Введение к работе
Актуальность темы. Повышение эффективности работы передвижных автономных энергетических систем, снижение их массогабаритных показателей, переход на экологически чистые источники энергии обуславливают необходимость создания управляемых генераторгах установок с переменной скоростью вращения первичного двигателя. Особенно остро эта задача стоит для первичных источтжов механической энергии с переменной производительностью. К таким источникам механической энергии относятся: ветродвижители, гидротурбины малых рек, прилтзные гидротурбины, двигатели внутреннего сгорания.
Существующие генераторные системы отличаются большим многообразием: от управляемых машинно-вентильных систем до машинно-гидравлических и машишо-редукторных систем с электрическими и гидравлическими управляющими коїггурами. Вместе с тем все оіш имеют ряд недостатков, обусловленных плохой управляемостью, невысоким КПД, большими массогабаритными показателями и низким качеством вырабатываемой энергии.
Для всех перечисленных выше источішков механической энергии могут быть применены однотипные генераторные установки на базе электромашинных агрегатов с двигательными униполярными вставками и передачей вращающего момента посредством магнитной связи (ЭМА), позволяющие гаменять частоту вращения первичного двигателя. По своим мас-согабаритным показателям ЭМА меньше своих отечественных и зарубежных аналогов, а конструктивные особенности и принцип действия обуславливают высокий КПД, больший ресурс и широкие возможности по управляемости. Кроме того, эти машины могут работать в двигательных режимах, что расширяет возможности по практическому применению ЭМА.
В связи с необходимостью поддержания стабильными выходных параметров электроэнергии в генераторном режиме и управления частотой вращения вала ЭМА в двигательных режимах актуальной является задача синтеза системы управления ЭМА, обеспечивающей вышеперечисленные функции.
Цель работы - разработка законов управления электромашинным агрегатом с двигательными униполярными вставкхми, оптимальных по критерию минимума потерь в установившихся режимах и создашіе методики синтеза системы управлешія, обеспечивающей повышение эффективности работы энергетических установок с переменной частотой вращения.
Задачи исследования. __
1. Анализ существующих систем генерирования электроэнерпш, рабо-
тающих с переменной частотой вращения приводного вала.
-
Разработка математической модели ЭМА, исследование ЭМА как объекта управления.
-
Определите законов управления ЭМА, оптимальных по критерию минимума потерь в установившихся режимах.
-
Разработка методики синтеза системы управления ЭМА.
-
Исследования и разработка системы управления ЭМА.
-
Разработка практических рекомендаций по применению систем управления ЭМА.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе были применены методы теории управления, моделирования и математического анализа, методы дифференциального и интегрального исчисления, численные методы решения задач с использованием ЭВМ.
Научная новизна. В работе получены следующие научные результаты.
-
Разработаны законы управления индукциями в двигательных и генераторных униполярных вставках, оптимальные по критерию минимума потерь в установившихся режимах работы, в зависимости от частоты вращения приводного вала.
-
Предложена математическая модель (ММ), отличительная особенность которой состоит во взаимосвязанном описании разнородных элементов в неподвижной и вращающейся системах координат и учёте многофункциональности двигательных униполярных вставок возбудительной ветви.
-
Предложена методика синтеза системы управления ЭМА.
-
Разработаны законы управления пуском ЭМА при неподвижном и вращающемся первичном двигателе.
Практическая ценность.
-
Разработана система управления электроприводом насосной установки СЭ-800/100 на базе ЭМА.
-
Разработана система управления ЭМА, обеспечивающая генерирование переменного тока постоянной частоты 50 Гц за счёт отбора мощности от дизеля 6ДКРН 35/105 мощностью 3200 л.с, работающего с переменной частотой вращения вала (120-220 об/мин).
-
Разработаны алгоритмы и программы для исследования управляемости, наблюдаемости, статических и динамических характеристик системы управления ЭМА.
-
Разработаны программы для расчёта настроек регуляторов системы управления в зависимости от частоты вращения приводного вала.
5. Даны рекомендации по выбору технических средств управления и прак
тическому применению системы управления ЭМА.
Реализация и сигдргиие. Результаты работы в виде моделей, алгоритмов, программных и технических средств внедрены в «Пензенские тепловые сетго> ОАО «Пегааэнерго» при разработке системы управления электроприводом насосной установки СЭ-800/100, в ОАО «Электромеха-инка»'(г. Пеюа) при исследованиях режимов управления ЭМА для ветро-знергеї ических станціш в НИР по теме «Исследование режимов управленій электромашинного агрегата генераторных установок с переменной частотой вращения приводного вала», в в/ч 90802 (г. Ст. Петербург) в НИР по теме «Судовая вшіогенераторная установка со стабилизацией параметров выходного напряжения мощностью 600 кВт», а также в учебном процессе на кафедре «Периферийные средства вычислительной техники» Пензенского технологического института при подготовке сгудеіггов по специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств».
Основные положения выносимые па зашиту.
-
Законы управления ш{дукциямн в двигательных и генераторных униполярных вставках.
-
Математическая модель ЭМА.
-
Методика синтеза системы управления ЭМА.
-
Законы управлешія пуском ЭМА.
-
Результаты исследований режимов управления ЭМА.
Апробация работы. Основгые положешія диссертаїшоїшой работы докладывались и обсуждались:
П на второй Международной научной конференцій! «Методы и средства управления технолопгческими процессами)), Саранск, 1997;
п на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы анализа и обеспечения надёжности и качества приборов, устройств и систем», Пенза, 1998;
П на третьей Международная конференции «Дифференциальные уравнения и их приложения», Саранск, 1998;
п на второй Международной методической конфереіщии «Университетское образование», Пенза, 1998;
п на 11 Международной научной конференции «Математические методы в химии и технологиях», Владимир, 1998; '
п на научно-технической конференцій! «Проблемы технического управления в региональной энергетике», Пенза, 1998, 1999; .
п на Всероссийской научно-практической конференции «Опыт и проблемы экологического образования и воспитания», Пенза, 1999;
п на 12 Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», Великий Новгород, 1999;
на третьей Международной конференции «Методы и средства управления технологическими процессами», Саранск, 1999; Публикации Основные результаты опубликованы в 19 научных работах.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов основного материала, заключения и списка литературы из 118 наименований,-двух приложений, содержащих компьютерные программы и акты о внедрении результатов работы. Объём работы составляет 229 страниц основного текста, 124 рисунков, Зтаблицы.
