Анализ и синтез активных выпрямителей напряжения в системах управления энергоэффективными электроприводами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат наук Поляков Николай Александрович

• Поляков Николай Александрович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Поляков Николай Александрович

Оглавление

Введение

Глава 1. Анализ энергетических процессов в замкнутых системах элелетроприводов

1.1. Методика анализа электромагнитных процессов в энергоподсистеме

1.2. Моделирование электромагнитных процессов в энергоподсистеме

1.3. Моделирование в области генераторного режима

1.4. Моделирование при отсутствии режима рекуперации

1.6. Моделирование в режиме периодического реверса скорости

1.7. Выводы по главе

Глава 2. Математическое описание и моделирование активного выпрямителя напряжения с предлагаемой системой управления в среде МайаЬ^тиНпк

2.1. Обзор существующих структур активных преобразователей

2.2. Исследование статических характеристик АПП

2.3. Исследование динамических характеристик АПП

2.4. Модельное исследование АПП в замкнутой по току и по напряжению системе

2.5. Модель активного выпрямителя напряжения

2.6. Преобразование координат

2.7. Двухконтурная система подчиненного регулирования АВН

2.8. Моделирование системы управления трехфазным активным выпрямителем напряжения с преобразованием координат

2.9. Настройка системы управления АВН

2.10. Моделирование цифрового управления АВН

2.11. Методика определения составляющих полной мощности

2.12. Моделирование трехфазного АВН с двухконтурной системой управления

2.13. Выводы по главе

Глава 3. Синтез системы фазовой автоподстройки частоты для активного выпрямителя напряжения в составе системы управления электропривода с двухсторонним обменом энергией

3.1. Описание структуры ФАПЧ

3.2. Синхронизация фазы управления с фазой питающей сети

3.3. Синтез системы управления УГ

3.4. Синтез цифровой ФАПЧ

3.5. Результаты моделирования системы фазовой автоподстройки частоты

3.6. Оценка влияния искажений сетевого напряжения на работу активного выпрямителя

3.7. Результаты моделирования работы трехфазного активного выпрямителя напряжения с синтезированной системой фазовой автоподстройки частоты

3.8. Выводы по главе

Глава 4. Экспериментальное исследование синтезированной системы фазовой автоподстройки частоты

4.1. Описание лабораторного стенда

4.2. Описание используемых датчиков модуля АВН

4.3. Описание модуля контроллера

4.4. Описание модуля усилителя мощности

4.5. Программно-математическое обеспечение

4.6. Результаты исследования

4.7. Выводы по главе

Глава 5. Математическая модель энергоподсистемы: электропривода азимутальной оси опорно-поворотного устройства см-638, телескопа траекторных

измерений алтайского оптико-лазерного центра

5.1. Моделирование энергоподсистемы вентильного двигателя

5.2. Анализ энергетических процессов в энергоподсистеме электропривода ОПУ СМ-638

5.3. Исследование работы АВН в системе электродвигателей Большого Алтайского телескопа

5.4. Выводы по главе

Заключение

Список литературных источников

Приложение А. Показатели качества энергопотребления в системе с тремя

вентильными двигателями без АВН

Приложение Б. Анализ процессов в энергоподсистеме электропривода ОПУ СМ-638

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире большое значение уделяется вопросам повышения качества электроэнергии и энергосбережения. Это связано, прежде всего, с широким распространением полупроводниковой преобразовательной техники, совершенствованием компонентной базы силовой электроники, которое делает возможным рост мощностей единичных преобразователей и увеличивает нелинейные нагрузки в электросети. Требования к качеству электроэнергии регламентируются рядом международных стандартов (IEC 61000-3 [1-3], IEEE 519 [4] и др.). Следует отметить, что эти требования с годами постоянно ужесточаются. В России эта тенденция вылилась в пересмотр требований к показателям качества электроэнергии, регламентированных ГОСТ 13109-97 [5], вводом новых ГОСТ Р 51317.3.2.-99 (МЭК 61000-3-2-95) [6] и ГОСТ Р 51317.3.2 [7], ГОСТ Р 51317.3.12 [7], ГОСТ Р 54149-2010 [8]. Создание новых преобразователей, обеспечивающих двусторонний обмен энергии между источником и приемником, и новых алгоритмов управления, которые обеспечивают повышение показателей качества электроэнергии, позволяют решить эту проблему средствами преобразовательной техники.

В системах регулируемого электропривода с двигателями как постоянного, так и переменного тока можно добиться повышения энергетической эффективности за счет полупроводниковых преобразователей на полностью управляемых ключах с импульсно-модуляционными методами управления. Сложные алгоритмы управления в таких системах реализуются на современных микроконтроллерах. К задачам информационной подсистемы в таких системах электропривода относится минимизация потерь в силовых полупроводниковых преобразователях (1111) и улучшение энергетической и электромагнитной совместимость с питающей сетью. Энергетическая подсистема должна обладать обратимым характером энергопотребления, чтобы иметь возможность

рекуперировать электроэнергию в электрическую сеть или энергоноситель. Схемы полупроводниковых преобразователей, построенных по такому принципу, носят в литературе название полностью управляемых [9-11] или активных преобразователей (АП) [12-16].

Замкнутые системы регулируемых электроприводов, как правило, используют, двухзвенные преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока, включающие в себя выпрямитель, силовой фильтр (СФ), тормозную цепь (ТЦ) и инвертор с широтно-импульсной модуляцией. Замена неуправляемого диодного выпрямителя напряжения на выпрямитель напряжения на полностью управляемых ключах позволяет обеспечить двусторонний обмен энергией между первичны источником и двигателем, и таким образом, улучшения электромагнитной совместимости и экономичности использования электроэнергии повышения к.п.д. всей системы в целом за счет рекуперации энергии движущихся частей машины. Такие активные преобразователи могут быть построены на основе автономного инвертора напряжения (АИН), если его обратить на сторону переменного тока. Диодный неуправляемый выпрямитель (НУВ) структурно входит в АИН, в виде схемы, образуемой обратными диодами. Такие схемы, которые рядом авторов называются активными выпрямителями напряжения (АВН) [13-15,17], работают в режиме импульсного повышающего регулятора, выполняют также функцию корректора коэффициента мощности и сетевого фильтра, улучшая форму потребляемого из сети тока и энергетические показатели системы.

На сегодняшний день около половины вырабатываемой энергии приходится на работу электроприводов различного назначения. Для электродвигателей, которые работают более 500-1000 часов в год задача обеспечения энергоэффективности является актуальной, поскольку они потребляют существенное количество энергии, чтобы экономия от энергосбережения в этих

электроприводах оказывалась достаточной для покрытия расходов на внедрение энергосберегающих технологий [18].

Немаловажным фактором в данном случае является срок службы электроприводов. Многие электродвигатели рассчитываются на срок службы от 4-5 до 10-20 лет. Зачастую при планировании при применении электродвигателя в составе электропривода не учитываются долгосрочные перспективы использования устройства, что приводит к недооценке экономического эффекта от применения технологий рекуперации энергии.

Во многих системах электроприводов возможны режимы, при которых кинетическая энергия вращения на валу двигателя может быть частично возвращена в источник. В таких приводах целесообразно предусмотреть возможность рекуперации энергии в ёмкость звена постоянного тока либо установку преобразователя с двухсторонним обменом энергией для рекуперации энергии в питающую сеть [18,19].

Качество самого энергопотребления также оказывает влияние на срок службы и эффективность электропривода. Ряд неисправностей электропривода связан с характером энергопотребления. Активные преобразователи позволяют влиять на качество энергопотребления, улучшая коэффициент мощности и гармонический состав тока, таким образом, создавая лучшие условия для функционирования электронных устройств в сети и продлевая срок их эксплуатации [18].

В активных преобразователях задачи рекуперации и повышения качества энергопотребления возлагают определенные требования к информационной подсистеме этих устройств. Таким образом, задачи повышения энергетической эффективности в области электропривода не является исключительно аппаратной задачей, существуют возможности для улучшения энергетических характеристик электропривода через совершенствование его информационной подсистемы.

На Рисунке 1 представлены диаграммы распределения электрической энергии, потребляемой электроприводами в различных отраслях согласно [18] по состоянию на 2008-2011гг.

Рисунок 1 - Диаграммы распределения электрической энергии

Следует отметить, что на конец 2009 года энергоёмкость внутреннего валового продукта (ВВП) России вдвое выше энергоёмкости Китая и в 2,5—3,5 раза выше, чем в США и странах Европы, в связи с чем была разработана государственная программа «Энергосбережение и повышение энергоэффективности Российской Федерации на перспективу до 2020 года», в рамках которой планируется достигнуть 40% снижения энергоемкости российского ВВП от уровня 2007 года [20]. Под энергоёмкостью в данном случае понимается величина потребления энергии и (или) топлива на основные и вспомогательные технологические процессы изготовления продукции, на базе

заданной технологической системы [21,22]. Активные преобразователи могут обеспечить небольшой уровень гармонических искажений потребляемого тока и высокий коэффициент мощности.

Высокопроизводительные активные выпрямители уже давно привлекли к себе внимание в областях, где предъявляются жесткие требования к показателям качества электрической энергии, однако, несмотря на этот интерес, они имею существенные недостатки. Один из них связан с тем, что система управления таким преобразователем оказывается крайне чувствительной к наличию гармонических искажений входного напряжения, что приводит к существенному снижению эффективности преобразователя в тех случаях, когда питающая сеть не сбалансирована или зашумлена.

Типичная промышленная сеть является достаточно сложной, что приводит к неравномерной нагрузке фаз питающей сети. Практические системы используют различные однофазные нагрузки с неравномерной загрузкой распределительных линий электропередачи, нагрузки, которые отключены или включены в течение продолжительного времени и нарушают баланс напряжений в общей точке, нелинейные нагрузки, зашумляющие сеть. Дисбаланс сетевого напряжения нагружает силовую электронику и другие устройства, присутствующие на стороне потребителя. Он порождает сильные пульсации в конденсаторе звена постоянного тока, которые переходят в пульсации момента в нагрузке. Дисбаланс напряжений и возмущения, присутствующие в сети, трудноустранимы. Тем не менее, к промышленным системам предъявляются строгие требования, в том числе связанные с увеличением срока службы и производительности. Таким образом, применение активных преобразователей в таких сетях является целесообразным, однако эффективность их применения во многом зависит от качества механизма синхронизации.

Среди интеллектуальных двигателей электроприводов наилучшими регулировочными свойствами обладают двигатели постоянного тока (ДПТ).

Наряду с коллекторными ДПТ широко применяются бесконтактные ДПТ на базе синхронных двигателей. Предельные динамические характеристики современных высокоэффективных электроприводов определяются возможностями энергоподсистемы (ЭП). Устройство управления полупроводниковым преобразователем и информационно-измерительная часть составляют информационную подсистему электропривода, которая осуществляет реализацию заданного алгоритма регулирования электропривода, обеспечивая работу привода в диапазоне моментов, скоростей и ускорений, заложенных в энергоподсистеме [23].

Для систем с двусторонним обменом энергией состав оборудования энергоподсистемы и его параметры должны определяться не из требования сглаживания пульсаций выбранного напряжения, а на основе оценки энергии рекуперации вращающихся масс в тормозных режимах работы замкнутой системы электропривода (ЗС ЭП) [23-26], которая может быть принята преобразователем. В замкнутых по току и скорости следящих приводах при питании энергоподсистемы от сети переменного тока с последующим выпрямлением, на этапах торможения двигателя постоянного тока (ДПТ) наблюдаются интервалы рекуперации энергии вращающихся масс[24-30]. При использовании НУВ эта энергия принимается конденсатором звена постоянного тока (ЗПТ)., создавая в ряде случаем опасное превышение допустимого напряжения на этом элементе энергоподсистемы. При этом необходимо учитывать, что часть этой энергии рассеивается на сопротивлении якоря ДПТ, и чем больше сопротивление якорной обмотки ДПТ и чем меньше его противоЭДС, тем меньшее количество энергии рекуперируется в ЗПТ. Эта энергия должна быть отведена конденсатора СФ ЗПТ, чтобы обеспечить безопасный для системы электропривода и эффективный с точки зрения энергопотребления режим торможения. Различные структуры ЗПТ позволяют осуществить отвод энергии торможения следующими способами:

- возврат энергии в конденсаторы ЗПТ ЭП;

- преобразование электрической энергии торможения в тепло (тормозное или балластное сопротивление);

- частичный возврат энергии в конденсатор поперечной ветви ЭП и преобразование оставшейся части энергии в тепло (совместная установка конденсаторов и тормозного сопротивления);

- возврат в питающую сеть переменного тока (установка АВН);

-использование энергии торможения другой электромашиной.

Цель работы. Постановка задачи

Целью работы является теоретический анализ и синтез АВН в системах управления энергоэффективными электроприводами, обеспечивающих улучшение их технических и эксплуатационных характеристик и энергетических показателей.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

1. Анализ электромагнитных и электромеханических процессов в энергоподсистеме ЗС ЭП.

2. Создание математической модели активного выпрямителя напряжения (АВН), в том числе для систем управления следящими электроприводами телескопов траекторных измерений со значительными моментами инерции.

3. Анализ влияния искажений входного напряжения на эффективность работы АВН и разработка математических моделей, позволяющих проводить анализ эксплуатационных характеристик устройства, связанных с составляющими полной мощности, потребляемой из сети.

4. Разработка метода синтеза системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с применением метода пространства состояний для обеспечения синхронизации АВН с фазой и частотой первой гармоники напряжения сети.

5. Разработка системы управления трехфазным АВН, устойчивой к гармоническим искажениям входного напряжения выпрямителя для системы

управления электроприводом опорно-поворотного устройства (ОПУ) телескопа траекторных измерений, обладающего значительными маховыми массами.

Методы исследования

Для решения поставленных задач использовались методы теории автоматического управления, методы теории электрических цепей, методы теории электропривода, основы теории преобразовательной техники, методы гармонического анализа, методы математического моделирование сложных систем в среде MATLAB/ SIMULINK

Научная новизна

Новизна и теоретическая значимость результатов работы состоит в следующем:

- разработаны комплексы математических моделей «питающая сеть переменного тока - АВН - СФ - инвертор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) - электромашина», позволяющего установить зависимости эксплуатационных характеристик системы, связанных с энергетическими показателями, от параметров и режима работы ЗС ЭП с большими маховыми массами;

- на основе анализа электромагнитных и электромеханических процессов в энергоподсистеме ЗС ЭП получены аналитические выражения для расчета рекуперируемой энергии и средней мощности системы, позволяющие оценить ее эксплуатационные характеристики, связанные с энергоемкостью и энергетическими показателями в заданном режиме работы;

- синтезирована система ФАПЧ с использованием формализма пространства состояний для системы управления АВН, позволяющая подавлять высшие гармоники входного сигнала для АВН в системе управления электроприводами, обеспечивающая улучшение эксплуатационных характеристик, связанных с составляющими полной мощности, потребляемой из сети;

- разработана математическая модель «питающая сеть переменного тока -АВН - СФ - инвертор с синусоидальной ШИМ - трех - секционный вентильный двигатель», учитывающая параметры электропривода азимутальной оси ОПУ СМ-638, телескопа траекторных измерений Алтайского оптико-лазерного центра ОАО «НПК «СПП»», которая позволила оценить качественные и эксплуатационные характеристики электропривода Большого Алтайского телескопа с реализованной системой управления, включающей активный выпрямитель.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод синтеза системы ФАПЧ для АВН в составе системы управления электропривода с двухсторонним обменом энергией, которая позволяет осуществить синхронизацию с 1 -й гармоникой сетевого напряжения и тем самым улучшить эксплуатационные характеристики электропривода, связанные с составом полной мощности, потребляемой из сети.

2. Метод анализа и синтеза двухконтурной системы управления АВН в замкнутой системе электропривода, обеспечивающей устойчивую работу при заданном диапазоне потребляемых токов и высокие энергетические показатели, независящие от искажений сетевого напряжения.

3. Аналитические соотношения для расчета рекуперируемой энергии и средней мощности системы и математическая модель энергоподсистемы: «питающая сеть переменного тока - АВН - СФ - инвертор с синусоидальной ШИМ - трех- секционный вентильный двигатель», учитывающая параметры электропривода азимутальной оси ОПУ СМ-638, телескопа траекторных измерений Алтайского оптико-лазерного центра ОАО «НПК «СИЛ»».

Практическая ценность результатов работы

Практическая ценность результатов работы заключается в разработке практических рекомендаций по построению энергоподсистем ЗС ЭП с двухсторонним обменом энергией на основе управляемых полупроводниковых

преобразователей с обеспечением и сохранением высоких качественных и эксплуатационных характеристик, связанных с энергоемкостью, электромагнитной совместимостью и качеством энергопотребления, с учетом типа первичного источника и соотношения его мощности к мощности, потребляемой нагрузкой, массогабаритных показателей и установленной мощности электрооборудования, типа электромеханического преобразователя и требований, возлагаемых на систему управления. Разработанные инженерные методы синтеза системы ФАПЧ позволили создать систему управления, способную обеспечивать и поддерживать заданные качественные и эксплуатационные характеристики.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационной работы использованы:

1. При разработке и исследованиях систем прецизионного электропривода телескопов траекторных измерений в рамках хоздоговорной ОКР №29921 «Разработка РКД и изготовление цифрового электросилового привода Телескопа ТИ-3.12» (шифр - «Стажер-СП») проводимой по заказу ОАО Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения»

2. При разработке и исследовании лабораторного стенда АВН в рамках НИР № 713567 «Исследование, анализ и синтез электромеханических систем с двухсторонним обменом энергией», проводимой в Университете ИТМО Международной Научной Лабораторией «Силовая электроника и автоматизированный электропривод»

3. При разработке нового раздела дисциплины "Проектирование полупроводниковых преобразователей" для студентов, обучающихся по направлению 140400 "Электроэнергетика и электротехника".

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ и синтез активных выпрямителей напряжения в системах управления энергоэффективными электроприводами»

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы и ее результаты докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях

регионального, федерального и международного уровня: VI, VII, VIII, всероссийской межвузовской конференции молодых ученых и XXXIX, XL научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО, I, II, III, IV Всероссийском конгрессе молодых ученых и Х LI, XLII, XLIII, XLIV научной и учебно-методической конференции НИУ ИТМО, а также VI Международной (XVII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (Тульский государственный университет), VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2012 (Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина), VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014 (Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, г. Саранск), IEEE International Conference on Intelligent Energy and Power Systems, IEPS 2014 (Киевский Политехнический институт, Киев, Украина), 16th International Conference on Automatic Control, Modelling & Simulation (Брасов, Румыния).

Публикации

Основное содержание работы опубликовано в 11 работах, из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и SCOPUS:

1) Борисов П.А., Поляков Н.А, Киреев А.А. «Моделирование системы управления трехфазным активным выпрямителем напряжения с преобразованием координат» // Известия Тульского Государственного Университета, Технические науки, выпуск 3, часть 2, 2010. - С. 59-64. 0,375п.л. /0,19 п.л.

2) Поляков Н.А, Борисов П.А., «Синхронизация трехфазных активных выпрямителей напряжения с питающей сетью» // Научно -технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2012. - № 4 (80) - C. 55-60. 0,375п.л. /0,2 п.л.

3) Абдуллин А. А., Поляков Н. А. Синтез системы фазовой автоподстройки частоты для трехфазного активного выпрямителя напряжения // Известия ВУЗов: Приборостроение. - СПб.: НИУ ИТМО, 2013. - №№12(56).-С. 38-43. 0,375п.л. /0,19 п.л..

4) Поляков Н.А., Томасов В.С., Борисов П.А. Методика анализа электромагнитных процессов энергоподсистемы электропривода постоянного тока в режиме рекуперации // Вестник ивановского государственного энергетического университета.- Иваново: ИГЭУ им. В.И. Ленина, 2013. - №6.-С.64-70. 0,375п.л. /0,13 п.л.

5) Поляков Н.А., Герман-Галкин С. Г, Звежевич З.Ч. Аналитическое и модельное исследование активного полупроводникового преобразователя в системах электропривода // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - Санкт-Петербург: НИУ ИТМО, 2014. - Вып. 3(91). - С. 133-141. 0,56 п.л. /0,19 п.л.

6) Abdullin A.A., Poliakov N.A. Synthesis of a phase locked loop system for a control system of the three-phase active voltage rectifier // IEEE International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). -Kyev: IEEE, 2014.-P.246-250. 0,31 п.л. /0,16 п.л. (SCOPUS).

прочих изданиях:

1) Поляков Н.А. «Исследование трехфазных активных выпрямителей напряжения в системах автоматизированного электропривода» // Аннотирован -ный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ магистров НИУ ИТМО. - СПб: НИУ ИТМО, 2011. - С. 42-44. 0,13 п.л. /0,13 п.л.

2) Поляков Н.А, Борисов П.А., Томасов В.С. Определение параметров элементов энергоподсистемы замкнутой системы электропривода ШИП-ДПТ // Труды VII Международной (VIII Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу.- Иваново: ИГЭУ им. В.И. Ленина, 2012. 0,47/0,17.

3) Поляков Н.А., Золов П.Д. Моделирование работы активного выпрямителя напряжения в электромеханической системе с двухсторонним обменом энергией// Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу. - Саранск: Национальный исследовательский мордовский государственный университет имени Н.П.Огарева, 2014.- Т. 1. -С. 165-169. 0,31 п.л. /0,16 п.л.

4) Поляков Н.А., Борисов П.А., Томасов В.С. Синтез параметров энергоподсистемы электропривода с двигателем постоянного тока из условия токоограничения // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) научно -технической конференции по автоматизированному электроприводу. - Саранск: Национальный исследовательский мордовский государственный университет имени Н.П.Огарева, 2014.- Т. 1. -С. 183-186. 0,25 п.л. /0,13 п.л.

5) Poliakov N. Borisov P. Evaluation method and modelling of electromagnethic processes in the power stage of closed loop DC drive system in condition of periodic speed reverse with current limitation // Advances in automatic control: proceedings of the 16th international conference on automatic control, modelling and simulation (ACMOS '14).- Brasov, Romania: WSEAS, 2014. - P. 51-59. 0,563 п.л. /0,29 п.л.

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и двух приложений.

Использованные методы

- Методы теории автоматического управления

- Методы теории электропривода

- Основы теории преобразовательной техники

- Методы гармонического анализа

- Математическое моделирование в среде MATLAB/ SIMULINK

Основные достигнутые результаты

В ходе работы был проведен анализ сложных электромагнитных и электромеханических процессов в замкнутой системе электропривода (ЗС ЭП) и достигнуты следующие результаты:

1. Получено математическое описание АВН для статических режимов работы с учетом его линейных и нелинейных свойств. Осуществлен выбор структуры и регуляторов, обеспечивающих стабилизацию напряжения в звене постоянного тока АВН и единичного коэффициента мощности в различных режимах работы.

2. Предложен метод синтеза системы ФАПЧ для АВН с использованием формализма пространства состояний для АВН в системе управления энергоэффективными электроприводами.

3. Проанализировано влияние гармонических искажений сетевого напряжения на эксплуатационные характеристики электропривода, связанные с показателями качества энергопотребления.

4. На основе предложенного метода синтеза ФАПЧ предложена система управления АВН, устойчивая к гармоническим искажениям входного напряжения.

5. Проанализированы результаты, полученные на разработанной математической модели энергоподсистемы: «питающая сеть переменного тока -АВН - СФ - инвертор с синусоидальной ШИМ - трехсекционный вентильный двигатель», учитывающая параметры электропривода азимутальной оси ОПУ устройства СМ-638, телескопа траекторных измерений Алтайского оптико-лазерного центра ОАО «НПК «СПП»», что позволило оценить качественные и эксплуатационные характеристики электропривода Большого Алтайского телескопа с реализованной системой управления, включающей активный выпрямитель напряжения, связанные с показателями качества энергопотребления.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЗАМКНУТЫХ СИСТЕМАХ ЭЛЕЛЕТРОПРИВОДОВ

1.1. Методика анализа электромагнитных процессов в энергоподсистеме

Для замкнутых систем электропривода распространенными являются режимы, требующие осуществления реверса скорости. Налагаемые на систему требования к динамике и быстродействию приводят к тому, что при реверсе ток в энергоподсистеме может увеличиваться от /ст, соответствующему нагрузочному моменту на валу машины Мст, до токоограничения /0, которое связано с предельно допустимыми электромагнитными нагрузками на энергоподсистему. Максимально возможные тепловые потери в якоре машины и требуемая мощность силовых ключей преобразователя также определяются токоограничением [19,27-29].

Рассматриваемая методика использует относительные единицы, для перехода к которым вводятся следующие величины: ОБ = - скорость вращения в режиме холостого хода; -момент инерции ДПТ с нагрузкой; ЕБ = = с'ЕО^ - напряжение в ЗПТ; /Б = /кз = иъ / гя - ток режима короткого замыкания; МБ = с'м/кз - пусковой момент; р = иБ1Б - максимальная мощность;

^тах = ШБ = 3/2 - максимальная кинетическая энергия вращающихся масс; Тм = 3ОБ / МБ - электромеханическая постоянная времени ДПТ; гя -сопротивление цепи якоря; с'м и е'Е - конструктивные коэффициенты ДПТ.

Для анализа энергетических процессов электропривода в предельных динамических режимах работы можно использовать нагрузочные диаграммы привода в области моментов и скоростей, ограниченных предельными характеристиками. Нагрузочная диаграмма привода - это зависимость заданного в

системе управления момента на валу двигателя Мтр от заданной скорости ОТР. Поскольку в ДПТ связь момента и тока якоря определяется линейным коэффициентом с'м, нагрузочная диаграмма может рассматриваться как зависимость задаваемого в контуре тока систему управления тока 1ТР от задаваемой скорости вращения вала ОТР. В результате требуемые зависимости приобретут следующий вид (1.1):

ГПтр{I) = Пт С08Шзад?,

/тр ^) = - 1т ^^ > .

где юзлд - угловая частота гармонических колебаний скорости при синусоидальном законе управления.

На Рисунке 1.1 показаны предельные диаграммы нагрузки, соответствующие заданию (1.1), достижимые при отсутствии дополнительных возмущающих моментов.

Если нагрузка привода такова, что зависимости (1.1) не пересекают предельные характеристики, изображенные прямыми Охх-1кз и -Охх—1кз, из (1.1) можно получить следующие выражения[29] (1.2)и (1.3) для описания максимально возможной задаваемой скорости :

р

О <О = тах • (1 2)

От1 < От.пред.1 • (1.2)

^ЗЛД

О гг<О гг= . Охх , (1.3)

т11 т.пред.11 I ^ ^ ' V /

уТмтзлд + 1

где Ртах = Оух 1 о / Тм - предельно достижимое ускорение вала ДПТ. Таким образом, очевидно, что увеличение заданной скорости приводит к увеличению полуосей эллипса на нагрузочной диаграмме (Рисунок 1.1), который при нарушении ОТР условия (1.2) или (1.3) пересечет линии предельных характеристик. В этом случае в реальной системе нагрузочная диаграмма будет усечена предельной характеристикой, т.к. при движении с заданной скоростью в

ЭППТ невозможно обеспечить требуемый момент (и, соответственно, динамику системы).

В таких системах на участке торможения наблюдаются интервалы рекуперации, которые начинаются при начале торможения и завершаются при выполнении условия (1.4):

сЕОТр ^ ) = гя /Тр ^ ). (1.4)

Это условие (1.4) для двух предельных режимов на Рисунке 1.1. выполняется при пересечении линиями, описываемыми зависимостями

т с'1л с'°2

IЯ1 =——- и IЯ2 = —Е—- , эллипсов нагрузки. ГЯ ГЯ

Рисунок 1.1 - Диаграмма нагрузки электропривода

Продолжительность рекуперации можно вычислить, решеная совместно системы уравнений (1.1) и (1.4), которые дадут выражение (1.5):

СЕОт ^^РЕК = ГяIт ЗШ^дд^рЕк . (1.5)

Из (1.5) можно вычислить время рекуперации ¿РЕК как угол между осью

скоростей и одной из прямых Iя1 = С1 или Iя2 = С2 . Характерно, что

гя гя

время рекуперации одинаково для обоих элипсов нагрузки, и уравнение (1.5) можно решить только для От.пред./ и 1т = 1о (1.6):

1 ср ^^У 1 1 /■ Л

(рек =-... =--. (1.6)

сздд ТМСЗДд ГЯ1 КЗ СЗДд тмсЗдд

Перейдя к безразмерным величинам (рек = (рекОзад и с = ТМоЗДд, получим из (1.6) уравнение (1.7)

( рек = аг^а>~\ (1.7)

Продолжительность рекуперации в системе зависит только от параметров дПТ и частоты синусоидального закона изменения скорости. Значение заданной скорости на время рекуперации не влияет, т.к. оно связано с требуемым быстродействием системы и угол, образованный осью скоростей и прямой /я = с'ЕО. / гя постоянен для всего диапазона допустимых скоростей.

При больших значениях гя и низких значениях с'Е угол наклона прямой /я = с'ЕО / гя к оси ординат О уменьшается. Таким образом, в системах с большими гя возможно полное отсутствие рекуперации. Большие значения сопротивления обмотки якоря обычно характерны для моментных машин. [27,29].

Величина кинетической энергии вращающихся масс, высвобождаемая при реверсе, представляет собой разницу между кинетическими энергиями вращающихся масс на момент начала и завершения рекуперации, и зависит от значения заданных скоростей в каждом из двух предельных режимов. В общем

случае, можно описать максимальную для каждого из предельных режимов рекуперируемую кинетическую энергию, как (1.8) и (1.9):

I (О2 -О2 )

1 !\От.пред./ Ок /)ш

Ж

пред./

2

Ж

1 (От.пред.// Ок// )

пред.//

2

где

Ок/ = От.пред./ С0^РЕК );

ОкЛ = От.пред.// С0^РЕК ).

(1.8) (19)

(1.10) (111)

Перейдем к безразмерным величинам, соотнеся эту энергии с максимальной кинетической энергией системы ЖБ, тогда из (1.7), (1.8), (1.9) (1.10), (1.11) получим уравнения (1.12)- (113), справедливые с учетом

arctg (а) = агсвт(а / >Д + а2) при положительных аргументах и 8т(агс8т(а)) = а:

Ж

-2

/ О

пред./ =

Ж

пред.//

(с2 + 1)С 1

(с2 +1)2'

(1.12)

(1.13)

Часть энергии преобразуется в тепло в гЯ и рассеивается. Оставшаяся часть принимается в емкости СФ, таким образом, (1.14):

Ж = Ж + Ж

Ж РЕК Ж ЯК ^ Ж с ,

(114)

где

Же =

г С и2 с и

еФи Стах СФи 0

2Л си2

Ф0

и

Стах

V и0 У

1

(1.15)

Рассмотрим первый предельный режим (Рисунок 1.1, эллипс I). Ускорение ограничено предельно допустимым током /0 и в гЯ будет преобразована в тепло и рассеяна энергия (1.16):

•РЕК

Шяк.1 = | гя^^{Щдд*)л =

г Л,

Я^0

с

СЗДд ^РЕК

вт2олтт/11

ЗДЦ РЕК

(1.16)

а 4

0 сздд v 2 4 у

Приведем это выражение к безразмерным величинам аналогично 1.8 и 1.9, учитывая соотношение (1.6), (1.17):

-2 I О

щ- 12 1 Е°ХХ

" ЯК.1 1 0 -

arctgс с

1

О +1

(1.17)

Вводя обозначение (1.18) I О2

„ _ 1 !°ХХ =

г г/

СФг о

2

(118)

где тск= гяСф, и решая систему (1.12-1.14), (1.16-1.17), получим выражение для расчета напряжения на конденсаторе СФ в относительных единицах для первого предельного режима (1.19):

ц = ГС тах I

С1 ип

К 0р

Г1 -оаг^о ^

№

с2

+1.

(119)

для второго предельного режима (Рисунок 1.1, эллипс II) ток в отсутствии моментов сопротивления может быть определен из (1.20):

Ж

см1яii ■

Учитывая (1.3), получим (1.21)

4 п=1тп сздд(,

I

1!ОХХ°ЗДд

т11

см>/ТМс:ЗДД +1

I

О

КЗ

Л

(1.20)

(1.21) (1.22)

о +1

В гя будет преобразована в тепло и рассеяна энергия (1.23):

•РЕК

ШЯК.11 = | ГЯ 1тI 81п2(°здд(=

2

Я"1 т11

с

°з,дд1 рек

б1П2с Л

ЗДЦ РЕК

(1.23)

0 ^здд v ~ "у

Приведем это выражение к безразмерным величинам аналогично 1.8 и 1.9, учитывая соотношение (1.6), (1.17):

Ж

I О

ЯК.//

2

со • аг^ю 1 (ю +1) - ю

—2

—2\

(1.24)

(ю +1)2

Решая систему из (1.13-1.14), (1.15), (1.24), получим выражение для расчета напряжения на конденсаторе СФ в относительных единицах для второго предельного режима:

и

и

С тах //

Г1 -ю агс1дю

и

А

№

ю2 +1

+1.

(1.25)

На Рисунке 1.2. изображены зависимости ис = /(ю,^), построенные с учетом (1.19), (1.25) при различных значениях /о.

Рисунок 1.2 - Зависимости напряжения на конденсаторе СФ от параметров системы электропривода в относительных единицах

Полученные соотношения (1.19), (1.25) можно считать требованиями к конденсатору СФ, а вычисление максимального напряжения, достигаемого при рекуперации, позволяет выбрать конденсатор из условия непревышения максимальным напряжением ЗПТ его номинального напряжения.

В работе [30] показано, что при ю больше 1 перенапряжения на конденсаторе СФ отсутствует, и напряжение на конденсаторе СФ в относительных единицах стремится к 1 . Применительно к современным электроприводам с электромеханическими постоянными времени, равными 0,005-0,1 с, ю = 1 соответствует частоте изменения скорости по синусоидальному закону юзад равной 200-10 рад/с.

При изменении скорости по синусоидальному закону за период циклограммы существую два идентичных участка энергопотребления, в связи с чем на конденсаторах СФ возникают низкочастотные пульсации с частотой удвоенного юзад 400-20 рад/с / = 60-3 Гц). Поэтому конденсатор СФ ЗПТ нужно выбирать из условия допустимых пульсаций на этих частотах. Расчет регуляторов замкнутой по скорости и току подчиненной системы управления производится по известным методикам [23,30].

Для моделирования выбран двигатель серии ПБВ-100М со следующими основными техническими данными: номинальный момент МН = 7,16 Н-м, с'м = 0,4, номинальный ток /Н = 18 А; частота вращения холостого хода «хх = 1083 об/мин, напряжение питания иН = 52 В, номинальная частота вращения п = 1000 об/мин, с'Е = 0,46; сопротивление обмотки якоря гЯ = 0,22 Ом. Принято: ТМ = 0,01

с, /зад = 2,5 Гц, юзад = 15,71 рад/с, ю = 0,157. Тогда ¿рек = 0,09 с.

Исходя из условия обеспечения высокочастотных коммутационных процессов в широтно-импульсном преобразователе выберем значение емкости конденсатора СФ = 0,0047 Ф, тогда /Зш составит 8,32.

Зададим уровень ограничения тока якоря 10 = 1 , 51 для первого предельного

режима (Рисунок 1.1, эллипс I), когда ускорение ограничено величиной Iо = 0,115. В этом случае максимальная амплитуда сигнала задания для контура скорости, согласно (1.2), От1 = 83,24 рад/с или в о.е. От1 = 0,734. При выбранном значении емкости конденсатора СФ и р, согласно (1.19), ис = 2,12. для второго предельного режима (Рисунок 1.1, эллипс II) амплитуда сигнала задания для контура скорости, согласно (1.3), От11 =112,06 рад/с или в о.е. От1 =0,988, а ГУС = 2,7 согласно (1.25). При этом уровень ограничения тока якоря должен быть не менее 10 = 2 , 0 51 или в о.е. Iо =0,16, иначе ЗС электропривода не обеспечит заданный режим работы.

Результаты моделирования ЗС ЭППТ с ШИП в пакете МА^АВ^тиНпк на базе машины ПБВ-100М при движении следящего вала по гармоническому закону с токоограничением приведены в виде осциллограмм электромеханических и электромагнитных процессов и диаграмм нагрузки электропривода (относительно базовых величин): на Рисунке 1.3- для первого предельного режима; на Рисунке 1.4- для второго предельного режима. В моделируемом дПТ в предельных режимах на участке рекуперации напряжения на конденсаторе в ЗПТ составляют 2,12 Цб, и 2,7 Пб.

При наличии токоограничения в системе ЗС ЭППТ существует два режима[28-29,31 ]:

1) без выхода на предельную характеристику ^КЗ (Рисунок 1.5),

которому при переходе к относительным единицам соответствует условие (1.26):

оу < 1 -10 (1.26)

или

су +10 < 1. (1.27)

а) б)

Рисунок 1.3 - Результаты моделирования ЗС ЭППТ с ШИП для первого предельного режима: а - осциллограммы (о.е.): 1 - напряжения на конденсаторе

СФ ЗПТ и с ; 2 - тока якоря / я ; 3 - скорости О в ЗС ЭППТ; б - диаграмма нагрузки электропривода (о.е.): по оси абсцисс - ток якоря /я ; по оси ординат -

скорость О

а) б)

Рисунок 1.4 - Результаты моделирования ЗС ЭППТ с ШИП для второго предельного режима: а - осциллограммы (о.е.): 1 - напряжения на конденсаторе

СФ ЗПТ и с ; 2 - тока якоря I я ; 3 - скорости О в ЗС ЭППТ; б - диаграмма нагрузки электропривода (о.е.): по оси абсцисс - ток якоря Iя ; по оси ординат -

скорость О

Рисунок 1.5 - диаграмма нагрузки электропривода для случая соответствующего условию (1.26): а) абс. ед., Ь) отн. ед.

2) с выходом на предельную характеристику -ю^ (Рисунок 1.6), которому при переходе к относительным единицам соответствует условие (1.28): Су > 1 -10 (1.28)

или

су +10 > 1, (1.29)

где Су = соу / %, юу - заданная угловая скорость вращения вала в рад/с на участке движения с постоянной скоростью, ю^ - угловая скорость вращения холостого хода в рад/с.

Рисунок 1.6 - диаграмма нагрузки электропривода для случая соответствующего условию (1.28): а) абс. ед., Ь) отн. ед.

Выражение (1.30):

wv + Io = 1, (1.30)

задает граничное значение.

Поскольку второй режим означает работу привода на предельной характеристике, и, как следствие, невозможность реализации заданного быстродействия в системе, он в данной работе подробно не рассматривается. Для первого случая целесообразно получить расчетные соотношения для описания электромагнитных процессов и процессом энергетического обмена в системе.

В начальный момент времени t (0-) - вал ДПТ вращается с угловой частотой -С, i = -iCT. Задание реверса скорости происходит в момент t (0+) -задание системы управления меняет знак, преобразователь формирует на якоре ДПТ напряжение обратной полярности. С точки зрения контура тока в системе происходит скачкообразное изменение задание тока якоря прямоугольной формы ¡я = I0 = const. Электромагнитные переходные процессы в цепи якоря ДПТ в данном случае не учитываются (1.31):

Ln • dh = 0. (1.31)

dt

Постоянный ток якоря формирует постоянное ускорение вала ДПТ, и скорость линейно изменяется от -су до соу. Соответственно, этот интервал состоит их двух участков: торможения (1.32) и разгона (1.33):

сот(t) = -су + Mo + mct t = [-Wv + (10 +1ст)—]wxx ; (1.32)

j tm

Wt (t) = -Wv + (10 + IСТ )— . (1.33)

TM

Двигатель работает в тормозном режиме до достижения скорости, равной 0 (1.34):

юг оу

10 + ^т

г = Шу = У_т (134)

т ' лС ~ ~ Тм. ( )

V ут

Время рекуперации находится из равенства ия (?) = 0 (1.35): {= г = Оу - ^ т (135)

1т 1 РЕК - - тМ (1.35)

I 0 + I Ст

или

{т = ^ (1 - ). (1.36)

Оу

Рекуперация длится от момента подачи сигнала начала реверса до выполнения условия (1.37):

СЕ Ю( 4 ) = |гя (1.37)

или

Юу

10

= 0.5. (1.38)

Это позволяет определить границу областей генераторного и тормозного

режима на диаграмме моментов и скоростей в системе базовых единиц как линию, которая является медианой к линиям (-^) - (ю^), () - (-с) (Рисунок 1.7).

Генераторный режим работы дПТ реализуется при выполнении условия

(1.39):

оу > 10 . (1.39) Упростим выражение (1.39) с учетом (1.30), и получим (1.40):

10 < 0.5. (1.40) Условие (1.41):

10 >Юу (1.41) или

10 > 0.5, (1.42)

Рисунок 1.7 - Распределение зон двигательного и генераторного режимов ДПТ на нагрузочной диаграмме (отн. ед.)

соответствует полному отсутствию интервалов рекуперации в заданном режиме работы.

В общем случае мощность, расходуемая в системе, идет на [28,32] :

- формирование момента нагрузки Мст;

- разгон вращающихся масс на валу машины до требуемой скорости;

- тепловые потери в электроприводе.

Для торможения привода требуется осуществить механическую работу, равную (1.43):

4 —2 К | = |-(Мс + Мст К (г = . (1.43)

0

При этом, требуется поддерживать статический момент до смены знака скорости, что дает выражение (1.44):

т 1 ~2

А 1мст = ]-МСТ®Т № = тССт^Жшах . (1.44)

СТ * I г\ —I— I г^ф

±СТ * Т Т 10 + 1ст

Тепловые потери на сопротивлении цепи якоря могут быть найдены как

(1.45):

-2 —

П, =ГЖ= . (1.45)

I 0 + ^т

Во время рекуперации кинетическая энергия вращающихся масс на валу изменяется на величину(1.46):

—2 —2

, , - I -( \А л. \А \пл т/У/-Г - *

РЕК

ШреК = ] -(М + Мст ЮТ т = (Юу - I 0)^ . (1.46)

0

Часть энергии расходуется на поддерживание статического момента (1.47):

( - —2 -2 к т (г! _ М

\арек\мст = ] -мстют (/)л/ = Ст( У 0) . (1.47)

СТ а 10 +1С т

0

другая часть также рассеивается в виде тепловых потерь на сопротивлении цепи якоря (1.48):

г I = г!2/ = 21 2(°У--1 о) Г (148)

X РЕК \г12 ГЯ±0/РЕК 7 7 ' max . (1.48)

I 0 + I Ст

Рекуперируемая энергия может быть вычислена из выражения (1.49):

— —2 —2

ш = Г I -IА I = ш (149)

' РЕК г РЕК |2 \АРЕК\мгт 7 ,7 ' max . (1.49)

СТ I 0 + 1cт

Разницы энергий для интервалов торможения и рекуперации (1.50)- (1.52):

ДГГ=|Л| - Грек = , (1.50)

- -2

дГМт = |атЦт -I АЕКМСТ = ТТГ , (1.51)

СТ СТ I 0 +1 Ст

-3

дгг12 = - грекЬ = 7^". (1.52)

i 0 + i Ст

В цепи якоря за время рекуперации часть энергии рассеивается, а остальная кинетическая энергия дПТ переходит в емкость силового фильтра. Таким образом, из (1.48) и (1.49) получим (1.53):

w = w - |WwJ 2 = 1 -1 o) W = WrW . (1.53)

C РЕК | РЕК \ri2 , j т max C max V /

(I 0 + I CT )

На интервале рекуперации в виде энергии электрического поля конденсатор запасает энергию, равную (1.54):

Wc

C U C U

сФи Cmax сФи 0

2 \

2 У

(Ucmax - Uco) . (1.54)

где Uc о = Uco / UE, Uc max = UCmax / U^, Uco - номинальное напряжение на конденсаторе СФ, UCmax - максимальное напряжение на конденсаторе СФ на интервале рекуперации.

Значение максимального напряжения на СФ ЗПТ в относительных единицах рассчитывается из (1.53) и (1.54) как (1.55):

Uc max = Wc 2Wmax + Uco = \WCT^ +1, (1.55)

V СФUc V TCR

где tcr = Сфтя и для упрощения расчетов полагается, что Uc о « 1. В общем случае, в момент времени t0 рекуперируемая в емкости СФ энергия равна (1.56):

Wc(to) = \WFEkМz -1Арек(OL - ^o =

tft -Ш -r tl

= [2(0У - I o) - (I o + IСТ o^ Wmax = Wc (^W^

СТ

(1.56)

T T

А напряжение на емкости СФ в момент ^ в относительных единицах находится из выражения (1.57):

ис (О = УС(О Тм +1. (1.57)

V тск

При отсутствии статического момента (Мсг = 0) время торможения было равно времени разгона ц = . Появление статического момента, который направлен согласно тормозному и противоположно моменту, развиваемому

электрической машиной, приводит к уменьшению интервала торможения и увеличению интервала разгона.

При этом, скорость по-прежнему изменяется линейно (1.58)- (1.59):

, ч М - Мгт - - . / , ч

Юр(/) = 0 СТ / = (10 -1СТЮ —; (1.58)

^ тм

Юр(/) = (10 - 1ст)— . (1.59)

тм

Разгон от скорости, равной 0 до заданной величины юу происходит за время (1.60):

р тм. (1.60)

I 0 - ±ст

На этом интервале система совершает механическую работу, равную кинетической энергии вращающихся масс на валу машины по достижении заданной скорости (1.61):

1 г)2

Ар = | МоОр (/)Л/ = Т-Ю- ^ . (1.61)

0 I 0 - I Ст

дополнительная энергия рассеивается в виде тепловых потерь на

сопротивлении цепи якоря (1.48): (1.62):

-2—

Гр„. =^0^ = . (1.62)

I 0 - I Ст

После разгона до скорости оу и окончания переходного процесса ток якоря становится постоянным и равным . Общее время реверса скорости равно (1.63):

, , _ 210 ЮУ (1

/ПП = //т + = -2 -2 тМ . (!.63)

10 - ^т

Время, в течение которого скорость остается неизменной и равной оу, равно (1.64):

У = Тп — & + ^) = Тп— Тм, (1.64)

10 — 1ст

где Тп = ц + + ?у. Для контура скорости замкнутой системы подчиненного управления, как правило, заданы критерии точности воспроизведения заданной скорости, поэтому в данном режиме должно выполняться условие (1.65):

Тп > гт + гр = гш. (1.65)

Отсутствие движения с постоянной скоростью описывается равенством р = . В этом случае двигатель после торможения и разгона начинает новый цикл реверса.

При движении с постоянной скоростью кинетическая энергия системы неизменна, и в системе совершается только работа по преодолению возмущающих моментов, равная (1.66):

(У _ _ Гр ПТ

Лу = } ЫстЮуЖ = 21 ст сУ (Тп — )^тах. (1.66)

0 ТМ 10 — 1сТ

Энергия, которая рассеивается в виде тепловых потерь на сопротивлении цепи якоря, равна (1.67):

"У = ^СА- = И2СТ(Тп—. (1.67)

ТМ 10 — 1сТ

Электрическая машина является устройством с обратимым характером энергопотребления. Кинетическая энергия вращающихся масс привода в начальный момент торможения преобразуется в электрическую энергию и посредством инвертора с ШИМ аккумулируется в емкости СФ ЗПТ энергоподсистемы. Таким образом, в системах, подобных описываемым в [33-37] рекуперируемая энергия может быть поглощена и использована следующими способами [29,33] :

— накоплена в конденсаторе СФ [19,27,28,36];

— рассеяна в тормозной цепи, состоящей из полностью управляемого ключа и тормозного (баластного) сопротивления (тепловые потери);

- рекуперирована энергии в сеть посредством АВН и последующее использование электрической энергии другим потребителем) [38];

- передана другим подключенным к тому же ЗПТ двигателям.

Применение любого из перечисленных способов обуславливает ряд

требований к конденсатору СФ, связанных с параметрами как постоянной составляющей напряжения питания транзисторного ШИП, так и переменными составляющими, а именно:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Поляков Николай Александрович, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Abidin M.N.Z. IEC 61000-3-2 Harmonics Standards Overview / M.N.Z. Abidin.- Schaffner EMC, 2006. - 5 p.

2. IEEE Power & Energy Society. IEEE Guide— Adoption of IEC/TR 610003-7:2008, Electromagnetic compatibility (EMC) — Limits—Assessment of emission limits for the connection of fluctuating installations to MV, HV and EHV power systems.- IEEE Power & Energy Society IEEE Publishing, 2012.-78p.

3. Prudenzi A. IEC Std. 61000-3-2 Harmonic Current Emission Limits in Practical Systems: Need of Considering Loading Level and Attenuation Effects/ А. Prudenzi, U. Grasselli // Power Engineering Society Summer Meeting. - IEEE, 2001.Т. 1. - С. 277-272.

4. IEEE Std 519-2014 - IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems // IEEE Power and Energy Society. -IEEE, 2014. - 29 p.

5. ГОСТ 13109-97. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - М.: Стандартинформ, 2002.- 33 с.

6. ГОСТ Р 51317.3.2-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 а (в одной фазе). Нормы и методы испытаний. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. -24 с.

7. ГОСТ Р 51317.3.2—2006. Совместимость технических средств электромагнитная. Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 а (в одной фазе). Нормы и методы испытаний. -М.: Стандартинформ, 2007.-28с.

8. ГОСТ Р 54149-2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. -М.: Стандартинформ, 2012.-20с.

9. Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники: учебник. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. -Т. 2.- 197 с.

10. Зиновьев Г. С. Повышающе-понижающие регуляторы переменного напряжения и непосредственные преобразователи частоты // Электротехника. -2000. -№ 11. - С. 16-20.

11. Пронин М.В. Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи (моделирование и расчет)/ М.В. Пронин А.Г. Воронцов. - СПб.: Электросила, 2003. - 172 с.

12. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: учебное пособие.- СПб.: КОРОНА принт, 2001. -320 с.

13. Герман-Галкин С.Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. - СПб.: Корона-ВЕК, 2008. -368 c.

14. Герман-Галкин С.Г. Виртуальные лаборатории полупроводниковых систем в среде Matlab-Simulink. Учебник. -СПб.: Лань, 2013. -448 с.

15. Герман-Галкин С.Г. Аналитическое и модельное исследование активного полупроводникового преобразователя в системах электропривода / С.Г. Герман-Галкин, З.Ч Звежевич, Н.А Поляков // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.- СПб.: Университет ИТМО, 2014. - № 3 (91). - С. 131-139.

16. International Electrotechnical Vocabulary Part 551: Power electronics. -IEC, 1998.-7p.

17. Peters C. An Ultra-Low-Voltage Active Rectifier for Energy Harvesting Applications / C. Peters, J. Handwerker, D. Maurath, Y. Manoli // Proceedings of 2010

IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). -Paris: IEEE, 2010. - P. 889-892.

18. Waide С. Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems./ C.Waide, C.U. Brunner. - Paris, France: International energy agency, 2011. -128 p.

19. Поляков Н.А. Определение параметров элементов энергоподсистемы замкнутой системы электропривода ШИП-ДПТ / Н.А. Поляков, B.C. Томасов, П.А. Борисов // Труды VII Международной (VIII Всероссийской) научно -технической конференции по автоматизированному электроприводу.- Иваново: ИГЭУ им. В.И. Ленина, 2012. - С. 217-224.

20. Башмаков И.А. За счет чего снижается энергоемкость ВВП России // Энергосбережение. - 2014. - № 1. - С. 12-18.

21. Бобылев С.Н. Энергоэффективность и устойчивое развитие/ С.Н. Бобылев, А.А. Аверченков, С.В. Соловьева, П.А. Кирюшин.- М.: Институт устойчивого развития/Центр экологической политики России, 2010.-148c.

22. ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. основные положения. - М.: Госстандарт России, 2000.-26c.

23. Сабинин Ю.А. Позиционные и следящие электромеханические системы: учеб. пособие для вузов. - СПб.: Энергоатомиздат, 2001. -208 с.

24. Глазенко Т.А. Состояние и перспективы применения полупроводниковых преобразователей в приборостроении/ Т.А. Глазенко, В.С. Томасов // Известия ВУЗов. Приборостроение. -СПб.: СПб ГИТМО (ТУ), 1996. -Т. 39, № 3. - С. 5-10.

25. Томасов В.С. Электромагнитные процессы в силовой цепи источника питания транзисторного ШИП, работающего в замкнутой системе электропривода / В.С. Томасов, П.А. Борисов, С.А. Серебряков // Известия ВУЗов. Приборостроение. - СПб.: СПб ГИТМО (ТУ), 2002. -Т. 45, № 6. - С. 42-50.

26. Томасов В.С. Энергоподсистема следящих приводов измерительных телескопов / В.С. Томасов, В.А. Синицын // Известия ВУЗов. Приборостроение .-Шб.: СПбГУ ИТМО 2009. Т. 51, № 6. - С. 12-17.

27. Borisov P. Evaluation method and modelling of electromagnethic processes in the power stage of closed loop DC drive system in condition of periodic speed reverse with current limitation / P. Borisov, N. Poliakov // Advances in automatic control: proceedings of the 16th international conference on automatic control, modelling and simulation (ACMOS '14).- Brasov, Romania: WSEAS, 2014. - P. 5159.

28. Поляков Н.А. Методика анализа электромагнитных процессов энергоподсистемы электропривода постоянного тока в режиме рекуперации/ Н.А Поляков, В.С. Томасов, П.А. Борисов// Вестник ИГЭУ. -Иваново: ИГЭУ им. В.И.Ленина, 2013. - № 6. - С. 64-70.

29. Поляков Н.А. Синтез параметров энергоподсистемы электропривода с двигателем постоянного тока из условия токоограничения / Н.А. Поляков, В.С. Томасов, П.А. Борисов // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу. -Саранск: Национальный исследовательский мордовский государственный университет имени Н.П.Огарева, 2014.- Т. 1. -С. 183-186.

30. Рабинович Л.В. Проектирование следящих систем. / Л.В. Рабинович, Б.И. Петров, В.Г. Терсков, С.А. Сушков, Л.Д. Панкратьев.- М.: Машиностроение, 1969. -500 с.

31. Томасов В.С. Исследование электромагнитных процессов в энергетическом канале замкнутой системы электропривода постоянного тока / В.С. Томасов, В.А. Синицын, П.А. Борисов // Известия ВУЗов. Приборостроение. -СПб: СПБГУ ИТМО, 2004. -Т. 47, № 11. - С. 9-16.

32. Чиликин М.Г. Общий курс электропривода: учебник для вузов. 5-е доп. и переработ. - М.: Энергия, 1971. - 432 с.

33. Raud Z. Reserves for Regenerative Braking of Battery Electric Vehicles / Z. Raud, V. Vodovozov, N. Lillo, A. Rassolkin // The 9th International 2014 Electric Power Quality and Supply Reliability Conference (PQ): Proceedings. -Rakvere, Estonia: IEEE, 2014. - P. 1-6.

34. Ali E. S. Optimal Power System Stabilizers Design for Multimachine Power System Using Hybrid BFOA-PSO Approach / E. S. Ali, S. M. Abd-Elazim // WSEAS TANSACTIONS on POWER SYSTEMS. -WSEAS, 2013. -Т. 8, № 2. - P. 85-94.

35. Abd-Elazim S.M. Optimal PSS Design in a Multimachine Power System via Bacteria Foraging Optimization Algorithm / E. S. Ali, S. M. Abd-Elazim// WSEAS TANSACTIONS on POWER SYSTEMS. - WSEAS, 2013. -Т. 8, № 4. - P. 186-196.

36. Jansen S. Adaptive Regenerative Braking for Electric Vehicles with an Electric Motor at the Front Axle using the State Dependent Riccati Equation Control Technique /S. Jansen, М. Alirezaei, S. Kanarachos // WSEAS TRANSACTIONS on SYSTEMS and CONTROL. -WSEAS, 2014. -Т. 9. - P. 424-437.

37. Nan W. Research on a Two-level Single-phase Active Power Factor Corrector Using Gray Prediction and Repetitive Control / W. Nan, Y. Xi-jun, L. Fei, L. Yin-long // WSEAS TANSACTIONS on POWER SYSTEMS. -WSEAS, 2013. -Т. 8, № 4. - P. 175-185.

38. Попазов Л. С. Экономические аспекты применения теории S.Fryze для компенсации некачественности потребителя электроэнергии / Л.С. Попазов, Е.Ю. Лысых // Сборник научных трудов "Вестник НТУ "ХПИ". Технический прогресс и эффективность производства. - Харьков, Украина: Национальный Технический Университет "Харьковский Политехнический Институт," 2011. -Т. 25. - С. 8-11.

39. Борисов П.А. Методики анализа и синтеза энергоподсистем приборных электроприводов / П.А. Борисов, Д.В. Лукичев//Известия ВУЗов. Приборостроение.- СПб: СПБГУ ИТМО, 2011. -№ 1. - С. 50-54.

40. Борисов П.А. Методики анализа и синтеза энергоподсистем электротехнических комплексов с высокими энергетическими показателями /П.А.

Борисов, В.С. Томасов // // Научно-Технический Вестник СПбГУ ИТМО. - СПб: СПБГУ ИТМО, 2009. -№ 1 (59). С. 5-13.

41. Борисов П.А. Математическое моделирование электропривода постоянного тока с активным выпрямителем /П.А. Борисов, А.К. Седнев // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. - СПб: СПБГУ ИТМО, 2009. - № 3 (61). - С. 35-41.

42. Кротенко В.В. Синтез микропроцессорной системы управления электропривода опорно-поворотного устройства /В.В. Кротенко, В.А. Толмачев, В.С. Томасов, В.А. Синицын // Известия ВУЗов. Приборостроение. - СПб: СПБГУ ИТМО, 2004. - Т. 47, № 11. - С. 23-30.

43. Ефимов А.А. Активные преобразователи в регулируемых приводах переменного тока / А.А. Ефимов, Р.Т.Шрейнер. - Новоуральск: НГТИ, 2001. -250 с.

44. Борисов П.А. Моделирование и анализ электромагнитных процессов в силовых цепях активных выпрямителей напряжения /П.А. Борисов, В.С. Томасов // Труды V Международной конференции «Электромеханика, Электротехнологии и Электроматериаловедение». - 2003. - Т. 1. - С. 727-730.

45. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. -Екатеринбург: УРО РАН, 2000. - 653 с.

46. Поляков Н.А. Моделирование системы управления активным выпрямителем напряжения с преобразованием координат / Н.А. Поляков, П.А. Борисов, А.А. Киреев // Известия Тульского государственного технического университета. - Тула: ТулГУ, 2010. - Т. 2, № 3. - С. 59-64.

47. Борисов П.А. Анализ переходных процессов в активных выпрямителях с емкостными фильтрами / П.А. Борисов, В. С. Томасов // XXXII Неделя науки

СПб ГПУ. 4.V: Материалы межвузовской научно-технической конференции. -СПб: СПБ ГПУ, 2004. - С. 112-114.

48. Томасов В. С. Анализ электромагнитных процессов при включении активных выпрямителей напряжения в питающую сеть /В. С. Томасов, П.А. Борисов // Научно-технический вестник СПб ГИТМО (ТУ). Информация и управление в технических системах. - СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2003. - № 10. - С. 218-222.

49. Герман-Галкин С.Г. Исследование активного полупроводникового преобразователя в среде Matlab-Simulink / С.Г. Герман-Галкин, Р. С. Гаврилов//Электротехника. - 2011. - № 4. - С. 51-56.

50. Zwierzewicz Z. Metody i algorytmy w systemach automatycznego sterowania statkiem. - Szczecin: Wydawnictwo Naukowe Akademii Morskiej, 2012. -179 p.

51. Zwierzewicz Z. On Generalization of Integral Control to a Class of Nonlinear Uncertain Systems / Z. Zwierzewicz // Archives of Control Sciences. - 2010. - Vol. 20, № 2. - P. 187-198.

52. Абдуллин А.А. Анализ робастности неадаптивной системы управления электропривода c вариациями структуры и параметров / А.А. Абдуллин, В.Н. Дроздов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - СПб: НИУ ИТМО, 2012. - № 6 (82). - С. 40-44.

53. Беляков Ю.О. Регулирование гармонического состава выходного напряжения высокочастотного инвертора / Ю.О. Беляков, В.И. Кульманов // Труды МЭИ. Электропривод и системы управления. - М.: Изд. МЭИ. - Вып. 689. -2003. - С. 48-55.

54. Поляков Н.А. Синтез системы фазовой автоподстройки частоты для трехфазного активного выпрямителя напряжения / Н.А. Поляков, А.А. Абдуллин // Известия ВУЗов. Приборостроение.- СПб: НИУ ИТМО, 2013. -Т. 56, № 12. - С. 38-40.

55. Поляков Н.А. Синхронизация трехфазных активных выпрямителей напряжения с питающей сетью / Поляков Н.А., Борисов П.А. // Научно -технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - СПб: НИУ ИТМО, 2012. -№ 4 (80). - С. 55-60.

56. Хабузов В.Ф. Моделирование источников вторичного электропитания в среде МАТЬАВ 7.x: учебное пособие/ В.Ф. Хабузов, В.А.Худяков. - СПб.: ГУАП, 2008. -332 с.

57. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. - М.: Академия, 2006.-272 с.

58. Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателями: Учебное пособие. - СПб.: СПб ГУ ИТМО, 2006. -94с.

59. Поляков Н.А. Моделирование работы активного выпрямителя напряжения в электромеханической системе с двухсторонним обменом энергией / Н.А. Поляков, П.Д. Золов// Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу. -Саранск: Национальный исследовательский мордовский государственный университет имени Н.П.Огарева, 2014 -Т.1.-С.165-169.

60. Цицикян Г.Н. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике: Учебное пособие. - СПб.: СЗТУ, 2006. - 59с.

61. Цицикян Г.Н. Качество электроэнергии и смежные вопросы. -СПб.: Элмор, 2011. -176 с.

62. Борисов П.А. Определение составляющих полной мощности энергосистем электротехнических комплексов / П.А. Борисов, В.С. Томасов // Математика в приложениях. - 2004. -№ 1. - С. 40-44.

63. Борисов П.А. Применение МА^АВ^ШЦЪГЫК для измерения и оценки качества электроэнергии в трехфазных симметричных системах с активными преобразователями электроэнергии // Труды Второй Всероссийской

научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB».— М.: ИПУ РАН, 2004.— С. 1372-1386.

64. Борисов П.А. Совершенствование энергетических показателей электротехнических комплексов и систем с полупроводниковыми преобразователями: дис. канд. техн. наук. — СПб: СПбГУ ИТМО, 2005. — 222 с.

65. Борисов П.А. Несимметричные режимы работы полупроводниковых преобразователей / П.А. Борисов, В.С. Томасов // Труды Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления". -Томск: ТГУ, 2004. - С. 132-134.

66. Борисов П.А. Расчет и моделирование выпрямителей: учебное пособие по курсу "Элементы систем автоматики" Часть I/ П.А. Борисов, В.С. Томасов. -СПб.: СПб ГУ ИТМО, 2009. -169с.

67. Rodriguez-Valdez C. D. Phase Locked Loop for Unbalanced Utility Conditions / C. D. Rodriguez-Valdez, R.J. Kerkman // Proceedings on Twenty-Fifth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC) 2010. -Piscataway, NJ: IEEE, 2010. - P. 634-641.

68. Salamah A.M. Three-phase phase-lock loop for distorted utilities / A.M. Salamah, S.J. Finney, B.W. Williams// IET Electric Power Applications. -2007. -Vol. 1, № 6. - P. 937.

69. Egan W.F. Phase-lock basics. 2nd ed. - Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2008. - 441 p.

70. Egan W.F. Advanced Frequency Synthesis by Phase Lock. - Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2011. -290p.

71. Mussa S.A. Three-phase digital PLL for synchronizing on three-phase/switch/level boost rectifier by DSP / S.A.Mussa, H.B. Mohr// IEEE 35th Power Electronics Specialists Conference Proceedings. - IEEE Publishing, 2004. -Vol. 5. - P. 3659-3664.

72. Timbus A. Synchronization Methods for Three Phase Distributed Power Generation Systems. An Overview and Evaluation /A. Timbus, M. Liserre, R. Teodorescu, F.Blaabjerg// IEEE 36th Power Electronics Specialists Conference Proceedings. - Recife, Brazil: IEEE Publishing, 2005. - P. 2474-2481.

73. Al-Araji S.R. Digital phase lock loops: architectures and applications. -Dordrecht: Springer, 2006. -191 p.

74. Best R.E. Phase-locked loops: design, simulation, and applications. 6th ed. -New York: McGraw-Hill, 2007. -490p.

75. Bobrowska-Rafal M. Grid synchronization and symmetrical components extraction with PLL algorithm for grid connected power electronic converters - a review / M. Bobrowska-Rafal, K. Rafal, M. Jasinski, M.P. Kazmierkowski// Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences. -2011. -Т. 59, № 4. - P. 485-497.

76. Gardner F.M. Phaselock techniques. 3rd ed. - Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley, 2005. -425 p.

77. Wen B. Influence of phase-locked loop on input admittance of three-phase voltage-source converters /B. Wen, D. Boroyevich, P.Mattavelli, Z. Shen, R.Burgos. -IEEE, 2013. - P. 897-904.

78. Григорьев В.В. Импульсные системы фазовой автоподстройки частоты / В.В. Григорьев, В.Н. Дроздов, Ю.А. Сабинин и др.- Л.: Энергоатомиздат, 1982. -88 с.

79. Акимов В.Н. Системы фазовой синхронизации. -М.: Радио и связь, 1982. -288 с.

80. Konghirun M. A Three-Phase Space-Vector Based PWM Rectifier with Power Factor Control // Power Conversion Conference PCC '07.- Nagoya: IEEE, 2007. - P. 57-61.

81. Zucchelli G. Phase Locked Loop tutorial [Electronic resource] // MATLAB Central. - 2007. URL: http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/14868-phase-locked-loop-tutorial (время доступа: 20.01.2012).

82. Poliakov N. Synthesis of a phase locked loop system for a control system of the three-phase active voltage rectifier / N. Poliakov, A. Abdullin // IEEE International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). -Kyev: IEEE, 2014. - P. 246-250.

83. Абдуллин А.А. Синтез алгоритма управления прецизионного следящего электропривода/ А.А. Абдуллин, В.Н.Дроздов // Труды VII Международной (VIII Всероссийской) научно -технической конференции по автоматизированному электроприводу. - Иваново: ИГЭУ, 2012. - С. 208-212.

84. Fairman F.W. Linear control theory: the state space approach. - New York: Wiley, 1998. - 315 p.

85. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства/ Н.Т. Кузовков. - М.: Машиностроение, 1976. -184 с.

86. Дроздов В.Н. Синтез дискретных регуляторов при помощи ЭВМ / В.В.Григорьев, В.Н. Дроздов, В. В. Лаврентьев, А. В. Ушаков и др.- Л.: Машиностроение, 1983. -245 с.

87. TMS320F28335, TMS320F28334, TMS320F28332 TMS320F28235, TMS320F28234, TMS320F28232 Digital Signal Controllers (DSCs) Data Manual. -Texas Instruments, 2012. - 199 p.

88. Овчинников И.Е. Компенсация радиальных электромагнитных сил вентильного двигателя, вызванных несимметрией статорной обмотки / И.Е. Овчинников, А. В. Егоров // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. -СПб: СПБГУ ИТМО, 2010. -№ 5 (69). - С. 5258.

89. Поляков Н.А. Исследование трехфазных активных выпрямителей напряжения в системах автоматизированного электропривода // Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ магистров НИУ ИТМО-СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. - С. 42-44.

90. Овчинников И. Е. Вентильные электрические двигатели и привод на их основе (малая и средняя мощность). Курс лекций. -СПб: Корона-Век, 2006. -336 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ С ТРЕМЯ ВЕНТИЛЬНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ БЕЗ АВН

500 400 300 200 100 0

.....г [ Л 1-1. 1

0

8 10 12 14

"Пте, э

16 18 20

Рисунок А1. Диаграммы мощностей S-полная мощность, ВА, Р-активная мощность, Вт, Q-реактивная мощность, Вар, Т-мощность

искажений, ВА

Garmonic Factor

CJ n

Л о LL

0

1 2

(B d

I I 1 1 1

I

{ ;

—.—.—1 1 1 О ■ ■ ^Jf 1

10 Time, s

12

14

16

18

20

Рисунок А3. Диаграммы показателей качества энергопотребления, сверху вниз: коэффициент гармоник (пульсации), коэффициент гармоник (установившиеся значения), коэффициент несимметрии

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ В ЭНЕРГОПОДСИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОПУ СМ-638

В данном расчёте не учитываются коммутационные потери. Расчет приводится для условий отсутствия дополнительных моментов возмущений, действующих на систему.

Номинальный момент двигателя 21ДБМ 2500-5300С, Нм: Мл := 5300

Номинальное напряжение, В: Ш := 200

Номинальная угловая скорость вращения двигателя 21ДБМ 2500-5300С,

рад/с:

Номинальная механическая мощность на валу двигателя 21ДБМ 2500-5300С, Вт:

Сопротивление фазной обмотки 21ДБМ 2500-5300С, Ом:

Индуктивность фазной обмотки 21ДБМ 2500-5300С, Гн:

Электромагнитная конструктивная постоянная секционированного двигателя 21ДБМ 2500-5300С;

Электромеханическая конструктивная постоянная секционированного двигателя 21ДБМ 2500-5300С:

Ток короткого замыкания 21ДБМ 2500-5300С, Нм:

Момент инерции на валу 21ДБМ 2500-5300С, Нм: Яу := 204250

Скорость холостого хода 21ДБМ 2500-5300С, Нм:

Пусковой момент секционированного двигателя 21ДБМ 2500-5300С, Нм:

Номинальный ток двигателя 1 секции секционированного двигателя 21ДБМ 2500-5300С, Нм:

Токоограничение в системе двигателя 21ДБМ 2500-5300С, Нм:

^шах 1 10

Коэффициент токоограничения:

Механическая постоянная времени:

Кинетическая энергия системы при номинальной скорости вращения, Дж:

Максимальное напряжение в ЗПТ, В (пульсации 5% от ип);

Umax := 210

Время рекуперации для трапецеидального режима, с: Момент на валу машины, Нм:

Ток в фазе двигателя секции, А: М

I :=

= 2.784

ЗСш

Мощность, рассеиваемая на активном сопротивлении обмоток, Вт:

Энергия, рассеиваемая на активном сопротивлении обмоток, Дж:

Энергия, рассеиваемая на активном сопротивлении обмоток за время рекуперации, Дж:

Энергия, рассеиваемая на активном сопротивлении обмоток за время торможения, Дж:

ггуа2 :=Wrya(9-Tm) = 418,165 Изменение кинетической энергии от времени на интервале торможения

Изменение кинетической энергии за время рекуперации

= 1.97 х 10

Емкость, требуемая для поглощения всей кинетической энергии вращающихся масс при заданном коэффициенте пульсаций

НУ 2 ( \У11 4 П о

— — --\т

9 ) _1_ \

С5% 2'

Ш2(Д.052 - 1,

= 0.757

2 ( \У11 - 2"

— — --1г

1 У J _

С1% - 2

11г.-(„1.01" - 1,

= 3.86

Величина емкости, допустимая по массогабаритным показателям, Ф: Сгеа] := 0.0035

Энергия, рекуперируемая в емкости 3,5 мФ при перенапряжении 10В (5% от ип), Дж

Л\7

тес С 1

^-"теа!

(1.05Ш)2 Иг."

= 7.175

2 2 Максимальная мощность тормозной цепи

Отношение энергоемкости режима переброса с рекуперацией к энергоемкости режима без рекуперации:

'гуа!

2-\\?т - + 2ЛУ

гес

П\у :=

2ЛУт + 2-\У

= 0.765

гуа!

Энергия рекуперации, которую требуется рекуперировать в питающую сеть или рассеять в тормозной цепи, в относительных единицах в зависимости от величины емкости конденсатора в ЗПТ. За базовую величину принята кинетическая энергия системы при номинальной скорости вращения

Энергия рекуперации, которую возможно рекуперировать при заданном предельном перенапряжении 5% от номинального в зависитмости от емкости конденсатора в ЗПТ в относительных единицах. За базовую величину принята кинетическая энергия системы при номинальной скорости вращения ¥ш:

Энергия рекуперации, которую возможно рекуперировать при заданном предельном перенапряжении 1% от номинального в зависитмости от емкости конденсатора в ЗПТ в относительных единицах. За базовую величину принята кинетическая энергия системы при номинальной скорости вращения ¥ш:

Энергия рекуперации, которую возможно рекуперировать при заданном предельном перенапряжении 0,5% от номинального в зависитмости от емкости конденсатора в ЗПТ в относительных единицах. За базовую величину принята кинетическая энергия системы при номинальной скорости вращения ¥ш:

Соотношение кинетической энергии и энергии магнитного поля:

Соотношение кинетической энергии вращающихся масс в номинальном режиме к энергии, запасенной в емкости, допустимой по массогабаритным показателям:

1^(0.0035) = 35.998