автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Автоматизированная система моделирования автономного электропривода "явнополюсный синхронный генератор-циклоконвертер-явнополюсный синхронный двигатель"

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

В А С Ы Л И В Карл Николаевич

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА «ЯВНОПОЛЮСНЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР-ЦИКЛОКОНВЕРТЕР-ЯВНОПОЛЮСНЫЙ СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ»

Специальности: 05.09.03 — электротехнические комплексы и системы, включая их управление н регулирование, 05.09.01 — электрические машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук '

Ленинград —1991

Работа выполнена во Львовском лесотехническом институте.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор ПЛАХТЫ-ПА Е. Г.; кандидат технических наук, доцент ШАРАХИН В. Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор РУДАКОВ В. В. (г. Ленинград); кандидат технических наук СИДЕЛ ЬНИКОВ А. В. (г. Ленинград).

Ведущее предприятие—Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (г. Москва).

Защита диссертации состоится « » октября 1991 г. в__час. _

мин. на заседании специализированного совета К 003.38.25 Ленинградского государственного технического университета но адресу: 195251, Ленинград, „ ул. Политехническая, 29.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке технического университета. Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать по адресу: 195251, Ленинград, ул. Политехническая, 29, специализированный совет К063.^й.2о.

Автореферат разослан «

12 » сентября 1991 г.

. Ученый секретарь специализированного совет кандидат технических наук, доцент

А. Н. КРИВЦОВ

.....г j

- , ' j аваля хараяткрмсгкка равдш

";„..'Лкт5ГЛ*ьиость щкЛжклл. Повышение эффективности использования электротехнического оборудования, содержащего тиристорные электроприводы промышленных и транспортных установок, а таю® электроэнергетических систем, требует использования соответствующих способов и методик исследования. Существование этой проблемы обусловлено интенсивным внедрением б практику регулируемых электрических приво в, созданных на базе электрических малин переменного тока. Регулирование скорости в таких электроприводах производится изменением частоты напряжения с помощью коммутаторов: преобразователей частоты со звеном постоянного тока или непосредственных преобразователей частоты (НПЧ). _ -,

Одним из таких автономных электроприводов, используемых, в частности, в судостроении , в. качестве гребных электроустановок (ГЭУ) является электропривод,, имеющий, структуру: "явкополюсный синхронный гегратор - циклоконвертер - явкополюсный синхронный двигатель" С'ЯСГ - НПЧ - ЯСД").

Электромагнитные и электромеханические процессы, протекающие в электроприводе "ЯСГ - НПЧ - ЯСД", отличаются сложностью в отношении их изучения и исследования. Это обусловлено такими факторами: неравномерностью воздушного заеора электрических машин, неси-нусоидаяьностью намагничивающих сил и нелинейностью электромагнитных связей контуров явиополюсных синхронных мадин (ЯСМ), наличием коммутационных процессов НПЧ, взаимным влиянием ' структурных элементов электропривода, а таюхе влиянием системы автоматического управления (САУ) на работу привода Проектирование электроприводов подобного типа требует достаточно полного учета упомянутых факторов, дости*°нию которого способствует использование в практике проектирования, наряду с натурным, математического моделирования. Возможность получения результатов расчетов процессов и характеристик. удовлетворяющих практическим требованиям, обеспечивается наличием, математических моделей высокого уровня адекватности и соответствующего быстродействующего программного обеспечения, позволяющего выполнять исследования в системе "человек - ЭВМ", являющейся автоматизированной системой моделирования (АСМ).

Применение АСМ для исследования автономного электропривода "ЯСГ - НПЧ - ЯСД" расширяет возможности в отношении варьируемости параметров электрических машин, системы; управления НПЧ и САУ едектропривода, что позволяет отказаться от макетирования, вслед-

ствие чего сократить материальные затраты .на разработку. Для получения оптималького проекта необходимо иметь достаточно полную информацию о поведении электропривода в различных режимах работы -переходных и установившихся, включая аварийные.

Наличие средств, с помощью которых можно получить такую информацию, позволит качественно повысить эффективность проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ.

Из этого следует, что вадача разработки автоматизированной системы моделирования как средства для исследования автономного электропривода "ЯСГ - НПЧ - ЯСД" в системе-"человек - ЭВМ", пред- . ставлящей собой совокупность математических моделей, машинно-ориентированных алгоритмов, программного обеспечения и инструкций по его эксплуатации, является актуальной.

На защиту выносится. Об пая методика исследования на ЭВМ процессов и характеристик автономного электропривода "явнополюсный синхронный 'генератор - циклоконвертер - явнополюсный синхронный двигатель" как совокупность*математических моделей, алгоритмов и программ, позволяющих в автомативировааной системе "человек - ЭВМ" йыполнять исследования статических и динамических режимов работы.

Математические модели в фазных и вращающихся координатах циклоконвертера и силового реактора, а также математические модели системы управления циклоконвертера и САУ электропривода.

Программная реализация математических моделей в фазных и вращающихся координатах структурных элементов электропривода (явнопо-люсной синхронной машины, циклоконвертера, силового реактора), системы управления циклоконвертера и САУ электропривода.

Программная реализация математической модели топологических связей силовых электрических "цепей структурных элементов электромашине- вентильных систем (ЗШЗС).

Результаты йсследований процессов и характеристик автономного электропривода "ЯСГ - НПЧ - ЯСД".

Научкш нашала хнссертаднондоЗ работы состоят в: создании методики, позволявшей выполнять исследования процессов и характеристик в нормальных и аварийных, установившихся и переходных режимах работы автономных-электроприводов типа "ЯСГ - НПЧ -ЯСД" с учетом взаимного влияния структурных элементов электропривода. нелииейностей электромагнитных связей электрических машин и «к.'ым/тац110нных процессов .циклоконвертера;

рлараОстке математических моделей структурных элементов авто-

- & -

номного электропривода "ЖГ - НПЧ - ЯЗД": циклоконвертера и силового реактора, математических моделей системы управления Ш1Ч - САУ электропривода, алгоритмов и программ, соответствующих упомянутым математическим моделям, а также программной реализации математических моделей ЯСМ в фазных и вращшихся координатах;

разработке математических моделей э фазных и вращающихся координатах автономного электропривода "ЯСГ - НПЧ - ЯСД" и соответствующих алгоритмов и програм».

поучении информации о поведении автономного электропривода "ЯСГ - НПЧ - ЯСД" в динамических, установившихся и аварийных режимах работы.

Прзхтютжая ценноета.

Программный комплекс позволяет ставить эксперименты на ЗВМ для изучения процессор и характеристик при оптимизации параметров электропривода на стадии проектирования, не прибегая к построению физических моделей.

Разработаны машинно-ориентированные алгоритмы и программы, соответствующие математическим моделям структурных- элементов автономного электропривода "ЯСГ - НПЧ - ЯСД": явнополюсной синхронной машины, циклоконвертера, реактора

Разработан пакет программ, позволяющий формировать топологическим способом цифровые модели ЭМВС из моделей их структурных элементов и пакет программ оСшематематического назначения.

Эти программы вопли в АСМ ЭМВС и используются при постановке . других задач.

Реализация и виадрекма результатов робот

Идеи и материалы, положенные а основу методики исследования . процессов и характеристик автономного электропривода "ЯСГ - Ш1Ч -ЯСД", использованы при проектировании судовых электроэнергетических систем (ЗЭС) гребных электрических и ветроэнергетических установок СВЭУ) для опенки качества регулирования, искажений форм напряжений, токов и электромагнитных моментов.

Переданы для использования:

- в НИИ ЛПЭО "Электросила" - математическое, программное и методическое обеспечения в фазных координатах и координатах d, q, О исследуемого электропривода;

- на предприятие n/я Р-6794 - программное обеспечение для исследования электромагнитных процессов ГЭУ по системе "яаноподюсный синхронный генератор - даклоконвертер нулевого типа - явнополисный

синхронный двигатель"а также результаты расчетов электромагнитных процессов этой ГЭУ мощностью 19 мВт;

- в ВНИИЭлектромап - автоматизированная система моделирования ЭМВС, включатся разработанные в диссертации цифровую модель ЯСМ, цифровую модель циклоконвертера, пакет .программ, обеспечивающий соединение на программном уровне цифровых моделей структурных элементов ЭМВС, пакет программ оОиэматематического назначения, а также пакет программ определения параметров циклоконвертера в координатах амплитуд гармонических составляющих;

- в ОКБ Гираспольского • электромашиностроительный завода -цифровая модель ЯСМ, цифровая модель циклоконвертера, вентильного двигателя переменного тока, пакет программ соединения цифровых моделей структурных элементов ЭМВС, а также цифровая модель вентильного двигателя переменного тока в координатах d, q, 0;

" на предприятие n/я В-2156 - комплекс программ для исследования судовых Электроустановок, содержащий программы соединения цифровых моделей структурных элементов ЭЫВО;

- во ВНИИЭлектрозшргетики - цифровая модель ЯСМ и ВЗУ;

• - в Киевский-и Львовский политехнические институты - АСМ ЭМВС.

Документы о внедрении результатов работы представлены в диссертации.

Апробация работы. Основные положения, и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: . .

2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы нелинейной электротехники" (Шацк, 1984 г. 1; . ...

3-й Всесоюзной. • научно-технической конференции "Проблемы нелинейной электротехники" (Черкассы, 1986 г.);

Всесоюзной научно-технической .конференции "Вентильные электромеханические системы с постоянными магнитами" (Москва,. 1089 г.);

Всесоюзной научно-технической.конференции "Современные проблемы электромеханики" (Москва,- 1089 г.);,- , , . Всесоюзном научно-техническом . совещании "Проблемы, управления промышленными электромеханическими системами" (Ульяновск, 1989.г.);

Всесоюзном научном семинаре "Кибернетика электрических .систем" по проблеме "Управление и автоматизация в электроэнергетических системах" (Миасс, 1990 г.),.

В полном объеме диссертация докладывалась в 1990 году на научных семинарах кафедры вычислительной; техники и моделирования технологических процессрв Львовского лесотехнического института и

кафедры систем автоматического управления Ленинградского государственного технического университета

Иуйяикацкк. Основные научные результаты по теме диссертации изложены в: 4-х статьях, информационном листке, 5-и теэисах докладов всесою :ux научно-технических конференций.и' семинаров и 5-и отчетах по научно-исследовательским работам.

00&SM м стдактурц рвСош. Материалы диссертационной работы изложены на 459 страницах, диссертация состоит из введения, пяти глав и шести приложений. ООъем основного материала содержит 153 страницы машинописного текста, Ш рисунков и библиографический список, в котором имеется 141 литературный источник,

ООДШШШ ¡РАВДШ 8* Евэдаюм изложено обоснование актуальности решаемой проблемы, произведен обзор литературы по вопросам математического моделирования прои<-"сов, протекающих в автономных вентильных электроприводах ( в частности ГЭУ), сформулирована задача и обоснование вьйора метода ее решения.

На основе выполненного анализа литературных источников сделан вывод о целесообразности решения сформулированной в диссертации проблемы на основе теории математического моделирования электрона-шинно-вентильных систем, разработанной доктором технических наук, профессором Е. Г. Плахт иной, поскольку эта теория .базируется на систематизированном универсальном подходе при решении задач режим- . ных расчетов большого многообразия ЭМВС. Универсальность достигается топологическим способом формирования математических и цифровых моделей. При этом обеспечивается высокий уровень адекватности, то есть, учитываются такие влияющие на протекание процессов факторы как ». .инейности электромагнитных связей контуров электрических машин OU), коммутация вентилей преобразователей частоты, взаимное влияние структурных элементов ' ЭМВС. Решена также проблема, связанная с наличием разнотемповых процессов (быстрых и медленных) , путем постановки задач в фазном базисе координат и вращающемся координатном базисе d, q. 0.

В процессе решения проблем режимных расчетов необходимо пройти путь по цепочке: "математическая модель - машинно-ориентиреванный алгоритм - программы - результаты расчетов"." Эта задача, решается поэтапно в соответствующих главах диссертации.

В первой глава изложены математические модели и машинно-ори-

вотированные алгоритм в фазных коордашатах (ФК) .структурных элементов автономного электропривода ЯСГ-НПЧ-ЯЗД, к который относятся: явнополюскйя синхронная машина, реактор, циклокоивертер, источник напряжения постоянного тока '

Математические модели разработаны исходя из представления структурных элементов электрическими мюгополосниками, имеющими столько полюсов, сколько выводов на клеши в натурных моделях, что позволяет производить формирование модели электропривода топологическим способом. "

Модолъ ИСЫ создана на основе магнитно-нелинейной теории. В основу ее разработки приняты исходные допущения, позволяющие учесть .нелинейность электромагнитных свявей электрических контуров. неравномерность В08Душного зазора и несинусоидальноеть намагничивающих сил.

9га модель состоит ш уравнения электрического состояния, записанных для схемы электрической цепи, ' представленной многополюсником, уравнений магнитного.состояния, записанных для схемы замещения магнитной цепи, и уравнения механическаго состояния, записанного для вращающихся механических частей.

Уравнения электрического состояния, преобразованные к виду уравнений внешних ветвей (к внешним ветвям относятся ветви обмоток статора и обмотки возбуждения, а к внутренним -контуры,демпферной обмотки (д. о.)). имеют вид:

рГе+Г(ре + £-о>

где Ье - вектор токов внешних ветвей, тенциалов (полюсов); •

- (1) ¡ре вектор внешних по-

Г-

Г-<

С-

ч

(2)

- коэффициенты уравнений внешних ветвей, а входящие в (2) величины Ь,Ё определятся по формулам:

> ' (3)

В уравнениях ¡(3). буквами 1,1? обозначены матрицы динамических

«

индуктивностей и активных сопротивлений; буквой <р - вектор пото-косцеплений; ре , UV - количество пар полюсов и скорость г аще-ния ЯСЫ; р- d/dt - оператор деферинцирования по времени t. Буквами £, D в индексах обовначено принадлежность к внешним и внутренним контурам, с ответственно. Буквой f в. верхнем'индексе обозначено диференцирование по углу поворота ротора Т • '

Результатом решения уравнения (1) является вектор проивводной токов оТд , на основе которого вычисляется векторы производных токов вышних рТх и внутренних pin контуров по формулам:

ptxj - piej СМА) ;

РЪ ГЦ?рГж+р0ф1ь)в+ Rjj>), (4)

где Nj— количество внршних контуров ЯЖ

На основе векторов ptz . ptj, по уравнениям магнитного состо- ® яния определяются производные магнитных потоков рф^ , рФт - ярма, статора, полюса и вектор , производных магнитной индукции вобл- тю-го зазора pBq , а так*» производные угла поворота и скорости вра-иения ротора ру . ри)х,

Исходными данными являются геометрические размеры и обмоточные данные ЯСЫ. а такие характеристики намагничивания сталей маг-нитопроводов машины.

Модаль реакторе разработана по току ме принципу, что и модель ЯЖ Обший вид уравнений внешних ветвей реактора совпадает с Cl)'. • (2). При этом входящая в (2) буква L обозначает матрицу динамических индуктивностей. а вектор ? равен произведению матрицы активных сопротивлений на вектор токов контуров реакторе. *

МотЛ в/оаокажюрг«ра также разработана по принципу топологического о ¡сания объекта исследования. Она состоит из уравнений электрического состояния, описывающих процессы в силовой цепи и системы логических уравнений, моделирующих работу системы управления. • . •

В соответствии с исходными допущениями вентили циклокояверте-ра моделируются ветвью, содержащей последовательно соединенные активное сопротивление и индуктивность, численное значение которых большое для запертого и малое для проводящего состояния, то есть,; уравнения электрического состояния имеют постоянную структуру и переменные параметры. При этом записываются уравнения для каждой вентильной ветви, что обеспечивает учет коммутационных процессов.

Уравнения электрического состояния, представленные векторным уравнение» внешних ветвей, имеют вид:

рТ*Г(р +£-0,

(б)

где I люсов;

Г1

Г/П

т1

> с"

(б)

% о а13 О аа

уГ V»

й31 йц а к

- матрица обратных индуктивностей и вектор свободных членов.

Эти уравнения записаны по методу узловых потенсциалов. Диагональные. матрицы а^ , ¿¡г . и »«трюм . . . ^лг определяются на основе обратных индуктивностей, а элементы вектора С определяются произведением тока, активного сопротивления и обратной индуктивности.

Система- уравнений электрического состояния кроме уравнений внешних ветвей включает также, уравнения внутренних ветвей, с помощью которых определяются производные токов тиристоров, являющихся элементами вектора интегрированчя.

Уравнения, моделирующие работу системы управления состоят на логических уравнений, на основе результатов решения которых вырабатываются сигналы на включение тиристоров, и уравнений, на основе результатов решения которых вырабатываются сигналы на запирание тиристоров. В последнем случае производится инвертирование общей системы уравнений для определения момента времени прохождения тока коммутируемого тиристора через ноль.

Преддажэнная обобщенная модель циклоконвертера универсальна в отношении схемного решения. Она применима как для мостовой схемы, так и для нулевой, включая случаи подсоединения катодных и анодных вентильных групп со стороны высокой частоты как от единой, так и от двух разных систем напряжения.

Во второй главе описаны две математические модели в фазных координатах автономного электропривода с нулевым и мостовым цикло-конвертераыи. При этои в первом.случае в силовой схеме между ЯСМ и циклоконвертером включен иестифаакый реактор. Для обеих схем электропривода математические модели формируется в соответствии "с топологией схем.

Система уравнений электрического состояния записана и решается в бааисе потенциалов независимых узлов. Эта система уравнений

для привода с нулевым циклоконвертером имеет вид

где *рс - вектор потенциалов независим«« уалов,

Гс- zfltf-njt, Сс'ЩСу (J-ЯСГ. р. НПЧ. ЯСЛ. ИГ. ТО <8) -матрица коэффициентов и вектир свободных членов. w ___

Входящие в (8) величины имеют следующее содержание: Q, Cj коэффициенты уравнений внешних ветвей структурных элементов (ЯСГ, реактора, НПЧ, ЯСД и источников напряжения постоянного тока в цепях возбуждения ЯСГ и ЯСД); flj - топологическая матрица соединения структурных елементов; Лд - матрица, транспонированная по отношению к flj. '

Матрицы соединения Л/ описывают .топологическую свяэь токов внешних ветвей структурных элементов. Размеры этих матриц по вертикали одинаковы и равны количеству независимы* увлов схемы, т. по горизонтали они равны количеству внешних ветвей .соответствующего еле мент а Численное вначение элемента матрицы П3. находящихся a t -той строке и к-том столбце, равно еденице, если к-тая ветвь j-ro структурного элемента имеет свявь с f-тым независимым узлом, в противном случае оно равно нулю.

Система уравнений (7) решается относительно вектора , а дальше выполняется обратный ход, в результате которого вычисляются векторы интегрирования структурных элементов с одновременны!., формированием вектора интегрирования всей системы. Новь» значения интегральных переменных получаются численным интегрированием одним из явных методов. >

Разработана математическая модель программной реализации топологических связей. В этой модели матрицы соединения представлены в. виде одномерных массивов, численные значения элементов которых равны порядковым номерам ненулевых элементов матриц при нумерации их по строкам. Это позволяет исключить операции умножения на ну:.ь при вычислении произведений матриц (8) и рационально использовать оперативную память ЭВМ.

Ыздель электропривода с мостовым циклоконвертером формируется аналогично, а система управления здесь реализована по алгоритму, обеспечивающему получение на выходе НПЧ напряжения синусоидальной формы.

На основе математических моделей, описанных в 1-й и 2-й павах, разработан программный комплекс на алгоритмическом кзыке FORTRAN IV, включающий цифровые модели структурных элементов, са-

• - 10 -

мих приводов и программ обще математического и специального назначения.

В кресдеЯ глава описаны математические модели во врадавдихся координатах <1, О структурных элементов электропривода: ЯСМ, реактора и циклоконвертера В с тичие от матемаетических моделей в |*^вных координатах адесь не выдержав топологический принцип формирования математических моделей.

Иояежь ЯСМ разработана на основе исходных допущений, принять« длл моде/ 1 в фаэиьос координатах со следующими дополнениями: обмотка статора полагается сюлктричной, а намагничивающие силы в пространстве представляются только первой гармонической оставляющей.

Уравнения электрического состояния получены из исходных уравнений, записанных в фазных координатах. Переход к уравнениям во вращающихся ноордкьатгг' выполнен с помощь» преобразований Парка' Горева. Следует отметить, что преобразованиям подвергаются только уравнения статора, а для уравнений магнитного и механического состояния различий нет.

Шмель реактора представлена уравнениями электрического состояния, полученными ю уравнений в фазных координатах. При этом иестифааный реактор представлен системой двух трехфазных, а уравнения для каждого иа Них записаны с помовыо преобразований Парка-Горева. Важно отметить, что при условии симметричности нагрузки контуров и расположения этих контуров иа одном сердечнике значение н-магш. шодвдзй силы реактора равно нуллх В следствие этого в магнитной цепи реактора существует только поток рассеяния. Учитывая это, чатрица электромагнитных параметров определяется только матрицей надгчтивностей рассеяния.

Ыо&дь цикжжояворгера представлена системой уравнений электрического состояния, имеющей вид:

«*г *1> аг •"* "41 и " ® • йь&ГЬЪг-НА^А-Ъь-О; ■

I У/

йЛ+ЪЪ+н^ь -.%АТд-о.

В (9) буквами Г . (3? 8 основном тексте обозначены векторы токов и напряжений, буквами Н, г - матрицы удельных проводимостей и активных сопротивлений НПЧ Буквами Г.Д в индексах ооозн&чена при-

- 11 - , ' надлежиость соответствующих величин к высокой и. низкой частоте, а буквами К, А - к катодным и анодным вентильным, группам со стороны высокой частоты. Буквы 1. и в индексах обозначают принадлежность, матриц удельных проводимостей к. уравнениям .токоа и напряжений.

Первое уравнение в (9) .»вляется, уравнением токов, а два последних - уравнениями напряжений. Уравнения токов описывают свяг . 5 токов со стороны высокой й низкой частот, а уравнения напрямений описывают связь между потенциалами со .стороны высокой и нивкой частота

Предложенная математическая модель НПЧ разработана на основе моделей катодной и анодной вентильных групп во врав&юшдася координатах. Вентили здесь моделируются фунюдаей: состояния, равной единице для участка периода, соответствующего ироводяоему,состоянию и нулю* - для участка периода, соответствующего непроводящему сое тоя-нию.

Система (в) получена на уравнений вентильных групп ьа основе вагонов Кирхгофа и преобразования Парка-Горева Матрицы параметров определяются на основе функции управления,, являющейся зависимостью, задаваемой в пределах 2% , а метрит; активных сопротивлений определяются на основе численного значения активного сопротивления тиристоров для проводящего состояния.

В чотвергоа главе приведена математическая модель автономного электропривода ЯСГ-НПЧ-ЯЗД с циклоконввртером нулевого типа, функционирующего в замкнутой системе автоматического управления. Она ориентирована на исследование динамических режимов (пуска, изменения частоты вращения, изменения нагрузки).

Раэошаутая система электропривода (без САУ) представлена векторным уравнением электрического состояния

V 2 -ь. Г П (10)

где Хс - матрица коэ<Мициентов. определяемая ва основе матриц динамических индуктивностей ЯЗГ и ЯСЖ, матриц параметров реактора и циклоконвертера; % - вектор неизвестных, элементами которого являются векторы производных токов ЯСГ, ЯОД, реактора, а тага® векторы^ потенциалов ЯСГ и векторы потенциалов на входе и выходе НПЧ; - вектор свободных членов, содержащий вынуждающие силы.

В САУ предусмотрено 6 контуров управления, содержав^« пропорциональные и интегральные регуляторы. В этой САУ реализовано управление скорости ЙСД регулированием: потока ЯЗГ. потока ЯОД. ско-

рости вращения ЯСГ я напряжения на входе ЖД путем изменения угла регулирования НПЧ. Предусмотрено стабилизацию магнитного потока ЯСД при управлении магнитным потоком ЯЗГ и наоборот.

Рбелтоаааяая СЯУ описывается векторным уравнением:

. . . (ll) где Fi , Ft- вектор регулируемых величин и вектор начальных значений этих величин: напряжения возбуждения ЯСГ и ЯСД, угол управления НПЧ, частот« вращения ЯСГ; /?„ , Kt- - диагональные матрицы коэффициентов пропорциональных и интегральных звеньев регуляторов; t~js , pys - вектор интегрируемых переменных и вектор ИНТеГ-

рИрОВЧНИЯ.

Алгоритм расчетов режимов состоит в совместном решении уравнений (10), (11) относительно векторов ?с ,pQs и дальнейшим интегрировании методом Рун^е-Кутта четвертого порядка с автоматическим выбором оага интегрирования.

На основе математических моделей, описанных в 3-й и 4-й главах, разработан комплекс программ во вращающихся координатах (КПВК). Кроме реализации математических моделей, он содержит программы социального и о<5ше математического назначения.

в пятое гш» изложены материалы по результатам исследования, полученным с помошью программного обеспечения на ЭВМ.

В первом параграфе этой главы выполнено обоснование и проверка уровня адекватности математических моделей на основе аналити-' ч. скоп, анализа исходных допуиенний, принятых в основу разработки моделей, и сравнения расчетных зависимостей с экспериментальными.

ЕЬ второй параграфе изложен порядок эксплуатации программного обеспечения на уровне организации проведения эксперимента на ЭШ w учетом специфики физики процессов, протекающих в электроприводе. Шлная и точная информация о программном обеспечении представление в прилохе' 1ях 2 и 3, где изложены сведения по эксплуатации программного обеспечения' и программы в виде распечатки текстов исходных модулей. . •

Ыфровые модели, являвшиеся программной реализацией соответствующих математических моделей, также формируются по топологическому принципу. При этом в диссертапии разработан пакет программ реализации, топологических свяэей, являющийся ядром АСЫ ЭМВС. Каждая цифровая модель структурных элементов состоит из подпрограмм,-определения входной информации, определения коэффициентов уравне-

ний внешних ветвей и определения вектора интегрирования. Цифровые модели всей системы состоят из: главной програ; ы, подпрограммы определения вектора интегрирования (всей системы), подпрограммы, управления циклоконвертера и подпрограммы обрабортки и вывода результатов расчетов.

В третьей параграфе изложены результаты исследований электрс магнитных процессов, где произведен анализ мгновенных вначений функций состояния, а также представлены статические характеристики и произведен анализ системы по интегральным показателям электромагнитных величин. Представлены результаты расчетов аварийных режимов, вызванных пробоем и невключением вентиля'.

В результате этой работы получена информация о влиянии ка протекание процессов наличия демпферных обмоток в ЯСГ и ЯСД, изменения угла регулирования и кратности высокой и.низкой частот. Произведен гармонический анализ интегральных переменвых с учетом упомянутых факторов. Сформулированы выводы по результатам исследования электромагнитных процессов.

1. Уменьшение кратности входной и выходной частот, то есть увеличение частоты вращения ЯСД при постоянг^й' частоте ЯСГ приводит к интенсивному падению фазных токов в силовой цепи электропривода, быстрому увеличению фазных напряжений ЯСД и сравнительно с ним значительно меньшим возрастанием фазного напряжения ЯСГ.

2. С увеличением кратности частот происходит' ухудшение качества токов и электромагнитных моментов й улучшение, качества • напряжений ЯСГ и ЯСД. /

3. Среди высших гармонических составляющих напряжений и токов ЯСД наибольшие численные значения имеют гармоники с номерами 5, 7. Следовательно нежелательными гармониками токов и напряжений в цепях ЖД являются вьсвие гармоники.

4. Номер основной гармоники (для генератора первая по частоте ЯСГ, а для двигателя первая по частоте ЯСД) напряжений и токов ЯСГ зависит от кратности входной и выходной частот НПЧ и равен численному значению этой кратности. ,

5. Среди неосновных гармоник напряжений ЯСГ максимальные численные значения имеют те гармонические составляйте напряжений, номера которых равны числам б и 7, умноженным на кратность частот, то есть нежелательными являются высшие по отношению к основной гармонике.

6. Номера неосновных гармонических составляющих токов ЯСГ,

- и -

выделяющихся большими численными значениями, не совпадают с номерами выделяющихся в этом же отноноиении гармонических составляющие напряжений ЯЗГ. При кратности частот меньшей 4 максимальное численное значение имеет гармоника с номером, равным квадрату кратности частот; а при краткости большей или равной 5 максимальной среди неосновных гармоник является одна из субгармоник.

7, Максимальные среди высших гармонических составляющих электромагнитных моментов ЯСГ и ЯСД являются 6-я и 12-я гармоники по частоте ЯСД.

,8. Наличие д. о, в ЯСГ и ЯСД приводит к увеличении» численных значений токов, но при этом происходит ухудшение качества токов и электроыагнитн! * моментов и улучшение напряжений ЯСГ и ЯСЛ.

9. Увеличение численного значения угла регулирования НПЧ влечет аа собой спадание токов и ухудшение их качества, однако качество напряжений прг этом существенно улучшается.

10. Аварийные режимы, связанные с пробоем вентилей являются боле«, тяжелыми, чем при их невключении.

Я четвертом параграфе изложены результаты исследований динамических режимов, "формулируем основные выводы по результатам исследование электромеханических процессов.

1. Получена информация о. поведении электропривода при пусковых переходных процессах, то есть получены численные значения основных величии, позволяющих оценить энергетические соотношения. -

г. Выполнен анализ влияния САУ на работу электропривода. а т-кже 'чалиг взаимного влияния «го структурных элементов.

3, Получены'количественные соотношения м>--хду параметрами системы управления (углом регулирования НПЧ) и токами контуров возбуждения электрических • машин при постоянной и переменной частоте

4. Выполнен аналогичный анализ динамических режимов, регулирование скорости вращения ЯСЛ в сторону ее увеличыения и уменьшения м тнитньм потойом ЯСГ, а также углом регулирования НОТ.

аншешмв

1. Актуальной задачей является создание математического аппарата и на »го основе средства мадмсароеания (в сипум? "ч.\к?г ж ЭЙ ). позволяющего исследовать на ЭБМ процессы и харчкт---рио:-ики электропривода "ЯСГ - НПЧ - ЯСД1' с .учетом взаимного «дкянил струн-

турних элементов, нелинейностей электрических машин, коммутационных процессов преобразователя частоты и работы системы автоматического управления.

2. В процессе решения поставленной задачи получены следующие

результаты:

а) общая методика исследования на ЭВМ процессов и характеристик автономного электропривода "явнополюсный синхронный генератор -циклоконвертер - явнополюсный синъхронный двигатель", реализованная в виде автоматизированной системы моделирования, состоящей из математических моделей, алгоритмов, программ и методического обеспечения, представляющего собой описание функционирования программного обеспечения и инструкций по эксплуатации программ; ■ '

б) математические модели в фазных и вращающихся координатах автономного электропривода и его структурных элементов (циклокоьаер-тера и силового реактора), системы управления цихлоконвертера (в фазных) и системы автоматического управления (в врашашцхся) координатах, а также алгоритм расчетов процессов в фазных и вращающихся координатах;

в) программное обеспечение, являвшееся ре Ливадией соответствующих математических моделей и алгоритмов, а также пакет прикладных программ специального и общематематического назначения;

г) статические характеристики, информация о поведении электропривода в динамических режимах (пуск, изменение частоты вращения) при работе в разомкнутой и в замкнутой САУ, а также . информаций о протекании электромагнитных процессов электропривода в аварийных режимах, вызванных пробоем или невключением вентилей цкклоконвер-тера.

2. Получу® нние результаты позволяют: • а) выполнить исследования автономного электропривода "явнополюсный синхронный генератор - циклоконвертер - явнополюсный синхронный двигатель" на ЭВМ в диалоговой системе "человек - ЭВМ";

б) при исследовании электропривода учитывать такие определяющие факторы, влияющие на протекание процессов, как взаимное влияние структурных элементов электропривода, нелинейностей электромагнитных связей контуров реактора и коммутации вентилей циклоконверте-ра;

в) выполнять расчеты процессов, протекающих в электроприводе," с учетом геометрии магпитопроводов и обмоточных данных электрических и.чкмн, что открывает возможность оптимизации их конструкций;

г) обеспечить использование, цифровых моделей структурных элементов электропривода в готовом виде для моделирования других типов ЭМВС;

д) на основе результатов, полученных при расчете статических характеристик, выполнять ана/'з количественных соотношений электромагнитных величин в различных режимах работы электропривода (1кл»чая аварийные), а также выполнить гармонический анализ основных параметров; оценивать качество работы системы управления цик-локоньертера

е) выполнять анализ поведения электропривода в динамических,режимах. определять время переходных электромагнитных и электромеханических проц .¡сов(время пуска, . изменения скорости вращения), оценить количественно влияние САУ на работу электропривода (определять численные, значения перерегулирования, постоянных времени); выполнять синтез С.У -ггем подбора численных значений коэффициентов регуляторов,, а также осуществлять выбор регуляторов.

3. Разработанная автоматизированная система моделирования автономного электропривода может являться подсистемой САПР. Она Р"едрена и исполь уется в ряде научно-исследовательских, проектно-кон-стр^ ¡сторских организациях.

пукаяшш во тпщ даазтшш

Статьи:

1. Пдахтыиа Е. Г.. Васылив К И Математическая .модель перспек-' шного электропривода лущильного станка на базе вентильного двигателя переменного тока. - В кн.: Лесное хозяйство, лесная, бумажная и дег^вообрабатываишя промышленность, 1985, вып. 16. с. 8?-9£.

2. 1ете» тическая модель, вентильного двигателя переменного тока. /Е. Г. Пяахтына, ЕЕ Рябов, КИБасылив, Е И. Иванов. - Техническая а: ктродинамика, 1086, N 2, с. 77-82.

Л. Математическая йодель управляемого бесконтактного вентильного двигателя переменного тока /К Е. Овчинников, Е. Г..Пдахтына. Е «.Рябов, К.Н.Васыдив. ф. А.Иэбаш. - Электротехника, 1986, N6, с. 33-37,

4. П-чхтьша Е. Г., Басылив К.К Автоматизированная система моделирования электромашинно-вентильных систем. Информационный листок о научно-техническом достижении К 86-095. - Львов: ЦНТИ,198б. -4с..

5. Васылив К. Н., Гарапджа С. А. Математическая модель автономного электроприводз по схеме «синхронный генератор—циклоконвертер— синхронный двигатель» о координатах d, q, О. В сб. Материалы 12 конференции молодых ученых Института прикладных проблем механики и математики АН УССР, Львов 21—23 окт. 19S7 (Ип-т лрпкл. пробл. мех. и мат. АН УССР. — Льиов, 1988 —с. 22 т. 28 (Рукопись деп. в ВИНИТИ 8 августа 1988, № 6308-В88).

Тезисы докладов:

G. Васылив К. Н. Математическая модель вентильного двигателя с коммутатором циклоконвертерного типа.. В кн.: Проблемы нелинейной электротехники. / Тезисы докладов 2-й Всесоюзной научно-технической конференции. Часть 2. — Киев: Наукова думка, 1984, с. 207—208.

7. Васылив К. Н. Математическая и цифровая модели автономного регулируемого электропривода «явнополюсный синхронный генератор — элетро-магнитнын реактор — циклоконвертер — яшюполюсный синхронный двигатель». — В кн.: Проблемы нелинейной электротехники. / Тезисы докладов 3-й Всесоюзной научно-технической конференции. Часть 3. — Киев: Наукова думка, 1948, с. 93—96.

8. Васылив К. Н., Дячишни Б. В., Рудый Т. В. Автоматизированная система моделирования статических характеристик вентильных двигателей. — В кн.: Вентильные электромеханические системы с постоянными магнитами./Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. — Москва, 1989, с. 47.

9. Васылив К. Н., Рудый Т. В., Гарапджа С. А. Математическая модель автономного электропривода «явнополюсиыи синхронный генератор — циклоконвертер мостового типа — явнополюсный синхронный двигатель». — В кн.: Современные проблемы электромеханики. / Тезисы докладов Всесоюзной конференции к 100 летшо тобоетения трехфазного асинхронного двигателя. Часть 1, —Москва: МЭИ, 1989, с. 203—204.

10. Васылив К. Н., Полюга Л. Н. Математическая и цифровая модели в координатах d, q, О автономной электромеханической системы «явнополюсный синхронный генератор—циклоконвертер—явнополюсный синхронный двигатель». — В кн.: Управление и автоматизация проектирования в электроэнергетических системах. / Тезисы докладов Всесоюзного семинара «Кибернетика электроэнергетических систем». Челябинск: ЧПН, 1990, с. 82—83.

Подписано к псч. Ю.С6.91. Формат 60Хб4/16. Печать офсет. Бумага офсет. Усл. н. л. 0,93. Усл. кр.-отт. 1,17. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Бесплатно. Зак. 2614.

Областнля книжная типография, 290000, Львов, ул. Стефаника, И.