автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Исследование волновых процессов в частотно-регулируемом асинхронном двигателе

Щ '

Ш 01

На правах рукописи

ЗВЕРЕВ КОНСТАНТИН НИКОЛАЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОМ АСИНХРОННОМ ДВИГАТЕЛЕ

Специальность 05.09.01 - электромеханика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000

г Г

Работа выполнена на кафедре электромеханики московского энергетического

инсти

(Технического университета).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор БЕСПАЛОВ В.Я.

Официальные оппоненты - заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор

МАМЕДОВ Ф.А - кандидат технических наук, доцент СЕРГИЕВСКИЙ Ю.Н.

Ведущее предприятие - Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики (ЦНИИАГ).

Защита диссертации состоится " 1 ? " НО^)^^ 2000 г. в аудитории М-611 в час.мин. на заседании диссертационного совета Д 053.16.05 Московского энергетического института (Технического университета). По адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 13, корп. М.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан " 3> " ¿»¿ГА^иА 2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета ^ -

Д 053.16.05 у Е.М.Соколова

-и (МЗ. -о/бМ? Н6, О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ *

Актуальность темы. Одним из прогрессивных направлении развитая электротехники в настоящее время является переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому. Это обусловлено в первую очередь остро вставшей проблемой энергосбережения. Кроме того, регулируемый электропривод позволяет решать разнообразные и сложные технологические задачи практически во всех отраслях промышленности, спецтехники, транспорта, сельского хозяйства и быта.

Электропривод, являясь энергосиловой основой современного производства, потребляет около 60% всей вырабатываемой электроэнергии, большая часть которой относится к нерегулируемым электроприводам на основе повсеместно используемых асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором в диапазоне мощностей до 100 кВт (насосы, вентиляторы, компрессоры, транспортеры, конвейеры, деревообработка, агрегаты пищевой промышленности и т.п.). В этой сфере единственным экономичным способом плавного регулирования при одновременной оптимизации основного технологического процесса является частотный, основанный на использовании преобразователей частоты (ПЧ). Наиболее удачной в настоящее время компоновкой ПЧ является структура со звеном постоянного тока, формирование выходных сигналов в которой осуществляется посредством широтно-импульсной модуляции (1ПИМ). Силовая часть такого ПЧ состоит из регулируемого выпрямителя, фильтра и автономного инвертора на основе ШИМ. Другие схемы заметно уступают упомянутой либо по функциональным (циклоконверторы), либо по массо-габаритным и энергетическим показателям (преобразователи с инверторами напряжения и тока).

На выходе ПЧ с ШИМ-регулированием образуется серия импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды, но разной длительности, полезная составляющая которой имеет форму синусоиды заданной частоты и амплитуды. Длительность фронта импульсов определяется типом ключевых элементов преобразователя. Так, например, для широко используемых в современных ПЧ транзисторов с изолированным затвором (IGBT) длительность фронта импульса лежит в пределах от нескольких сотен наносекунд до нескольких микросекунд. В результате на обмотку АД поступают импульсы прямоугольной формы с высоким значением du/dt, что вызывает протекание в обмотке волновых процессов (ВП). Явления распространения и отражения волн при ВП имеют место в обмотке статора АД, а также в длинных кабелях, соединяющих зажимы двигателя и преобразователя. Отраженные волны, складываясь с питающим напряжением и ЭДС в обмотке статора, вызывают пики напряжения в линии, питающей АД, и перенапряжения в изоляции статора, которые воздействуют на изоляцшо статорной обмотки с частотой переключения ШИМ 2... 20 кГц. Результи-

1 т

рующие импульсы могут в 2 раза превышать амплитуду питающего напряжения. Таким образом, при работе от ГТЧ изоляция двигателя испытывает намного большие напряжения, чем при работе от источника синусоидального напряжения такой же амплитуды и частоты. Это приводит к быстрому старению изоляции, что сказывается на снижении надежности и срока службы электрической машины. Поэтому исследование ВП в частотно-регулируемых АД является актуальной задачей.

Проблемой изучения ВП в электрических машинах начали заниматься с начала 30-х годов в связи с защитой трансформаторов от грозовых перенапряжений, затем эта проблема была перенесена на турбо- и гидрогенераторы. В последние годы ВП стали предметом изучения в результате более широкого подхода к проблеме надежности корпусной и витковой изоляции в связи с коммутационными перенапряжениями. Большой вклад в исследование ВП в электрических машинах внесли отечественные ученые Абрамов А.И, Глазков Ю.А., Гольдберг О.Д., Горбунов Ю.К., Извеков В.И., Каганов З.Г., Карасев В.А., Лоханин А.К., Люлько В.А., Осиович В.Л., Петров Г.Н., Суворов Н.И., Чагин Н.Л. и др. А зарубежных можно назвать: Веверка, Гамата, Геллер, Корник, Рюденберг и др. К сожалению, возникновению ВП при совместной работе АД с электронным преобразователем энергии не уделено должного внимания. Необходимость исследования этих явлений возрастает с увеличением мощности и быстродействия ключевых элементов силовой электроники. Эффективный путь дает математическое моделирование ВП, результаты которого позволят еще на стадии проектирования двигателей и приводов предсказать величины возможных перенапряжений и принять, если это необходимо, меры защиты.

Цель работы и задачи исследований. Целью настоящей работы является исследование ВП в обмотках АД, питающихся от ПЧ с ШИМ-регулированием, включающее в себя обзор и анализ современных электроприводов и электронных компонентов, расчет волновых параметров обмоток АД, математическое моделирование волновых напряжений и создание расчетных программ на ЭВМ, экспериментальные исследования.

Научная новизна. Научная новизна диссертации заключается в применении методов математического описания ВП в электрических машинах к быстротекущим явлениям, происходящим в обмотках АД при питании от ПЧ, в создании математической модели таких процессов и программы расчета волновых параметров АД, в постановке экспериментов.

Практическая ценность работы заключается в представление методики и результатов исследований ВП в обмотках АД при питании от ШИМ-преобразователя.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались следующие методы исследований: математическое моделирование ВП, сопоставление с экспериментальными данными. Круг рассматриваемых задач потребовал ис-

пользование фундаментальных положений теоретической электротехники, теории волновых процессов в цепях с распределенными параметрами (длинных линиях), математического анализа, физики электротехнических материалов, а также обзорного анализа современных элементов силовой электроники. Все вычисления и графические построения производились на ПЭВМ с применением пакетов программ MathCAD®, DesignLab®, AutoCAD'®, MS Word"1, MS Excel®. На защиту выносятся следующие положения:

• Обзор и выбор электронных компонентов для силовой цепи ПЧ, их сравнительные характеристики с точки зрения быстродействия, энергосбережения и других функциональных свойств;

• Разработка математической модели для исследования ВП в АД и адаптация математических методов решения этой задачи к электроприводу с ШИМ-преобразователем;

• Экспериментальные исследования ВП в обмотках АД;

• Алгоритм и программа расчета волновых напряжений в обмотке АД на основе разработанной модели;

• Оценка адекватности модели и алгоритма путем сравнения с экспериментальными данными.

Апробация работы. Основные положения проводимого исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях: III международная конференция "ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ." МКЭЭ-98, Клязьма,

1998 г.; III междук ......-Чренция "ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

ЭЛЕКТРОТЕХНИ1 И КОМПОНЕНТОВ.", МКЭМК-99,

Клязьма, 1999 г.; I ^ щия студентов и

аспирантов "РА/ ^^ I (~) ЕРГЕТИКА", г.

Москва, 2000 г 1ИЯ "СИСТЕМЫ

УПРАВЛЕНИЯ | \ \ ла>2000 г-

Публика ' 1 _ О >5 печатных ра-

бот- ^ м

Реализг vv. I гские модели, ме-

тодики и пр< ..^ктромеханики МЭИ в

учебном пронес. лри выь ..сдовательских работ по тематике,

связанной с надежностью элекгрическ. .л машин, а также при их работе от электронных преобразователей энергии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 132 страницы, в том числе 41 рисунок на 37 страницах, 9 таблиц на 8 страницах и 139 наименований списка литературы на 16 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы. Дан перечень рассматриваемых задач, описаны цели исследования.

В первой главе рассматриваются методы регулирования скорости вращения АД с короткозамкнутым ротором, проводится обзор и анализ ключевых элементов силовой электроники для современных ПЧ, затрагиваются вопросы электромагнитной совместимости, дается обзор литературы по вопросам исследования ВП в электрических машинах.

Частотные преобразователи позволяют экономично регулировать скорость вращения АД в широком диапазоне, что невозможно достигнуть другими способами, причем наиболее эффективным является использование для этого ПЧ с ШИМ-регулированием выходного сигнала. Как показал обзор электронных компонентов, наилучшим для построения силового канала ПЧ является транзистор ЮВТ, т.к. он имеет параметры, соответствующие требованиям регулирования двигателей, и легко доступен на отечественном рынке. Построение систем ПЧ - АД должно соответствовать нормам электромагнитной совместимости, которые определяются стандартами развитых стран.

Во второй главе рассматриваются физические процессы, происходящие в проводниках, изоляции и стали АД при поступлении на его обмотку импульсов напряжения. Электромагнитное поле проникает как в медь обмотки, так и в сталь сердечника, причем глубина проникновения поля в металлические среды тем меньше, чем выше скорость изменения напряжения на фронте волны. При Iф, соответствующих современным ЮВТ, поле проникает в металл на глубину, значительно меньшую линейных размеров проводников обмотки и листов стали магнитопровода АД, поэтому их можно считать "массивным телом". Несмотря на малую глубину проникновения импульсного магнитного потока в сталь, ее насыщения не наблюдается. Значение относительной магнитной проницаемости цг для эквивалентных частот выше 50 кГц лежит в пределах 180+250. Малое значение цг, а также наличие воздушного зазора, позволяет считать магнитную систему машины при ВП линейной. Для учета шихтовки пакета стали сердечника, его заменяют фиктивной средой с относительной комплексной магнитной проницаемостью ц«:

сти\ ст"21' (1)

¡-ст\Р\-ЬЬ2)

гае Гсп = -]}2т1{_мцйи.гат ; 26и 2Ьг - толщины листов стали и изоляционного зазора между ними. При оценке энергетических соотношений и при выборе параметров Схем замещения целесообразно нестационарные явления, происходящие на фронте

1(х+с1х) 2с1х '-; "

волны, заменять аналогичными явлениями, соответствующими некоторому высокочастотному периодическому режиму. Для этого пользуются соотношением:

1

/ухе

11,

(2)

Рнс.1. Цепная П-образная схема замещения длинной линии

Ф

где/,*■„ - частота эквивалентной синусоиды.

Во время ВП обмотку электрической машины можно рассматривать как длинную линию (или цепь с распределенными параметрами), которая замещается цепной П-схемой (рис.1). Каждое звено этой схемы должно соответствовать одной секции обмотки фазы, включающей два пазовых и два лобовых участка. Цепная схема считается однородной, хотя реальные обмотки не вполне однородны вследствие наличия дальних связей между их несмежными элементами. Цепная П-схема состоит из двухполюсников: продольного 2 и поперечного 7. Для АД с всыпными обмотками удобно пользоваться схемами по рис.2, причем схема рис.2а выбирается при расчетах параметров по геометрии машины, а схема рис.26 при опытных исследованиях и составлении уравнений. Для всыпных обмоток машин схема замещения содержит следующие параметры:

• £ - индуктивность катушки, учитывающая как собственную, так и взаимную индуктивность одного звена;

• Я - активное сопротивление катушки, эквивалентное потерям в стали на вихревые токи и потерям в проводниках с учетом поверхностного эффекта;

• К - продольная емкость катушки, т. е. частичная емкость между ее первым и последующими витками вдоль обмотки;

I

«) 6) Рис.2. Схема замещения одного звена фазы обмотки АД

• С - поперечная емкость катушки, т. е. частичная емкость ее проводников относительно корпуса;

• С - активная проводимость, эквивалентная диэлектрическим потерям в корпусной изоляции.

Параметры ¿, Ди С зависят от длительности фронта поступающего на обмотку импульса, а параметры А" и С не зависят, что должно учитываться при их расчете.

Машины с всыпными обмотками имеют произвольное, неупорядоченное расположение проводников в секциях, поэтому картина электромагнитного поля секции довольно сложная. Определение параметров секции сопряжено с большими математическими трудностями, поэтому для расчета вводятся определенные допущения, справедливые с погрешностью не более 10%. Известны несколько методик расчета волновых параметров как крупных машин, так и машин с всыпными обмотками. В диссертации подробно рассмотрен один из методов.

Емкость секции определяется по формуле: С = 2/>1и,С) , (3)

где /„ - длина паза статора; n¡ - число проводников наружного слоя секции, прилегающих к стенкам паза; С, - емкость 1-го проводника, прилегающего к стенке паза.

С,«--, (4)

ег/Г1+(ег1-ег)АГ 2

где е, - относительная диэлектрическая проницаемость среды, окружающей изолированные провода; гг\ - то же изоляции проводников; К}, К2 - расчетные коэффициенты, определяемые размерами паза и проводников обмотки.

Продольная емкость секции, включая лобовые части, находится как:

К = <5>

)к„

где я - число эффективных проводников в пазу; /„ - длина одного витка обмотки; ¿„=0,08 - статистический коэффициент перемешивания проводников при их всыпной укладке; ¡(1 - емкость между смежными изолированными проводниками. К, находится по (4) как С,/2 с другими расчетными коэффициентами ЛТ/ и К2, определяемые размерами проводников обмотки.

Проводимость С, эквивалентная диэлектрическим потерям в изоляции, может быть найдена по выражению: С = соС'1£§, (6)

где (о - эквивалентная угловая частота; 5 - угол диэлектрических потерь.

Проводимость й представляет собой переменную величину, зависящую от скорости изменения напряжения на фронте волны или эквивалентной частоты. Ее частотная зависимость имеет примерно следующий характер: до некоторого предела

(-500 кГц) й возрастает с ростом частоты, а затем остается приблизительно постоянной. При частотах выше 500 кГц наблюдается снижение с ростом частоты. Это объясняется явлением "электрического гистерезиса" в диэлектриках или запаздывания поляризации при высоких частотах.

Собственная индуктивность витка определяется как сумма индуктивностей, обусловленных магнитными полями в сердечниках статора и ротора, проводнике и пазовой изоляции: ¿д = Яе(£в = 1)/в / 1в) = Ьст + Ьщ + . (7)

2 р0/.

Индуктивность Ьст: Ьст = Не--—--г, (8)

1 Г|,^+2Двч

Ви 1<=1 а: к«ав

где п - число рассматриваемых участков магнитной цепи машины; /, - средняя длина линии магнитной индукции на ;-ом участке шириной а,; Дв и ав - воздушный зазор и его ширина под зубцом статора; 1.05 - коэффициент расширения магнитного потока в воздушном зазоре.

Внутренняя индуктивность цилиндрического проводника находится:

Lnp = -Im и се

kle Мкц)

(9)

_ам2щ J\{kr\)

где ст„ - электрическая проводимость медного провода; г/ - радиус проводника без изоляции; к = -,/- /шр.0сЛ ; Jo(kri) и JifkrJ - функции Бесселя первого рода соответственно нулевого и первого порядков.

Для определения индуктивности, обусловленной полем в изоляции, полузакрытый паз, имеющий сложную овальную форму в поперечном сечении, заменяется круглым закрытым пазом равной площади. Индуктивность LU1 для центрального проводника эквивалентного паза:

L, (10)

2тг г{

где RI - радиус эквивалентного паза. При определении /.,„ проводника, расположенного вне центра паза, его необходимо перевести в центр паза соответствующим конформным преобразованием с помощью дробно-линейной функции. Полная индуктивность к-го витка находится:

п

Lk-U+^M-ki №), (И)

/=1

где п - число проводников в секции; Мм ~ взаимная индуктивность к-го витка с г-ым.

Полная индуктивность секции

равна:

1 *

Щ *=1

(12)

где mi - число параллельных проводников в обмотке; м> - число витков в секции.

Умножив Ь на /со, получим полное сопротивление секции, обусловленное ее магнитным полем:

(13)

где Ясен - активное сопротивление секции, эквивалентное потерям на вихревые токи в сердечнике (активными потерями в проводниках можно пренебречь); Ьсек - индуктивность секции. Отсюда:

к сек = Ке 1сек ; Ьсек = Ле£. (14) Продольное сопротивление секции по схеме замещения (рис.2а):

2 =

Кех

(15)

Отсюда можно найти параметры схемы замещения:

1

2

Ь = —1т-

со 1- )<лК1_

Д = Яе-

1 - ую

(1ба)

(166)

Рис.3. Напряжение на входе фазы АД

п гЧ 1 1 V-

1

Рис.4. Напряжение на входе фазы АД

1

У--

1 V к 1 - 4-.л У

г \ р: \ ¡н::

а

Рис.5. Ток в фазе АД

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям ВП. В ходе испытаний совместной работы АД и ПЧ проводились измерения формы напряжения и тока на входе АД в одной из фаз с помощью модуля датчиков фирмы ЬЕМ. В качестве объекта испытаний использовался АД типа 4А160Ь25, питаемый от ПЧ типа Р-30-1. Они соединялись кабелем длинной 10 м. На рис.3 представлена осциллограмма напряжения на входе одной из фаз АД, работающего при номинальном моменте. На рис.4 - то же, только с большей разверткой. На рис.5 представлена осциллограмма

tact(t,N,TI,tO,T,a,p)-.=

i 1 к 1

0 if t < 10 while к * 0

кч-0 if Tli-(1-Ю) >0 otherwise

i «- i + 1 if i S N - 1 break otherwise tt <- 10 + T1 (i - I) u(t,tt.T,a,P)

Рис.12. Тактовый генератор импульсов

где N - число импульсов; ТТ - длительность импульса плюс длительность паузы.

Дифференциальное уравнение (18) можно решить аналитически методом Фурье (методом разделения переменных) или численными методами. В работе использовался метод Фурье, т.к. он достаточно прост и позволяет получить решения при сложных воздействиях. Окончательное выражение для волнового напряжения в обмотке АД с изолированной нейтралью при воздействии импульса (рис. 11) имеет вид:

1X5 4 кп

и(*.0 = и»,я(0 + ^£ —:БШ —Ф„(0СОЗУ„Х, (19)

П=1ХП 2

где Ф„ (0 = {[ А (5„ - а) - Вп (8„ - р) ■+ (р- о)-^-] ^^ +

Г+Уп

+ (АП ~ В„)с0$т„1}е-*»' - А^' + (20)

. а(Са - (7) А„=-г^--г—; (21)

Я Р(СР-<?)

а„ =-----—. (22)

Здесь обобщенный номер гармоники: = ял/21 (л = 1,3,5...) ; (23)

I - длина последовательно соединенных витков фазы обмотки; коэффициент

о Ю + ч2^

затухания я-и гармоники: 5„ =--; (24)

2 С + у„К

у2Г ,

угловая частота п-й гармоники: со„ = I—---5„ . (25)

Было отмечено, что три волновых параметра ¿, г, С являются функциями эквивалентной частоты или фронта импульса в данной точке обмотки. Лишь два параметра - емкости Си К можно считать постоянными.

Введение частотных зависимостей непосредственно в исходные дифференциальные уравнения резко усложняет задачу. При этом точность расчетов практически не повышается, т.к. при выводе зависимостей ¿(со), г(ю)> С(ш) были приняты определенные допущения.

Телеграфное уравнение (18) решается как уравнение с постоянными коэффициентами, причем его решение включает члены, содержащие временные и пространственные гармоники, где со„ - угловая частота п-й гармоники, а V,, - ее обобщенный номер согласно (23). Однако м„ зависит от значений параметров ¿(со), /-(©), С(м), которые сами являются функциями частоты. Поэтому для выполнения расчетов надо прибегнуть к следующей итерационной процедуре:

1. Задаться значениями угловой частоты со„.

2. Найти параметры ¿(со), /-(со), (7(со) при заданной частоте со„.

3. Подставив эти параметры в формулы (24) и (25), вычислить со„ и 8П.

4. При несоответствии расчетного и исходного значений <ап перейти к следующему шагу итерации.

Подпрограмма, реализующая описанный выше прием в среде Ма^САЭ9, имеет вид:

Вычисление параметров, неэднисяших от частоты

£

п-1.3.5. 19

Задан и е угловой

частоты Шд

П

йзг пе 1,3.. 19

\у со ¡4- О

\vhile —

)г(\у,п) -

шг(\у,п) <— са !■(■№,п) ¡<- ¡+ 1

> 0.001

<а>

Вычисление волнового напряжения и(х,0

Рис.13. Блок-схема алгоритма программы

ч

«

На рис.13 представлена блок-схема алгоритма, реализующего рассмотренный способ расчета волновых напряжений в обмотке АД.

На рис.14 представлены расчетные кривые волновых напряжений в обмотке АД типа 4АА56А4Т2. При математическом моделировании волновых напряжений в обмотке параметры воздействующего импульса соответствовали экспериментальным. Сравнение с экспериментом (рис.7.) показало, что созданная модель отображает физические процессы в пределах принятых допущений, погрешность составила не более 10%.

В работе проводилось моделирование ВП с помощью системы Ое5}(£пЬаЬ, предназначенной для проектирования электронной аппаратуры. Моделируемая схема может состоять из следующих типовых компонентов: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, диоды, транзисторы различных типов, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, цифровые элементы и др. Кроме того, из этих компонентов можно создать макромодели или иерархические структуры более сложных компонентов и устройств. Проводилось моделирование . ВП в фазе обмотки двигателя 4АА56А4Т2 и в трехфазной обмотке двигателя АИС160Ь2. На рис.15, представлены результаты моделирования схемы фазы обмотки двигателя 4АА56А4Т2, где показаны исходный импульс и напряжение на конце фазы. Сравнение полученных результатов с экспериментальными данными (рис.7) позволяет судить об их хорошей сходимости. Таким

< : 1 .___.L_.L__L

: 1 —2

1—

л

л' / ц

) I /

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 5 0 6 0.Т (,и С Рис.14. Расчетные напряжения в обмотке двигателя 4АА56А4Т2

1 - исходный импульс: 2 - натяжение на конце сЬазы.

Рис.15. Результаты моделирования процессов в фазе обмотки двигателя 4АА56А4Т2

» •

образом, система DesignLab позволяет быстро моделировать ВП в обмотках АД с приемлемой точностью и может быть рекомендована для изучения волновых переходных процессов в электрических машинах и электроприводах.

В работе также уделено внимание вопросу о влиянии кабеля на ВП в системе ПЧ - АД. Кабель при быстроизменяющихся процессах рассматривается как длинная линия и замещается однородной цепной схемой, подобной обмотке электрической машины. Параметры кабеля рассчитываются на единицу длинны по известным методикам. Они не зависят от передаваемого напряжения и тока, а зависят от конструкции кабеля, используемых материалов и частоты. В схеме замещения кабеля отсутствует продольная емкость К, присущая многовитковым обмоткам электрических машин. Анализ процессов в системе ПЧ - АД позволяет определить критическую длину 1крит кабеля, превышение которой вызовет неблагоприятные перенапряжения в обмотке:

(ф

крит~ 24LC' (15)

где L и С - индуктивность и емкость кабеля. Предлагается также методика выбора конструкции кабеля, позволяющая снизить уровень возникающих перенапряжений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации рассмотрены вопросы исследования волновых процессов в обмотке асинхронного двигателя, питающегося от преобразователя частоты с ши-ротно-импульсным модулированием напряжения. Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Проведен анализ методов регулирования скорости вращения асинхронного двигателя, показавший, что наиболее экономичным и обеспечивающим технологические требования к приводимым во вращение механизмам является частотный метод, основанный на использовании преобразователей частоты с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения.

2. Рассмотрены существующие полупроводниковые приборы и модули на их основе, используемые для построения силовой цепи преобразователя частоты. Показано, что лучшим среди них является биполярный транзистор с изолированным затвором IGBT.

3. Составлена программа и проведены вариантные расчеты волновых параметров всыпных обмоток различных типов асинхронных двигателей малой и средней мощности.

- 4. Проведены экспериментальные исследования волновых процессов в обмотке

«

асинхронного двигателя 4A160L2S, питающегося от преобразователя частоты типа Р-30-1.

5. Поставлены эксперименты по исследованию волновых напряжений в фазных обмотках асинхронных двигателей 4АА56А4Т2 и ДАО-160 при подаче на них прямоугольных импульсов напряжения. Показано влияние параметров импульса на характер волновых процессов. Обнаружено, что неблагоприятная величина перенапряжений достигает двойного значения амплитуды поступающих импульсов.

6. Разработана математическая модель для исследования волновых напряжений во всыпных обмотках асинхронных двигателей при поступлении на нее прямоугольного импульса напряжения, на основе которой составлены алгоритм и программа расчета волновых переходных процессов.

7. Посредством сравнения экспериментальных и расчетных данных выполнена оценка адекватности созданной математической модели, показавшая ее приемлемость для проведения инженерных расчетов. Расхождение результатов не превышает 10%.

8. Показана возможность моделирования волновых процессов в обмотках асинхронных двигателей с помощью системы DesignLab с погрешностью, допустимой в инженерных расчетах.

9. Рассмотрено влияние соединительного кабеля между преобразователем частоты и асинхронным двигателем на характер волновых процессов. Предложены рекомендации по выбору длины и параметров кабеля, снижающие уровень возникающих перенапряжений.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Беспалов В Я., Зверев К.Н. Оценка волновых параметров асинхронных двигателей. // III международная конф. "Электромеханика и электротехнологии.": Тез. докл. — Клязьма, 1998. - С. 202.

2. Беспалов В.Я., Зверев К.Н. Импульсные перенапряжения в обмотках асинхронных двигателей при питании от ШИМ-преобразователя. // Электротехника. -1999. — №9.-С. 56-59.

3. Беспалов В.Я., Зверев К.Н. Влияние волновых процессов на изоляцию обмотки асинхронного двигателя, питаемого от ШИМ-преобразователя. // III Международная конф. по физ.-техн. проблемам электротехнических материалов и компонентов: Тез. докл.. — Клязьма, 1999. - С. 270.

4. Зверев К.Н. Влияние кабеля на волновые процессы в системе ПЧ - АД. // 6S Международная науч.-техн. конф. студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика.": Тез. докл. - М., 2000. - Т.2, с. 13-14.

-205. Беспалов В.Я., Зверев К.Н. Импульсные перенапряжения в системе асинхронный двигатель - ШИМ-преобразователъ. // Всероссийская науч.-практич. конф. "Системы управления электротехническими объектами.": Тез. докл. — Тула, 2000. - С.76.

Печ. л. Л> % 5- .- Тираж ЮС Заказ ¿37/

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.

Введение.

1. Частотно-регулируемые электроприводы и их компоненты

1.1. Принципы построения регулируемых асинхронных электроприводов.

1.1.1. Сравнительная характеристика методов регулирования скорости вращения АД с короткозамкнутым ротором.

1.1.2. Особенности частотного регулирования скорости вращения АД.

1.1.3. Принципы построения частотно-регулируемых электроприводов на базе АД с короткозамкнутым ротором.

1.2. Полупроводниковые приборы, используемые в силовой цепи ПЧ.

1.2.1. Обзор ключевых элементов силовой электроники.

1.2.2. Транзисторы ЮВТ.

1.2.3. Тиристоры ЮСТ.

1.3. Вопросы электромагнитной совместимости.

1.4. Обзор работ по теме диссертации.

1.5. Выводы.

2. Волновые процессы в АД и их математическое описание.

2.1. Процессы, происходящие в проводниках, изоляции и сердечниках АД при ВП.:.

2.1.1. Общие физические представления.

2.1.2. Распределение вихревого тока в проводниках.

2.1.3. Процессы в пакетах с шихтованной сталью.

2.1.4. ВП в изоляции.

2.2. Схема замещения обмотки при ВП.

2.3. Расчет волновых параметров АД.

2.3.1. Расчет магнитных волновых параметров.

2.3.2. Расчет электрических волновых параметров

2.4. Выводы.

3. Экспериментальная часть.

3.1. Экспериментальные исследования ВП в обмотках АД, питающихся от ШИМ-преобразователя.

3.2. Экспериментальные исследования ВП в фазе обмотки АД.

3.2.1. Воздействие импульса напряжения на обмотку АД.

3.2.2. Влияние короткозамкнутого ротора на ВП.

3.2.3. Влияние длительности, частоты следования и амплитуды импульсов на ВП в обмотке статора.

3.2.4. Влияние режима нейтрали на ВП в обмотке статора.

3.3. Распространение волны по виткам и катушкам обмотки.

3.4. Частотные характеристики обмотки.

3.5. Выводы.

4. Волновые напряжения в обмотке АД.

4.1. Расчет волновых напряжений в обмотках АД.

4.1.1. Предварительные замечания и исходные дифференциальные уравнения.

4.1.2. Начальные и граничные условия.

4.1.3. Решение дифференциальных уравнений ВП.

4.1,4. Учет влияния частотных зависимостей параметров обмотки АД.

4.2. Моделирование волновых переходных процессов с помощью системы DesignLab 8.0.

4.3. Влияние соединительного кабеля на ВП в обмотке АД.

4.4. Выводы.

Актуальность работы. В последние годы одним из основных, приоритетных направлений технической политики во всех развитых странах мира стало энергосбережение или рационализация производства, распределения и использования всех видов энергии. Это обуславливается, во-первых, ограниченностью, не-возобновляемостью всех основных видов энергоресурсов, во-вторых, непрерывно возрастающими сложностями их добычи, в-третьих, глобальными экологическими проблемами, возникшими в последнее время. В практическом плане необходимость энергосбережения диктуется резким, особенно в нашей стране, ростом цен на энергоресурсы.

Энергосбережение в любой сфере сводится к снижению потерь. Анализ структуры потерь в сфере производства, распределения и потребления электроэнергии показывает, что определяющая доля потерь (до 90%) приходится на сферу энергопотребления. Очевидно, что основные усилия по энергосбережению должны быть направлены именно на сферу потребления электроэнергии. Следует отметить, что в нашей стране до недавнего времени, в отличие от других стран, приоритет отдавался наращиванию добычи энергоресурсов и производству энергии. Сейчас под давлением обстоятельств ситуация начала изменяться, что отражено, в частности, в целевой федеральной программе "Топливо и энергия. Энергосбережение в России на 1996 - 2000 г.г." Подсчитано, что каждый процент экономии энергоресурсов дает прирост национального дохода на 0.35-0.4%.

Электропривод, являясь энергосиловой основой современного производства, потребляет около 60% всей вырабатываемой электроэнергии (рис.1); остальная доля приходится на электрический транспорт - 9%, электротермию и электротехнологию -10%, освещение и прочие потребители - 21%. Следовательно, основной эффект энергосбережения может быть получен в наиболее емкой сфере электропривода, что не умаляет значения подобных усилий во всех других сферах. шэп вэт

ЭиЭ

ОиПП

Рис.1. Доля электропривода в сфере потребления электрической энергии

Большая часть электроэнергии, потребляемая электроприводами, относится к электроприводам на основе повсеместно используемых асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором в диапазоне мощностей до 100 кВт. Это обусловлено неоспоримыми преимуществами АД перед другими типами электромеханических преобразователей энергии, а именно: низкой стоимостью и материалоемкостью, высокими технико-экономическими и эксплутационными показателями, отсутствием щеточно-коллекторного узла.

Единственным радикальным подходом к энергосбережению во всех технологиях, где используется электромеханическое преобразование энергии, следует считать применение регулируемого электропривода, т.е. подсистемы электрический преобразователь - двигатель, позволяющей управлять скоростью и моментом в нужном диапазоне с минимизацией потерь в двигателе и прочих затрат [64]. При этом реализуются все основные пути энергосбережения при одновременной оптимизации основного технологического процесса. Именно этот подход используется традиционно, часто на основе хорошо регулируемого электропривода постоянного тока, там, где требуется регулирование технологических координат (металлургия, металлообработка, кабельное, текстильное производство и др.)- Вместе с тем, массовый нерегулируемый электропривод (насосы, вентиляторы, компрессоры, транспортеры, конвейеры, деревообработка, агрегаты пищевой промышленности и т.п.) осуществляется на базе АД. В этой сфере основным направлением энергосбережения является переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому.

Это направление принято в мировой практике и интенсивно развивается [9], чему активно способствуют два совпавших во времени события: наметившийся дефицит и ощутимый рост стоимости энергоресурсов в мире и выдающиеся успехи силовой электроники и микроэлектроники, обусловившие появление в последние годы на мировом и отечественном рынках весьма совершенных и доступных электронных преобразователей электрической энергии. Как указывается в [3], к 2002 году на европейском рынке из общего числа продаваемых регулируемых приводов электроприводы переменного тока составят 68%, а электроприводы постоянного тока - только 15%, остальная доля приходится на механические и гидравлические приводы. Экономия электроэнергии при использовании регулируемого привода взамен нерегулируемого оценивается в размерах 25-50%, при этом капиталовложения окупаются за 0.5-2.0 года.

Кроме проблемы энергосбережения, регулируемый электропривод позволяет решать разнообразные и сложные технологические задачи практически во всех отраслях промышленности, спецтехники, транспорта, сельского хозяйства и быта.

Для электроприводов, построенных на базе АД с коротко-замкнутым ротором, единственным экономичным способом плавного регулирования в продолжительных режимах является частотный [35,68, 106, 111], основанный на использовании преобразователей частоты (ПЧ). Наиболее удачной в настоящее время и повсеместно принятой в мире компоновкой ПЧ является структура со звеном постоянного тока (рис.2), формирование высиловая часть

Рис.2. Структурная схема ПЧ со звеном постоянного тока ходных сигналов в которой осуществляется посредством широт-но-импульсной модуляции (ШИМ). Силовая часть такого ПЧ состоит из регулируемого выпрямителя, фильтра и автономного инвертора на основе ШИМ. Другие компоновки без использования ШИМ заметно уступают упомянутой либо по функциональным (циклоконверторы), либо по массо-габаритным и энергетическим показателям (преобразователи с инверторами напряжения и тока).

Проблемой создания регулируемых асинхронных электроприводов начали заниматься давно, после появления в 50-х годах на рынке управляемых полупроводниковых приборов - тиристоров и транзисторов. Однако в силу полууправляемости тиристоров и неспособностью транзисторов работать при высоких значениях напряжения и тока, эта проблема потеряла свою актуальность до недавнего времени, пока не были созданы новые типы мощных, полностью управляемых приборов силовой электроники. Тем не менее, регулируемыми приводами занимались многие ученые, что отражено в ряде публикаций [21, 23, 24, 32, 36, 40, 60, 74, 81, 83, 96, 115, 118, 119, 123, 129].

В качестве примера целесообразности использования частотно-регулируемых асинхронных электроприводов на базе ПЧ взамен нерегулируемых приведем опыт внедрения таких электроприводов в насосные станции административных и жилых зданий. На действующей насосной станции МЭИ в 1994 г. была реализована демонстрационная версия энерго-, ресурсосберегающей насосной установки [134] на основе современных ПЧ. На станции установлены четыре одинаковых насоса типа КМ 80-50-200, снабженые АД типа 4АМ16082ЖУ2 (15 кВт, 380 В, 29 А,

2900 об/мин) и стандартной станцией управления. При проведении предварительных испытаний в июле-сентябре 1994 г. использовались зарубежные ПЧ, а в ноябре-декабре 1994 г. испы-тывался преобразователь мощностью 20 кВА, разработанный в МЭИ, который с начала января 1995 г. находится в работе постоянно. Данные экспериментов свидетельствуют о значительном снижении потребляемой мощности: экономится до 50% электроэнергии и до 10% тепла в системе горячего водоснабжения, расход воды уменьшается на 20% за счет сокращения ее потерь. Кроме того, снижается неоправданный избыток напора при малых расходах, существенно уменьшаются динамические нагрузки на элементы гидросистемы и исключаются гидравлические удары за счет плавного пуска с постепенным повышением частоты, что уменьшает износ оборудования. Так же наблюдается снижение шума, что немаловажно при установке насосов в подвалах жилых зданий. Срок окупаемости 6-8 месяцев.

На выходе ПЧ с ШИМ-регулированием образуется серия импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды, но разной длительности, полезная составляющая которой имеет форму синусоиды заданной частоты и амплитуды. Длительность фронта импульсов определяется типом ключевых элементов преобразователя. Полупроводниковые приборы, используемые в качестве ключевых элементов ПЧ, их отличительные особенности и характеристики подробно описаны в 1 главе. Так, например, для широко используемых в современных ПЧ транзисторов с изолированным затвором (IGBT) длительность фронта импульса лежит в пределах от нескольких сотен наносекунд до нескольких микросекунд. Таким образом, на обмотку АД поступают импульсы прямоугольной формы с высоким значением du/dt, что вызывает протекание в обмотке волновых процессов (ВП). Под ВП следует понимать сложный комплекс физических явлений возникновения, распространения и быстрого изменения электромагнитного импульса вдоль цепи с распределенными параметрами (обмотка и магнитная система электрической машины).

Явления распространения и отражения волн при ВП имеют место в обмотке статора АД, а также в длинных кабелях, соединяющих зажимы двигателя и преобразователя. Отраженные волны, складываясь с питающим напряжением и ЭДС в обмотке статора, вызывают пики напряжения в линии, питающей АД, и перенапряжения в изоляции статора, которые воздействуют на изоляцию статорной обмотки с частотой переключения ШИМ 2. 20 кГц. Результирующие импульсы могут в 2 раза превышать амплитуду питающего напряжения. Таким образом, при работе от ПЧ изоляция двигателя испытывает намного большие напряжения, чем при работе от источника синусоидального напряжения такой же амплитуды и частоты. Кроме того при быстром нарастании напряженности электрического поля на фронте волны в изоляции машины возникают заметные диэлектрические потери. Все это приводит к быстрому старению изоляции, что сказывается на снижении надежности и срока службы электрической машины. Так по статистике фирмы "Siemens" срок службы АД при совместной работе с ПЧ составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч часов. Поэтому исследование ВП в частотно-регулируемых АД является актуальной задачей.

Проблемой изучения ВП в электрических машинах начали заниматься с начала 30-х годов в связи с защитой трансформаторов от грозовых перенапряжений, затем эта проблема была перенесена на турбо- и гидрогенераторы. В последние годы ВП стали предметом изучения в результате более широкого подхода к проблеме надежности корпусной и витковой изоляции в связи с коммутационными перенапряжениями. Большой вклад в исследование ВП в электрических машинах внесли отечественные ученые Абрамов А.И, Глазков Ю.А., Гольдберг О.Д., Горбунов Ю.К., Извеков В.И., Каганов З.Г., Карасев В.А., Лоханин А.К., Люлько В.А., Основич В.Л., Петров Т.Н., Суворов Н.И., Чагин Н.Л. и др. К сожалению, возникновению ВП при совместной работе АД с электронным преобразователем энергии не уделено должного внимания, и публикаций на данную тему в иностранной литературе [1, 2, 5, 12-15] встречается на много больше, чем в отечественной.

Необходимость исследования этих явлений возрастает с увеличением мощности и быстродействия ключевых элементов силовой электроники. Эффективный путь дает математическое моделирование ВП, результаты которого позволят еще на стадии проектирования приводов предсказать величины возможных перенапряжений и принять, если это необходимо, меры защиты.

Цель работы и задачи исследований. Целью настоящей работы является исследование ВП в обмотках АД, питающихся от ПЧ с ШИМ-регулированием, включающее в себя обзор и анализ современных электроприводов и электронных компонентов, расчет волновых параметров обмоток АД, математическое моделирование волновых напряжений и создание расчетных программ на ЭВМ, экспериментальные исследования.

Научная новизна. Научная новизна диссертации заключается в применении методов описания ВП в электрических машинах к быстротекущим явлениям, происходящим в обмотках АД при питании от

ПЧ, в создании математической модели таких процессов и программы расчета волновых параметров АД, в постановке экспериментов.

Практическая ценность. Представление методики и результатов исследований ВП в обмотках АД при питании от ШИМ-преобразователя. Инженерные рекомендации по уменьшению последствий возникновения ВП в обмотках АД.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались следующие методы исследований: математическое моделирование ВП, сопоставление с экспериментальными данными. Круг рассматриваемых задач потребовал использование фундаментальных курсов теоретической электротехники [22, 33, 97, 102, 138], теории волновых процессов в цепях с распределенными параметрами (длинных линиях) [72, 73, 75], математического анализа [20, 38, 55, 125, 127], физики электротехнических материалов [34, 65, 76], а так же обзоры по современным полупроводниковым приборам [6, 17, 44, 107, 114, 121, 122, 124].Все вычисления и графические построения производились на ПЭВМ с применением следующих пакетов программ: MathCAD®, DesignLab®, AutoCAD®, MS Word®, MS Excel®

Для реализации поставленных задач, были проведены научные исследования, по результатам которых на защиту выносятся следующие положения:

• Обзор и выбор электронных компонентов для силовой цепи ПЧ, их сравнительные характеристики с точки зрения быстродействия, энергосбережения и других функциональных свойств;

• Разработка математической модели для исследования ВП в АД и адоптация математических методов решения этой задачи;

• Экспериментальные исследования ВП в обмотках АД;

• Алгоритм и программа расчета волновых напряжений в обмотке АД на основе разработанной модели;

• Оценка адекватности модели и алгоритма на основе сравнения с экспериментальными данными.

Апробация работы. Основные положения проводимого исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• III международная конференция "ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ." МКЭЭ-98, Клязьма, 1998 г. [31];

• III международная конференция "ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И КОМПОНЕНТОВ." МКЭМК-99, Клязьма, 1999 г. [28];

• 6а международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА.", г. Москва, 2000 г. [61];

• Всероссийская научно-практическая конференция "СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ.", г. Тула, 2000 г. [30].

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ [28-31, 61].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 132 страницы, в том числе 41 рисунок на 37 страницах, 9 таблиц на 8 страницах и 139 наименований списка литературы на 16 страницах.

4.4. ВЫВОДЫ

1. При решении дифференциальных уравнений, описывающих волновые процессы, следует учитывать влияние частотных зависимостей параметров обмотки АД.

2. Результаты расчета волновых напряжений в обмотке АД на основе созданной модели сходятся с экспериментальными данными с погрешностью, соответствующей принятым допущениям и допустимой в инженерных расчетах.

3. Моделирование волновых напряжений в обмотке АД с помощью системы DesignLab показало возможность быстрого получения требуемых результатов с приемлемой точностью.

4. Проанализировано влияние параметров кабеля на волновые процессы в системе ПЧ - АД, в результате чего предлагается методика выбора длины и конструкции кабеля, позволяющая снизить уровень возникающих перенапряжений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации рассмотрены вопросы исследования волновых процессов в обмотке асинхронного двигателя, питающегося от преобразователя частоты с широтно-импульсным модулированием. Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Проведен анализ методов регулирования скорости вращения асинхронного двигателя, показавший, что наиболее экономичным и обеспечивающим технологические требования к приводимым во вращение механизмам является частотный метод, основанный на использовании преобразователей частоты с широтно-импульсным регулированием выходного сигнала.

2. Рассмотрены и проанализированы существующие полупроводниковые приборы и модули на их основе, используемые для построения силовой цепи преобразователя частоты. Показано, что лучшим среди них является биполярный транзистор с изолированным затвором ЮВТ.

3. Составлена программа и проведены вариантные расчеты волновых параметров всыпных обмоток различных типов асинхронных двигателей.

4. Проведены экспериментальные исследования волновых процессов в обмотке асинхронного двигателя 4А160Ь28, питающегося от преобразователя частоты типа Р-30-1.

5. Поставлены эксперименты по исследованию волновых напряжений в фазных обмотках асинхронных двигателей 4АА56А4Т2 и ДАО-160 при поступлении прямоугольных импульсов напряжения. Показано влияние параметров импульса на характер волновых процессов. Обнаружено, что неблагоприятная величина перенапряжений достигает двойного значения амплитуды поступающих импульсов.

6. Разработана математическая модель для исследования волновых напряжений во всыпных обмотках асинхронных двигателей, при поступлении на нее прямоугольного импульса напряжения, на основе которой составлены алгоритм и программа расчета волновых переходных процессов.

7. Посредством сравнения экспериментальных и расчетных данных выполнена оценка адекватности созданной математической модели, показавшая ее приемлемость для проведения инженерных расчетов. Расхождение результатов не превышает 10%.

8. Показана возможность моделирования волновых процессов в обмотках асинхронных двигателей с помощью системы DesignLab с погрешностью, допустимой в инженерных расчетах.

9. Рассмотрено влияние соединительного кабеля между преобразователем частоты и асинхронным двигателем на характер волновых процессов. Предложены рекомендации по выбору длины и параметров кабеля, снижающие уровень возникающих перенапряжений.

1. A. Von Jouanne, P.Enjeti, W.Gray. Application 1.sues for PWM Adjustable Speed AC Motors Drives. // IEEE Industry Application. - 1996. - September/October. - P. 89-94.

2. A.Binder. Armature Insulation Stress of Low Voltage A.C. Motors due to Inverter Supply (SIEMENS, Bad Neustadt, Germany). // C.5 Test and Measurements. P. 431-436.

3. A.C. Technology Anticipated to Boost Sales in Variable Speed Drives Market .// EPE Journal. 1996. - Vol.6. - №2. - P. 7-8.

4. A.Magzan. Oscilirajuci momenti u osovini asinkronog motora napajanog iz pretvaraca napona i frekvencije. // Automatika. -1995. №2. - P. 41-46.

5. A.Malfait, R.Reekmans, R.Belmans. Influence of High Switching Frequency on the Behaviour of Induction Motors. // PEMS'94 20-22 September 1994. Warsaw, Poland. - P. 1-6.

6. E.Carroll, S.Klaka, S.binder (ABB Semiconductors AG). Тиристоры IGCT. Новый подход к сверхмощной электронике. //Электротехника. 1998. - №7. - С. 46-53.

7. Guardado J.L., Venegas V., Melgoza Е., Cornick K.J., Naredo J.L. Transient Overvoltages on Electrical Machines During Pole Closure. // IEEE Power Engineering Review. Vol.18. - November 1998. - P. 46.

8. H.S.Chandrasekharaiah. Natural Frequencies and Transient Responses of 3-phase Rotating Machine Windings. // IEEE Trans.on Energy Conversion. Vol. EC-1. - №3. - September 1986. -P. 167-173.

9. Heumann K. Trends in semiconductors devices impact in power electronics and electric device. // International conference "Power electronics motion control". / Conference Publication. -1994. Vol.2. - P. 1288-1299.

10. Impulse Voltage Strength of AC Rotating Machine. // IEEE working group progress report. AIEE Trans. Vol.Pas.100. -№8. - August 1981. - P. 23-38.

11. J.L.Guardado, K.J.Cornick. Calculation of Machine Winding Electrical Parameters at High Frequencies for Switching Transient Studies. // IEEE Trans, on Energy Conversion. Vol.11. -№.1. - March 1996. - P. 33-40.

12. Juergen K. Stenke. Use of an LC Filter to Achieve a Motor-friendly Performance of the PWM Voltage Source Inverter. // IEEE Transactions on Energy Conversion. Vol.14. - №1. -September 1999. - P. 122-129.

13. R.Kaczmarek, M.Amar, F.Protat, Iron Loss Under PWM Voltage Supply on Epstein Frame and in Induction Motor Core. // IEEE Trans, on Magnetics. Vol. 32. - №1. - January 1996. - P. 189-194.

14. S.Chen, T.A.Lipo, D.Fitzgerald. Source of Induction Motor Bearing Current Caused by PWM Inverters. // IEEE Trans, on Energy Conversion. Vol.11. - №1. - March 1996. ~ P. 25-32.

15. Toliyat,H.A.; Suresh,G.; Abur,A. Estimation of Voltage Distribution on the Inverter Fed Random Wound Induction Motor

16. Windings Supplied Through Feeder Cable. // IEEE Power Engineering Review. 1999. - №.1. Vol.19. - P. 14.

17. W.McDermid, J.C.Bromley. Experience with Directional Couplers for Partial Discharge Measurements on Rotating Machines in Operation. // IEEE Trans, on Energy Conversion. Vol.14. -№2. - June 1999. - P. 175-184.

18. А.Райхман. IGBT-биполярные транзисторы с изолированным затвором фирмы "International Rectifier". // Электротехника. -1998. №1. - С. 63-64.

19. Абрамов А.И. О выборе испытательных напряжений витко-вой изоляции в высоковольтных двигателях. // Электричество. 1958. - №9. - С. 16-19.

20. Абрамов А.И., Извеков В.И., Серихин Н.А. Коммутационные перенапряжения в асинхронных двигателях серии 4А с упорядоченным расположением витков в катушках обмотки статора. // Межвуз. тем. сб. М. - 1985. - №73. - С. 35-38.

21. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. М.: Наука, 1964. - 772 с.

22. Андриенко П.Д., Кулиш А.К., Сидорский М.А. Состояние и перспективы производства и разработки частотно-регулируемого электропривода общего назначения. // Автоматизированный электропривод. / Под ред. Ильинского Н.Ф. М.: Энергоатомиздат, 1990. - С. 89-91.

23. Балабанян Н. Синтез электрических цепей. Пер. с англ. под. ред. Г.И. Атабекова. -M.-JI.: Госэнергоиздат, 1961. -416 с.

24. Баскин Л.Б. Динамические характеристики асинхронного ко-роткозамкнутого двигателя при частотном регулировании частоты вращения: Дисс. . канд. техн. наук. Фрунзе, 1979.

25. Белоруссов Н.И. Электрические кабели и провода. М.: Энергия, 1971. - 512 с.

26. Белоруссов Н.И., Гроднев И.И. Радиочастотные кабели. М.: энергия, 1973. - 328 с.

27. Бельман М.Х. Переходные процессы в микродвигателях постоянного тока при импульсном питании. Л.: Энергия, 1975. - 184 с.

28. Беспалов В.Я., Зверев К.Н. Импульсные перенапряжения в обмотках асинхронных двигателей при питании от ШИМ-преобразователя. // Электротехника. 1999. — №9. - С. 56-59.

29. Беспалов В.Я., Зверев К.Н. Импульсные перенапряжения в системе асинхронный двигатель ШИМ-преобразователь. //

30. Всероссийская науч.-практич. конф. "Системы управления электротехническими объектами.": Тез. докл. — Тула, 2000. С. 76.

31. Беспалов В.Я., Зверев К.Н. Оценка волновых параметров асинхронных двигателей. // III международная конф. "Электромеханика и электротехнологии.": Тез. докл. — Клязьма, 1998. С. 202.

32. Беспалов В.Я., Мощинский Ю.А. К вопросу проектирования частотно-регулируемых асинхронных двигателей малой мощности. // 1-ая Международ, конф. по электромеханике и электротехнологии МКЭЭ-94: Тез. докл. Суздаль, 1994. -Т.2, с. 72.

33. Бессонов JI.A. Теоретические основы электротехники. 8-е изд. - М.: Высшая школа, 1984. - Т.1, 559 е.; т.2, 231 с.

34. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. JL: Энергия, 1977. - 352 с.

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

36. Булгаков A.A. Частотное управление асинхронными двигателями. М.: Энергоиздат, 1982. - 216 с.

37. Вакуленко К.Н., Харлан Г.Д. Емкость всыпной обмотки относительно корпуса. //Изв. ВУЗов. Электромеханика. 1975. -№12. - С. 1268-1272.

38. Владимиров B.C. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1981. - 512 с.

39. Геллер Б., Веверка А. Импульсные процессы в электрических машинах. М.: Энергия, 1973. - 440 с.

40. Глазенко Т.А., Хрисанов В.И. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности. -Л.: Энергоатомиздат, 1983. 176 с.

41. Глазков Ю.А., Смирнов Ю.Р. Математическое моделирование волновых процессов в электрической машине. // Сложные электромагн. поля и эл. цепи. / Труды СибНИИЭ. 1968. -Вып. 12. - С. 24-27.

42. Гольдберг О.Д. Теоретическая и экспериментальная разработка методов расчета показателей надежности, ускоренных испытаний и контроля качества асинхронных двигателей: Дисс. . докт. техн. наук. Москва, 1971.

43. Гольдберг О.Д., Суворов Н.И. и др. Влияние коммутационных перенапряжений на надежность низковольтных асинхронных двигателей. // Электротехника. 1968. - №5. - С. 40-44.

44. Гончаров А. Серийно выпускаемые транзисторные преобразователи электроэнергии. // Электроника. 1998. - №3,4.

45. Горбунов Ю.К. Высокочастотная диагностика изоляции обмоток электрических машин: Дисс. . докт. техн. наук. Новосибирск, 1996.

46. Горбунов Ю.К. Емкостные параметры всыпной обмотки статора асинхронных двигателей. // Электротехника. 1978. -№9. - С. 42-44.

47. Горбунов Ю.К. Расчет волновых напряжений в электрическоймашине с учетом зависимости их параметров от частоты. // Сложные электромагн. поля и эл. цепи. / Труды СибНИИЭ. -1968. Вып. 12. - С. 31-35.

48. Горбунов Ю.К. Расчет продольных волновых параметров обмоток электрических машин. // Изв. ВУЗов. Электромеханика. 1969. -№10. - С. 47-52.

49. Горбунов Ю.К. Расчет собственных и взаимных активно-индуктивных волновых параметров катушек обмотки статора электрической машины. // Изв. СО АН СССР. Серия техн. наук. 1978. - Вып. 1. - №3. - С. 103-107.

50. Горбунов Ю.К., Основич В.Л. Влияние короткозамкнутого витка на волновые напряжения и параметры обмоток электрических машин. // Изв. СО АН СССР. Серия техн. наук. -1978. Вып. 1. -№3. - С. 130-134.

51. Горбунов Ю.К., Основич В.Л. Активно-индуктивные волновые параметры витка обмотки статора электрической машины. // Изв. СО АН СССР. Серия техн. наук. 1978. - №3. Вып. 1. - №3. - С. 127-130.

52. Горбунов Ю.К., Сваровский И.Н. Методика вычисления ак-тивно-индуктивных волновых параметров пазовых частей обмоток электрических машин. // Межвуз. сборник. Уфа. -1981.-№9.-С. 14-20.

53. Горбунов Ю.К., Черноярова О.В. Расчет волновых напряжений в электрической машине по упрощенной схеме замещения обмотки. // Межвуз. сборник. Уфа. 1981. - №9. - С.112-118.

54. ГорскийА.Н., Глазков Ю.А. К вопросу исследования импульсных переходных процессов в трансформаторах. // Изв. ВУЗов. Электромеханика. 1970. - №7. - С. 67-72.

55. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. Изд-во АН СССР, 1948. - 727 с.

56. Данилович М.С., Пославский М.О., Поляков В.И. Коммутационные перенапряжения при включении и отключении высоковольтных электродвигателей. // Электрические станции. 1973. - №1. - С. 68-70.

57. Дударенко З.И. Исследование волновых процессов в обмотках трансформаторов высших классов напряжения для преобразовательных подстанций. Автореферат дисс. . канд. техн. наук. Москва, 1973.

58. Евдокунин Г.А., Корепанов А.А. Перенапряжения при коммутации цепей вакуумными выключателями и их ограничение. // Электричество. 1998. - №4. - С. 2-15.

59. Ермыкин В.И. Электромагнитная совместимость асинхронного двигателя и компьютера в условиях сельских электрических сетей: Дисс. . канд. техн. наук. М.,1995.

60. Забродин Ю.С. Способы селективного исключения гармонических в автономных инверторах напряжения с широтно-импульсным регулированием. // Преобразовательные устройства для электропривода и систем питания. / Труды МЭИ. -1988. Вып. 178. - С. 41-42.

61. Зверев К.Н. Влияние кабеля на волновые процессы в системе

62. ПЧ АД. // 6~ международная науч.-техн. конф. студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика.": Тез. докл. - М., 2000. - Т.2, с. 13-14.

63. Извеков В.И. Исследование волновых процессов в высоковольтных гидрогенераторах напряжением 110 кВ: Дисс. . канд. техн. наук. Москва, 1971.

64. Извеков В.И., Сваровский И.Н. Исследование витковых перенапряжений в обмотке статора промышленного высоковольтного гидрогенератора. // Труды МЭИ. 1975. - Вып. 217. - С. 34-35.

65. Ильинский Н.Ф. Электропривод и энергосбережение. // Электротехника. 1995. - №9. - С. 24-27.

66. Иоссель Ю.Я., Кочанов Э.С., Струнский М.Г. Расчет электрической емкости. 2-е изд. - Л.: Энергоиздат, 1981. -287с.

67. Исследование внутренних перенапряжений на изоляции крановых асинхронных электродвигателей: Отчет по научно-исследовательской работе. / ЛПИ. Л, 1977. - 127 с.

68. Исследование волновых процессов в обмотках статоров двигателей типа 4АН: Отчет по научно-исследовательской работе. / МЭИ. М., 1984. - 86 с.

69. Исследование путей построения энергосберегающих устройств управления асинхронными двигателями промышленного и бытового назначения: Отчет по научно-исследовательской работе. / МЭИ. М., 1996. - 166 с.

70. Каганов З.Г. Волновые напряжения в электрических машинах. М.: Энергия, 1970. - 210с.

71. Каганов З.Г. Волновые процессы в электрических установках. Учебное пособие. - Уфа: УАИ, 1980. - 85с.

72. Каганов З.Г. Волновые явления в электрических машинах. -Новосибирск: Изд-во АН СССР, 1964. 325с.

73. Каганов З.Г. Волновые явления в электрических цепях с распределенными параметрами. Учебное пособие. - Уфа: УАИ, 1976. - 85 с.

74. Каганов З.Г. Электрические цепи с распределенными параметрами и цепные схемы. М.: Энергоатомиздат, 1990. -248с.

75. Кадацкий А.Ф. Гармонический анализ электрических процессов в многофазных импульсных преобразователях постоянного напряжения с ШИМ методом регулирования. // Электричество. - 1997. -№3. - С. 28-33.

76. Кадымов Я.Б. Переходные процессы в системах с распределенными параметрами. М.: Наука, 1968. - 190 с.

77. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей. Справочная книга. 3-е изд. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. -415 с.

78. Карасев В.А. Теория расчета напряжений в обмотках трансформаторов. // Электричество. 1944. - № 11,12.

79. Карасев В.А. Теория электромагнитных процессов в обмотках. М.: Госэнергоиздат, 1946. - 96 с.

80. Карасев В.А., Каганов З.Г. Распространение волн в обмоткахэлектрических машин. // Электричество. 1949. - №4. - С. 23-27.

81. Карасев В.А., Склянкин A.B. К расчету перенапряжений в трансформаторных обмотках. // Электричество. 1952. -№11. - С. 16-21.

82. Ковалчин С., Лабунцов В.А. Транзисторные инверторы с ШИМ на микропроцессорах для электропривода переменного тока. // Преобразовательные устройства для электропривода и систем питания. / Труды МЭИ. 1988. - Вып. 178. - С. 28-30.

83. Коськин Ю.П. Синтез электромеханических преобразователей, совмещенных с электронными компонентами. // Электротехника. 1995. - №3. - С. 36-38.

84. Куделько А.Р. Автоматизированный частотно-регулируемый электропривод с асинхронными двигателями. Владивосток, 1992. - 186 с.

85. Лоханин А.К. Вопросы координации изоляции электрооборудования высокого напряжения для сетей переменного тока в мировой практике. // Электричество. 1997. - №5. - С. 3-5.

86. Лоханин А.К. Расчет колебательных процессов в обмотке с электростатическим экраном. // Электричество. 1971. - №9. -С. 45-49.

87. Лоханин А.К. Расчет перенапряжений в катушечных обмотках трансформаторов. // Электричество. 1967. - №4. - С. 36-39.

88. Лоханин А.К. Расчет перенапряжений внутри катушки в обмотке трансформатора. // Электричество. 1970. - №3. - С. 37-42.

89. Лоханин А.К., Погостин В.М. Продольная емкость катушечных обмоток трансформаторов. // Электротехника. 1965. -№12. - С. 24-28.

90. Люлько В.А. Влияние напряжения на волновые параметры обмоток электрических машин. // Электросила, Госэнергоиз-дат. 1959. -№17. - С. 38-41.

91. Люлько В.А. Волновые параметры турбогенераторов. // Электричество. 1960. - №9. - С. 16-17.

92. Люлько В.А. К расчету входных сопротивлений и эквивалентных параметров цепных схем, применяемых при моделировании обмоток электрических машин. // Изв. ВУЗов. Энергетика. 1962. - №5. - С.44-50.

93. Люлько В.А., Мамонова A.M. Измерения коммутационных перенапряжений в электрических машинах. // Электросила, Госэнергоиздат. 1959. - №24. - С. 27-33.

94. Люлько В.А., Мамонова A.M. Перенапряжения в блоках генератор трансформатор. // Электричество. - 1968. - №5. -С. 22-26.

95. Люлько В.А., Мамонова О.М. Емкостные характеристики обмоток электрических машин. // Труды ВНИИЭМ. Ленинградский филиал. 1962. - Т.15. - С. 53-56.

96. Мамедов Ф.А., Маруев С.А. Методика исследования динамики асинхронных двигателей с учетом волновых явлений. // Межвуз. сборник. Омск, 1985. - С. 19-21.

97. Муконин А.К., Харченко А.П., Трубецкой В.А. Частотно-токовый электропривод. // Автоматизированный электропривод. / Под ред. Ильинского Н.Ф. М.: Энергоатомиздат, 1990. - С. 81-83.

98. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. 3-е изд. - JL: Энергоиздат, 1981. - Т.1, 533с.; т.2, 415с.

99. О совместимости преобразователя и двигателя в асинхронном электроприводе. / Малинин Л.И. Малинин В.И. Макель-ский В.Д. Тюков В.А. // Электричество. 1996. - №5. - С. 31-35.

100. Опыт разработки и внедрения IGBT-инверторов для асинхронного электропривода./ Калашников Б.Е., Лещенко В.М ., Ольшевский В.И., Фейгельман И.И. // Электротехника. -1998. №7. - С. 24-32.

101. ЮО.Основич В.Л. Емкость всыпной обмотки асинхронного двигателя относительно корпуса. // Межвуз. сборник. Уфа, 1982, N10. С. 147-150.

102. Ю1.0снович В.Л. Параметрические свойства всыпных обмоток электрических машин при высоких частотах: Автореферат дисс. . канд. техн. наук. Томск, 1982.

103. Основы теории цепей. / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, A.B. Нетушил, C.B. Страхов. 4-е изд. М.: Энергия, 1975. - 750с.

104. Петров Г.Н. Волновые переходные процессы в обмотках асинхронной машины. // Электрические машины. М. Энергоиздат, 1974. - 4.2. - С. 202-203.

105. Петров Г.Н. К расчету перенапряжений в трансформаторах. // Бюллетень ВЭИ. 1935. - №12. - С. 28-39.

106. Петров Г.Н., Абрамов А.И. Междувитковые напряжения в обмотках электрических машин при волновых процессах. // Электричество. 1954. - №7. - С. 9-15.

107. Юб.Поздеев А.Д., Ларионов В.Н. К вопросу о снижении энергопотребления при применении регулируемых электроприводов насосных агрегатов. // Электротехника. 1994. - №3. - С. 38-43.

108. Полупроводниковые устройства для частотного управления асинхронными двигателями. / Конев Ю.И. и др. М.: МАИ, 1989. - 72 с.

109. Протанский С.А. Электромагнитные параметры асинхронного двигателя при частотно-импульсном управлении. // Электричество. 1974. - №5. - С. 44-48.

110. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0. М.: Солон, 1999. - 698 с.

111. Реуцкий H.A. Исследование коммутационных перенапряжений в низковольтных короткозамкнутых двигателях: Дисс. . канд. техн. наук. Киев, 1977.

112. Розанов Ю.К. Рябчицкий М.В. Современные методы улучшения качества электроэнергии (аналитический обзор). // Электротехника. 1998. - №3. - С. 10-17.

113. Н.Розанов Ю.К. Состояние и тенденции развития силовых полупроводниковых приборов. // Выпуск ассоциации инженеров силовой электроники, 1998. С. 1-2.

114. Рудаков В.В. и др. Асинхронный электропривод с векторным управлением. JL: Энергоатомиздат, 1987. - 134 с.

115. Рюденберг Р. Переходные процессы в электроэнергетических системах. М.: Изд-во иностр. лит., 1955. - 714 с.

116. Рюденберг Р. Явление неустановившегося режима в электротехнических установках. M.-JI.: ГНТИ, 1931. - 515 с.

117. Семенов Н.П. Исследование автоколебательных свойств системы "асинхронная машина автономный инвертор - резисторы. // Электричество. - 1998. - №8. - С. 29-33.

118. Серихин H.A. Волновые процессы в обмотках статора высоковольтного гидрогенератора с внутренней защитой от перенапряжений: Дисс. . канд. техн. наук. Москва, 1980.

119. Силовые IGBT модули. Материалы по применению. // М.: ДОДЕКА, 1997. 84 с.

120. Силовые полупроводниковые приборы. Сборник. / Под ред. В.В.Токарева. Воронеж: 1995. - 438 с.

121. Снегульский Г.А. и др. Импульсное регулирование коротко-замкнутым электродвигателем. / Снегульский Г.А. и др. -М.: Информэлектро, 1969. 60 с.

122. Современные мощные полупроводниковые приборы и их функциональные особенности. / В.И.Галанов, Ю.А.Шершнев, М.К.Гуревич, М.А.Козлова. // Электротехника. 1998. - №3. -С. 48-52.

123. Справочник по специальным функциям. / Под ред. М.Абрамовича и И.Стригана. М.: Наука, 1979. - 832с.

124. Суворов Н.И. Исследование коммутационных перенапряжений и их влияние на надежность изоляции низковольтных асинхронных двигателей: Дисс. . канд. техн. наук. Москва, 1973.

125. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. М: Наука, 1977. - 735 с.

126. Ткачук A.A. Исследование переходных процессов инвертор-ного торможения асинхронного двигателя при питании от преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией. Автореферат дисс. . канд. техн. наук. Екатеринбург, 1999.

127. Хасаев О.И. Транзисторные преобразователи напряжения и частоты. М.: Наука, 1966. - 176 с.

128. Хелемская С.П. Исследование коммутационных перенапряжений в обмотках асинхронных двигателей: Дисс. . канд. техн. наук. Ленинград, 1979.

129. Чагин Н.Л. Измерение частичных емкостных параметров трехфазных обмоток электрических машин. // Электротехническая промышленность. Серия электрические машины. -1984. Вып. 6(160). - С. 51-53.

130. Чагин H.JI. Исследование волновых свойств всыпных обмоток электрических машин при импульсных испытаниях изоляции: Дисс. . канд. техн. наук. Новосибирск, 1974.

131. Чагин H.JI. К расчету волновых параметров всыпных обмоток электрических машин. // Изв. СО АН СССР. Серия техн. наук. 1973. - Вып. 2. - №8. - С.126-133.

132. Частотно-регулируемый электропривод насоса системы водоснабжения зданий / A.B. Кудрявцев, Д.Д. Богаченко, А.Н. Ладыгин и др. // Вестник МЭИ. 1995. - №1. - С. 35-36.

133. Шваб Адольф Й. Электромагнитная совместимость. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 480 с.

134. Шляхин Л.Г., Бондарева Г.Г. Коммутационные перенапряжения в однофазных асинхронных двигателях. // Электротехника. 1984. - №12. - С. 26-30.

135. Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник. / Бе-лоруссов Н.И. и др. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 536 с.

136. Электротехнический справочник: В 3 т. /Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. 7-е изд., испр. и доп. - М.: энергоатомиздат, 1985.

137. Юнидрайв модели габаритов 1-4.// Инструкция по установке.- UDIU4, Control Techniques Drives Ltd., England. 1998. -42 с.