автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процессов управления плавным пуском асинхронных двигателей насосной станции системы водоснабжения

На правах рукописи

?<л

МЕЛИХОВ Артем Юрьевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАВНЫМ ПУСКОМ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05 13 06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

л Г лит 0ПП7

003 161948

Орел 2007

003161948

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Орловском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Колоколов Юрий Васильевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Загрядцкий Владимир Иванович

кандидат технических наук, доцент Хвостов Вячеслав Алексеевич

Ведущая организация Белгородский Государственный

Технологический Университет им В Г Шухова

Защита состоится « 9 » ноября 2007 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212 182 01 Орловского государственного технического университета (302020, г Орел, Наугорское шоссе, 29, факс (4862) 41-9819, тел (4862)41-66-84)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного технического университета

Автореферат разослан « 9 » октября 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212 182 01, доктор технических наук, профессор

А И Суздальцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время автоматизация технологических процессов электромеханического преобразования энергии продолжает развиваться по трем основным направлениям повышение надежности, энергоэффективности и экономичности [Браславский И Я и соавт , 2004; Капустин Н М и соавт , 2004, Андрижиевский А А и соавт , 2005, 1] Эта тенденция принимает особое значение в тех сферах промышленности и народного хозяйства, в которых основу технологических процессов составляет асинхронный электропривод (АЭП) исполнительных механизмов В частности, АЭП турбомеханизмов (вентиляторы, компрессоры, насосы и др ) по различным оценкам потребляет до 25% всей вырабатываемой электроэнергии [Браславский И Я и соавт, 2004, Lee К и соавт, 2005] и, следовательно, в приложение к этой сфере поступательное движение по любому из перечисленных выше направлений может привести к значительному совокупному эффекту

В части энергии, потребляемой турбомеханизмами, наибольшая доля принадлежит центробежным насосам, применяющимся в основном для транспортирования жидкостей в системах водоснабжения, водоотведения и магистральных трубопроводах Это обстоятельство на фоне стремительного повышения тарифов на электроэнергию придает особую актуальность проблеме автоматизации и энергосбережения в системе коммунального и промышленного водоснабжения

Решение задачи автоматизации управления насосной станцией (НС) системы водоснабжения в первую очередь связано с выбором и применением такого типа АЭП, который позволит удовлетворить требования технологического процесса к надежности, энергоэффективности и экономичности Благодаря высокой надежности, удовлетворительным стоимостным, массогабаритным и регулировочным показателям широкое распространение в качестве электропривода насосных агрегатов получил АЭП без обратной связи по скорости с системой импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем напряжения (СИФУ-ТПН) [Загорский А Е и соавт , 2006; Поздеев Д А и соавт , 2006, Ткачук А А и соавт , 2007, Зюзев А М , Нестеров К Е , 2007, 2]

Основы теории АЭП с СИФУ-ТПН были заложены в конце 60-х, начале 70-х годов XX века В настоящее время развитие этого направление продолжается рядом отечественных и зарубежных научных школ И Я Браславский, А М Зюзев, А В Костылев и др (Уральский ГТУ), А К Загорский, В И. Радин и др (АО ВНИИЭ), В И Хрисанов (СПБ ГУ телекоммуникаций), Р Бржезинский (Технический университет г Зелона Гу-

ра (Польша)), О А Андрющенко, А А Бойко и др (Одесский Национальный политехнический университет), N А БетегдазЬ, В М1гаГга1, МО Болевой (Университет Маркетта, Милуоки, шт Висконсин), Оигкап ге^шоЬиг, 1з1к СасЬга и др (Средневосточный технический университет г. Анкары (Турция)), Ю В Колоколов, С Л. Косчинский и др (Орловский государственный технический университет совместно с ЗАО «Электро-текс» г. Орел)

Главное назначение АЭП насосного агрегата заключается в том, что бы сформировать такую траекторию пуска (останова) двигателя насоса от начальной (номинальной) скорости до номинальной (начальной), которая, с одной стороны, обеспечит ограничение бросков тока в статорных обмотках и знакопеременных колебаний электромагнитного момента двигателя, с другой стороны, ограничит прирост давления в трубопроводе до допустимого значения Сущность указанной выше задачи привела к тому, что АЭП, обеспечивающий ее решение, получил название устройства плавного пуска (УПП)

Современный уровень разработки УПП характеризуется унификацией их силовой части В этой связи, повышение эффективности процессов преобразования электромеханической энергии в УПП в большей степени связано с усовершенствованием алгоритмов формирования пуско-тормозных траекторий асинхронных двигателей (АД)

В значительной части публикаций, посвященных разработке новых алгоритмов плавного пуска АД, основное внимание уделяется вопросам ограничения свободных составляющих токов статорных обмоток и электромагнитного момента на валу АД в переходных режимах Однако проблема взаимосвязи энергоэффективности управления плавным пуском АД и вводимых при этом ограничений фактически не рассматривается Это обстоятельство затрудняет разработку новых энергоэффективных алгоритмов управления плавным пуском АД, что обуславливает актуальность и практическую значимость диссертационной работы

Объект исследования: процесс электромеханического преобразования энергии в устройстве плавного пуска асинхронных двигателей насосной станции системы водоснабжения

Предмет исследования: процесс управления преобразованием энергии в устройстве плавного пуска, построенном на базе разомкнутой по скорости существенно-нелинейной системы импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем напряжения асинхронного двигателя

Цель диссертационной работы, сокращение потерь электрической энергии в обмотках асинхронных двигателей насосной станции системы

водоснабжения при управляемом формировании пуско-тормозных траекторий ' -•»..- *"*

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи

- сформулировать ограничения и определить критерий эффективности процессов электромеханического преобразования энергии в устройстве плавного пуска АД насосной станции,

- разработать математическую модель и методику моделирования процесса преобразования электромеханической энергии в насосной станции системы водоснабжения,

- разработать алгоритм управления плавным пуском асинхронных двигателей, позволяющий сократить потери электрической энергии в их обмотках при удовлетворении ограничений, накладываемых на показатели переходных процессов преобразования электромеханической энергии в АЭП насосной станции системы водоснабжения,

- провести экспериментальное исследование адекватности математической модели системы «электрическая сеть - УПП - АД - насос - трубопровод»

Основные научные результаты, выносимые на защиту

- адаптивный алгоритм управления плавным пуском асинхронных двигателей, позволяющий сократить потери электрической энергии в обмотках АД, посредством расчета уставки максимального переходного тока с учетом ограничений, накладываемых требованиями безопасности, и текущего состояния процесса электромеханического преобразования энергии в системе «электрическая сеть - УПП - АД - насос - трубопровод»,

- комплекс математических моделей и методика моделирования процессов электромеханического преобразования энергии в УПП АД типовой насосной станции системы водоснабжения при неустановившемся движении жидкости в трубопроводе произвольной конфигурации, позволяющие воспроизводить и исследовать условия протекания переходных процессов в системе «электрическая сеть - УПП - АД - насос -трубопровод» с минимальными затратами машинного времени

Научная новизна. В работе решена задача автоматизации процессов управления плавным пуском асинхронных двигателей насосной станции системы водоснабжения В том числе

- разработан адаптивный алгоритм управления плавным пуском асинхронных двигателей, основанный на формировании программы пуска последовательно для каждого асинхронного двигателя насосной стан-

ции с учетом текущего значения переменных состояния системы им-пульсно-фазового управления тиристорным преобразователем напряжения АД и гидравлической подсистемы насосной станции, реализованных в виде математических моделей, встроенных в алгоритм

- Разработан оптимальный (по критерию затрат машинного времени) алгоритм численного интегрирования математической модели системы импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем напряжения (СИФУ-ТПН) асинхронного двигателя, основанный на адаптации разностного метода интегрирования к текущему состоянию модели

- Разработана методика моделирования плавного пуска АД насосной станции системы водоснабжения, включающая в свой состав адаптивный алгоритм управления плавным пуском АД и оптимальный алгоритм интегрирования модели СИФУ-ТПН-АД, и, позволяющая с минимальными затратами машинного времени проводить исследования переходных процессов электромеханического преобразования энергии в системе «электрическая сеть - УПП - АД - насос - трубопровод» при неустановившемся движении жидкости в трубопроводе произвольной конфигурации

Практическая значимость. Программная реализация предложенной математической модели, методики моделирования и адаптивного алгоритма управления плавным пуском АД позволяет сократить потери энергии в обмотках двигателей в переходных режимах путем внедрения и использования разработанного программного обеспечения на автоматизированном рабочем месте диспетчера насосной станции

Методы исследования. При проведении исследования использовались методы теоретической электротехники, электромеханики, теории импульсных систем автоматического управления, теории устойчивости, теоретической и прикладной гидродинамики, численные методы интегрирования дифференциальных уравнений

Реализация работы. Математические модели, методика моделирования и адаптивный алгоритм управления плавным пуском АД, предложенные в диссертационной работе, составляют основу пакета прикладных программ, предназначенных для интерактивного управления, мониторинга и диагностики автоматизированной системы управления плавным пуском асинхронных двигателей типовой насосной станции системы водоснабжения

Апробация работы. Изложенные в настоящей диссертационной работе материалы докладывались на третьем международном семинаре «Компьютерное моделирование электромагнитных процессов в физиче-

сьсих, химических и технических системах» в 2004 г , всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» в 2004 г, международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» в 2004 г. и 2006 г, десятой и одиннадцатой международных студенческих олимпиадах по автоматическому управлению (Балтийская олимпиада - ВОАС-2004, ВОАС-2006) в 2004 г и 2006 г соответственно, всероссийской научной конференции «Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономике и экологии» в 2004 г , всероссийской научной конференции «Управление и информационные технологии» (УИТ-2005) в 2005 г, международной конференции «Высокие технологии энергосбережения» в 2005 г, третьей международной научной конференции по физике и управлению (The 3rd International IEEE Scientific Conference on Physics and Control - PhysCon 2007) в 2007 г, третьем международном семинаре «Периодические системы управления» (3rd IFAC Workshop Periodic Control Systems (PSYCO'07)) в 2007 г

Публикации по теме исследования. По результатам исследования опубликовано 14 работ, в том числе две статьи (из них одна статья в российском журнале, рекомендованном ВАК РФ для публикации результатов научных исследований) Список работ приведен в конце автореферата

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 180 страницах и включает в свой состав оглавление, введение, четыре главы собственных исследований, заключение, список литературы из 152 наименований и 4 Приложения Работа проиллюстрирована 54 рисунками и содержит 7 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна, практическая значимость, указанны основные положения, вносимые на защиту

В первой главе проведено исследование предметной области и проблем автоматизации процессов управления преобразованием энергии в УПП АД насосной станции системы водоснабжения Предложена обобщенная структурная схема НС Дано определение автоматизированной системе управления плавным пуском (АСУПП) АД с указанием критерия эффективности управления и ограничений, накладываемых требованиями безопасности Предложена структура АСУПП АД, перечислены основные

требования к ее математической модели

На основании анализа типовых структурных схем подачи, распределения и дальнего транспорта воды [Попкович Г С., Гордеев М А , 1986, Эгильский И С , 1988, Ьагоск В Е и соавт, 2000] предложена обобщенная структурная схема насосной станции, включающая элементы перечисленных подсистем (рис 1).

Рис 1. Обобщенная типовая структура НС системы водоснабжения

Одна из функций АСУ АЭП насосной станции заключается в пуске и останове асинхронных двигателей насосных агрегатов Многоплановость проблемы формирования пуско-тормозных траекторий, необходимость создания и использования информационного, математического и программного обеспечения для ее эффективного решения, привели к появлению нового подкласса АСУ АЭП, получившего название автоматизированных систем управления плавным пуском асинхронных двигателей (АСУПП АД) [Поздеев и соавт, 2006]

Следуя определению автоматизированной системы управления, устанавливаемого ГОСТ 24 103-841, под АСУПП АД будем понимать комплекс средств технического, информационного, математического и программного обеспечения для формирования управляющих сигналов и передачи их без потерь и искажения на устройство плавного пуска АД насосных агрегатов с целью наиболее эффективного протекания переходных процессов в системе «электрическая сеть - УПП - АД - насос - трубопровод». Критерием эффективности в данном случае выступает минимизация потерь электроэнергии с учетом установленных ограничений На основании анализа литературных источников [ЗоЬгешоп Мб и соавт, 2006, Поздеев Д А и соавт , 2006, Загорский А. и соавт, 2006] в работе приняты следующие ограничения

1 Величина ударного пускового тока АД 1УП, А (наибольшая амплитуда статорных токов двигателя в продолжение переходного процесса) не

1 ГОСТ 24 103-84 «Автоматизированные системы управления Основные положения»

должна вызывать падение номинального напряжения в точке общего присоединения к сети ниже значения "ДС/тахдопГ устанавливаемого ГОСТ Ш09-9Т Выполнение этого условия обеспечивает нормальную работу электрического оборудования насосной станции, в том числе вычислительной техники, контрольно-измерительной аппаратуры и прочих

2 Величина 1УП не должна превышать амплитуду пускового тока АД 1п, А, устанавливаемую производителем данного двигателя Выполнение этого условия обеспечит защиту обмоток АД от механических перегрузок, превышающих величину, устанавливаемую заводом изготовителем

3 Характер изменения токов статорных обмоток АД в течение переходного процесса не должен вызывать увеличение мгновенной температуры статорных обмоток АД 0$, °С, выше предельно допустимого среднего значения 0тах_доп, °С, устанавливаемого ГОСТ 278953 для системы изоляции соответствующего класса нагревостойкости

4 Продолжительность переходных процессов Тп, с, должна быть выбрана такой, чтобы, с одной стороны, возникающая при этом свободная составляющая статорных токов АД не приводила к нарушению условий 1-3, с другой стороны, наибольший прирост давления в трубопроводе АРтах, Па, вызванный таким переходным процессом, не превышал установленной максимально допустимой величины ЛРтахдоп, Па

На основании анализа вариантов реализации системы управления тиристорными преобразователями напряжения различной конфигурации, состава управляющей, информационной и вспомогательной функций АСУПП АД предложена структурная схема АСУПП АД для типовой НС системы водоснабжения (рис 2).

снабжения

2 ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия Совместимость технических средств электромагнитная Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»

3 ГОСТ 27895 «Машины электрические вращающиеся Встроенная температурная защита»

В структурной схеме АСУПП АД (рис 2) устройство плавного пуска построено на основе- системы импульсно-фазового управления (СИФУ) [2], реализованной на микроконтроллере (МК) с энергонезависимым запоминающим устройством (ЭЗУ), симметричного трехфазного ТПН с драйверами тиристоров и внешним обводным контактором (ВОК), АЦП, датчиков и программно-аппаратных интерфейсов ввода-вывода Кроме этого, в состав АСУПП АД входит коммутационное высоковольтное оборудование с устройствами релейной защиты и автоматики, не показанное на рис 2

В структуре энергетических потерь в АД наиболее значительная часть принадлежит потерям в обмотках статора и ротора двигателя [Бра-славский И Я и соавт., 2004, ЗоГуеэоп М О и соавт, 2006] Для пояснения дальнейшего изложения приведем выражение мощности потерь в обмотках статора и ротора трехфазного АД

АР(0 = ДРДО+Ат = я,[£(0+«¿(0+«»]+ +£(0+«»], (1)

где (Яг) - активное сопротивление статорной (роторной) обмотки АД, '.«(ОлДО.г./О [и(0>',/г(0.',,(')] - мгновенные статорные (роторные) токи обмоток АД в а-¡3-у системе координат При этом потери энергии А¡V, Вт, за время переходного процесса Тп составляют

AW = $AP(t)dt

(2)

На рис 3 приведены графики изменения потерь энергии в АД при прямом (неуправляемом) пуске д wm в отношении к потерям энергии при плавном (управляемом) пуске шуп в функции длительности пуска Тп

При этом за Тп при вычислении интеграла (2) принимался момент времени, в который мгновенная угловая скорость ротора АД cor{t) попадала и далее не покидала диапазон &v(0e[0 95 cory,l 05 согу], где cory - установившееся значение угловой скорости ротора АД Построение кривых рис 3 проводилось для двух АД со ! значением момента сопротивления на валу Мс1={0 1 МнЬ0 5 MHhMHi} для двигателя 4AC132S4y3 (номинальная мощность Рн=8,5 кВт) с номинальным

Рис 3 Изменение относительных потерь при плавном

пуске АД

электромагнитным моментом Мн1=58 Ими Мс2={0 1 Мн2,0 5 Мн2,Мн2} для

двигателя 4АС250М4УЗ (Р„-63 кВт) с номинальным электромагнитным моментом М„2=430 Н м соответственно '

На рис 3 показан минимум потерь энергии, вызванный снижением колебательности переменных состояния в течение переходного процесса При 7/7=Гя,опт=0 02 0 03 сек потери энергии ьмУП снижаются на 14-20% по сравнению с потерями при неуправляемом пуске Шш Дальнейшее увеличение Тп приводит к возрастанию потерь за счет увеличения времени нахождения АД в области пониженной скорости Возрастание потерь происходит быстрее с уменьшением номинальной мощности АД и увеличением механической нагрузки на валу двигателя Анализ графиков, приведенных на рис 3, позволяет подчеркнуть, что необоснованное увеличение длительности плавного пуска приводит в итоге к превышению потерь энергии по сравнению с прямым пуском

Большинство фирм производителей, как правило, снабжают УПП алгоритмом пуска с ограничением по току Коэффициент кратности тока при управляемом пуске задают следующим соотношением.

КУП = 1уИн, (3)

где /у - уставка тока, ограничивающая величину ударного тока АД 1УП, А, /„ - номинальный ток статорных обмоток АД, А Значение коэффициента кI уп определяет итоговую продолжительность пуска двигателя Тп В общепринятом алгоритме управления плавным пуском одно и то же значение к[:УП используется для всех АД насосных агрегатов При этом не учитываются изменения в системе «сеть - УПП - АД - насос - трубопровод», вносимые пуском очередного двигателя В частности, выбор заниженного значения к[уп приводит к необоснованному затягиванию пуска, что не может считаться оптимальным с точки зрения энергосбережения, выбор завышенного значения к[УП не может гарантировать безопасный режим функционирования для обмоток АД и трубопровода

Таким образом, с целью сокращения потерь электрической энергии в обмотках асинхронных двигателей насосной станции системы водоснаб-необходимо с использованием математической модели системы «электрическая сеть - УПП - АД - насос - трубопровод» разработать алгоритм вычисления к! УП, который обеспечит устремление ТП к Тщот при условии удовлетворения перечисленных выше ограничений (/я, (9та>СдОП, Л^тах.доп, АРтахЛ0П), накладываемых на показатели переходных процессов

Сформулированное выше определение АСУПП АД насосной станции и приведенные на рис 1, 2 структурные схемы позволяют заключить, что математическая модель системы «электрическая сеть - УПП - АД -

насос - трубопровод» должна адекватно отражать протекание процесса электромеханического преобразования энергии в переходных режимах [1, 4] Поскольку в этом случае не требуется описания взаимовлияния конструктивных параметров АД и электромеханического преобразования энергии, математическая модель АД может быть получена с использованием сосредоточенной постановки задачи [5 - 9] При этом необходимо учесть импульсный характер функционирования СИФУ-ТПН [10, 11] и существование двух способов синхронизации СИФУ. по току нагрузки и напряжению сети [10, 12, 13] Напротив, необходимость рассмотрения условий и механизма протекания гидравлического удара требует использования распределенной постановки задачи при описании неустановившегося движения жидкости в трубопроводе

Во второй главе разрабатываются математические модели подсистем АСУПП АД насосной станции.

Сосредоточенная постановка задачи описания электромеханического преобразования энергии в СИФУ-ТПН-АД, обоснованная выше, определяет совокупность допущений, используемых в этом случае [5] В частности предполагается, что насыщение магнитопровода статора и ротора АД не происходит, воздушный зазор между статором и ротором является гладким, пазы - отсутствуют; обмотки двигателя являются сосредоточенными и сдвинутыми относительно друг друга на фазный угол, параметры схемы замещения двигателя не изменяются в переходных процессах и соответствуют параметрам установившегося режима Каждый тиристор преобразователя напряжения представляется идеальным ключом, наличие параллельной демпфирующей КС-цепи не учитывается

При составлении математической модели СИФУ-ТПН-АД для каждого интервала постоянства структуры на основании законов Ома и Кирхгофа записывается система обыкновенных дифференциальных уравнений, которая характеризуется высоким порядком (больше третьего) и нелинейностью (за исключением модели режима "0") При этом численное интегрирование полной математической модели СИФУ-ТПН-АД требует существенных затрат машинного времени

Для сокращения затрат машинного времени в диссертационной работе разработан узкоспециализированный алгоритм, названный «гибридным», сущность которого заключается в следующем 1 — на основании анализа жесткости систем дифференциальных уравнений, требования устойчивости разностной схемы и заданной точности интегрирования обосновывается выбор методов интегрирования и их параметров (порядок аппроксимации и шаг интегрирования) для каждого интервала постоянства структуры, 2 - суб-алгоритмы, реализующие каждый из выбранных мето-

дов, обеспечивают наименьшее время интегрирования для интервалов постоянства структуры определенной длительности, 3 - для снижения затрат машинного времени предлагается объединение суб-алгоритмов в один гибридный алгоритм, который организует выбор одного из них для интегрирования модели текущего интервала постоянства структуры Реализация и использование гибридного алгоритма в среде "MATLAB 7 4"® (The Math Works, Inc) позволила до 30% сократить затраты машинного времени на моделирование динамики СИФУ-ТПН-АД по сравнению со временем решения аналогичной задачи при использовании встроенной функции ode45 [2].

С использованием модели ТПН-АД и гибридного алгоритма интегрирования исследованы показатели качества стационарных и переходных режимов ТПН-АД для двух вариантов синхронизации СИФУ. по напряжению сети и току нагрузки Лучшие показатели качества СИФУ с синхронизацией по току нагрузки позволяют рекомендовать такой тип синхронизации для реализации УПП АД насосных станций [10,12,13]

Требования ГОСТ 27895 устанавливают предельно допустимое среднее значение температуры статорных обмоток АД (6>таХ;Д0П,°С) превышение которого должно вызывать срабатывание тепловой защиты в случае, если двигатель оснащен встроенными температурными датчики Для вычисления максимальной температуры обмоток статора АД (@тах, °С) при управляемом пуске в продолжение времени Тп, с в диссертационной работе используется подход, основанный на составлении эквивалентной тепловой схемы замещения АД [Беспалов В Я и соавт, 2003, Pillay Р , Manyage М , 2006]

Модель энергетической подсистемы АСУПП АД включает в свой состав источник тока бесконечной мощности с номинальным напряжением линии электропередач и модель идеального понижающего трансформатора ко вторичной обмотке которого последовательно один за другим подключаются АД в продолжение пуска При этом, т к по окончании пуска очередного двигателя, включается внешний обводной контактор, шунтирующий УПП, то модель запущенного АД представляется моделью идеального электромеханического преобразователя энергии, работающего в номинальном режиме

При составлении модели неустановившегося движения жидкости традиционно используют следующие допущения в трубопроводе отсутствуют локальные потери напора, связанные с его геометрией и, соответственно, учитываются только потери на трение (/), постоянные по длине трубопровода, и, вычисляемые по формуле Дарси-Вейсбаха [Larock В.Е и соавт, 2000], жидкость считается гомогенной, ее параметры (вязкость,

плотность и др ) одинаковы по трем пространственным координатам - это позволяет ограничиться исследованием динамики жидкости только по одной координате - в направлении ее движения С учетом введенных допущений неустановившееся движение жидкости в каждой г-ой секции трубопровода описывается известной системой уравнений Эйлера [1], интегрирование которой проводится с использованием численного метода характеристик (разновидность сеточных методов)

Для записи функционального выражения насосной нагрузки в аналитической форме используется аппроксимация паспортных графиков характеристических кривых насоса, полученных экспериментально фирмой производителем При этом предполагается, что прототип насоса является гомологичным, т е. имеет геометрическое и кинематическое подобие с моделью

Глава 3 посвящена проверке адекватности полученных в работе составляющих математической модели АСУПП АД С этой целью осуществляется постановка и проведение физического и численного экспериментальных исследований пуска АД с УПП, проведение численного моделирования нестационарного нагрева обмоток АД, функционирования энергетической и гидравлической подсистем АСУПП АД насосной станции системы водоснабжения Для реализации математической модели и алгоритма управления плавным пуском АД проведено обоснование выбора системы компьютерной математики "MATLAB 74"®, накладывающей соответствующие требования на конфигурацию ПЭВМ

Для проведения экспериментального исследования пуска АД 4А112М4УЗ (Р„=5,5 кВт) использовалось серийно выпускаемое ЗАО «Электротекс» г Орел УПП-ТПП-50-380-50-УХЛ4, разработанное на основе симметричного ТПН с СИФУ, синхронизированной по напряжению сети

Проверка адекватности описанной в работе тепловой модели нестационарного нагрева лобовых частей обмоток статора АД проводится посредством сопоставления результатов численного интегрирования указанной модели и результатов, полученных экспериментально, и, опубликованных в [Mezani S и соавт , 2005]

С целью проверки адекватности модели гидравлической подсистемы проведено численное моделирование неустановившегося движения жидкости в трубопроводе для типовой задачи с двумя резервуарами при различном значении продолжительности закрывания вентиля [Смирнов Д Н , Зубов JIБ , 1975, Larock В.Е и соавт., 2000, Васильева С В , 2007]

Сопоставление полученных в работе результатов численных расчетов с результатами экспериментальных и теоретических исследований

подтверждает адекватность полученных математических моделей и эффективность алгоритмов их интегрирования - Программная реализация итоговой комплексной математической модели АСУПП АД в среде "МАТЬАВ 74"® позволила создать инструментальную программно-алгоритмическую базу, необходимую для разработки алгоритма управления УПП АД насосной станции

Глава 4 посвящена разработке адаптивного алгоритма формирования пуско-тормозных траекторий АД насосных агрегатов, обеспечивающего сокращение потерь электрической энергии в процессе управляемого пуска АД насосной станции системы водоснабжения. Разрабатывается программный модуль подсистемы АСУПП АД для АРМ диспетчера НС Посредством численного эксперимента проверяется эффективность предложенного в работе алгоритма управления АСУПП АД

На этапе ввода в эксплуатацию машинной программы, реализующей алгоритм управления АСУПП АД, в базу данных (БД) программы заносится исходная информация по следующим категориям электрическая подсистема (параметры трансформаторной подстанции и АД, включая теплофизические параметры материалов АД), механическая подсистема (параметры центробежных насосов), гидравлическая подсистема (параметры магистрального трубопровода, обводной линии, резервуаров) Особое значение среди исходных данных имеют ограничения, накладываемые на протекание пуско-тормозных процессов в АД насосной станции, которые можно разделить на две группы фиксированные, обусловленные типом используемых АД (1П, 6>тахдоп), и варьируемые в зависимости от условий эксплуатации НС (ДСтахдоп, АРтахд0п) После внесения и проверки всех исходных данных осуществляется процедура инициализации переменных и параметров программы Затем адаптивный алгоритм передает управление предиктору, который выполняет две функции-

1 Получение у отсчетов максимального прироста давления АР,паХ:У в трубопроводе в функции продолжительности пуска г-ого АД ГЯу Отсчеты вычисляются автоматически посредством численного интегрирования модели гидравлической подсистемы Форма зависимости АР,пах=/{Тп) позволяет с достаточной для практики точности использовать экспоненциальную аппроксимацию вида

АРтах =а1 ехр(а2 Тп)+а3 ехр(а4 Тп), (7)

где ар у=1,2 4 - постоянные коэффициенты Монотонный характер функции (7) позволяет утверждать, что для вычисления постоянных коэффициентов в (7) минимально необходимое количество точек

{АРтах у,Тп,у) соответствует числу неизвестных, т е равно четырем Если получение отсчетов функции АР1Пах ,=/(Т1т,) для гидравлической подсистемы заданной конфигурации уже проводилось, то значения постоянных коэффициентов функции (7) считываются из БД программы В результате проведенной аппроксимации определяется значение Г*я» соответствующее установленному ограничению А/>пИх,доп

2 Составляется электрическая схема, включающая в свой состав источник бесконечной мощности синусоидального тока с номинальным напряжением ЛЭП, понижающий силовой трансформатор и уже запущенные АД (если таковые имеются) для которых используется упрощенная схема замещения, соответствующая номинальному режиму работы Для такой цепи производится расчет значения амплитуды максимально допустимого ударного тока/уядоп) соответствующего установленному ограничению ДС/тах>д0П Определяется значение 1*уп¡=тт(1упаот1пг), где 1П, -пусковой ток г-ого АД, соответствующий каталожным данным производителя

Таким образом, результатом работы предиктора являются значения продолжительности пуска Т*Пл и ударного пускового тока 1*уп,, с которыми может быть запущен г-ый АД насосной установки при удовлетворении ограничений на АС/таХ1ДОП и ДЛпахдоп Затем управление передается корректору, который, так же как и предиктор, выполняет две функции

1 Проводится получение ] отсчетов ударного пускового тока 1уцц в функции продолжительности пуска ТПц для г-ого АД Отсчеты вычисляются автоматически посредством численного интегрирования модели СИФУ-ТПН-АД Форма зависимости 1уп=АТп), так же как и в случае АРтах=АТп), позволяет воспользоваться экспоненциальной аппроксимацией, что ограничивает количество численных экспериментов, необходимых для вычисления постоянных коэффициентов в уравнении (7) Если получение отсчетов функции 1ут=КРпЬ Для '-ого АД с текущим моментом сопротивления на валу Мс_, уже проводилось, то значения постоянных коэффициентов аппроксимирующей функции (7) считываются из БД программы Для значения Г*я,, меньшего или равного ТП:0Ш, определяется оптимальная уставка тока 1у0Ш1 =/(ТПотп=0 025) В противном случае, те при Т*П1>ТПоаг с использованием аппроксимирующей функции 1уп,1=ЛТп,д определяется такое значение уставки тока 1у, для которого выполняются два условия 1у,<1*уп,, и Гд¡—/{1у,)><

2 Для полученных значений 1У„ ТП1 проводится вычисление максимальной температуры &,пахл лобовых частей статорных обмоток г-ого АД Если ВЫПОЛНЯСТСЯ уСЛОВИе ®тахХ>®\тах,допэ ТО ВЫВОДИТСЯ СООбщСНИС О НС-

допустимых условиях пуска текущего АД по причине температурного перегрева обмоток В этом случае требуется рассмотреть возможность ослабления варьируемых ограничений АР1тхлоп и Л£/тах доп

Если запущены не все двигатели, то осуществляется возврат с передачей управления предиктору По окончании вычислений, рассчитанные оптимальные значения /сопт,=/^ ,//„_, для каждого из АД последовательно посылаются на УПП для отработки пуска по алгоритму с ограничением по току (3)

При плавном останове АД нет необходимости контролировать напряжение сети и температуру обмоток двигателей, следовательно, для вычисления к0Ш:, может использоваться упрощенный вариант приведенного выше алгоритма

В соответствие с содержанием п 1 5 «Требования к программному обеспечению АСУ» ГОСТ 24 104-854, структурными схемами рис 1,2 и описанным выше алгоритмом управления УПП АД насосной станции водоснабжения разработана структура программного модуля АСУПП АД и осуществлена ее реализация в виде законченного приложения в среде "МАТЬАВ 7 4"®

Проверка адекватности предложенного в работе алгоритма адаптивного управления плавным пуском АД показала его эффективность в сравнении с традиционным способом управления УПП, который заключается в произвольном выборе значения коэффициента кратности статорного тока к^уп и использовании этого значения для запуска всех двигателей насосной станции В частности, при общепринятом алгоритме управления выбор значения кг уд=2-4 приводил к необоснованному затягиванию пуска и потерям энергии, превышающим потери при использовании алгоритма, предложенного в работе, при выборе значения к/УП=5-7, в ряде случаев наблюдалось превышение давления в трубопроводе выше установленного максимально допустимого значения и, кроме того, при пуске последнего двигателя переходной ток вызывал падение напряжения в сети ниже значения, допускаемого по ГОСТ 13109-97 Предложенный в работе адаптивный алгоритм управления плавным пуском АД устраняет возникновение подобных режимов, поскольку как было указано выше, величина к[ УП для каждого запускаемого двигателя рассчитывается индивидуально с учетом соответствующих ограничений

4 ГОСТ 24 104-85 «Автоматизированные системы управления Общие требования»

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:

1 Разработан новый алгоритм адаптивного формирования пуско-тормозных траекторий асинхронных двигателей насосных агрегатов, обеспечивающий сокращение потерь электрической энергии в устройстве плавного пуска асинхронных двигателей насосной станции системы водоснабжения Сущность предложенного алгоритма заключается в определении оптимальных (по критерию минимизации энергетических потерь) параметров программы плавного пуска для каждого АД с учетом ограничений на максимальный ток статорных обмоток АД, максимальную температуру статорных обмоток и максимальный прирост давления в трубопроводе в течение переходного процесса Адаптация предложенного алгоритма обеспечивается за счет формирования индивидуальной программы пуска последовательно для каждого асинхронного двигателя насосных агрегатов с учетом текущего значения переменных состояния электрической и гидравлической подсистем насосной станции Расчетное повышение уставки максимально-допустимого переходного тока индивидуально для каждого АД приводит к снижению потерь электроэнергии в обмотках до 12-18% в зависимости от мощности АД по сравнению с аналогичными потерями при использовании традиционного алгоритма управления плавным пуском с фиксированной уставкой

2 Предложенный в работе подход к сокращению потерь электрической энергии в обмотках АД насосной станции системы водоснабжения сформирован на основе разработки комплексной математической модели, включающей в свой состав ЛЭП с трансформаторной подстанцией, СИФУ-ТПН-АД с насосной нагрузкой, тепловую модель АД, модель движения жидкости в трубопроводе, что позволяет воспроизводить и исследовать процессы преобразования энергии в системе «электрическая сеть - УПП - АД - насос - трубопровод» в переходных и стационарных режимах

3 Математические модели, методика моделирования и адаптивный алгоритм управления плавным пуском АД, предложенные в диссертационной работе, составляют основу пакета прикладных программ, рекомендуемых для интерактивного управления, мониторинга и диагностики автоматизированной системы управления плавным пуском асинхронных двигателей типовой насосной станции системы водоснабжения

4 Для сокращения затрат машинного времени при интегрировании систем уравнений, соответствующих переходным и установившимся режимам работы импульсных преобразователей энергии, отличающихся

нелинейностью моделей интервалов постоянства структуры и высоким порядком, предложен новый «гибридный» алгоритм численного интегрирования, адаптирующий метод интегрирования к текущему состоянию модели Выбор методов интегрирования обосновывается исходя из критерия минимизации машинного времени с учетом выполнения требования устойчивости разностной схемы и заданной точности моделирования. Реализация гибридного алгоритма в среде "MATLAB 7 4"® и анализ его эффективности показали снижение затрат машинного времени (до 30%) по сравнению с традиционным подходом к решению аналогичной задачи

Основные содержание работы отражено в следующих публикациях:

1 Колоколов, Ю В Моделирование переходных режимов насосной станции первого подъема / Ю В Колоколов, А Ю Мелихов // Известия ОрелГТУ Сер Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии информационные системы и технологии -2007 -№4/268(535) - С 18-23 (издание, рекомендованное ВАК к публикации результатов научных исследований, участие 70%)

2 Hamzaoui, А The Expenence of Use "MATLAB 6 0"® Düring the Simulation of the Pulse-Phase Control System of the Thyristor Voltage Regulator with the Active-Inductive Load / A Hamzaoui, A Mehkhov, V Tsukanov, Yu Kolokolov // International Scientific Journal of Computing Vol 3, Issue 3 -2004 -P 76-81 (участие 50%)

3 Mehkhov, A YU The Realization of the Algorithms of Programmed Control m the Systems of Soft Start with Induction Motor / A YU Mehkhov, V G Tsukanov // Pre-pnnts of 10th International Student Olympiad on Automatic Control (Baltic Olympiad -BOAC'2004) / ITMO State University - Samt-Petersburg, 2004 - Pp 57-60 (участие 50%)

4 Мелихов, А Ю Проблемы анализа переходных процессов в асинхронных двигателях в режимах пуска с источником синусоидального напряжения бесконечной мощности / А Ю Мелихов, А Hamzaoui // Труды международной школы-конференции «Высокие технологии энергосбережения» / Издательский дом «Кварта» — Воронеж, 2005 — С 60-62 (участие 80%)

5 Мелихов, А Ю Реализация трехфазной модели асинхронного двигателя в системе компьютерной математики «MATLAB 6 0»® / А Ю Мелихов, В Г Цуканов // Материалы 3-его международного семинара «Компьютерное моделирование электромагнитных процессов в физических, химических и технических системах» / ВГТУ - Воронеж, 2004 - С 224-227 (участие 80%)

6 Мелихов, А Ю Устойчивость трехфазной модели асинхронного двигателя с периодическими коэффициентами / А Ю Мелихов, В Г Цуканов, Ю В Колоколов // Материалы Всероссийской научной конференции «Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономике и экологии»/ОрелГТУ -Орел, 2004 -С 127-130 (участие 60%)

7 Мелихов, А Ю Исследование устойчивости математической модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором / А Ю Мелихов, В Г Цуканов, Ю В Колоколов // Труды Всероссийской научной конференции «Управление и информационные технологии» (УИТ-2005) / ЭТУ - Санкт-Петербург, 2005 - С 250-256 (участие 60%)

8 Мелихов, А Ю Анализ методов идентификации параметров асинхронных двигателей / А Ю Мелихов, И В Лоскутов // Труды международной школы-конференции «Высокие технологии энергосбережения» / Издательский дом «Кварта» - Воронеж, 2005 - С 55-57 (участие 70%)

9 Мелихов, А Ю Математическое описание электромеханического преобразования энергии в пакете "Maxwell 10 0" / А Ю Мелихов // Материалы международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» / ОрелГТУ -Орел, 2006 - С 126-130

10 Мелихов, А Ю Алгоритм управления трехфазным тиристорным регулятором напряжения с активно-индуктивной нагрузкой и синхронизацией по току / А Ю Мелихов, В Г Цуканов // Труды всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» / ВГТУ - Воронеж, 2004 - С 124-127 (участие 70%)

11 Колоколов, Ю В Приложение информационных технологий к решению задач математического моделирования технических систем на примере использования пакета «MATLAB 6 0»® / Ю В Колоколов, А Ю Мелихов, В Г Цуканов // Материалы международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» / ОрелГТУ - Орел, 2004 - С 70-74 (участие 60%)

12 Tsukanov, V G Evolution of а Non-Determmistic Self-Oscillation Mode m a PulsePhase Control System with Induction Motor / V G Tsukanov, A YU Melikhov // Prepnnts of Ii"1 International Student Olympiad on Automatic Control (Baltic Olympiad - BOAC'2006) / ITMO State Umversity - Samt-Petersburg, 2006 - Pp 100104 (участие 50%)

13 Kolokolov, Y Stability Analysis of a "Thyristor Voltage Controller - Induction Ma-chme" Model / Y Kolokolov, A Melikhov, A Hamzaoui, N Essounbouli, J Zaytoon // Abstr Collect of the 3rd International IEEE Scientific Conference on Physics and Control (PhysCon 2007) / Universität Potsdam - Potsdam, 2007 - P 344 (участие 40%)

14 Колоколов, Ю В Математическая модель асинхронного двигателя при несимметричном подключении к сети / Ю В Колоколов, А Ю Мелихов, В Г Цуканов // Материалы международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» / ОрелГТУ - Орел, 2006 - С 106-110 (участие 60%)

Лицензия ИД №00670 от 05 01 2000 Подписано в печать 2/10-07 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Уел печ л _1_ Тираж 100 экз Заказ №6535 Отпечатано с готового оригинал-макета на полиграфической базе ОрелГТУ, 302030, г Орел, ул Московская, 65

Введение.

Глава 1. Анализ современных тенденций автоматизации процессов электромеханического преобразования энергии в устройстве плавного пуска электропривода насосной станции системы водоснабжения.

1.1. Типовая структура системы водоснабжения.

1.2. АСУ плавным пуском электропривода насосной станции системы водоснабжения.

1.2.1. Функции и структура.

1.2.2. Формирование траекторий управления пуско-тормозными режимами.

1.2.3. Анализ основных показателей переходных процессов пуска АД.

1.3. Структура математической модели АСУ плавным пуском АД насосной станции.

Результаты и выводы по главе.

Глава 2. Построение математической модели процесса преобразования энергии в АСУ плавным пуском АД насосной станции.*.

2.1. Модель системы импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем напряжения асинхронного двигателя.

2.1.1. Структурная схема ТПН-АД. Моделирование несимметричных режимов подключения АД к сети питания.

2.1.2. Разработка численного алгоритма моделирования системы импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем напряжения, снижающего затраты машинного времени.

2.1.3. Система импульсно-фазового управления ТПН-АД с двумя типами синхронизации.

2.1.4. Исследование показателей качества стационарных и переходных режимов системы импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем напряжения с двумя типами синхронизации.

2.2. Математическая модель трансформаторной подстанции.

2.3. Упрощенная тепловая модель АД.

2.4. Математическая модель насосной нагрузки.

2.5. Модель неустановившегося движения жидкости.

2.5.1. Построение модели неустановившегося движения жидкости в трубопроводе произвольной конфигурации.

2.5.2. Интегрирование уравнений неустановившегося движения жидкости методом характеристик.

Результаты и выводы по главе.

Глава 3. Постановка и проведение физического и численного экспериментальных исследований процесса преобразования энергии в АСУ плавным пуском АД насосной станции.

3.1. Постановка и проведение экспериментального исследования УПП АД на базе ТПН с СИФУ, синхронизированной по напряжению сети.

3.1.1. Постановка экспериментального исследования.

3.1.2. Экспериментальное исследование пуска АД с УПП. Сравнение экспериментальных данных и результатов моделирования.

3.2. Проведение численного эксперимента с моделями компонентов АСУППАД.

3.2.1. Энергетическая подсистема АСУПП АД.

3.2.2. Гидравлическая подсистема АСУПП АД.

3.2.3. Моделирование нестационарного нагрева обмоток АД.

Результаты и выводы по главе.

Глава 4. Разработка адаптивного алгоритма управления плавным пуском асинхронных двигателей насосной станции. Постановка и проведение численного эксперимента.

4.1. Разработка адаптивного алгоритма управления плавным пуском АД насосной станции.

4.2. Разработка программного обеспечения системы управления и мониторинга АСУПП АД. Постановка и проведение численного эксперимента.

Результаты и выводы по главе.

В настоящее время автоматизация технологических процессов электромеханического преобразования энергии продолжает развиваться по трем основным направлениям: повышение надежности, энергоэффективности и экономичности [1, 3, 14, 73, 100, 102]. Эта тенденция принимает особое значение в тех сферах промышленности и народного хозяйства, в которых основу технологических процессов составляет асинхронный электропривод (АЭП) исполнительных механизмов. Ярким примером в данном случае служит АЭП турбоме-ханизмов (вентиляторы, компрессоры, насосы и др.), который по различным оценкам потребляет до 25% всей вырабатываемой электроэнергии [14, 142].

В части энергии, потребляемой турбомеханизмами, наибольшая доля принадлежит центробежным насосам, применяющимся в основном для транспортирования жидкостей в системах водоснабжения, водоотведения и магистральных трубопроводах. Это обстоятельство на фоне стремительного повышения тарифов на электроэнергию придает особую актуальность проблеме автоматизации и энергосбережения в системе коммунального и промышленного водоснабжения.

Решение задачи автоматизации насосных станций (НС) системы водоснабжения в первую очередь связано с выбором и применением такого типа АЭП, который позволит удовлетворить требования технологического процесса к надежности, энергоэффективности и экономичности. Благодаря высокой надежности, удовлетворительным стоимостным, массогабаритным и регулировочным показателям широкое распространение для автоматизации НС получил асинхронный электропривод без обратной связи по скорости с системой им-пульсно-фазового управления тиристорным преобразователем напряжения (СИФУ-ТПН) [12,21, 37, 38, 90].

Основы теории АЭП с СИФУ-ТПН были заложены в конце 60-х, начале 70-х годов XX века. В настоящее время развитие этого направление продолжается рядом отечественных и зарубежных научных школ: И.Я. Браславский, A.M. Зюзев, A.B. Костылев и др. (Уральский ГТУ); А.К. Загорский, В.И. Радин и др. (АО ВНИИЭ); В.И. Хрисанов (СПБ ГУ телекоммуникаций), Р. Бржезин-ский (Технический университет г. Зелона Гура (Польша)); O.A. Андрющенко, A.A. Бойко и др. (Одесский Национальный политехнический университет); N.A. Demerdash, В. Mirafzal, M.G. Solveson (Университет Маркетта, Милуоки, шт. Висконсин); Gürkan Zenginobuz, Isik Cadirci, и др. (Средневосточный технический университет г. Анкары (Турция)); Ю.В. Колоколов, C.JI. Косчинский и др. (Орловский государственный технический университет совместно с ЗАО «Электротекс» г. Орел).

Главное назначение АЭП насосного агрегата заключается в том, что бы сформировать такую траекторию пуска (останова) двигателя насоса от начальной (номинальной) скорости до номинальной (начальной), которая, с одной стороны, обеспечит ограничение температуры статорных обмоток, а также бросков тока в статорных обмотках и знакопеременных колебаний электромагнитного момента двигателя, с другой стороны, ограничит прирост давления в трубопроводе до допустимого значения. Сущность указанной выше задачи привела к тому, что АЭП, обеспечивающий ее решение, получил название устройства плавного пуска (УПП).

Современный уровень разработки УПП характеризуется унификацией их силовой части. В этой связи, повышение эффективности процессов преобразования электромеханической энергии в УПП в большей степени связано с усовершенствованием алгоритмов формирования пуско-тормозных траекторий асинхронных двигателей (АД).

В значительной части публикаций, посвященных разработке новых алгоритмов плавного пуска АД, основное внимание уделяется вопросам ограничения свободных составляющих токов статорных обмоток и электромагнитного момента на валу АД в переходных режимах. Однако проблема взаимосвязи энергоэффективности управления плавным пуском АД и вводимых при этом ограничений фактически не рассматривается. Это обстоятельство затрудняет разработку новых энергоэффективных алгоритмов управления плавным пуском АД, что обуславливает актуальность и практическую значимость диссертационной работы.

Объект исследования: процесс электромеханического преобразования энергии в устройстве плавного пуска асинхронных двигателей насосной станции системы водоснабжения.

Предмет исследования: процесс управления преобразованием энергии в устройстве плавного пуска, построенном на базе разомкнутой по скорости существенно-нелинейной системы импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем напряжения асинхронного двигателя.

Цель диссертационной работы: сокращение потерь электрической энергии в обмотках асинхронных двигателей насосной станции системы водоснабжения при управляемом формировании пуско-тормозных траекторий. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- сформулировать ограничения и определить критерий эффективности процессов электромеханического преобразования энергии в устройстве плавного пуска АД насосной станции;

- разработать математическую модель и методику моделирования процесса преобразования электромеханической энергии в устройстве плавного пуска асинхронных двигателей насосной станции системы водоснабжения;

- разработать алгоритм управления плавным пуском асинхронных двигателей, позволяющий сократить потери электрической энергии в их обмотках при удовлетворении ограничений, накладываемых на показатели переходных процессов преобразования электромеханической энергии в АЭП насосной станции системы водоснабжения;

- провести экспериментальное исследование адекватности математической модели системы «электрическая сеть - УПП - АД - насос - трубопровод».

На основании указанной цели и перечисленных задач содержание диссертационной работы разбито на четыре главы. В первой главе:

- описана типовая структура, цель и функции АСУ системы водоснабжения в целом и подсистемы АСУ электропривода - АСУ плавным пуском насосных агрегатов, в частности;

- проведен анализ состава и обоснование выбора составляющих структуры автоматизированной системы управления плавным пуском (АСУПП) АД;

- дано определение эффективности целевого функционирования АСУПП АД, перечислены ограничения, накладываемые на процесс формирования пуско-тормозных траекторий асинхронных двигателей;

- проведен анализ алгоритмов управления плавным пуском асинхронных двигателей;

- выявлена взаимосвязь показателей переходных процессов в УПП-АД с энергетическими потерями;

- приведена структура математической модели АСУПП АД; сформулированы требования к ее составляющим;

- в итоге сформулирована постановка цели и задач исследования подходов к снижению энергетических потерь в обмотках АД при управляемом формировании пуско-тормозных траекторий насосных агрегатов.

Во второй главе:

- предложен подход к описанию несимметричного подключения АД к сети переменного тока;

- разработан численный алгоритм для сокращения затрат машинного времени при интегрировании модели СИФУ-ТПН-АД в переходных режимах;

- проведен анализ технико-экономических показателей и показателей качества статических и динамических режимов СИФУ-ТПН-АД с двумя типами синхронизации: по напряжению сети и току нагрузки;

- приведена модель трансформаторной подстанции с нагрузкой в виде асинхронных двигателей, функционирующих в номинальном режиме;

- приведена упрощенная тепловая математическая модель асинхронного двигателя;

- описано получение математической модели насосной нагрузки для переходных и установившихся режимов;

- описано получение математической модели неустановившегося движения жидкости в трубопроводе произвольной конфигурации; рассмотрен метод интегрирования такой модели.

Третья глава посвящена постановке и проведению экспериментального исследования составляющих математической модели АСУПП АД насосной станции с целью проверки адекватности разработанных математических моделей. В третьей главе:

- осуществлена постановка и проведение физического и численного экспериментальных исследований пуска АД с УПП на экспериментальной установке, смонтированной в проблемной лаборатории динамики импульсных систем преобразования энергии кафедры «ПТЭиВС» ОрелГТУ;

- проведено численное моделирование нестационарного нагрева обмоток АД, функционирования энергетической и гидравлической подсистем АСУПП АД насосной станции системы водоснабжения;

- проведено обоснование выбора среды программирования для реализации математической модели и алгоритма управления АСУПП.

В четвертой главе:

- разработан адаптивный алгоритм плавного пуска асинхронных двигателей насосных агрегатов;

- разработано программное обеспечение системы управления и мониторинга АСУППАД;

- проведено численное экспериментальное исследование переходных процессов пуска АД типовой насосной станции системы водоснабжения.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

- адаптивный алгоритм управления плавным пуском асинхронных двигателей, позволяющий сократить потери электрической энергии в обмотках АД, посредством расчета уставки максимального переходного тока с учетом ограничений, накладываемых требованиями безопасности, и текущего состояния процесса электромеханического преобразования энергии в системе «электрическая сеть - УПП - АД - насос - трубопровод»;

- комплекс математических моделей и методика моделирования процессов электромеханического преобразования энергии в УПП АД типовой насосной станции системы водоснабжения при неустановившемся движении жидкости в трубопроводе произвольной конфигурации, позволяющие воспроизводить и исследовать условия протекания переходных процессов в системе «электрическая сеть - УПП - АД - насос - трубопровод» с минимальными затратами машинного времени.

Научная новизна. В работе решена задача автоматизации процессов управления плавным пуском асинхронных двигателей насосной станции системы водоснабжения. В том числе:

- разработан адаптивный алгоритм управления плавным пуском асинхронных двигателей, основанный на формировании программы пуска последовательно для каждого асинхронного двигателя насосной станции с учетом текущего значения переменных состояния системы импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем напряжения АД и гидравлической подсистемы насосной станции, реализованных в виде математических моделей, встроенных в алгоритм.

- Разработан оптимальный (по критерию затрат машинного времени) алгоритм численного интегрирования математической модели системы им-пульсно-фазового управления тиристорным преобразователем напряжения (СИФУ-ТПН) асинхронного двигателя, основанный на адаптации разностного метода интегрирования к текущему состоянию модели.

- Разработана методика моделирования плавного пуска АД насосной станции системы водоснабжения, включающая в свой состав адаптивный алгоритм управления плавным пуском АД и оптимальный алгоритм интегрирования модели СИФУ-ТПН-АД, и, позволяющая с минимальными затратами машинного времени проводить исследования переходных процессов электромеханического преобразования энергии в системе «электрическая сеть -УПП - АД - насос - трубопровод» при неустановившемся движении жидкости в трубопроводе произвольной конфигурации.

Практическая значимость. Программная реализация предложенной математической модели, методики моделирования и адаптивного алгоритма управления плавным пуском АД позволяет сократить потери энергии в обмотках двигателей в переходных режимах путем внедрения и использования разработанного программного обеспечения на автоматизированном рабочем месте диспетчера насосной станции.

Методы и средства исследования. При проведении исследования использовались методы теоретической электротехники, электромеханики, теории импульсных систем автоматического управления, теории устойчивости, теоретической и прикладной гидродинамики, численные методы интегрирования дифференциальных уравнений, методы прикладной статистики. Проведение аналитических преобразований при получении символического представления модели СИФУ-ТПН-АД выполнено с помощью средств пакета расширения Symbolic Math Toolbox системы компьютерной математики "MATLAB 7.4"® (The Math Works, Inc.). В этой же среде осуществлена разработка программного обеспечения АСУПП АД насосной станции с целью проведения численных экспериментальных исследований. Натуральные экспериментальные исследования проводились на экспериментальной установке, смонтированной в проблемной лаборатории динамики импульсных систем преобразования энергии кафедры «ПТЭиВС» ОрелГТУ.

Реализация работы. Математические модели, методика моделирования и адаптивный алгоритм управления плавным пуском АД, предложенные в диссертационной работе, составляют основу пакета прикладных программ, предназначенных для интерактивного управления, мониторинга и диагностики автоматизированной системы управления плавным пуском асинхронных двигателей типовой насосной станции системы водоснабжения.

Апробация работы. Изложенные в настоящей диссертационной работе материалы докладывались на: третьем международном семинаре «Компьютерное моделирование электромагнитных процессов в физических, химических и технических системах» в 2004 г., всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» в 2004 г., международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» в 2004 г. и 2006 г., десятой и одиннадцатой международных студенческих олимпиадах по автоматическому управлению (Балтийская олимпиада - ВОАС-2004, ВОАС-2006) в 2004 г. и 2006 г. соответственно, всероссийской научной конференции «Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономике и экологии» в 2004 г., всероссийской научной конференции «Управление и информационные технологии» (УИТ-2005) в 2005 г., международной конференции «Высокие технологии энергосбережения» в 2005 г., третьей международной научной конференции по физике и управлению (The 3rd International IEEE Scientific Conference on Physics and Control - PhysCon 2007) в 2007 г., третьем международном семинаре «Периодические системы управления» (3rd IF АС Workshop Periodic Control Systems (PSYCO'07)) в 2007 г.

Публикации по теме исследования. По результатам исследования опубликовано 14 работ, в том числе две статьи (из них одна статья в российском журнале, рекомендованном ВАК РФ для публикации результатов научных исследований).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 180 страницах и включает в свой состав оглавление, введение, четыре главы собственных исследований, заключение, список литературы из 152 наименований и 4 Приложения. Работа проиллюстрирована 54 рисунками и содержит 7 таблиц.

Вывод:

Проверка адекватности разработанного алгоритма адаптивного управления плавным пуском АД показала его эффективность в сравнении с традиционным способом управления У1111, который заключается в произвольном выборе значения коэффициента кратности статорного тока kityn и использовании этого значения для запуска всех двигателей НС. В частности, при общепринятом алгоритме управления выбор значения £/^/7=2.5-^4 приводит к необоснованному затягиванию пуска и потерям энергии, превышающим потери при использовании алгоритма, разработанного в диссертации; при выборе значения kifyn=5+7, в ряде случаев наблюдалось превышение давления в трубопроводе выше установленного максимально допустимого значения и, кроме того, при пуске последнего двигателя переходной ток вызывал падение напряжения в сети ниже значения допускаемого по ГОСТ 13109-97. Предложенный в работе адаптивный алгоритм устраняет возникновение подобных режимов, поскольку величина к1УП для каждого запускаемого двигателя рассчитывается индивидуально, с учетом соответствующих ограничений.

В диссертационной работе решена задача сокращения потерь электрической энергии в обмотках асинхронных двигателей насосной станции системы водоснабжения при управляемом формировании пуско-тормозных траекторий. При этом разработана математическая модель насосной станции, определены ограничения и критерий эффективности процесса преобразования электромеханической энергии в устройстве плавного пуска асинхронных двигателей насосной станции системы водоснабжения. На основании проведенного анализа разработан алгоритм управления плавным пуском асинхронных двигателей, позволяющий сократить потери электрической энергии в их обмотках при удовлетворении ограничений, накладываемых на показатели переходных процессов преобразования электромеханической энергии в АЭП насосной станции системы водоснабжения. Проведены экспериментальные исследования адекватности математической модели системы «электрическая сеть - У1111 - АД - насос - трубопровод» и эффективности разработанного адаптивного алгоритма управления плавным пуском АД.

Основными результатами и выводами диссертационной работы являются следующие:

1. Разработан новый алгоритм адаптивного формирования пуско-тормозных траекторий асинхронных двигателей насосных агрегатов, обеспечивающий сокращение потерь электрической энергии в обмотках асинхронных двигателей насосной станции системы водоснабжения. Сущность предложенного алгоритма заключается в определении оптимальных (по критерию минимизации энергетических потерь) параметров программы плавного пуска для каждого АД с учетом ограничений на максимальный прирост давления в трубопроводе, максимальный ток и максимальную температуру статорных обмоток АД в течение переходного процесса. Адаптация предложенного алгоритма обеспечивается за счет формирования индивидуальной программы пуска последовательно для каждого асинхронного двигателя насосных агрегатов с учетом текущего значения переменных состояния электрической и гидравлической подсистем насосной станции. Расчетное повышение уставки максимально-допустимого переходного тока индивидуально для каждого АД при проведении численного эксперимента привело к снижению потерь электроэнергии в обмотках до 18% в сравнении с аналогичными потерями, возникающими при использовании традиционного алгоритма управления плавным пуском с фиксированной уставкой тока.

2. Предложенный в работе подход к сокращению потерь электрической энергии в обмотках АД насосной станции системы водоснабжения сформирован на основе разработки комплексной математической модели, включающей в свой состав: ЛЭП с трансформаторной подстанцией, СИФУ-ТПН-АД с насосной нагрузкой, тепловую модель АД, модель движения жидкости в трубопроводе, что позволяет воспроизводить и исследовать процессы преобразования энергии в системе «электрическая сеть - УПП - АД - насос - трубопровод» в переходных и стационарных режимах.

3. Для сокращения затрат машинного времени при интегрировании систем уравнений, соответствующих переходным и установившимся режимам функционирования импульсных преобразователей энергии, отличающихся нелинейностью моделей интервалов постоянства структуры и высоким порядком, предложен новый «гибридный» алгоритм численного интегрирования, адаптирующий метод интегрирования к текущему состоянию модели. Выбор методов интегрирования обосновывается исходя из критерия минимизации машинного времени с учетом выполнения требования устойчивости разностной схемы и заданной точности моделирования. Реализация гибридного алгоритма в среде "МАТЬАВ 7.4"® и анализ его эффективности показали снижение затрат машинного времени при моделировании СИФУ

ТПН-АД (до 30%) по сравнению с традиционным подходом к решению аналогичной задачи.

4. Методика моделирования, включающая в свой состав математические модели, адаптивный алгоритм управления плавным пуском АД и оптимальный алгоритм интегрирования модели СИФУ-ТПН-АД, составляют основу пакета прикладных программ, рекомендуемых для интерактивного управления, мониторинга и диагностики автоматизированной системы управления плавным пуском асинхронных двигателей типовой насосной станции системы водоснабжения.

1. Абрамов, Б. И. Энергосбережение средствами электропривода в коммунальном хозяйстве города / Б. И. Абрамов, Г. М. Иванов, Б. С. Лезнов // Электротехника. 2001. - № 1. - С. 59-63;

2. Айвазян, С. А. Прикладная статистика: основы моделирования и первичная обработка данных. Справочное изд. / С. А. Айвазян, И. С. Еснюков, Л. Д. Мешалкин. М.: Финансы и статистика, 1983. - 471 е.;

3. Андрижиевский, А. А. Энергосбережение и энергетический менеджмент : учеб. пособие / А. А. Андридиевский, В. И. Володин. 2-е изд., испр. -Мн.: Высш. шк., 2005. - 294 е.;

4. Андрющенко, О. А. Упрощенная модель электропривода ТПН-АД / О. А. Андрющенко // Межвузовский журнал «Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы». 1998. - № 2(3). - С. 32-41;

5. Ануфриев, И. Е. МАТЬАВ 7 / И. Е. Ануфриев, А. Б. Смирнов, Е. Н. Смирнова. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 1104 с.

6. Бабаханян, И. С. Справочник по проектированию электроснабжения / И. С. Бабаханян, А. А. Бейдер, В. И. Вертебный и др. / под ред. В. И. Круповича, Ю. Г. Барыбина, М. Л. Самовера. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1980.-456 с.

7. Башта, Т. М. Гидравлика, гидромашины и гидропривод: учеб. для вузов / Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов. М. : Машиностроение, 1982. -424 с.

8. Беспалов, В. Я. Упрощенная математическая модель нестационарного нагрева и охлаждения обмотки статора асинхронного двигателя / В. Я. Беспалов, Ю. А. Мощинский, В. И. Цуканов // Электричество. 2003. - № 4. -С. 20-26.;

9. Блохин, В. Г. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов / В. Г. Блохин, О. П. Глудкин, А. И. Гуров, М. А. Ханин ; под ред. О. П. Глудкина. М.: Радио и связь, 1997. - 232 с.

10. Браславский, И. Я. Исследование свойств систем «тиристорный преобразователь напряжения-асинхронный двигатель» с различными типами синхронизации / И. Я. Браславский, А. М. Зюзев, А. В. Костылев // Электротехника. 2000. - № 9. - С. 1-5.;

11. Браславский, И. Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод : учеб. пособ. для студ. высш. учеб. заведений / И. Я. Браславский, 3. Ш. Ишматов, В. Н. Поляков ; под ред. И. Я. Браславского. М. : Издат. центр «Академия», 2004. - 256 е.;

12. Браславский, И.Я. Асинхронный полупроводниковый электропривод с параметрическим управлением / И.Я. Браславский. М. : Энергоатомиздат, 1988.-224 е.;

13. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. М. : Наука, 1981. - 704 с.

14. Важнов, А. И. Переходные процессы в машинах переменного тока / А. И. Важнов. JI.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. - 256 е.;

15. Вигерс, К. Разработка требований к программному обеспечению / Пер. с англ. М. : Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2004. - 576 е.;

16. Глазенко, Т. А. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности / Т. А. Глазенко, В. И. Хрисанов. Л. : Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1983. - 176 е.;

17. ГОСТ 11828-86. Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний. Введ. 1987-01-07. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 31 с.

18. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введ. 1999-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1998. - 33 с.

19. ГОСТ 24.103-84. Автоматизированные системы управления. Основные положения. Введ. 1985-01-07. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 2 с.

20. ГОСТ 24.104-85. Автоматизированные системы управления. Общие требования. -Введ. 1987-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1988. 15 с.

21. ГОСТ 28173. Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и рабочие характеристики. Введ. 2002-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 2001.- 15 с.

22. ГОСТ 28327. Машины электрические вращающиеся. Пусковые характеристики односкоростных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутым ротором напряжением до 660 В. Введ. 1989-10-11. - М. : Изд-во стандартов, 1989. - 7 с.

23. ГОСТ 34.003-90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения. Введ. 1992-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1991. - 15 с.

24. ГОСТ 8865-93. Система электрической изоляции. Оценка нагревостойко-сти и классификации. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Введ. 1995-01-01. - Минск : Изд-во стандартов, 1994.-5 с.

25. ГОСТ Р 51689-2000. Двигатели асинхронные мощностью от 0,12 до 400 кВт включительно. Общие технические требования. Введ. 2002-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 2001. - 15 с.

26. Дъяков, В. И. Типовые расчеты по электрооборудованию : практ. пособие / В. И. Дъяков. 7-е изд., перераб. и доп.- М. : Высш. шк., 1991. - 160 е.;

27. Дьяконов, В. П. МАТСАЭ 8/2000 : специальный справочник / В. П. Дьяконов СПб. : Издательство «Питер», 2000. - 592 с.

28. Дьяконов, В. П. МАТЬАВ 6.5 8Р1/7 + 81тиНпк 5/6® в математике и моделировании. Серия «Библиотека профессионала» / В. П. Дьяконов. М. : СОЛОН-Пресс, 2005. - 576 с.

29. Елисеев, В. А. Справочник по автоматизированному электроприводу / В. А. Елисеев, А. В. Шинянский. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 616 с.

30. Жуковский, Н. Е. Собрание сочинений. В 2 т. Т. 2. Гидродинамика / Н.Е. Жуковский. М. : Гос. изд-во технико-теоретической лит-ры, 1949. - 760 с.

31. Загорский, А. Многофункциональные энергосберегающие регуляторы для асинхронных двигателей / А. Загорский, 3. Захарова, И. Пар // Информационный промышленный вестник / ПК "Пушкинская площадь". М., 2006. -С. 44-48.

32. Зайцев, П. П. Преобразовательная техника. Устройство плавного пуска : инф-ые материалы / П. П. Зайцев. Екатеринбург : Центр энергосбережения Уральского государственного горного университета, 2005. - 9 е.;

33. Залуцкий, Э. В. Насосные станции. Курсовое проектирование / Э. В. За-луцкий, А. И. Петрухно. К.: Вища шк. Головное изд-во, 1987. - 167 е.;

34. Запорожский завод «Преобразователь» Электронный ресурс. / Официальный сайт ОАО Запорожский завод «Преобразователь». Электрон, дан. -Запорожье -. - Режим доступа : Ьйр://1174.ukrindustrial.com, свободный. -Загл. с экрана. - Яз. русск.

35. Зюзев, А. М. Бездатчиковый электропривод системы ТПН-АД / А. М. Зю-зев, К. Е. Нестеров // Труды международной 14-ой научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока» / Уральск, гос. технич. ун-т. Екатеринбург, 2007. - С. 253-256.;

36. Зюзев, А. М. К построению бездатчикового электропривода системы ТПН-АД / А. М. Зюзев, К. Е. Нестеров // Электротехника. 2005. - № 9. - С. 3841.;

37. Иванова, Г. С. Технология программирования: учеб. для вузов / Г. С. Иванова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 320 е.;

38. Ильина, В. А. Численные методы для физиков теоретиков. В 2 т. Т. 2 / В. А. Ильина, П. К. Силаев. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2004. - 118 е.;

39. Капустин, Н. М. Автоматизация производственных процессов в машиностроении : учеб. для втузов / Н. М. Капустин, П. М. Кузнецов, А. Г. Схирт-ладзе и др.; под ред. Н. М. Капустина. М.: Высш. шк., 2004. - 415 е.;

40. Карелин, В. Я. Насосы и насосные станции: учеб. для вузов / В. Я. Карелин, А. В. Минаев. М.: Стройиздат, 1986. - 320 е.;

41. Клюев, А. С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справ, пособ. / А. С. Клюев, Б. В. Глазов, А. X. Дубровский ; под ред. А. С. Клюева. 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1990.-464 с.

42. Ключев, В. И. Теория электропривода: учеб. для вузов / В. И. Ключев М. : Энергоатомиздат, 2001. - 704 е.;

43. Ключев, В. И. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: учеб. для вузов / В. И. Ключев, В. М. Терехов. М. : Энергия, 1980.-360 е.;

44. Кобзарь, А. И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников / А. И. Кобзарь. М.: Физматлит, 2006. - 816 с.

45. Копылов, И. П. Математическое моделирование электрических машин: учеб. для вузов / И. П. Копылов. 2-е изд., испр. - М. : Высш. шк., 1994. -311 с.

46. Копылов, И. П. Электрические машины: учеб. для вузов / И. П. Копылов. -3-е изд., испр. М.: Высш. шк., 2002. - 607 с.

47. Корытин, А. М. Автоматизация типовых технологических процессов и установок : учеб. для вузов / А. М. Корытин, Н. К. Петров, С. И. Радимов и др. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 432 е.;

48. Лихачев, В. Л. Электродвигатели асинхронные / В. Л. Лихачев. М. : СОЛОН-Р, 2002.-304 с.

49. Луковников, В. И. Опыт применения комплексной тиристорной станции ТСУ-2 для управления пуском асинхронных электроприводов турбомеха-низмов / В. И. Луковников, С. И. Захаренко, А. И. Рожков // Электротехника. 2000. - № 6. - С. 56-59.;

50. Манзон, Б. М. MAPLE V POWER EDITION / Б. М. Манзон М. : Информационно-издательский дом «Филинъ», 1998. - 240 е.;

51. Маркин, Н. С. Основы теории обработки результатов измерений: учеб. пос. для средних спец. учеб. заведений. М. : Издательство стандартов, 1991. -176 с.

52. Масандилов, Л. Б. Опыт разработки и применения асинхронных электроприводов с тиристорными преобразователями напряжения / Л. Б. Масандилов, В. А. Анисимов, А. О. Горнов, Г. А. Крикунчик, В. В. Москаленко // Электротехника. 2000. - № 2. - С. 32-36.;

53. Матросов, А. В. MAPLE 6. Решение задач высшей математики и механики / А. В. Матросов. СПб.: BHV, 2001. - 528 е.;

54. Мелихов, А. Ю. Анализ методов идентификации параметров асинхронных двигателей / А. Ю. Мелихов, И. В. Лоскутов // Труды международной школы-конференции «Высокие технологии энергосбережения» / Издательский дом «Кварта». Воронеж, 2005. - С. 55-57.;

55. Орлов, С. Технологии разработки программного обеспечения: учеб. / С. Орлов. СПб. : Питер, 2002. - 464 с.

56. Остриров В. Н. Опыт разработки и внедрения комплектного энергосберегающего электропривода насосов городского водоснабжения и откачки сточных вод / В. Н. Остриров // Электричество. 2003. -№ 4. - С. 68-71.;

57. Павлов, А. А. Основы системного анализа и проектирования АСУ: учеб. пособие / А. А. Павлов, С. Н. Гриша, В. Н. Томашевский и др. ; под общ. ред. А. А. Павлова. К.: Выща шк., 1991. - 367 е.;

58. Перешивкин, А. К. Монтаж систем внешнего водоснабжения и канализации / А. К. Перешивкин, А. А. Александров, Е. Д. Булыгин и др.; под ред.

59. A. К. Перешивкина. 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Стройиздат, 1988. -653 с.

60. Петров, Л. П. Автоматическое управление торможением станочных ЭП / Л. П. Петров, Р. Г. Подзолов, Л. В. Буштян. М. : Машиностроение, 1978. -135 е.;

61. Петров, Л. П. Моделирование асинхронных электроприводов с тиристор-ным управлением / Л. П. Петров, В. А. Ладензон. М. : Энергия, 1977. -200 е.;

62. Петров, Л. П. Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропривода / Л. П. Петров, О. А. Андрющенко. М. : Энергоатомиз-дат, 1986.-200 с.

63. Петров, Л. П. Управление пуском и торможением АД / Л. П. Петров. М. : Энергоиздат, 1981. - 184 е.;

64. Петров, Ю. П. Неожиданное в математике и его связь с авариями и катастрофами последних лет. Изд. 3-е, дополненное / Ю. П. Петров, Л. Ю. Петров. СПб.: НИИХ СПбГУ, 2002. - 141 с.

65. Петров, Ю. П. Новые главы теории управления / Ю. П. Петров. СПб. : СПбГУ, 2000.- 156 с.

66. Пилипенко, В. В. Кавитационные автоколебания и динамика гидросистем /

67. B. В. Пилипенко, В. А. Задонцев, М. С. Натанзон. М. : Машиностроение, 1977.-352 с.

68. Поздеев, Д. А. Автоматизированная система плавного пуска высоковольтных двигателей магистральных насосов нефтепровода «Дружба» ОАО

69. Транснефть» / Д. А. Поздеев, А. Н. Ерезеев, О. Г. Яковлев, О. В. Котельников // Электротехника. 2006. - № 6. - С. 2-10.;

70. Попкович, Г. С. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения: учеб. для вузов / Г. С. Попкович, М. А. Гордеев М. : Высш. шк., 1986. -392 е.;

71. Самарский, А. А. Численные методы: учеб. пособие для вузов / А. А. Самарский, А. В. Гулин. М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1989. - 432 с.

72. Селезнев, В. Е. Основы численного моделирования магистральных трубопроводов / В. Е. Селезнев, В. В. Алешин, С. Н. Прялов ; под ред. В. Е. Селезнева. М.: КомКнига, 2005. - 496 с.

73. Селезнев, В. Е. Современные компьютерные тренажеры в трубопроводном транспорте: математические методы моделирования и практическое применение / В. Е. Селезнев, В. В. Алешин, С. Н. Прялов ; под ред. В. Е. Селезнева. М.: МАКС Пресс, 2007. - 200 с.

74. Смирнов, Д. Н. Гидравлический удар в напорных водоводах / Д. Н. Смирнов, Л. Б. Зубов. -М.: Стройиздат, 1975. 125 е.;

75. СНиП 2.04.02-84*. Строительные нормы и правила. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Введ. 1985-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1985.-242 с.

76. Советов, Б. Я. Моделирование систем: учеб. для вузов / Б. Я. Советов, С. А. Яковлев. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2001. - 343 с.

77. Тарасик, В. П. Математическое моделирование технических систем : учеб. для вузов / В. П. Тарасик. Мн.: ДизайнПРО, 1997. - 640 с.

78. Трещев, И. И. Электромеханические процессы в машинах переменного тока / И. И. Трещев. Л. : Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. - 344 с.

79. Фрайден, Дж. Современные датчики. Справочник / Дж. Фрайден. М. : Техносфера, 2005. - 592 с.

80. Чебаевский, В. Ф. Проектирование насосных станций и испытание насосных установок / В. Ф. Чебаевский, К. П.Вишневский, H. Н. Накладов. М. : Колос, 2000.-376 с.

81. Черкасский, В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры : учеб. для теплоэнергетических спец. вузов / В. М. Черкасский. 2-е изд., перераб. и доп. -М. : Энергоатомиздат, 1984.-416 с.

82. Шеннон, Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука / Р. Шеннон ; перевод с англ. : Мир, 1978. - 418 с.

83. Шерстюк, А. Н. Насосы, вентиляторы и компрессоры: учеб. пос. для втузов / А. Н. Шерстюк. М. : Высш. шк., 1972. - 344 с.

84. Шлипченко, 3. С. Насосы, компрессоры и вентиляторы / 3. С. Шлипченко. -К. : Технка, 1976,368 с.

85. Эгильский, И. С. Автоматизированные системы управления технологическими процессами подачи и распределения воды / И. С. Эгильский Л. : Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1988. - 216 с.

86. Ястребенецкий, М. А. Надежность автоматизированных систем управления технологическими процессами: учеб. пособие для вузов / М. А. Ястребенецкий, Г. М. Иванова. М. : Энергоатомиздат, 1989. - 264 с.

87. Alger, P. L. A Saturistor Motor For Pump Drive With SCR Speed Control / P. L. Alger, I. V. Ingvarsson, W. R. Oney // IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems. 1976. - № 3. - Pp. 766-772.;

88. Altmann, W. Practical Process Control for Engineers and Technicians / W. Altmann. Oxford : IDC Technologies, 2005. - 304 p.;

89. Banerjee, S. Nonlinear phenomena in power electronics. Attractors, bifurcation, chaos, and nonlinear control / Edited by S. Banerjee, G. Verghese. New York : IEEE Press, 2001.-441 p.

90. Blaabjerg, F. Can Soft-Starter Help Save Energy / F. Blaabjerg, J. K. Pederson et al. // IEEE Industry Applications Magazine. 1997. - № 4. - Pp. 56-66.

91. Boys, J. T. Empirical thermal model for inverter-driven cage induction machines / J. T. Boys, M. J. Miles // IEE Proc.-Electr. Power Appl. 1994. - Pp. 360372.

92. Bredthauer, J. Starting of Large Medium Voltage Motors: Design, Protection, and Safety Aspect / J. Bredthauer, N. Struck // IEEE Transactions on Industry Applications. 1995. - № 5. - Pp. 1167-1176.

93. Chappie, P. J. Principles of Hydraulic Systems Design / P. J. Chappie. Oxford : Coxmoor Publ. Comp., 2003. - 274 pp.;

94. Chrisanov, V. Intelligent soft starters for induction motors on the base of fuzzy logic control / V. Chrisanov, R. Brzesinski // Proceedings of the EPE-PEMC / Dubrovnik, 2002. Pp. 1-9.

95. Deleroi, W. Analysis and Application of Three-phase Induction Motor Voltage Controller with Improved Transient Performance / W. Deleroi, B. J. Woudstra, A. A. Fahim // IEEE Transactions on Industry Applications. 1989. - № 2. -Pp. 280-286.

96. Dewinter, F. A. The Application of a 3500-hp Variable Frequency Drive for Pipeline Pump Control / F. A. Dewinter, B. J. Kedrosky // IEEE Transaction on Industry Applications. 1989. -№ 6. - Pp. 1019-1024.

97. Forenc, J. The Speculative Method of Transient State Analysis with a Variable Integration Step / J. Forenc // Proceedings of the International Conference on Parallel Computing in Electrical Engineering (PARELEC'02). Berlin, 2002. -Pp. 101-106.

98. Fuchs, E. F. Measured Efficiency Improvements of Induction Motors With Thy-ristor/Triac Controllers / E. F. Fuchs, W. J. Hanna // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2002. - № 4. - Pp. 437-444.

99. Ginart, A. High Starting Torque for AC SCR Controller / A. Ginart, R. Esteller, A. Maduro et al. // IEEE Transactions on Energy Conversion. 1999. - № 3. -Pp. 553-559.

100. Girdhar, P. Practical Centrifugal Pumps. Design, Operation and Maintenance / P. Girdhar, 0. Moniz. Oxford : Newnes, 2005. - 260 p.;

101. Guevara, Y. Unsteady and Steady Flow Control on Pumping Systems / Y. Guevara, R. Carmona // IEEE Transaction on Industry Applications. 1990. - № 5. - Pp. 954-960.

102. Hamed, S.A. Analysis of variable-voltage thyristor controlled induction motors / S. A. Hamed, B. J. Chalmers // IEE Proceedings. 1990. - № 3. - Pp. 184-193.

103. High-grade steel absolute multi-turn shaft encoder, Baumer electric. Electronic source., 2006 . - Access mode: http://www.baumerelectric.com/ downloads/ Produkte/ PDF/ Datenblatt/ WinkelundPositionsmesssysteme / enE-3.38BEMV.pdf

104. Hoffman, D. Numerical Methods for Engineers and Scientists / D. Hoffman. -New York : Marcal Dekker. Inc., 2001. 823 p.

105. Kalles0e, C. S. Model Based Fault Detection in a Centrifugal Pump Application / C. S. Kalles0e, V. Cocquempot, R. Izadi-Zamanabadi // IEEE Transaction on Control Systems Technology. 2006. - № 2. - Pp. 204-215.

106. Larock, В. E. Hydraulics of Pipeline Systems / B.E. Larock, R.W. Jeppson, G.Z. Waiters. Boca Raton : CRC Press LLC, 2000. - 533 p.;

107. Lee, S. An Online Stator Winding Resistance Estimation Technique for Temperature Monitoring of Line-Connected Induction Machines / S. Lee, T. G. Ha-betler // IEEE Transactions on Industry Applications. 2003. - № 3. - Pp. 685694.

108. LEM Holding SA Электронный ресурс. / Официальный сайт LEM Holding SA; ; - Электрон, дан. - Grand-Lancy, Switzerland. : LEM Holding SA, 2006 -. - Режим доступа : http://www.lem.com, свободный. - Загл. с экрана. -Яз. англ.

109. Lipo, Т. A. The Analysis of Induction Motors with Voltage Control by Symmetrically Triggered Thyristors / T. A. Lipo // IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems. 1971.-№2.-Pp. 515-525.;

110. Martin, J. The J & P Transformer Book / J. Martin. Oxford : Newnes, 1998. -957 p.

111. McElveen, R. F. Starting High-Inertia Loads / R. F. McElveen, M. K. Toney // IEEE Transactions on Industry Applications.-2001.-№ l.-Pp. 137-144.

112. Melikhov, A. YU. The Realization of the Algorithms of Programmed Control in the Systems of Soft Start with Induction Motor / A. YU. Melikhov, V. G. Tsukanov // Preprints of 10th International Student Olympiad on Automatic Control

113. Baltic Olympiad BOAC'2004) / ITMO State University. - Saint-Petersburg, 2004.-Pp. 57-60.

114. Mellor, P. H. Lumped parameter thermal model for electrical machines of TEFC design / P. H. Mellor, D. Roberts, D. R. Turner // IEE Proceedings-B. 1991. -№5.-Pp. 205-218.

115. Menon, E. S. Liquid Pipeline Hydraulics / E. S. Menon. New York : Marcel Dekker, Inc., 2004. - 286 p.

116. Mezani, S. A Combined Electromagnetic and Thermal Analysis of Induction Motors / S. Mezani, N. Takorabet, B. Laporte // IEEE Transactions on Magnetics. 2005. - № 5. - Pp. 1572-1575.

117. Novotny, D. W. Vector Control and Dynamics of AC Drives / D. W. Novotny, T.A. Lipo. Oxford : Clarendon press, 2003. - 440 p.

118. Quarteroni, A. Numerical Mathematics / A. Quarteroni, S. Riccardo, F. Saleri. -New York : Spriger-Verlag, 2000. 654 p.

119. Sanks, R. L. Pumping Station Design / Editor-in-Chief R. L. Sanks. Boston : Butterworth-Heinemann, 1998. - 1067 p.

120. Sannino, A. Improving Power Quality in Industrial Plants with Induction Motor Load by Using a Static Transfer Switch / A. Sannino // IEEE Industry Applications Magazin. 2003. - № 5. - Pp. 50-57.

121. Sastry, V. V. Optimal Soft Starting of Voltage-Controller-Fed IM Drive Based on Voltage Across Thyristor / V. V. Sastiy, M. R. Prasad, Т. V. Sivakumar // IEEE Transactions on Power Electronics. 1997. - № 6. - Pp. 1041-1051.;

122. Toyoshima, R. Anomalous Phenomenon of Conduction Angle in TCR-SVC and Its Control / R. Toyoshima, T. Funaki, T. Hikihara // Proceedings of the 35th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference / Germany. Aachen, 2004.-Pp. 3403-3408.

123. Tsukanov, V. G. Evolution of a Non-Deterministic Self-Oscillation Mode in a

124. Pulse-Phase Control System with Induction Motor / V. G. Tsukanov, A. YU.th

125. Melikhov / Preprints of 11 International Student Olympiad on Automatic Control (Baltic Olympiad BOAC'2006) / ITMO State University. - Saint-Petersburg, 2006. - Pp. 100-104.

126. Verner, J. A Classification Scheme for Studying Explicit Runge-Kutta Pairs // J. Verner. Canada : Queen's University at Kingston, 1992. - 25 p.

127. Verner, J. A Contrast of a New RK56 pair with DP56 // J. Verner. Canada : Department of Mathematics. PIMS. Simon Fraser University, 2005. - 14 p.

128. Volk, M. Pump Characteristics and Applications / M. Volk. Boca Raton : CRC Press, 2005.-547 p.

129. Zenginobuz, G. Performance Optimization of Induction Motors During Voltage-Controlled Soft Starting / G. Zenginobuz, I. Çadirci et al. // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2004. - № 2. - Pp. 278-288.

130. Zenginobuz, G. Soft Starting of Large Induction Motors at Constant Current With Minimised Starting Torque Pulsations / G. Zenginobuz, I. Çadirci et al. // IEEE Transactions on Industry Applications. 2001. - № 5. - Pp. 1334-1347.

131. Параметры схемы замещения асинхронных двигателей, использованных в работе при проведении численных расчетов

132. Параметры двигателя Единица измерения Типоразмер двигателя4А112М4УЗ 4А225М4УЗ 4AC132S4Y3 4АС250М4УЗ 4АН280М4УЗ1. Р — 2 2 2 2 2т — 3 3 3 3 3f Гц 50 50 50 50 -501. Рн кВт 5.5 55 8.5 63 160cos(p — 0.85 0.91 0.85 0.93 0.9

133. V — 0.855 0.925 0.825 0.87 0.935ин.ф. В 220 220 220 220 2201н.ф. А 11.5 99.0 18.4 117.9 288.1rs Ом 1.164 0.032 0.574 0.034 0.017

134. Гг Ом 0.645 0.017 0.850 0.123 0.012

135. Гн 0.171 0.0217 0.107 0.0231 0.009

136. Гн 0.176 0.0221 0.110 0.0236 0.0102и Гн 0.179 0.0222 0.111 0.0235 0.0103

137. Н-м 36.4 355.9 58.2 429.4 1041.6

138. Л кг-м2 0.017 0.621 0.028 1.2 2.1

139. Rr * ¡rw * Lm 0.4e1 * Lm * Rs * isw - 0.8e1 * Lr * Rs * isw) / (Lm * Ls - 0.4e1 * Lm л2 + Lr * Lm + 0.2e1 * Lr * Ls);