использованием базовых законов теоретических основ электротехники, теорий обобщенной электрической машины и полупроводниковых преобразователей, методов имитационного математического моделирования с реализацией в системе ЭЛТРАН (система моделирования устройств преобразовательной техники). Для экспериментальных исследований изготовлены макет разработанной системы вентиляторного электропривода и система измерения, состоящая из комплекта датчиков
-5-токов и напряжений фирмы LEM. многофункционального устройства ввода/вывода N1 USB-6009 фирмы NATIONAL INSTRUMENTS и программного приложения N1 Data Logger. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований выполнен с использованием математического пакета MATHCAD.
Научная новизна работы заключается в следующем.
-
На основе анализа траекторий результирующего вектора тока статора асинхронного двигателя при питании от источника однофазного переменного напряжения, разработан алгоритм управления и схемная реализация тиристорного преобразователя напряжения с расширенным диапазоном регулирования частоты.
-
Разработана математическая модель системы однофазный трансформатор -тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель с нагрузкой вентиляторного типа, она реализована в виде компьютерной программы, позволяющей исследовать электромагнитные и механические процессы с расчетом обобщенных энергетических показателей.
-
Обоснован алгоритм управления разработанной системой электропривода и даны рекомендации по улучшению её энергетических характеристик.
На защиту выносятся также сравнительные результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанной системы электропривода на имитационной модели и макетном образце.
Практическая ценность работы состоит в возможности использования разработанного тиристорного преобразователя напряжения на электровозах переменного тока, что обеспечивает существенную экономию электроэнергии, а также в создании необходимой расчетной базы для разработки новых систем электропривода с использованием вентильных преобразователей.
Реализация результатов работы с использованием предложенного способа формирования вращающегося магнитного поля асинхронного двигателя и разработанных алгоритмов управления тиристорный преобразователем напряжения выполнена на макетном образце вентиляторного электропривода на кафедре «Электрическая тяга» МИИТа.
Разработанная методика используется в учебном процессе по дисциплине "Электрооборудование электроподвижного состава".
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: Ш-ей международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электроподвижного состава", 2000 г, Новочеркасск; Ш-ей
научно-практической конференции "Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте"; 2000 г., Москва; Ш-ей научно-практической конференции "Безопасность движения поездов", 2002 г., Москва, а так же на научных семинарах и заседаниях кафедры «Электрическая тяга» МИИТа в 2001-2005 г.г.
Публикации. По гзме диссертации опубликовано четыре печатные работы.
Объем работы. Диссертация содержит 179 страниц и включает следующие разделы: введение, главы 1-5, заключение, список литературы.
Базовые технические решения по электропитанию систем вспомогательных машин отечественных электровозов
Подключение трехфазных двигателей к однофазному источнику напряжения приводит к несимметричному режиму питания. Ввиду этого статорную обмотку расщепителя фаз конструктивно выполняют несимметричной таким образом, чтобы обеспечивалась удовлетворительная симметрия напряжения питания при одновременной работе всех ВМ при номинальном или близком к нему значении питающего напряжения. Кроме этого дополнительно на зажимы двигателей подключают симметрирующие конденсаторы, емкости которых определяются параметрами сети питания и нагрузкой электродвигателей. Однако это не исключает режимы с существенной несимметрией напряжения в условиях отличных от номинальных, например, при работе одних мотор-насосов масляного охлаждения трансформатора, при одиночной работе мотор компрессора и т. п. Допустимый коэффициент несимметрии напряжения (отношение величин напряжений обратной и прямой последовательностей) для ВМ электровозов переменного тока находится в пределах до 10 % [49, 50]. При этом несимметрия напряжения практически не влияет на вращающий момент электродвигателя. Существенное же действие несимметрия оказывает на допустимую нагрузку машины, ввиду того что скольжение ротора для поля обратной последовательности практически соответствует режиму короткого замыкания [23]. Так, при значении коэффициента несимметрии 5 % допустимый ток машины необходимо снизить на 25 %, что достигается, как правило, увеличением запаса по мощности.
Несинусоидальность кривой питающего напряжения, в условиях ЭПС, при однофазном питании и наличии в цепях ВМ конденсаторов, приводит к возможности возникновения резонансных явлений и опасности повышенного нагревания обмоток. Как показывают проведенные расчеты [50], резонанс высших гармоник не приводит к существенному возрастанию действующего значения тока ВМ; незначительность влияния высших гармоник на нагревание обмоток подтверждается опытами (никогда при испытаниях локомотивов это влияние не удавалось установить). Однако, при данном действующем значении, несинусоидальность напряжения, оказывает влияние на снижение значения первой гармоники, которая определяет работу электродвигателя.
Наряду с несимметрией и нестабильностью питающего напряжения ВМ, важным фактором, оказывающим влияние на режимы их работы, является температура окружающего воздуха, которая, в ряде случаев, определяет вращающий момент на валу, зависящий от момента сопротивления приводимого механизма. При понижении температуры возрастают момент сопротивления механизмов и моменты трения приводных электродвигателей вследствие увеличения вязкости смазочных материалов. Наиболее сильно это явление проявляется для мотор-компрессоров по той причине, что поршневые компрессоры, применяемые на электровозах, имеют большой момент сопротивления из-за значительно развитых поверхностей трения. Момент на валу вентиляторов и насосов зависит от температуры в соответствии с изменением плотности охлаждающей среды и расхода воздуха.
В технических требованиях оговаривается диапазон изменения температуры окружающей среды при эксплуатации ВМ от +40 до -60 С. В соответствии с этим мощность приводного двигателя вентилятора при температуре -60 С превысит требуемую мощность при температуре +20 С на 37.6 %, а при температуре +40 С уменьшится на 6.5 % [6]. Изменение давления нагнетаемого воздуха от атмосферного до рабочего (0.9 МПа) вызывает рост мощности потребляемой приводным двигателем компрессора в полтора раза. Запас пускового момента двигателя, по отношению к номинальному моменту сопротивления вентилятора, должен находится на уровне двукратного, а двигателя привода компрессора - не менее трехкратного [57, Щ.
Указанные особенности условий работы приводят к выбору ВМ повышенной номинальной мощности, что вызывает увеличение расхода электроэнергии системами собственных нужд.
Наиболее распространенными в эксплуатации на железных дорогах России и СНГ являются выпущенные в последние десятилетия XX века большие партии восьмиосных магистральных грузовых электровозов ВЛ80К, ВЛ80Т, ВЛ80С, ВЛ8(?, а так же серия первых двенадцатиосных электровозов ВЛ85, предназначенных для использования на наболее гру-зонапряженных железнодорожных магистралях. Продолжают эксплуатироваться и грузовые шестиосные электровозы серии ВЛ60 , выпуск которых прекращен в 1967 г. Пассажирский парк электровозов переменного тока представляют электровозы ВЛ65 и ЭП1.
Схемное решение по электропитанию ВЫ грузовых электровозов (рис. 1.2. и 1.3.-о) [82] выполнено в соответствии со структурой, приведенной на рис. 1.1.-Й, т.е. получение трехфазного напряжения осуществляется с помощью электромашинного преобразователя (расщепителя фаз - ФР). Схемы силовых цепей ВМ электровозов ВЛ8 и ВЛ80С в части количественного состава ВМ и их назначения аналогичны схеме электровоза ВЛ80Т (по этой причине они не показаны). Основные отличия систем ВМ электровозов ВЛ8СҐ, ВЛ80Т, ВЛ80С от системы заключаются в различном числе двигателей вентилято ров {МВ\ параметрах систем вентиляции, в значениях емкости симметрирующих конденсаторов и мощности, потребляемой MB. Силовые цепи электровоза ВЛ85 [50] имеют блочный монтаж электрооборудования. Благодаря этому шестиосная секция электровоза содержит всего пять MB (рис. 1.3 .- з).
Однофазно-трехфазный непосредственный преобразователь частоты
Если один из преобразователей питания вспомогательных приводов или подключенный к нему привод неисправны, то такой преобразователь и соответствующий тяговый преобразователь отключаются. В этом случае электровоз может продолжать движение с одной ведущей тележкой. Необходимые для этого вспомогательные приводы питаются от исправного преобразователя с постоянной частотой.
Дополнительный анализ систем вспомогательных нужд электровозов и электропоездов постоянного, переменного и постоянно-переменного тока показал, что во всех случаях для вспомогательного привода используются асинхронные электродвигатели с питанием от преобразователей частоты.
На тяговом электроподвижном составе (ЭПС) переменного тока преобразователь собственных нужд получает питание от обмотки собственных нужд через выпрямитель, обеспечивающий стабилизацию выпрямленного напряжения. При этом напряжение обмотки может быть как выше, так и ниже напряжения в промежуточном звене постоянного напряжения. Выходной преобразователь во всех случаях выполняется в виде трехфазного инвертора напряжения либо с постоянными, либо с регулируемыми выходными параметрами (величина и частота напряжения).
На ЭПС постоянного тока преобразователь собственных нужд дополнительно содержит входной высоковольтный преобразователь - либо импульсный прерыватель, либо однофазный инвертор напряжения с трансформаторным выходом. В первом случае гальваническая развязка цепей собственных нужд с контактной сетью не обеспечивается. Выходной преобразователь также как и на ЭПС переменного тока выполняют в виде трехфазного инвертора напряжения. В некоторых случаях (электропоезда ETR460, ETR470, ETR480 и S220 "Pendolino"), когда основными потребителями собственных нужд являются агрегаты обеспечения пассажирских салонов, преобразователь собственных нужд выполняется в виде высоковольтного трехфазного инвертора с трансформаторным выходом и организацией бортовой трехфазной сети напряжением 380 В 50 Гц. Во всех случаях питание собственных нужд осуществляется от нескольких преобразователей (два, три или четыре), единичная мощность которых выбрана так, чтобы при отказе (выходе из строя) одного из них, оставшиеся в работе преобразователи обеспечивали бы питание потребителей без снижения, либо с минимальным снижением тяговой мощности электровоза или электропоезда. Параметры систем собственных нужд других типов зарубежных электровозов сведены в табл. 1.8. В результате анализа установлено, что суммарная мощность систем собственных нужд составляет от 4% до 7% от тяговой мощности электровозов. При этом большие значения имеют многосистемные электровозы и оборудованные системой реостатного торможения. Проведенный анализ систем регулируемого привода ВМ электровозов отечественного и зарубежного производства позволяет сделать вывод о том, что применение статических преобразователей позволяет значительно уменьшить установленную мощность ВМ электровозов и повысить КПД электровоза. Всё большее распространение на ЭПС и в промышленном производстве, в настоящее время, находят двухзвенные преобразователи частоты (с промежуточным звеном постоянного напряжения) на полностью управляемых ключах. Это, прежде всего АНН с ШИМ на IGBT-транзисторах. Подобные преобразователи выпускают многие известные производители силовой полупроводниковой техники, среди которых SIEMENS AG, HITACHI, ALLEN-BREDLEY, EMOTRON, ABB INDUSTRY ОД и др. Современные преобразователи оснащены, как правило, микропроцессорными системами управления и являются универсальными по своим регулировочным возможностям. Электроприводы на их основе обеспечи вают плавный пуск, длительную работу в рабочем диапазоне частот вращения АД в режиме автоматического регулирования заданного технологического параметра: давления, расхода, уровня и т.п., а также частотное торможение и реверс привода. В страна СНГ достаточно широкий спектр промышленных вариантов таких преобразователей выпускает корпорация ТРИОД (Россия, Украина, Белоруссия). Они предназначены для управления общепромышленными механизмами, такими как компрессоры, насосы, вентиляторы и др. Эти преобразователи оснащены многофункциональным программируемым микроконтроллером. Преобразователи, предназначенные для применения в высоковольтных электроприводах, имеют структуру "понижающий трансформатор - низковольтный АИН на /СЯГ-транзисторах - повышающий трансформатор". Последние разработки промышленных преобразователей выполнены на основе двухоперационных GrO-тиристоров с 6-, 12- или 18-пульсным выпрямителем. Преобразователи подобного типа выпускаются фирмой ALLEN-BREDLEY и ориентированы для применения в высоковольтных электроприводах. Среди представленных на рынке преобразователей частоты, они являются наиболее дорогостоящими. Стоимость 1 кВт мощности данного типа преобразователя находится в пределах 300-400 долл. США. Их высокая стоимость определяется возможностью реализации векторного управления частотой вращения и моментом высоковольтных асинхронных и синхронных электродвигателей.
Математическая модель тиристорного преобразователя напряжения
Расчет электромагнитных процессов в схемах, содержащих вентильные преобразователи, имеет ряд особенностей, что объясняется резко выраженными нелинейными свойствами электрических вентилей. При расчетах схем реальные характеристики вентилей обычно заменяют характеристикой идеального вентиля или характеристикой, приближенно учитывающей прямое падение напряжения на вентиле. Цепь с такими идеализированными вентилями и другими линейными элементами приобретает свойства линейной цепи с периодически изменяющимися параметрами, что является весьма существенным с точки зрения методики её расчета.
Одним из основных методов расчета электромагнитных процессов в установившихся и переходных режимах работы преобразователей является кусочно-линейный метод. Этот метод успешно применялся и получил свое развитие в работах К.А. Круга, М.П. Костенко, Л.Р. Неймана, И.Л. Кагано-ва, А.А. Булгакова и других ученых. Сущность данного метода, в основных чертах, сводится к следующему: - на основании законов Кирхгофа составляется исходная система дифференциальных уравнений, справедливая для любого интервала времени с разным числом проводящих вентилей; - для каждого интервала времени определяется число проводящих вентилей (для многих схем оно достаточно очевидно); решается исходная система уравнений и находятся выражения для токов и напряжений на элементах схемы, в которые входят постоянные интегрирования. - для каждого интервала времени, исходя из условий, относящихся к границам интервалов, находят постоянные интегрирования. Этим заканчивается основная часть анализа — получены выражения, которые позволяют полностью рассчитать мгновенные значения токов и напряжений в схеме преобразователя. Для расчета переходных процессов в преобразователях может применяться метод разностных уравнений или уравнений в конечных разностях. Сущность метода заключается в составлении и решении разностных уравнений, т.е. уравнений, связывающих мгновенные значения функции в определенные моменты времени, отстоящие друг от друга на период квантования. Данный метод позволяет рассчитывать переходные процессы в общем виде. Расчет электромагнитных процессов может быть выполнен так же с помощью спектральных методов, основанных на использовании преобразования Фурье (ряды Фурье, интеграл Фурье). Применительно к расчетам установившихся процессов в электрических цепях этот метод основывается на представлении известных по форме и подлежащих определению токов и напряжений рядами Фурье и называется методом «гармонического баланса» или методом «гармонических составляющих». Следует отметить, что непосредственно со спектральным методом связан метод «непрерывной аппроксимации» или «основной гармоники». Сущность метода «непрерывной аппроксимации» заключается в том, что в исследуемых процессах токи и напряжения раскладываются на две составляющие: а) непрерывную, которой может быть либо постоянная составляющая, либо основная гармоника и б) переменную, являющуюся следствием дискретного характера процессов в схеме. При анализе в рассмотрение вводится только непрерывная составляющая. Обоснованию и развитию спектральных методов расчета электри 53. ческих цепей с переменными параметрами, к которым, в частности, относятся цепи, содержащие статические преобразователи частоты, посвящены работы В.А. Тафта, где дается общая методика расчета цепей с переменными параметрами, построенная на обобщении спектральных методов в сочетании с преобразованием Лапласа, как в переходных, так и в установившихся режимах. Показано, что получаемое решение может быть представлено в виде бесконечного ряда гармонических функций, обрываемого исходя из требуемой точности расчета. Современный уровень развития вычислительной техники позволяет осуществлять методы имитационного математического моделирования, что очень удобно при расчете электромагнитных процессов в вентильных цепях содержащих как пассивную, так двигательную нагрузки. Характерной особенностью, отличающей АД от трехфазной активно-индуктивной нагрузки, является наличие магнитной связи между обмотками фаз статора и ротора, а также влияние на эту связь скорости АД. Поэтому в обмотке фазы АД отключенной от сети, наводится ЭДС вращения, значение которой, как и других параметров АД, зависит от скольжения. Наводимая ЭДС существенно изменяет форму фазного напряжения по сравнению с активно-индуктивной нагрузкой. Поэтому метод математического моделирования на ЭВМ является наиболее приемлемым методом, позволяющим производить расчет токов и напряжений в цепях АД, управляемого ТПН. В настоящей работе анализ электромагнитных процессов в системе ТПН — АД проведен с использованием метода математического моделирования на ЭВМ. При этом проведение исследований ставит очередную задачу. 3. Создание имитационной математической модели системы ТПН -АД-Решением этой задачи является разработка идеализированных образов - моделей отдельных элементов и системы в целом на основе общепринятых допущений, принимаемых при исследовании электроприводов с вентильными преобразователями. С целью оценки адекватности разработанной математической модели электропривода реальному объекту, а так же проведения экспериментальных исследований ставится заключительная задача. 4. Техническая реализация разработанной системы частотного управления вентиляторным электроприводом.
3аконы управления асинхронным электродвигателем
Результирующий вектор напряжения us в это время продолжает вращаться с постоянной синхронной скоростью COQ. Поэтому в зависимости от длительности бестоковой паузы векторы us и yrs к моменту повторного включения могут иметь в пространстве (и соответственно на комплексной плоскости) различное взаимное положение. Чем меньше в момент включения их мгновенное положение отличается от ориентации в установившемся режиме, тем меньше изменение магнитного потока АД и, следовательно, меньше переходные составляющие момента.
Характер протекания переходного процесса при повторном включении любого АД однозначно определяется начальным значением модуля вектора
УЙ(Щ, его угловым положением относительно вектора us и скоростью ротора (OR. При этом наиболее существенное влияние в количественном и качественном отношении на переходный процесс оказывает начальная фаза вектора потокосцепления, характеризуемая углом 9SR(0), от значения которого зависит знак переходного момента. Подбором соответствующего значения этого угла можно получать переходной момент заданного знака при любой скорости ротора независимо от степени насыщения машины.
При многократных повторных включениях АД, имеющих место при импульсном управлении от указанных четырехвентильных ТПН, используя первую (необходимого знака) полуволну переходного момента и отключая АД от сети, когда переходный момент меняет знак, можно снова включать АД при заданной начальной фазе потокосцепления, что позволяет увеличивать среднее значение электромагнитного момента. Такое импульсное управление называют векторно-импульсным, поскольку определяющим
Интенсивное развитие полупроводниковой преобразовательной техники способствует увеличению производства как уже известных устройств силовой электроники, так и вновь разрабатываемых. При этом возрастают технические требования к устройствам, усложняются схемы и режимы их работы. В этих условиях исследование и разработка устройств силовой электроники должно проводится в оптимально короткие сроки, при более полном и точном учете процессов, протекающих в устройстве, и в условиях ограничения трудовых и материальных ресурсов.
Автоматизация проектно-конструкторских и научно исследовательских работ оказывает значительное влияние на улучшение качественных показателей разрабатываемых устройств, сокращение сроков и уменьшение материальных затрат на проектирование. Основной эффект от автоматизации достигается не при автоматическом или автоматизированном получении чертежей с помощью графопостроителей, а при ускорении цикла проектирования и замене дорогостоящих макетных или натурных экспериментов вычислительными. Таким образом ядром, основой систем автоматизации служит математическое моделирование. Задачей математического моделирования является разработка идеализированного образа - модели объекта, отображающего его поведение в реальных условиях с требуемой точностью.
Потребность в создании регулируемых электроприводов переменного тока привела к необходимости моделирования процессов в системах преобразователь частоты - асинхронный двигатель. Этой проблеме посвящены работы [9, 14, 41, 74, 75]; разработаны математические модели и методы исследования свойств электрических машин, ориентированные на задачи управления и оптимизацию их режимов работы [25, 60, 64, 76, 90-95]. Математическое моделирование обладает большими преимуществами для исследования, по сравнению с физическим, так как создание экспериментальных образцов требует значительных финансовых затрат и не обеспечивает всех возможностей, которые дает вычислительный эксперимент [36].
Электрические цепи с применением вентильных преобразователей включают в себя силовые цепи и цепи системы управления. С точки зрения анализа такие электрические цепи являются непрерывно-дискретными системами. Силовые цепи на интервалах постоянства состояния полупроводниковых элементов вентильных преобразователей относятся к непрерывным системам, а цепи системы управления, воздействующие на силовые цепи только в дискретные моменты времени - к дискретным системам.
В качестве модели электрической цепи, отображающей её непрерывные и дискретные свойства с требуемой точностью, может использоваться расщепленная кусочно-линейная система (/С/ТР-система) [87], структурная схема которой приведена на рис.3.1. В состав КЛР-системы входят непрерывная и дискретная подсистемы и связывающий их блок преобразования «аналог-код» (блок компараторов).
Непрерывная подсистема, являясь динамической системой, функционирующей в непрерывном времени, состоит из элементов с кусочно-постоянными параметрами и имеет переменную структуру.
Похожие диссертации на Регулируемый электропривод на базе тиристорного преобразователя с непосредственной связью для систем собственных нужд электровозов переменного тока
