автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Исследование влияния несинусоидальности питающего напряжения, обусловленной широтно-импульсной модуляцией, на энергетические характеристики асинхронных двигателей

На правах рукописи

Чугулёв Александр Олегович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТИ ПИТАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННОЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Омск-2006

Работа выполнена на кафедре "Электроника и автотракторное электрооборудование" Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ)

Научный руководитель:

Заслуженный работник Высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Попов Анатолий Петрович

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор

Харламов Виктор Васильевич

кандидат технических наук, доцент

Коцарев Николай Федорович

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс"

Защита состоится 10 марта 2006 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета К212.178.05 в Омском государственном техническом университете по адресу: 644050, г.Омск, пр.Мира, 11, аудитория 6-340.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Автореферат разослан « 3,» февраля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент А.В. Бубнов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Как известно, в системах электроснабжения в связи с увеличением числа полупроводниковых преобразователей, нелинейных и импульсных нагрузок возникает высокий уровень высших гармоник. В качестве источников питания различных электрических аппаратов, рассчитанных на синусоидальные режимы питания, в настоящее время распространение получают преобразователи частоты (ПЧ) модуляционного типа, использующие различные виды широтно-импульсной модуляции (ШИМ) выходного напряжения.

Значительное число работ посвящено рассмотрению влияния ШИМ на характеристики наиболее распространенного в промышленности потребителя, питаемого от ПЧ, - асинхронного двигателя (АД). Известно, что высшие гармоники создают дополнительные потери мощности в АД, задача расчета которых представляет известные трудности, хотя известны работы ряда авторов, посвящейных решению этой проблемы.

Наиболее известные методики расчета потерь мощности частотно-регулируемых АД либо совсем не учитывают потери от несинусоидальности формы фактических статарных напряжений (токов) двигателя, либо базируются на приближенном расчете, не учитывая особенностей электромагнитных процессов в области высших гармоник.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является определение влияния высших гармонических составляющих питающего напряжения в условиях широтно-импульсной модуляции на энергетические характеристики асинхронных двигателей.

Для достижения поставленной цели потребовалось проведение исследований по следующим направлениям:

- обзор современной преобразовательной техники с ШИМ в системах электроприводов и способов реализации ШИМ;

- создание компьютерных моделей источников напряжения с ШИМ для исследования их спектров, а также для использования при моделировании электромагнитных процессов в электрических аппаратах;

- использование частотно-избирательных цепей для выделения отдельных гармонических составляющих из спектров напряжений с ШИМ;

- обоснование эквивалентной схемы замещения асинхронного двигателя для расчета потерь мощности от высших гармоник питающего напряжения с ШИМ;

- разработка методики расчета потерь мощности в асинхронном двигателе от высших гармоник питающего напряжения с ШИМ;

- разработка бесконтактного электронного измерителя механической мощности, момента на валу двигателя и специальных средств измерения для исследований энергетических характеристик асинхронных двигателей,

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ <'

библиотека i

С. Петербург , *

в том числе в условиях ШИМ;

- экспериментальное определение потерь мощности в асинхронном двигателе в условиях ШИМ.

Методы исследований. В работе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные с использованием теории линейных электрических цепей и электромагнитного поля, теории электрических машин и электропривода, методов статистической обработки данных. При исследованиях использовались современные прикладные программы Mathcad 2000 Professional и Micro-Cap 6.

Научная новизна работы. В данной работе получены следующие результаты, характеризующие ее научную новизну и выносимые на защиту:

- обоснована эквивалентная схема замещения асинхронного двигателя для расчета потерь мощности в условиях ШИМ;

- предложена методика расчета потерь мощности в асинхронном двигателе от действия высших гармоник питающего напряжения с ШИМ с учетом поверхностного эффекта в пазах ротора произвольной формы;

- установлено, что соотношение между активной и реактивной составляющими полного сопротивления стержней ротора при различных формах паза практически не зависит от частоты высших гармонических составляющих спектра напряжения с ШИМ;

- разработан бесконтактный времяимпульсный способ измерения вращающего момента.

Практическая ценность работы. Практическую ценность представляют следующие результаты, полученные в ходе исследований:

• разработан бесконтактный датчик вращающего момента, основанный на предложенном времяимпульсном способе измерения, для различных областей применения;

• разработан стенд широкого назначения для исследований рабочих и механических характеристик асинхронных двигателей, рабочих машин, а также для контроля технологических процессов;

• разработаны компьютерные модели однофазного и трехфазного источников напряжения с ШИМ, представляющие интерес как для исследовательских целей, так и для использования в учебном процессе;

• впервые получены экспериментальные данные о влиянии несинусоидальности, обусловленной ШИМ, на характеристики индукционных реле направления мощности, индукционных реле тока, индукционных счетчиков электроэнергии и автоматических выключателей с термоэлементами.

Апробация работы. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Материал диссертации изложен на 169 страницах, включая 52 рисунка, 9 таблиц, 29 страниц приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, указаны научная новизна, практическая ценность работы и основные положения, выносимые на защиту. Приведены сведения о публикациях, структуре и основных вопросах, рассмотренных в главах диссертации.

Первая глава посвящена исследованию современного состояния преобразовательной техники в системах частотно-регулируемых асинхронных электроприводов.

В ходе обзора установлено, что наиболее актуальными в настоящее время являются исследования влияния несинусоидальности питающего напряжения на работу асинхронных двигателей в частотно-регулируемых электроприводах на основе автономных транзисторных инверторов напряжения с неуправляемыми выпрямителями, регулирование напряжения в которых осуществляется с использованием методов широтно-импульсной модуляции. '

Рассмотрены основные характеристики, принципы формирования и критерии выбора несущей частоты ШИМ.

Показано, что в современных преобразователях частоты наибольшее распространение получила широтно-импульсная модуляция однополярных и двухполярных импульсов, когда ширина импульсов изменяется в течение полупериода по синусоидальному закону.

Во второй главе разработаны компьютерные модели однофазного и трехфазного источников напряжения с ШИМ, позволяющие изменять закон модуляции, уровень и частоту основной гармоники, несущую частоту и амплитуду импульсов фазного и линейного напряжений с ШИМ.

Проведено исследование спектрального состава однополярной синусоидальной ШИМ напряжения, соответствующей выходному напряжению преобразователя частоты Mitsubishi Е500, используемого в экспериментальных исследованиях, проводимых в рамках данной работы. Определение спектра кривой напряжения осуществлялось с помощью программы Micro-Cap 6, в которой реализован графический метод определения гармоник ряда Фурье.

Для подтверждения полученных с помощью компьютерного моделирования спектров напряжений с ШИМ (т.е. получения достоверных результатов по спектральному анализу) в работе использованы частотно-избирательные LC-фильтры. Такие фильтры целесообразно использовать

Идоб

для выборочного определения гармонических составляющих, которые, исходя из известной временной формы исследуемой функции, должны присутствовать в спектре.

Действие £С-фильт-ров основано на эффекте ти резонанса токов, при

Источник и МЛ ыф этом они имеют узкую

ис напряжения ШПП1, ,С } полосу пропускания и

сШИМ И® 1 £ включаются в цепь, как

< показано на рис. 1.

3— Исходными данны-

ми для расчета являются:

Рис. 1. Схема включения £С-фильтра „ _____т„„_____

* ^ со0 - резонансная частота

фильтра (равная частоте расчетной гармоники); £> - добротность фильтра (определяет ширину полосы пропускания и длительность переходного процесса фильтра); Я - значение активного сопротивления катушки. Относительно параметров ¿иС решается система уравнений

0 =

1

ЬС

Я

я

(1)

г)-

Ь Я2+(щЬУ

Определяется входное сопротивление £С-контура на резонансной частоте:

" " я я

Для придания источнику напряжения и свойств источника тока по отношению к резонансному контуру выбирается величина Я^ (см. рис. 1) исходя из следующего условия: Ядоб » Яех.

После нахождения параметров частотно-избирательного контура измеряется действующее значение (или амплитуда) выходного напряжения резонансного фильтра Пф.

Расчет действующего значения (или амплитуды) искомой гармоники напряжения источника питания производится по выражению

и' = ^{Ядо6+Яю). (3)

я..

Данный принцип нахождения спектральных составляющих нагляден и представляет интерес в качестве доступного средства исследования гармоник ряда Фурье как при решении инженерных задач, так и в учебном процессе при использовании компьютерного моделирования.

Полученные спектры напряжений послужили основой для исследования влияния ШИМ питающего напряжения на энергетические характеристики асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Для расчета потерь мощности в двигателе в условиях ШИМ эквивалентную схему замещения АД предлагается рассматривать в виде двух отдельных схем: для основной и для высших гармоник (рис. 2).

1-5

а) Для основной гармоники: Щ ] - основная гармоника питающего напряжения, В; Я - скольжение; а = /] / /|маи - относительная частота статора; /"[ - частота основной гармопики питающего напряжения, Гц; /1 ном ~ частота номинального питающего напряжения (50 Гц);

х2- индуктивные сопротивления рассеяния статора и ротора соответственно; Гр г2 - активные сопротивления обмоток статора и ротора; Хр - индуктивность ветви намагничивания; ги - сопротивление, учитывающее потери в стали.

лэк

1

о-

б) Для высших гармоник:

х'зк- эквивалентное индуктивное сопротивление фазы асинхронного двигателя для к-й гармопики; г'ък - эквивалентное активное сопротивление фазы асинхронного двигателя для к-й гармоники.

Рис. 2. Эквивалентные схемы замещения для расчета потерь мощности в АД при питании от источника напряжения с ШИМ

Это вытекает из следующих допущений. В связи с тем, что в спектре напряжения с ШИМ практически отсутствуют высшие гармоники с частотами ниже несущей частоты (которая в современных преобразователях составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч герц), ротор, с учетом того, что его обмотка выполнена в виде короткозамкнутых стержней, для магнитных полей высших гармоник можно рассматривать как неподвижное цилиндрическое тело с высокой удельной проводимостью (т.е. величина скольжения двигателя 5 = 1). При этом величина магнитной индукции, как в роторе, так и в статоре асинхронной машины по высшим гармоникам будет много меньше индукции магнитного поля на основной гармонике, что позволяет пренебречь действием сопротивлений г , хм и свести

эквивалентную схему замещения для высших гармоник к схеме рис. 2, б.

Обзор существующих методов определения потерь мощности в асинхронном двигателе в условиях несинусоидальности питающего напряжения показал, что подавляющее их большинство базируется на приближенном расчете, не учитывая особенностей электромагнитных процессов в области высших гармоник либо вообще пренебрегает потерями мощности от высших гармоник.

Предложенная методика определения потерь мощности в асинхронном двигателе от действия высших гармоник при питании от источника напряжения с ШИМ основана на эквивалентной схеме замещения для высших гармоник, представленной на рис. 2, 6, при этом предполагается, что основные потери мощности от высших гармоник сосредоточены в обмотке ротора.

Выделено три основных этапа расчета по данной методике:

1) определение гармонического спектра питающего напряжения;

2) определение эквивалентных параметров схемы замещения двигателя в зависимости от частоты гармоники;

3) расчет потерь мощности по каждой гармонике с использованием схемы замещения для высших гармоник и последующее их суммирование.

При определении параметров схемы замещения АД основную сложность представляет расчет полного сопротивления обмотки короткозамк-нутого ротора для высших гармоник с учетом поверхностного эффекта.

Рассмотрим паз ротора АД, заполненный проводником, по которому протекает синусоидальный ток заданной частоты (рис. 3).

Расчет полного сопротивления стержня ротора для высших гармоник с учетом поверхностного эффекта в общем случае может быть выполнен на основе решения уравнений Максвелла, которые для квазистационарного

состояния относительно векторов Н и Е имеют вид

гс=

<Ш_ Л '

тоХН - '¡Ё.

Из этих уравнений, как известно, вытекает дифференциальное уравнение (при известных условиях на границах раздела сред и для любой формы паза) относительно напряженности магнитного поля

V 2Н = МгмаЙ. (6) Для случая прямоугольной формы паза решение уравнений (4) - (5) упрощается за счет сведения рассматриваемой двухмерной задачи к одномерной. Тогда решение уравнения (6) относительно вектора Ну будет иметь вид

с12Н„

(4)

(5)

Рис. 3. Паз ротора асинхронного двигателя, заполненный проводником

у _

сЬ?

= ]туцаНу.

(7)

После определения Ну из (7) на основании (5) для рассматриваемой

одномерной задачи можно определить напряженность электрического поля следующим образом

1

Ес=---(8)

у ах

Для определения полного сопротивления проводника, находящегося в пазу прямоугольного сечения, необходимо решение уравнений (7) и (8) относительно Ну и Ёг внутри проводника в зависимости от координаты х.

При рассматриваемой сложной форме паза (см. рис. 3) также возможно численное решение данной задачи. Однако в условиях нелинейности характеристик сред и сложных геометрических форм границ раздела сред возможно только приближенное решение.

Предложен расчет эквивалентных параметров обмотки ротора для высших гармоник на основе графического метода расчета полного сопротивления проводника, находящегося в пазу произвольного сечения, с учетом поверхностного эффекта. Данный метод основан на применении закона полного тока и закона электромагнитной индукции для элементарных

слоев достаточно малой толщины 8п, параллельных оси у (рис. 4), на которые подразделяется паз.

В основе метода лежат следующие допущения. Проводник выполнен из проводящего материала с магнитной проницаемостью =4-л,-10"7и с известной проводимостью у, магнитная проницаемость стали ц >> //„ (при расчетах принимается ¡л - оо), форма и размеры паза заданы, длина паза в направлении, перпендикулярном плоскости сечения, много больше высоты паза.

Плотность тока под действием индуктированных вихревых токов на нижней и верхней границах полос будет различной как по величине, так и по фазе. При Рис. 4. Упрощенное представление сечения достаточно малой толщине 5 паза ротора АД, заполненного проводником "

предполагается, что плотность

тока во всей нижней половине полосы <тш, а в верхней половине ипк. Соответственно ток /„ разделится на две составляющие: 1Ю и /пЛ, отличающиеся друг от друга по величине и по фазе.

На основании закона электромагнитной индукции и закона полного тока, с учетом вышеуказанного, а также допущения, что магнитное поле, обусловленное протекающими в проводнике токами, распределено линейно по толщине 8п (в связи с ее малостью), получено выражение, определяющее величину тока в верхней половине и-й полосы:

Ь--]ащ81Ря тАт_ = /л^__/д/я) (9)

Ки ~ Iк

ип-\

А-1+г>„

ип-\

где \Ып\=ф^п\Рп

К 1+К

л—I п

абсолютное значение приращения тока,

создаваемого за счет поверхностного эффекта в и-й полосе; Рп — магнитодвижущая сила (МДС), действующая по длине средней линии и-й полосы;

- величина тока нижней половины и-й полосы [определяемая с учетом того, что плотность тока известна по верхней половине предыдущей (и-1)-й полосы].

На основании выражения (9) строится векторная диаграмма токов проводника в пазу. Так как искомое полное сопротивление не зависит от тока, расчет и построение ведутся непосредственно в миллиметрах, при этом вектор тока в нижней половине первой полосы выбирается произвольно.

После построения векторной диаграммы полное сопротивление проводника на единицу длины паза определяется по выражению

*

I Ъг8гГ

(10)

где 1гк - ток в верхнем слое последней (г-й) полосы (полученный из векторной диаграммы); / - полный ток проводника (полученный из векторной диаграммы).

Далее определяется угол сдвига фаз между токами /гЛ, 7 и вычисляется активная и реактивная составляющие сопротивления 2.

В результате расчета, выполненного для асинхронного двигателя АИР100Ь4УЗ, установлено, что отношение реактивной составляющей полного сопротивления стержня ротора к активной составляющей остается постоянным независимо от частоты (также установлена независимость данного отношения от частоты для прямоугольной формы паза).

Полное Активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния обмотки фазы ротора находятся с учетом сопротивлений проводников лобовой части ротора. Полученные таким образом сопротивления ротора для к-й гармоники суммируются с соответствующими сопротивлениями обмотки статора (активным сопротивлением и индуктивным сопротивлением рассеяния обмотки статора), т.е. определяются параметры эквивалентной схемы замещения АД для высших гармоник для расчета электрических потерь в двигателе. В связи с тем, что поверхностный эффект в обмотках статора проявляется незначительно, влиянием частоты высших гармоник на параметры обмотки статора решено пренебречь.

Полученные в результате расчета, проведенного для двигателя АИР100Ь4УЗ, значения сопротивлений получили подтверждение при помощи проведенного эксперимента по определе-

нию параметров эквивалентной схемы замещения двигателя для высших гармоник. Эксперимент проводился с использованием установки, схема которой приведена на рис. 5.

Статор

АД

Источник синусоидального напряжения регулируемой частоты

Рис. 5. Установка для определения параметров эквива лен гной схемы замещения АД для высших гармоник

Эквивалентные сопротивления асинхронного двигателя определялись следующим образом. По измеренным амплитудам входного тока и приложенного к двигателю напряжения [/„* находилось полное эквивалентное сопротивление фазы двигателя для частоты/к:

^=л/(*;„)2+(С)2=7Т1-- (И)

тк

Для нахождения активной и реактивной составляющих полного сопротивления определялся угол сдвига фаз между входным током и напряжением.

Выполнен расчет потерь мощности и КПД исследуемого асинхронного двигателя при питании от преобразователя частоты с ШИМ в диапазоне частот основной гармоники питающего напряжения 25 ... 50 Гц. В результате расчета установлено, что модуляционные потери в исследуемом двигателе (при несущей частоте 700 Гц) остаются примерно постоянными в указанном диапазоне частот и составляют около 10 % от общих номинальных потерь.

Третья глава посвящена разработке специальных средств измерения для проведения исследований энергетических характеристик асинхронного двигателя в условиях широтно-импульсной модуляции с целью подтверждения предложенной во второй главе методики расчета модуляционных потерь.

Обзор существующих на рынке средств измерения мощности и электроэнергии показал, что изготавливаемые для промышленности ваттметры и счетчики не предназначены для измерений в системах с ШИМ и нет опубликованных данных об их экспериментальных исследованиях в таких системах.

Создан специальный трехфазный электронный измеритель активной мощности для цепей с широтно-импульсной модуляцией.

В качестве первичных измерительных преобразователей устройства использованы трансформаторы тока и резисторные делители напряжения.

Оценка погрешности трансформаторов тока была выполнена на установке с источником ШИМ и активной нагрузкой с использованием амперметров электромагнитной и термоэлектрической систем. Установлено, что погрешность трансформаторов тока в режиме ШИМ не превышает 0,2 % по сравнению с синусоидальным режимом питания.

В качестве элементов, осуществляющих функцию перемножения мгновенных значений напряжения и тока, использованы интегральные схемы КР555ПС2А, имеющие частотный диапазон входных сигналов, перекрывающий спектры исследуемых напряжений и токов с ШИМ. Градуировка измерителя мощности выполнена с помощью образцового ваттметра электродинамической системы типа Д533 с классом точности 0,2.

Разработан специальный счетчик электрической энергии для измерений в цепях с ШИМ, содержащий в своем составе представленный выше электронный измеритель активной мощности и импульсный интегратор, позволяющий получить, как известно, высокую точность измерения.

Для экспериментального определения энергетических показателей асинхронного двигателя в условиях ШИМ также возникла необходимость измерения вращающего момента на его валу.

В работе приведен обзор современных способов и средств измерения вращающих моментов. Показано что существующие способы обладают недостатками, связанными как со сложностью реализации, так и с низкой точностью измерений.

Предложен времяимпульсный способ измерения вращающего момента, который осуществляется следующим образом. Два соосных вала соединяют через упругий элемент (см. рис. 6). На концах упругого элемента устанавливаются ферромагнитные зубцы. При отсутствии вращающего момента угловое смещение по окружности между первым и вторым зубцами равно нулю. Параллельно осевой линии валов на общем с двигателем и нагрузочным механизмом основании установлены два магнитных датчика таким образом, что при вращении валов в момент прохождения любого из зубцов через магнитное поле соответствующего датчика последний вырабатывает двухполярный импульс ЭДС, а момент перехода импульса ЭДС через нуль соответствует минимальному расстоянию между вершиной зубца и сердечником магнитного датчика.

Если вращающий момент не равен нулю, упругий элемент скручивается, а угол между первым и вторым зубцами становится отличным от нуля. Интервал времени между импульсами первого и второго магнитных датчиков А/ будет прямо пропорционален углу скручивания упругого элемента (т.е. вращающему моменту) и обратно пропорционален угловой скорости вращения зубцов.

В данных условиях величина измеряемого вращающего момента

где К2 - коэффициент пропорциональности; Т - период вращения вала двигателя.

Предлагаемый способ позволяет измерять величину вращающего момента независимо от скорости вращения вала. По метрологическим характеристикам он имеет преимущества по сравнению с известными. Это обусловлено тем, что измерение вращающего момента сводится к измерению интервалов времени, что может быть осуществлено с высокой точностью. На способ измерения вращающего момента получен патент на изобретение.

На основе предложенного способа измерения разработан датчик вращающего момента. На рис. 6 представлен упругий элемент датчика вращающего момента на валу АД и магнитные датчики угла скручивания упругого элемента, а на рис. 7 - структурная электрическая схема устройства.

Рис. 6. Механическая часть датчика вращающего момента

5

1 "V , 3 тг Пуск

мд ФИ д? Т

'I риг. "ОЦ 6 ф

2 Аг, 4 тг Стоп,

МД ФИ

--->

Выход

Рис. 7. Структурная схема датчика вращающего момента: 1 и 2 - магнитные датчики; 3 и 4 - формирователи коротких импульсов; 5 - Л-¿-триггер; 6 - сглаживающий ЛС-фильтр

Для градуировки датчика была создана установка с асинхронным двигателем, питаемым от источника синусоидального напряжения. В ходе эксперимента снимались величины выходного напряжения датчика вращающего момента, а действительное значение вращающего момента определялось по входной мощности АД, паспортному значению КПД двигателя и частоте вращения вала. В качестве нагрузки двигателя использовался генератор постоянного тока со смешанным возбуждением. Измерение периода вращения вала АД проводилось образцовым частотомером 43-54.

В результате анализа опытных значений получена практически линейная зависимость между вращающим моментом и выходным сигналом датчика (отклонения от линейности - порядка 1 %). Нелинейность в основном определяется гистерезисными явлениями. Как известно, современ-

ные материалы, из которых изготавливаются упругие элементы, позволяют создать приборы, для измерения сил и моментов с основной погрешностью порядка сотых долей %.

Четвертая глава посвящена экспериментальному подтверждению результатов расчетов потерь мощности от высших гармоник питающего напряжения с ШИМ в асинхронном двигателе АИР100Ь4УЗ, проведенных с использованием предложенной во второй главе методики.

Рассмотрены основные методы определения потерь мощности и КПД асинхронного двигателя.

В работе использован метод непосредственного определения потерь мощности и КПД двигателя в условиях ШИМ питающего напряжения с применением специальных измерительных средств, разработанных в третьей главе. Структурная схема экспериментальной установки приведена на рис. 8.

Рис. 8. Экспериментальная установка по определению энергетических характеристик АД в условиях ШИМ питающего напряжения' ТА - трансформатор тока; ДН - датчик напряжения; ЭВ - электронный трехфазный ваттметр; МДМ - механическая часть датчика вращающего момента; ЭДМ - электронная часть датчика вращающего момента; ЭИП - электронный измеритель периода вращения (43-54)

Модуляционные тепловые потери при обеспечении постоянного значения выходной мощности асинхронного двигателя определялись следующим образом:

" п = const;

-Р.

АР^Р.шш-г^ пРи1Мя=сошЛ>

где Р1ШШ - потребляемая асинхронным двигателем мощность в условиях ШИМ питающего напряжения; Р1ст - потребляемая асинхронным двигателем мощность при синусоидальном питающем напряжении; к - частота вращения вала асинхронного двигателя; Мн - вращающий момент на валу асинхронного двигателя.

На рис. 9 представлены графики зависимостей КПД двигателя от вращающего момента при частотах основной гармоники питающего напряжения f\ =25...50 Гц (закон частотного регулирования С/, //] = const, несущая

частота ШИМ -700 Гц), а на рис. 10 - зависимости потерь мощности от выходной механической мощности АД при частоте f\ = 50 Гц. Как видно из представленных графиков, экспериментальные данные подтверждают результаты расчета потерь мощности в двигателе в условиях ШИМ, выполненного по предложенной во второй главе методике.

12 М, Нм

/ =so u, c| шуст т.

ь =50 ц.и [ИМ

*f> =45: ц,Ц [ИМ

' J> =401 [ИМ

«у < fi =351 ц, U [ИМ

fi =301 ц, U нм

25] [ИМ

)

/

10

II

б)

Рис. 9. Графики зависимостей КПД двигателя от момента при различных частотах основной гармоники/1: а - зависимости, построенные по результатам расчетов; б - зависимости, построен-12 М Нм ные по данным эксперимента

ДЛ

Вт 560 540 520 500 480 460 440 420 400 380 360

2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6

Рг, кВт

Рис. 10. Графики зависимостей потерь мощности от механической мощности на валу АД: 1, 4 - при синусоидальном напряжении и в режиме ШИМ соот-ветсхвешю, полученные по результатам расчета, выполненного во второй главе; 2, 3 - при синусоидальном напряжении и в режиме ШИМ соответственно, полученные по результатам эксперимента (несущая частота в режиме ШИМ - 700 Гц)

В приложении А приведены данные экспериментальных исследований влияния несинусоидальности питающего напряжения, обусловленной ШИМ, на работу индукционных счетчиков электроэнергии, индукционных реле тока, индукционных реле напряжения, индукционных реле направления мощности и автоматических выключателей.

Актуальность таких исследований обусловлена тем, что в настоящее время преобразователи частоты с ШИМ получают распространение в качестве источников питания различных электрических аппаратов, рассчитанных на синусоидальные режимы питания.

В результате проведенных экспериментов получены следующие результаты, представляющие практическую ценность:

1) в условиях ШИМ время срабатывания реле направления мощности возрастает на величину до 42 %, а показания индукционного счетчика электроэнергии меньше реальных значений также до 42 % (исследования были проведены с использованием разработанного в третьей главе электронного счетчика электроэнергии для цепей с ШИМ);

2) время срабатывания индукционных реле тока и напряжения в условиях ШИМ увеличивается на величину до 14 % по сравнению с синусои-

дальным режимом питания;

3) при протекании тока с высоким содержанием гармоник время срабатывания автоматических выключателей сокращается, что объясняется эффектом вытеснения тока на поверхность термического элемента и соответственно более интенсивным его нагреванием. При этом время срабатывания автоматических выключателей в условиях ШИМ по сравнению с синусоидальным режимом уменьшается на величину до 13 %.

В приложении Б приведены осциллограммы фазного напряжения и токов асинхронного двигателя при различных режимах его работы в условиях ШИМ, схемы разработанных устройств, а также акты о внедрении результатов диссертационной работы в учебный процесс и производство.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате проведенной работы получены следующие результаты.

1. Разработаны компьютерные модели однофазного и трехфазного источников напряжения с ШИМ в системе схемотехнического моделирования Micro-Cap 6, которые представляют интерес для исследовательских целей, а также могут быть использованы в процессе обучения студентов электротехнических специальностей.

2. Получено подтверждение спектрального состава кривых напряжения с ШИМ компьютерных моделей источников питания с помощью методики определения выборочных спектральных составляющих напряжений, основанной на использовании частотно-избирательных LC-фильтров.

3. Обоснована эквивалентная схема замещения для расчета потерь мощности в асинхронном двигателе в условиях ШИМ.

4. Разработана и экспериментально подтверждена методика расчета потерь мощности в двигателе от действия высших гармоник питающего напряжения с ШИМ.

5. Выполнен расчет эквивалентных параметров обмотки короткозамк-нутого ротора асинхронного двигателя для высших гармоник с использованием графического метода расчета полного сопротивления проводника в пазу произвольной формы с учетом поверхностного эффекта. Установлено, что для пазов грушевидной и прямоугольной форм отношение реактивной составляющей полного сопротивления стержня ротора к активной составляющей остается постоянным независимо от частоты.

6. Показано, что потери мощности от высших гармоник в асинхронном двигателе при изменении частоты вращения и нагрузки на его валу постоянны (при неизменной несущей частоте ШИМ). Их величина (при несущей частоте 700 Гц) в исследуемом двигателе составляет около 10 % от общих номинальных потерь, при этом модуляционными потерями в стали ввиду их малой величины можно пренебрегать.

7. Разработаны времяимпульсный способ измерения вращающего момента и бесконтактный датчик вращающего момента на его основе, который может быть использован в приводах различного назначения, а также стенд для исследований рабочих, механических и нагрузочных характеристик приводов различного назначения.

8. Получены экспериментальные данные о влиянии ШИМ на характеристики трансформаторов тока, индукционных реле, индукционных счетчиков электроэнергии и автоматических выключателей.

Основные положения диссертации

опубликованы в следующих работах:

1. О потерях в асинхронных двигателях и погрешностях индукционных счетчиков электроэнергии в системах с частотными преобразователями / А.П. Попов, А.О. Чугу-лёв, A.A. Горшенков, С.М. Клеванский // Электрика. - 2004.-№5.-С. 33-34.

2. Пат. 2245236 РФ: МПК В23К 11/24: Цифровой дозатор электроэнергии для точечной сварки / А.П Попов, А.О. Чугулёв, А.Ю. Власов; СибАДИ. - №2003103875/02; заявл. 10 02.2003; опубл. 27.01.2005, Бюл. № 3.

3. Пат. 2265809 РФ: МПК G01L 3/10: Способ измерения крутящего момента / А.П. Попов, А.О. Чугулев, A.A. Горшенков; СибАДИ. - №2004105889/28; заявл. 27.02.2004; опубл. 10.12.2005, Бюл. № 34.

4. Попов А.П., Чугулёв А.О., Горшенков A.A., Клеванский С.М. Влияние широт-но-импульсной модуляции на погрешность индукционных счетчиков электроэнергии и на потери в асинхронном двигателе / Сиб. гос. автомоб.-дор. академия. - Омск, 2003. -6 е.-Деп. в ВИНИТИ 29.12.2003, №2299-В2003.

5. Чугулёв А О. Методика расчета потерь мощности в асинхронном двигателе от действия высших гармоник питающего напряжения с широтно-импульсной модуляцией / Сиб. гос. автомоб.-дор. академия. - Омск, 2005. - 7 с. - Деп. в ВИНИТИ 20.10.2005, №1351 -В2005.

6. Чугулёв А.О. Об эквивалентной схеме замещения асинхронного двигателя при питании от преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией // Качество. Инновации. Наука. Образование: Материалы Международной науч.-техн. конф., 15 -17 ноября 2005. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. - Кн. 1. - С. 101-104.

7. Чугулёв А.О. Расчет полного сопротивления проводника в пазу произвольного сечения ротора асинхронного двигателя для высших гармоник / Сиб. гос. автомоб.-дор. академия. - Омск, 2006. -8с,- Деп. в ВИНИТИ. 17.01.2006, №39 - В2006.

8. Чугулёв А.О. Способ выделения спектральных составляющих источника напряжения с широтао-импульсной модуляцией с использованием компьютерного моделирования / Сиб. гос. автомоб.-дор. академия. - Омск, 2005. - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 23.05.2005, №725-В2005.

Личный вклад. В работах [1,4] автором предложены методики экспериментальных исследований индукционных счетчиков электроэнергии и АД в условиях ШИМ. В работах [2, 3] выделить результаты, принадлежащие одному из соавторов, не представляется возможным. Доля каждого участника оценивается как равная.

Подписано к печати « » января 2006г. Формат 60x90 1/16. Бумага писчая. Оперативный способ печати.

Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 9

Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ 644099, Омск, ул. П. Некрасова, 10

i !

s

1

f i

I

AJ'Jtf »

P-2854

ВВЕДЕНИЕ.

Глава первая. Вопросы применения преобразовательной техники с широтно-импульсной модуляцией в системах электроприводов

1.1. Общая характеристика преобразователей частоты.

1.1.1. Непосредственные преобразователи частоты.

1.1.2. Двухзвенные преобразователи частоты с промежуточным звеном переменного тока.

1.1.3. Двухзвенные преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

1.2. Основные характеристики и принципы формирования широтно-импульсной модуляции.

1.2.1. Основные виды импульсной модуляции.

1.2.2. Классификация и основные алгоритмы формирования широтно-импульсной модуляции.

1.2.3. Основные принципы цифровой реализации систем ШИМ.

1.2.4. Выбор частоты ШИМ.

Выводы по главе 1.

Глава вторая. Анализ влияния высших гармоник питающего напряжения с широтно-импульсной модуляцией на работу асинхронных двигателей с использованием компьютерного моделирования.

2.1. Создание моделей однофазных и трехфазных источников напряжения с ШИМ в системе MicroCap 6.

2.2. Анализ рядов Фурье источников напряжения с ШИМ с использованием компьютерного моделирования.

2.3. Определение гармоник напряжения с ШИМ с использованием частотно-избирательных LC-фильтров.

2.4. Влияние несинусоидальности сетевого напряжения на работу асинхронных двигателей.

2.5. Обоснование эквивалентной схемы замещения для расчета потерь мощности в асинхронном двигателе при питании от источника напряжения с ШИМ.

2.6. Методика расчета потерь мощности в асинхронном двигателе от действия высших гармоник при питании от источника напряжения с ШИМ.

2.6.1. Численный расчет полного сопротивления проводника в пазу ротора произвольного сечения для высших гармоник с учетом поверхностного эффекта.

2.6.2. Определение эквивалентных параметров схемы замещения асинхронного двигателя для высших гармоник.

2.6.3. Численный расчет электрических потерь в асинхронном двигателе от высших гармоник.

Выводы по главе 2.

Глава третья. Разработка специальных средств измерения для исследований электрических цепей с широтно-импульсной модуляцией.

3.1.0 необходимости использования специальных технических средств при измерении электрической мощности в системах с ШИМ

3.2. Разработка трехфазного электронного измерителя активной мощности для исследований работы электрических аппаратов в условиях ШИМ.

3.3. Разработка счетчика электрической энергии для измерений в цепях с ШИМ.

3.4. Современные способы и средства измерения вращающих моментов.

3.5. Времяимпульсный способ измерения статического вращающего момента.

3.6. Датчик вращающего момента, основанный на времяимпульсном способе измерения.

Выводы по главе 3.

Глава четвертая. Методы и результаты экспериментальных исследований энергетических характеристик асинхронных двигателей в несинусоидальных режимах, обусловленных ШИМ.

4.1. Современные методы экспериментального определения потерь мощности и коэффициента полезного действия асинхронных двигателей.

4.2. Определение энергетических характеристик асинхронного двигателя в условиях ШИМ.

Выводы по главе 4.

Как известно, в системах электроснабжения в связи с увеличением систем, работающих в импульсном режиме, нелинейных нагрузок, полупроводниковых преобразователей и т.п. возникает высокий уровень высших гармоник.

Современный этап развития преобразовательной техники связан с появлением полностью управляемых быстродействующих полупроводниковых приборов - запираемых тиристоров и, особенно, высоковольтных биполярных транзисторов. Для целей регулирования питающего напряжения различных электрических аппаратов по частоте и уровню в широком диапазоне наиболее пригодными оказываются преобразователи частоты (ПЧ) модуляционного типа, использующие различные виды широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В данных условия представляет интерес исследование влияния несинусоидальности питающего напряжения на работу электрических аппаратов.

Значительное число работ, например [7, 10-12], посвящено рассмотрению влияния ШИМ на характеристики наиболее распространенного в промышленности потребителя, питаемого от ПЧ, - асинхронного двигателя (АД). Установлено [64, 90 и др.], что высшие гармоники питающего напряжения не оказывают значительного влияния на механические характеристики двигателя, поэтому в большинстве случаев при расчетах электромагнитных процессов в частотно-регулируемом АД рассматривается только воздействие основной гармоники питающего напряжения.

Основная доля общих потерь мощности в современных частотно-управляемых электроприводах рассеивается непосредственно в АД, поэтому вопросы их исследования, получения соответствующих расчетных зависимостей, разработки методик экспериментального определения данных потерь при питании от источников с ШИМ являются чрезвычайно важными и актуальными. Задача расчета дополнительных потерь мощности в двигателе, вызванных действием высших гармоник, представляет известные трудности, хотя известны работы ряда авторов, посвященных решению этой проблемы.

Наиболее известные методики расчета потерь мощности частотно-регулируемых АД либо совсем не учитывают потери от несинусоидальности формы фактических статорных напряжений (токов) двигателя [88, 90 и др.], либо базируются на расчете гармонических составляющих токов с использованием классической схемы замещения двигателя [6, 42 и др.], что, как будет показано в данной работе, в условиях ШИМ не учитывает ряд факторов.

Целью данной работы является определение влияния высших гармонических составляющих питающего напряжения в условиях широтно-импульсной модуляции на энергетические характеристики асинхронных двигателей.

Для достиженця поставленной цели потребовалось проведение исследований по следующим направлениям:

- обзор современной преобразовательной техники с ШИМ в системах электроприводов и способов реализации ШИМ;

- создание компьютерных моделей источников напряжения с ШИМ для исследования их спектров, а также для использования при моделировании электромагнитных процессов в электрических аппаратах;

- использование частотно-избирательных цепей для выделения отдельных гармонических составляющих из спектров напряжений с ШИМ;

- обоснование эквивалентной схемы замещения асинхронного двигателя для расчета потерь мощности от высших гармоник питающего напряжения с ШИМ;

- разработка методики расчета потерь мощности в асинхронном двигателе от высших гармоник питающего напряжения с ШИМ;

- разработка бесконтактного электронного измерителя механической мощности, момента на валу двигателя и специальных средств измерения для исследований энергетических характеристик асинхронных двигателей, в том числе в условиях ШИМ;

- экспериментальное определение потерь мощности в асинхронном двигателе в условиях ШИМ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- обоснована эквивалентная схема замещения асинхронного двигателя для расчета потерь мощности в условиях ШИМ;

- предложена методика расчета потерь мощности в асинхронном двигателе от действия высших гармоник питающего напряжения с ШИМ с учетом поверхностного эффекта в пазах ротора произвольной формы;

- установлено, что соотношение между активной и реактивной составляющими полного сопротивления стержней ротора при различных формах паза практически не зависит от частоты высших гармонических составляющих спектра напряжения с ШИМ;

- разработан бесконтактный времяимпульсный способ измерения вращающего момента.

Практическую ценность представляют следующие результаты, полученные в ходе исследований:

• разработан бесконтактный датчик вращающего момента, основанный на предложенном времяимпульсном способе измерения, для различных областей применения;

• разработан стенд широкого назначения для исследований рабочих и механических характеристик асинхронных двигателей, рабочих машин, а также для контроля технологических процессов;

• разработаны компьютерные модели однофазного и трехфазного источников напряжения с ШИМ, представляющие интерес как для исследовательских целей, так и для использования в учебном процессе;

• впервые получены экспериментальные данные о влиянии несинусоидальности, обусловленной ШИМ, на характеристики индукционных реле направления мощности, индукционных реле тока, индукционных счетчиков электроэнергии и автоматических выключателей с термоэлементами.

Основные результаты работы, выносимые на защиту:

- эквивалентная схема замещения асинхронного двигателя для расчета потерь мощности в условиях ШИМ;

- методика и результаты расчета эквивалентных параметров обмотки ротора для высших гармоник с учетом поверхностного эффекта в проводнике паза произвольного сечения;

- методика и результаты расчета потерь мощности в асинхронном двигателе от действия высших гармоник питающего напряжения с ШИМ;

- времяимпульсный способ измерения вращающего момента, бесконтактный датчик механического вращающего момента асинхронного двигателя, а также специальные средства измерения активной мощности и электроэнергии для систем с ШИМ;

- методика и результаты экспериментального определения энергетических характеристик асинхронного двигателя в условиях ШИМ питающего напряжения.

Апробация работы. Доклады на конференциях. Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе: 1 статья в журнале «Электрика», 4 депонированных статьи, доклад, выполненный на Международной конференции в СибАДИ, 2 патента на изобретения.

Материалы диссертации изложены в четырех главах.

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, указаны научная новизна и практическая значимость результатов, сформулированы цель и задачи работы, представлена структура диссертации и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены основные виды современных преобразователей частоты и особенности их применения в системах электроприводов. Показано, что наиболее актуальными в настоящее время являются исследования влияния несинусоидальности питающего напряжения на работу асинхронных двигателей в частотно-регулируемых электроприводах на основе автономных транзисторных инверторов напряжения с неуправляемыми выпрямителями, регулирование напряжения в которых осуществляется с использованием методов широтно-импульсной модуляции.

Рассмотрены основные характеристики, принципы формирования и критерии выбора несущей частоты ШИМ.

Показано, что в современных преобразователях частоты наибольшее распространение получила широтно-импульсная модуляция однополярных и двухполярных импульсов, когда ширина импульсов изменяется в течение полупериода по синусоидальному закону.

Во второй главе рассмотрены вопросы создания компьютерных моделей однофазных и трехфазных источников напряжения с ШИМ. Проведен анализ спектрального состава источников напряжения с ШИМ с использованием графоаналитического метода определения гармоник ряда Фурье, а также с помощью метода, основанного на использовании частотно-избирательных резонансных фильтров. Рассмотрен классический подход к определению влияния несинусоидальности сетевого напряжения на работу асинхронного двигателя. Предложена эквивалентная схема замещения короткозамкнутого асинхронного двигателя для расчета потерь мощности в условиях ШИМ в виде двух отдельных схем: для основной и для высших гармоник. Разработана методика расчета потерь мощности от высших гармоник в АД с учетом поверхностного эффекта в пазах ротора произвольной формы. Определены эквивалентные параметров обмотки ротора для высших гармоник, выполнен расчет потерь мощности в двигателе в условиях ШИМ.

В третьей главе обоснована необходимость использования специальных измерительных средств для контроля электрической мощности и электроэнергии в системах с ШИМ. Разработаны трехфазный электронный ваттметр и счетчик электроэнергии для исследования работы электрических аппаратов в условиях высокого уровня высших гармоник. Предложены времяимпульсный способ измерения вращающего момента двигателей, а также созданный на его основе датчик вращающего момента.

В четвертой главе рассмотрены основные методы экспериментального определения энергетических характеристик и коэффициента полезного действия асинхронного двигателя. Предложена методика непосредственного определения потерь мощности в исследуемом двигателе в условиях ШИМ. Экспериментально подтверждены результаты численного расчета потерь мощности в АД в условиях ШИМ, выполненного по предложенной во второй главе методике.

В приложениях приведены: результаты экспериментальных исследований погрешности индукционных реле, индукционных счетчиков электроэнергии и автоматических выключателей в условиях ШИМ; осциллограммы напряжений и токов исследуемого асинхронного двигателя в условиях ШИМ; принципиальные электрические схемы разработанных устройств; акты о внедрении результатов диссертационной работы в учебный процесс и производство.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

1. Экспериментально установлены значения КПД асинхронного двигателя в условиях ШИМ при значениях частот основной гармоники питающего напряжения 25.50 Гц (при законе частотного регулирования Ui/fi=const и несущей частоте 700 Гц).

2. Потери мощности в асинхронном двигателе при изменении его нагрузки в диапазоне от 40 до 70 % от номинальной в условиях ШИМ возрастают на величину от 10 до 16 % по сравнению с синусоидальным режимом питания.

3. Величина потерь мощности в АД от высших гармоник питающего напряжения с ШИМ, полученная по результатам проведенного эксперимента, при изменении нагрузки двигателя постоянна и подтверждает теоретический расчет.

4. Использование преобразователей частоты приводит к изменению теплового режима работы АД и необходимости снижения его нагрузки.

5. Разработанная в ходе исследований энергетических характеристик АД установка (стенд) может быть использована для исследований рабочих и механических характеристик асинхронных двигателей, для снятия зависимостей статических моментов рабочих машин от скорости вращения, а также для контроля технологических процессов (контроль качества обкатки двигателей внутреннего сгорания, контроль технологических процессов на токарных станках и др.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения диссертационной работы получены следующие результаты.

1. Разработаны компьютерные модели однофазного и трехфазного источников напряжения с ШИМ в системе схемотехнического моделирования Micro-Cap 6, представляющие интерес, как для исследовательских целей, так и для учебного процесса.

2. Получено подтверждение спектрального состава кривых напряжения с ШИМ компьютерных моделей источников питания с помощью методики определения выборочных спектральных составляющих напряжений, основанной на использовании частотно-избирательных LC-фильтров.

3. Обоснована эквивалентная схема замещения для расчета электрических потерь в асинхронном двигателе при питании от источника напряжения с ШИМ.

4. Разработана и экспериментально подтверждена методика расчета потерь мощности в АД от действия высших гармоник питающего напряжения с ШИМ.

5. Выполнен расчет эквивалентных параметров обмотки короткозамкну-того ротора асинхронного двигателя для высших гармоник с использованием графического метода расчета полного сопротивления проводника в пазу произвольной формы с учетом поверхностного эффекта. Установлено, что для пазов грушевидной и прямоугольной форм отношение реактивной составляющей полного сопротивления стержня ротора к активной составляющей остается постоянным независимо от частоты.

6. Показано, что потери мощности от высших гармоник в асинхронном двигателе при изменении нагрузки на его валу постоянны. Их величина (при основной гармонике напряжения равной номинальному напряжению и несущей частоте 700 Гц) в исследуемом двигателе составляет около 10% от общих номинальных потерь. Модуляционными потерями в стали, ввиду их малой величины, можно пренебрегать.

7. Получены экспериментальные данные о влиянии ШИМ на характеристики трансформаторов тока, индукционных реле, индукционных счетчиков электроэнергии и автоматических выключателей.

8. Разработаны следующие способы измерений и типы устройств:

- трехфазные электронный измеритель активной мощности и счетчик электрической энергии для цепей с ШИМ;

- бесконтактный времяимпульсный способ измерения статического вращающего момента и выполненный на его основе датчик вращающего момента, который может быть использован в приводах различного назначения;

- стенд широкого назначения для исследований рабочих и механических характеристик асинхронных двигателей, рабочих машин, а также для контроля технологических процессов (контроль качества обкатки двигателей внутреннего сгорания, контроль технологических процессов на токарных станках и др.).

1. Mathcad 6.0 Plus. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95. 2-е изд., стереотипное. - М.: Филинь, 1997. - 712 с.

2. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с.

3. Бенда А.Г. Новые модификации счетчиков электроэнергии, как инструмент рационального энергопотребления / А.Г. Бенда // Промышленная энергетика. 2003. - №7. - С. 20-21.

4. Бессонов JI.A. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учебник для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов / JI.A. Бессонов. 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1978. - 528 с.

5. Браславский И. Я. О возможностях энергосбережения при использовании регулируемых асинхронных электроприводов / И.Я. Браславский // Электротехника. 1998 - №8. - С. 2 - 6.

6. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины. Ч. 1: Учеб. для электротехн. спец. вузов / Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, B.C. Хвостов. -М.: Высш. школа, 1987.-319 с.

7. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными двигателями / А.А. Булгаков. М.: Энергоиздат, 1982. - 216 с.

8. Бычков М.Г. Модули ШИМ в микроконтроллерах фирмы Motorola для систем управления электроприводом / М.Г. Бычков // Chip News. 1997. -№11-12. - С.41-45.

9. Ю.Волков А.В. Анализ электромагнитных процессов и регулирование асинхронных частотно-управляемых электроприводов с широтно-импульсной модуляцией / А.В. Волков // Электротехника. 2002. - №1. - С. 2-10.

10. П.Волков А.В. Потери мощности асинхронного двигателя в частотно-управляемых электроприводах с широтно-импульсной модуляцией / А.В. Волков // Электротехника. 2002. - №8. - С. 2-9.

11. Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах / Т.А. Глазенко, Р.Б. Гончаренко. Д., Энергия, 1969. - 184 с.

12. И.Голобородько Е.И. Аналого-цифровой метод вычисления интеграла от произведения двух аналоговых величин / Е.И. Голобородько, А.И. Дивеев, Ф.А. Зыкин, Т.С. Плотникова // Изв. вузов. Приборостроение. 1977. - №3. - С. 62-68.

13. Гореликов Н. И. Методы и средства цифровых измерений мощности: Обзор, классификация / Н.И. Гореликов, О.И. Чайковский // Приборы и системы управления. 1973. - №3. - С. 10 - 13.

14. ГОСТ 25941-83 Машины электрические вращающиеся: методы определения потерь и коэффициента полезного действия. ИЗДАНИЕ (август 2003 г.) с изменениями № 1,2, утвержденными в октябре 1988 г., августе 2002 г. (ИУС 1-89, 11-2002).

15. Гречко Э.Н. Автономные инверторы модуляционного типа / Э.Н. Гречко, В.Е. Тонкаль. Киев: Наук, думка, 1983. - 304 с.

16. Дацковский JI.X. Современное состояние и тенденции в асинхронном частотно-регулируемом электроприводе (краткий аналитический обзор) / JI.X. Дацковский, В.И. Роговой, В.И. Абрамов и др. // Электротехника. 1996. -№ 10.-С. 18-28.

17. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении / Е.А. Дмитриев. М.: Издательство Московского университета, 1972. - 292 с.

18. Дьяконов В.П. Справочник по Mathcad Plus 7.0 Pro. / В.П. Дьяконов. М.: СК Пресс, 1998.-352 с.

19. Дьяченко К.П. Электрические измерения. Средства и методы измерений (общий курс) / К.П. Дьяченко, Д.И. Зорин и др. под ред Е.Г. Шрамкова. Учеб пособие для втузов. М.: Высш. школа, 1972 - 520 с.

20. Зыкин Ф.А. Измерение и учет электроэнергии / Ф.А. Зыкин, B.C. Кахано-вич. М.: Энергоиздат, 1982. - 105 с.

21. Изосимов Д.Б. Улучшение качества энергопотребления полупроводниковыми преобразователями с ШИМ / Д.Б. Изосимов, С.Е. Рыбкин // Электричество. 1996. - №4. - С. 48-55.

22. Ильинский Н.Ф. Общий курс электропривода: Учеб. для вузов / Н.Ф. Ильинский, В.Ф. Козаченко. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 544 с.

23. Инкин А.И. Электромагнитные поля и параметры электрических машин. Учебное пособие / А.И. Инкин. Новосибирск: ООО Издательство ЮЭКА, 2002. - 464 с.

24. Интегральные микросхемы: Перспективные изделия. Выпуск 3. М.: ДО-ДЭКА, 1997.-96 с.

25. Интегральные микросхемы: Справочник / Б. В. Тарабрин, Л. Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Под ред Б. В. Тарабрина. 2-е изд., испр. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 528 с.

26. Интернет. http://www.gelezo.com. «Источники питания на основе высокочастотного импульсного преобразователя».

27. Интернет. http://www.silcon.ru. Трехфазные ИБП.

28. Ирвинг А. Источники питания / А. Ирвинг, Б. Готлиб. М: "Постмаркет", 2001.-470 стр.

29. Касаткин А.С. Электротехника: Учебное пособие для вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. 5-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1999. - 364 с.

30. Киселев В.В. Влияние несинусоидальности напряжения и тока на показания электронных счетчиков электроэнергии /В.В. Киселев, И.С. Пономаренко // Промышленная энергетика, 2004. №2. - С. 40-42.

31. Ковчин С.А. Теория электропривода: Учебник для вузов / С.А. Ковчин, Ю.А. Сабинин. СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отд-е, 2000. -496 с.

32. Козаченко В.Ф. Микроконтроллеры: руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS-196/296 во встроенных системах управления / В.Ф. Козаченко. М.: Издательство ЭКОМ, 1997. - 688 с.

33. Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов / Е.А. Коломбет. -М.: Радио и связь, 1991. 376 с.

34. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учеб. для вузов по спец. «Электромеханика» / И.П. Копылов. М.: Высш. шк., 1994.-318с.

35. Крылов А.Н. О некоторых дифференциальных уравнениях математической физики, имеющих приложение в технических вопросах / А.Н. Крылов. 5-е изд, М-Л: ГИФМЛ, 1950. - 283 с.

36. Ламмеранер И. Вихревые токи, перевод с чешского / И. Ламмеранер, М. Штафль. М.-Л., изд-во «Энергия», 1967. - 208 с.

37. Лихачев В.Л. Электродвигатели асинхронные / В.Л. Лихачев. М.: СО-ЛОН-Пресс, 2003. - 304 с.

38. Маланов В.В. Теория широтно-импульсной модуляции и импульсное усиление низкочастотных электрических колебаний: Дис. . д-ра техн. наук. / В.В. Маланов. Горький, 1968. - 290 с.

39. Мануковский Ю.М. Широкорегулируемые автономные транзисторные преобразователи частоты / Ю.М. Мануковский, А.В. Пузаков. Кишинев: Штиница, 1990.-152 с.

40. Марков В.В. Индексная табличная ШИМ в автономном инверторе напряжения / В.В. Марков, К.П. Слядзевская // Электротехника. 2000. - №1. - с. 23-28

41. Муря А.Е. Электронные счетчики электроэнергии. Современное состояние и перспективы развития / А.Е. Муря, В.Е. Райнин // Электротехника. -2002. №3.-С. 32-35.

42. Мэрфи Дж. Тиристорное управление двигателями переменного тока: Пер. с англ. / Дж. Мэрфи. М.: Энергия, 1979. - 256 е., ил.

43. Нейман JI.P. Теоретические основы электротехники. Часть третья / JI.P. Нейман, П.Л. Калантаров. М., Л.: Государственное энергетическое издательство, 1959. - 232 с.

44. Определение электромагнитных характеристик магнитопроводов асинхронных двигателей / Э.А. Абдул-Заде, А.А. Абдуллаев, В.Ф. Давыдов, Р.И. Талышинский // Электротехника. 1974. - №3. - С. 17-19.

45. Нейман Л.Р. Поверхностный эффект в ферромагнитных телах. М., Гос-энергоиздат, 1948. - 364 с.

46. Пат. 2190861 РФ: МПК7 G 01 R 21/06: Электронный измеритель электрической энергии / А.П. Попов, А.Ю. Власов. № 2000106494/09. Заявл. 16.03.2000, опубл. 10.10.2002, Бюл. № 28.

47. Пат. 2227304 РФ: МПК7 G01P3/487: Устройство для измерения мгновенной скорости вращения / А.П. Попов, А.А. Горшенков. Опубл. 20.04.2004, Бюл. № 11.

48. Пат. 2245236 РФ: МПК В23К 11/24: Цифровой дозатор электроэнергии для точечной сварки / А.П. Попов, А.О. Чугулёв, А.Ю. Власов; СибАДИ. -№2003103875/02; заявл. 10.02.2003; опубл. 27.01.2005, Бюл. № 3.

49. Писаревский Э.А. Электрические измерения и приборы / Э.А. Писаревский.- М.: «Энергия», 1970 г. 432 с.

50. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. 3-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк., 2002. - 757 с.

51. Прянишников В.А. Теоретические основы электротехники: Курс лекций / В.А. Прянишников. СПб.: Корона принт, 2000. - 368 с.

52. Радин В.И. Электрические машины. Асинхронные машины / В.И. Радин, Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович. М.: Высшая школа, 1988. - 319 с.

53. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap 6 / В.Д. Разевиг. М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 344 с.

54. Райзберг Б.А. Диссертация и ученая степень. Пособие для соискателей / Б.А. Райзберг. М.: Инфра - М., 2000. - 304 с.

55. Руппель ЕЛО. Элементы теории вероятностей и методы статистической обработки данных: уч. пособие / Е.Ю. Руппель. Омск. Изд-во СибАДИ, 2003.- 141 с.

56. Сабинин Ю.А. Частотно-регулируемые асинхронные электроприводы / Ю.А. Сабинин, B.J1. Грузов JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985.- 128 с.

57. Сандлер А.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями / А.С. Сандлер, Р.С. Сарбатов М., Энергия, 1974. - 328 с.

58. Скрябинский B.C. Особенности учета электрической энергии / B.C. Скрябинский // Повышение качества электрической энергии в распределительных сетях / Ин-т энергетики АН УССР. Киев, 1974. - С. 198 - 199.

59. Современные задачи преобразовательной техники. ч.2 // Тезисы докладов Всесоюзной научно-техн. конф. ИЭД АН УССР, Киев, 1975. - 386 с.

60. Пономарев С.Д., Андреева JI.E. Расчет упругих элементов машин и приборов. М.: Машиностроение, 1980. - 326 с.

61. Справочник по устройствам цифровой обработки информации / Н.А. Виноградов, В.Н. Яковлев, В.В. Воскресенский и др. К.: Тэхника, 1988. - 415 с.

62. Справочник по электрическим машинам: / Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова- М.: Энергоатомиздат, 1988. Т 1. - 456 с.

63. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учеб. пособие для вузов / И.И. Алиев. 3-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2002. - 255 с.

64. Степанов В.Н. Анализ устойчивости и синтез систем стабилизации с ши-ротно-импульсной модуляцией: Учеб. пособие / В.И. Степанов. Омск: Изд-во ОмГТУ, 1997. - 106 с.

65. Тимонтеев В.Н. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре / В.Н. Тимонтеев, J1.M. Величко, В.А. Ткаченко. М.: Радио и связь, 1982.- 112 с.

66. Томашевский Н.И. Анализ и синтез систем частотного управления асинхронными электроприводами с автономными инверторами напряжения / Н.И. Томашевский, Р.Т. Шрейнер, А.А. Федоренко // Электротехника. -1977.-№9.-С. 32-35.

67. Тонкаль В.Е. Многофазные инверторы напряжения с улучшенными характеристиками / В.Е. Тонкаль, Э.Н. Гречко, С.И. Бухинский. Киев: Наук, думка, 1980.- 182 с.

68. Тюрин Ю.Н. Статистический анализ данных на компьютере. / Ю.Н. Тюрин, А.А. Макаров. Под ред. В.Э. Фигурнова. М.: Инфра-М, 1998. - 528 с.

69. Успенский В.В. Современное состояние и перспективы развития средств измерения крутящего момента / В.В. Успенский, Б.А. Вандышев, С.И. Жбырь // Госстандарт СССР, Свердловский филиал ВНИИМ. Серия Метрология и измерительная техника. - М., 1974. - 64 с.

70. Федосеев A.M. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей: Учеб. пособие для вузов / A.M. Федосеев. М.: Энергоатом-издат, 1984.-520 с.

71. Цифровое дозирование электрической энергии / А.П. Попов, А.Ю. Власов // Электрика. 2002. - №4. - С.36

72. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями / С.Г. Герман Галкин, В.Д. Лебедев, Б.А. Марков, Н.И. Чичерин. - Л.: Энерго-атомиздат, 1986. - 248 с.

73. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем / Я.З. Цыпкин. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963. -368 с.

74. Частотно-регулируемые электроприводы массовых серий / П.Д. Андриенко, С.Ф. Буряк, Г.В. Грабовецкий и др. // Автоматизированный электропривод. М.: Энергия, 1980. С. 157-161.

75. Чернобровов Н.В. Релейная защита. Учебное пособие для техникумов / Н.В. Чернобровов. 5-е изд., перераб. и доп. М., «Энергия», 1974. - 680 с.

76. Чехет Э.М. и др. Непосредственные преобразователи частоты для электропривода / Э.М. Чехет, В.П. Мордач, В.Н. Соболев. Киев: Наукова думка, 1988.-224 с.

77. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: УРО РАН, 2000. - 654 с.

78. Шрейнер Р.Т. Математическое описание и алгоритмы ШИМ активных выпрямителей тока / Р.Т. Шрейнер, А.А. Ефимов, А.И. Калыгин // Электротехника. 2000. - №10. - С.42-49.

79. Шрейнер Р.Т. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами / Р.Т. Шрейнер, Ю.А. Дмитриенко. Кишинев: Штиинца, 1982. -234 с.

80. Шрейнер Р.Т. Система автоматического управления асинхронным электроприводом с автономным инвертором напряжения / Р.Т. Шрейнер, А.А. Федоренко // Динамика систем управления: Материалы семинара по кибернетике. 4.1. Кишинев: Штиинца, 1975. С.134-150.

81. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока / И.И. Эпштейн. -М.: Энергоиздат, 1982. 192 с.

82. Aaltonen М., Tiitinen P., Lalu J., Heikkila S. Direct torque control of AC motor drives // ABB Reviev. 1995. No 3. P. 19-24.

83. Fukuda S., Hasegawa H., Iwaji Y. PWM technique for inverter with sinusoidal output current. PESC' 88 RECORD. Apr. 1988. P. 35-41.

84. Habetler T.G., Divan D.M. Control strategies for direct torque control using discrete pulse modulation. IEEE Trans. Ind. Appl. Vol. 27. No5. Sept./Oct. 1991. P.893-901.

85. Halasz S. Comparison of sinusoidal PWM methods. Periodica Polytechnica, Ser. El. Eng. Vol. 37. No 4. 1993. P. 273-289.

86. Holtz J. and Thimm T. Identification of machine parameters in a vector controlled induction motor drive. Conf. Rec. of the IEEE IAS Annual Meeting San Diego. CA. Oct. 1989. P. 589-594.

87. Kubota H. and Matsuse K. Flux observer of induction motor with parameter adaption for wide speed range motor drives. Conf. Rec. IPEC. Tokyo, 1980. P. 1213-1218.

88. Nailen R. L. Factors to consider when specifying motor-temperature detectors // Power. 1974. 118, No 2. P. 90-92.

89. F.-Z. Peng, T. Fukao. Robust speed identification for speed-sensorless vector control of induction motors. IEEE Trans, Ind. Appl. Vol. 30. No 5. Sept./ Oct. 1994.

90. Schreiner R. Т., Efimov A. A., Kalygin A.I. Active current rectifier mathematical model / Pros. 9th International Conference on Power Electronics and Motion Control ЕРЕ PEMC-2000, Kosice. (Slovakia). 5-7Sept. 2000. P.2-I88 2-192.

91. Takahashi I., Ohmori Y. High performance direct torque control of an induction machine. IEEE Trans. Ind. Appl. Vol. 25. No 2, 1989. P. 257 264.

92. Taniguchi K., Inoue M., Takeda Y., Mortimoto S. A PWM strategy reducing torque-ripple in inverter-fed induction motor. IEEE Transaction on Industry Application, Vol/30. No 1. January / February 1994.

93. Veas D.R., DixOn J.W. and Ooi B.T. A novel load current control method for a leading power factor voltage source PWM rectifier. IEEE Transactions on Power Electronics. Vol. 9. No 2. 1994. P. 153-159.

94. Van der Broeck H. W. Analysis of the harmonics in voltage fed inverter drives caused by PWM schemes with discontinuous switching operation. Proceedings ofEPE-91 Conference, Firenze, Italy, 1991.

95. Walczyna A. M. Reduction of current and flux distortons of VST-fed induction motors with direct self-control. Prace institutu elektrotecniki, Zeczyt 179, 1994. P. 107-121.

96. David Walter. Energy efficient motors // Power Engineering Journal. 1999