автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Разработка и исследование математических моделей электромашинных преобразователей для агрегатов гарантированного питания

г р

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

/Г

О/}

На правок рукописи

Гордиловский Андрей Альбертозич

Разработка и исследование математических моделей элетаромашинянх преобразователей для агрегатов гарантированного питания

05. 09. 01 - электрические машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертаций на соискание ученей степени кандидата технических каук

Москва - 1694

Работа выполнена ка кафедре алактроиехамики Московского

энергетического института (Технического университета)

Научтч^ руководитель - кандидат технических наук, доцент Воярияов Г. И.

0$ицйальяда олпоненгк,- доктор технических наук, ■ профессор Шакрряк КХ Г.

кандидат технических наук Яохов ЕЛ.

Вгдуийя организаций - Научно-нроиззодстзенное

объединение' "ЭНЕРГИЯ", г. Москва

Седита диссертации состоится "/Р. " 1994 г.

на раседакия специализированного Совета К. 053.16.04 Московского энергетического института (Технического университета) в аудитории М-6П в 14 ;>ае. 00 шн.

Отеь;в на аьторезерат в двух экземплярах, заверенный гербовой лечатьд, просим направлять ио "'адресу: 105835,- ГСП, Москва, Е-ЙБО. ул. Красяотагармекная, 14, Ученый Совет ЮЛ

С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке МЭ&

Автореферат разослан " ^ " - 1994 г.

В. А. Морозов

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Практически .псе отрасли промышленности, научно-технические центры, а также большинство современных хозяйственных структур имеют электроприемники, критичные к качеству и надежности электроснабжения. .

Широкая компьютеризация и создаьие автоматизированных систем управления технологическими процессами на базе ЭВМ и вычислительных комплексов, появление технологических процессов, нарушения- или отклонения в холе которых могут создать опасность для жизни и здоровья л.одей или привести к порче дорогостоящего оборудования и материалов, делают обеспечение бесперебойного снабжения ответственных потребителей электроэнергией повышенного качества одной из важнейших технических задач настоящего времени.

Бесперебойность снаОжеьия ответственных потребителей электрической энергией в современных условиях должка достигаться применением специальных систем гарантированного электроснабжения (СГЭ), обеспечивающих требуемое качество электроэнергии и исключающих перерывы питания, длительность которых превосходит допустимый нагрузкой уровень.

Существующие СГЭ в большинстве случаев имеют в своем составе серийные электрические машинк. Использование машин специального исполнения, предназначенных для работы в конкретных элект- . рсмехбнических системах, позволит значительно улучшить технические и массогабаритные показатели СГЭ. В связи с этим проблема разработки таких машин является актуальной.

Имеющиеся в настоящее время методики автоматизированного расчета электрических машин переменного тока ориентированы в основном на серийно ьыпускаемые машины классического исполнения. Поэтому для успешного решения задачи по созданию специальных электрических машин для СГЭ необходимо разработать алгоритмы и программы расчета этих машин, в которых будут учтены особенности конструкции, условия работы и взаимосвязь различных составляющих сложной электромеханической системы.

Рель работы. Цель» диссертационной работы является создание математических моделей электромашинных преобразователей (ЗМП) я системе гарантированного электроснабжения, теоретическое и экспериментальное исследование статических и динамических режимов работы двухмашинных преобразователей энергии, выработка рекомен-

- А -

даций по оптимальному проектированию преобразователей малой и средней мощности.

Задачи работы. В диссертации поставлены и решены следующие задачи:

- уточнение технических требований к качеству электроэнергии. обеспечиваемому универсальными СГЭ;

- выбор базовой конструктивной схемы преобразователя для резрабатыьаемого отрезка серии электромашинных агрегатов гаран-• тированного питания; _ __

- создание алгоритмов и программ проектного расчета электрических машин, специально предназначенных для работы в составе ЭШ;

- разработка математической модели электромагнитных, электромеханических и тепловых процессов приводного двигателя для стационарных и нестационарных режимов работы;

- разработка математической модели генератора в системе ЭЫП с учетом математического описания регулятора напряжения и нагрузки; • •*

- создание алгоритмов и программ расчета электромеханических я тепловых процессов ЭИП в режимах пуска, нормальной работы на ¡гагрузку и аварии в первичной сети;

- экспериментальное исследование статических и динамических режимов работы преобразователей разрабатываемого отрезка серии и оценка параметров качества выходного напряжения;

- экспериментальное исследование теплового состояния преобразователей, разработка мероприятий по снижению нагрева и совершенствованию систем вентиляции.

Методы исследования. В работе использованы аналитические, экспериментальные и численные методы исследований с применением ЭВМ. При разработке математических моделей применялась теория обобщенного электромеханического преобразователя энергии. Решение систем дифференциальных уравнений производилось методами Ру-нге-Кутта и Гира. При. расчете процесса пуска ШП был использован метод кусочно-линейной аппроксимации. Программы для ЭВМ нслисаны на алгоритмическом языке F0RTRAN-77. Экспериментальные исследования проводились на опытных и серийных образцах электрсмашшшых агрегатов гарантированного питания мощностью 7,5 и 15 кВт.

Научная яовлзна. Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:

- разработана математическая модель сложной электромеханической системы, включающей в себя электрические мыгшн, инерционные накопители энергии, регулятор выходного напряжения и нагрузку. позволяющая исследовать электромагнитные, электромеханические и тепловые процессы в стационарных и нестационарных режимах работы; . '

- определены критерии для расчета приводных двигателей электромеханических систем с больиими маховыми массами;

- определено влияние активных сопротивлений обмоток асинхронного двигателя (АД) заданных габаритов на максимальное значение температуры обмотки статора и найдено оптимальное соотношение этих параметров;

- установлены оптимальные соотношения для плотности тока в обмотке статора АД для систем с инерционными накопителями;

- предложено применять комбинированный метод расчета пуска ЭМП. согласно которому первый бросок тока и его загухание определяются с использованием схемы замещения АД для динамического режима, а' дальнейший расчет ведзтся по статической характеристике методом кусочно-линейной аппроксимации;

- исследовано влияние характера нагрузки ЭМП на время гарантированного электроснабжения потребителей в случае исчезновения напряжения в первичной сети;

- разработана гидравлическая модель вентиляционной системы . двухмашинной установки продуваемого исполнения, с помощью которой намечены пути интенсификации охлааденм.

Практическая ценность. На основе проведенных в диссертационной работе исследований разработана обобщенная математическая модель электромашинного преобразователя энергии. Предложенная модель позволяет оценить работоспособность электрических машин в системе преобразователя и возможность обеспечения требуемых показателей качества выходного напряжения в нормальных и аварийных режимах, не прибегая к помогл эксперимента.

Использование разработанных пакетов прикладных программ позволяет ускорить выполнение проектных расчетов специальных электрических машин и повысить их точность, обеспечивает возможность решения задач оптимизации ЭМП непосредственно в заводских условиях, снижает объем экспериментальных исследований и сокращает сроки опытно-конструкторских разработок.

Предложенный комбинированный метод расчета пуска Э№ обес-

- о -

печнвае? достаточно точный учет реального характера электромагнитных и тепловых процессов в приводном двигателе, дает хорошую сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований и существенно сокращает необходимое машинное время.

Проведенные в работе исследования позволили выработать рекомендации по проектированию ЭШ1 к приводных АД высокоинерционных электромеханических систем. ----

Реализация результатов. Но результатам работы на Вяземском' электротехническом заводе (ВЭТЗ) модернизирован агрегат гаранти-ронаинсго питания мощностью 7,5 кВт, нштсно серийное производство новых агрегатов модностью 15 кВт, проведена эскизная проработка агрегата мощностью 30 кВт, разработанные пакеты прикладных программ внедрен« е КБ ВЭТЗ, что подтверждено актами о внедрении. Агрегата были использованы с составе системы электропитания га-рап:чрсьакного качества АСУ стартового комплекса разработки НПО-"анергия" при подготовке и пуске МРКК "Энергия - Буран".

Результата исследований, выводы и рекомендации использованы на ВЭТЗ при разработке технических проектов, а т&Ске на кафедре электромеханики Оболенского филиала МЭИ в учебном процессе.

На защиту выносятся:

- базовая структурная схема и варианты конструкции универсальных ЭШ; ■

- глгоритмы и программные комплексы проектных расчетов приводного АЛ и бесконтактного синхронного генератора (СГ), учитывающие особенности конструкции и условия работы этих .машин в составе ЭШ!;'

- математическая модель двухмашинного преобразователя энергии, позволяющая рассчитывать электромагнитные, электромеханпче- . ские и тепловые процессы в режимах пуска и работы амп на нагрузку; '('"-''

- алгоритм и программный комплекс для расчета стационарных и нестационарных режимов работы ЭШ;

- применение методигаГрасчета пуска &МП, базирующейся на использовании статической характеристики электромагнитного момента приводного АД;

- гидравлическая модель аксиальной системы вентиляции двухмашинного агрегата одшжориусяого исполнения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных научно-технических се-

минарах "Организация электроснабжения в условиях перерывов и значительных отклонений напряженка питающей сети" <г. Саранск, 1987 г.), "Организация электроснабжения ответственных потребителей" (г. Саранск, 1991 г.), V Всесоюзной научно-технической конференции "Динамические режимы работы электрических машин и,электроприводов" (г. Каунас, 1988 г.), II Всесоюзной корференцк -"Маховичные накопители энергии" (г. .лтомир, 1989 г.), Всесскз-ной научно-технической конференции "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта" (г. Днепропетровск, 1990 г.), отраслевых научно-технических семинарах по вопросам развития систем гарантированного питания.(г. Краснодар, 1990-91 гг.), научно-практической конференции, посвященкш 30-летию С§ МЭИ (г. Смоленск, 1991 г.), заседании кафедры "Электро- • механика" МЭИ (г. Москва, 1992 г.).

Публикации. По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 11 печатных работ и выполнено 3 научно-исследовательских отчета.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа объемом 148 страниц состоит из введения, пяти глав, заключений, списка литературы из 110 наименований и приложения. Работа содержит 102 страницы машинописного текста, 42 рисунка. 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении показана актуальность данной работы, сформулирована цель и поставлены задачи исследований, определена научная новизна и практическая ценность результатов работы.

"В первой главе проводится анализ требований, предъявляем!« различными ответственными потребителями электрической энергии как в нашей стране, так и за рубежом, к качеству напряжения, на основании которого формулируется обобщенный комплекс технических требований к качеству электроэнергии, необходимый для создания универсальных СГЗ.

Одним из основных элементов СТЭ является агрегат гарантированного питания (АГП). В общем случае АГП приставляет собой комплекс преобразовательных и переключающих устройств, обеспечивающий а случай исчезни»: ения напряжения или недопустимого ухудшения качества электрической энергии на входе перевод питания

потребителей с одного источника на другой. Б настоящее время актуальной является задача разработки серии электромашинных агрегатов, причем в первую очередь - ее отрезка, охватывающего диапазон малых и средних мощностей (приблизительно до 50...60 КВт) с примерным шагом по шкале мощностей 10...20 кВт. Наиболее существенными достоинствами таких ДТП являются максимальная простота обеспечений требуемых параметров выходного напряжения в сочетании с относительно малыми массой и габаритными размерами и ' сравнительно низкой стоимость» оборудования, высокая надежность, работоспособность в экстремальных условиях, а также универсальность. Под универсальностью преобразователя следует понимать обеспечение им в заданных режимах работы показателей качества электроэнергии на аыходе, удовлетворяющих требованиям большинства групп ответственных потребителей.

Неизменность качества электроэнергии на выходе преобразователя даже при значительных по величине и длительности отклонениях параметров электроэнергии на его входе является решающим аргументом в пользу создания серии универсальных электрбмашинных АГЛ на базе преобразователей последовательного подключения.

Яскиз такого ЭШ1 приведен на рис.1. Приводной АД с корлко-замквутыч ротором и СГ с когтеобразными полюсами и внешнезамкну-тым потоком смонтированы в едином корпусе 5, в который запрессованы пакеты их статоров 1 и 2. роторы обеих электрических машин находятся на общем валу 4. ЭМП снабжен двумя стальными дисковыми маховиками 3. Катушки обмотки возбуждения 6 крепятся на стальные диски ?, которые оапрессоианы в станину и являются элементом ма-гнктопровода.

При постоянной подаче напряжения от внешнего источника питания установка работает как обычнш преобразователь, получая электрическую ?члрги» и преобразуя ее в механическую, а затем вновь в электрическую, которая поступает к потребителю.

При аварии во внешнем источнике питания электроэнергия на вход установки не поступает, и ротор 5МП вращается за счет кинетической энергии маховиков, преобразуя ее в электрическую рнер-гив, которая поступает к потребителю. Преобразование кинетической энергии маховиков длится в пределах времени гарантированного электроснабжения, обеспечиваемого установкой, до подключения резервного источник, питания.

Рис.1. Эскиз ЗМП

Во второй главе проведен критический обзор литературы по математическому моделированию АД, работающих в динамических режимах.

Выявлены особенности расчета стационарного режима приводного АД в системе ЭШ. Главными из них являются невозможность про--ведения расчета аэродинамических потерь и потерь трения в подшипниках по обычным методикам вследствие существенного перераспределения потерь мощности в АД "из-за наличия маховиков, а тоске необходимость значительного уменьшения плотности тока в обмотке статора по сравнению с серийными машинами. Разработана программа, 'осуществляющая проектный расчет и расчет статических характеристик приБодного АД, имеющего на статоре полузакрытые пазы трапецеидальной Формы, а на роторе - двойную клетку без открытия паза.

Математическая модель процесса пуска ЭШ в осях координат и, V, 0 представлена следующей системой нелинейных дифференциальных уравнений

г. р1 ] = г г ] х г ! ] ь с в ] рЗ - тг с мс - м )

р8 - 1 - Э ,

где [ pi 3 - colon С pisu. Pisv. Piru. Pirv Э

С 7. ]

l В

1

colon [

1

Ts

- (l-S-'6s)

6j- »

"тГ

6r-(l-S) (Usu "

l"S+6s J_

rs

-бг- (1-S) 6r

1-6

б-и5б

1-6 , 1 (Uru ~ ~ Usu) . , ., б-иГб бг 6-Ure

6L •(Urv

■U,u)

Tr

-6s-. (1-S)

1. Tr

l-S-6

■ 1

6S- (1-S)

6s

Tr -(l-S-6) 1

Tr

б-Use 1-6

(Usv -

1-6 6S

•Urv).

6r

Usv) 1

M _ Cm'( Isv'iru - isu'lrv ) Xs - Xi + Xm Xr " Хг + Xm . Ts Xm „ Xn;

Rs

i - 6s-6r .

Xr Rr

Xs Xr

Us6 = Xs'I/s , Urs ~ Xr"I« . Is " -1нф .

Tj

Pn

J-Wl"

См

wi

где р - оператор дифференцирования' по времени; 1зи, *ги. 1Г7, 11зи. игу, 0ги, иГУ - проекции векторов токов и напряжений статора и ротора /Л на оси и. V; Б - скольжение; 0 - угол поворота ротора; Мс - момент статической нагрузки; Хь Хг - индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора; Хщ -главное индуктивное сопротивление; - активные сопротивле-

ния фаз статора и ротора; рп -число пар полюсов; Л - момент инерции вращающихся частей, 1НФ - номинальный фазный ток.

Нестационарные тепловые процессы предложено моделировать с помоиью системы дифференциальных уравнений вида

s

[рУ]-[А]х1У) + [В]. (2)

где У1 (1 - 1'-5) - перегрев соответственно лооогои, пазовой час тей обмотки статора, сердечника статора, ротора и внутреннего охлаждающего воздуха; элементы матриц1! А определяются тепловыми проводимостями Ли между элементами ЭТС.

С А 3

Ло^Лмв Л«

Ла Сп

Aa+hKC Сп

Аме Сс

О

сп

38 Ср

О

Лмв

Сл

О

Аре Лсв+ЛсЛсс/SA

Сп

Лив

С*

Лов+(1-Лсс/СЛ)Лсо

Apç-t-Лр Ср

_Лрв_ "Св

Сс

Лрв Ср

ai7

ае

ai7

Лмс+Лрс+Лсз+ (1-Асз/ШЛсс

Лмв+Лсв+Лрв+ЛсЛсс/ЕЛ

W - Лс+Лсс+Лс .

С В 3 - colon ( Pi/Ci ), i - 1+5, Pj - потери моадости в элементах ЭТС, Ci - полные теплоемкости соответствующих узлов.

На основе данных математических моделей и явных методов численного интегрирования разработал алгоритм расчета электромагнитных, электромеханических и тепловых процессов,в приводном АД в стационарных и нестационарных режимах работы ЭШ.

В третьей главе теоретически обосновывается выбор тупа бесконтактного СГ для работы в составе 3MTI. Представлена конструктивная схема выбранного генератора с указанием путей основного магнитного потока и потоков рассеяния, составлена схема замещения его магнитной цепи. При расчете статических характеристик таких машин определенную трудность представляет у-m их харак-

0

тернах особенностей: наличия внешнего магнитопровода, сложной, полюсной системы ротора и картины распределения магнитных потоков. С помощью разработанного алгоритма и программного комплекса проектного расчета СГ с когтеобразными полюсами, помимо учета перечисленных особенностей, решается задача обеспечения работоспособности генератора при 15%-ном снижении частоты вращения и номинальной нагрузке. '

Математическая модель ЭМП в рабочем состоянии должна быть расширена за счет введения в нее дифференциальных уравнений генератора. Для исследования работы ЭМП при.исчезновении напряжения в первичной сети ("выбег"), включении, отключении симметричной нагру&ли и изменении ее по величине наиболее целесообразным представляется использование уравнений Кирхгофа для контуров сг,лтора и ротора СГ в ортогональной системе координат й, д. 0. С учетом математического описания нагрузки система уравнений генератора в матричной форме выглядит следую'цим образом

£ рЗ 1 - [ г .] х I I 3.+ I Б ) . где С рI 3 — colon ( pid. piq, plf ) ; RH+R

(3)

I Z ]

бц

■Xr

(l-S)-^.Xf

Rf 6«

'Xad

- (1-S)

Xa+Xd Xh+Xq

- (1-S)

Xad

Rh+R 6H '

Xad

- (1-S)

Хн+Xq

■Xad

. Xa+Xq

X„+Xd

Rr

) ;

t В ] - colon ( -Uf-^-, 0,

6« ' 6н

On " Xf ( Xd +, XH ) - Xad2:

ill- colon ( Id. lq, if) »

где Ud. U4, id. iq - проекции векторов напряжения и тока статора на оси d. q; Xd, Xq. Xad. Xf - индуктивные сопротивления СГ; p -оператор дифференцирования по времени; S - сколычние приводного двигателя; LH, Rh - параметры нагрузки.

Для стабилизации выходного напряжения ЭМП применяется сис-

тема фазового компаундирования. Математическая модель такой системы с -учетом действия корректора напряжения может иметь следующий вид

Uf - 1.15 + Л,2-С U v id-Xd ) - Кч-1* . Ш

где U - текущее значение напряжения СГ;

Кч - AUf/Aik - коэффициент усиления системы фазового компаундирования по цепи корректора.

Цепь корректора представлена апериодическим звеном

Р1к - Нк-( 1 - / Ud^ + ) - i„ ] (б)

где Тк и Кк - постоянная времени и коэффициент усиления корректора.

Изменение частоты выходного напряжения ЭМП в переходных ре- • жимах работы можно оценить по изменению скольжения приводного двигателя

дз _ Мс - м )-Л1 , (6)

где Рп - число пар полюсов АД ; J - момент инерции ЗМП; Мс - Мп + МТр + Мг - нагрузочный момент двигателя ( Мп, Мтр, Мг -тормозные моменты от трения ; подшипниках, вращающихся частей о воздух и генераторный).

Переменные АД (токи, электромагнитный момент и т.д.) при изменении режима работы ЗМП определяются по Т-образной схеме замещения двигателя.

Таким образом, разработаны алгоритм и программа расчета стационарных и нестационарных режимов, связанных с работой ЭМП ча нагрузку. Данный алгоритм позволяет проследить изменения напряжения и частоты на выходе ЭМЛ при изменении режима его работы, а также может быть использован для определения момента инерции и выбора типа маховиков для СГЭ с инерционными накопителями энергии.

Четвертая глаза посвящена реализации разработанных математических моделей на ЭВМ. Оценена роль нестационарных режимов в рабочем процессе Ь!Ш, определены важнейшие дииамич -ские показатели ЭМП.

Так как на практике исследование процесса п)«ка ЭМП путем

- И - _ ..

непосредственного решения системы уравнений (1) связано с чрезмерно большим расходом машинного времени, предложен и опробован способ расчета пуска, согласно которому первый бросок тою и его затухание определяются с использованием схемы замещения для динамического режима, а дальнейший расчет ведется по статической характеристике электромагнитного «омегта приводного мД методом кусочно-линейной аппроксимации. _

В соответствии с предложенным способом осуществлена коррекция алгоритма и программы расчета переменных АД в стационарных и нестационарных режимах, что дало возможность проводить практические расчеты процесса' пуска ЭШ1.

С помощью разработанных программ исследованы динамические режимы,, имеющие место ти пуске ЗШ1 и работе на нагрузку. На основе анализа динамических режимов доказана возможность использования рассматриваемых в работе ЭШ в качестве базовых модулей универсальных СГЭ.

Пятая глава посвящена проверке адекватности разработанных математических моделей ЭШ,. анализу результатов экспериментальных исследований и выработке рекомендации по проектированию ЭМП последовательного подключения.

Для проверки адекватности разработанных экерготепловых моделей реальным преобразователям были использованы методы измере- . ния электрических величин и температур элементов ЭМП и осциллог-рафирования токов и напряжений. Экспериментальная часть работы проведена на опытных и серийных образцах агрегатов гарантирован- . ного литания АГШ-7,5 и АГ1Ы5 мощюстью 7,5 и 15 кВт соответственно, работавших как автономно, так и в составе комплексов гарантированного электроснабжения "ПРИМА".

Экспериментальной проверкой подтверждена правомерность применения комбинированного метода расчета переменных приводного АД - при пуске ЭШ. Осциллограмма на-рис.2 показывает, что колебания тока статора АД наблюдаются лишь в течение 0,06 с с момента начала пуска, а далее- устанавливается практически неизменное, в течение длительного временного интервала его значение. Поэтому без большой погрешности переменные приводного двигателя при пуске могут определяться по схеме замещения АД для статического режима.

Сравнение экспериментальных и расчетных, графиков изменения выходного напряжения и его частоты в различных режимах работы < ЭШ! показывает их вполне удовлетворительное совпадение.

Рис.2. Ток статора привозного АД при пуске ЭМП

Для-экспериментальной оценки теплового состояния преобразователей в различных их частях были размещены терморезке горы. Установлено, что максимальные значения температуры обмоток статоров приводных АД во время пуска превосходят температуру обмоток при длительной работе ОМП с номинальной натру;; .ой.

С целью определения влияния параметров АД заданных габаритов на максимальное значение температуры 0 обмотки статора во время пуска ЭМП этот режим был исследован на разработанной математической модели яля преобразователя мощностью 15 кВт. Данные расчетов показывают, что основное влияние на температуру 0 оказывают активные сопротивления обмоток статора Яг и ротора Как видно из рис.3, наиболее благоприятно в тепловом отношении для обмотки статора АД сказываются уменьшение !?1 и увеличении Так при уменьшении в 3 раза температура лобовой части ол уменьшается в 1,77 раза. При изменении же Кг происходит и смещение времени достижения максимальной температуры кроме того, с уменьшением увел'.г.изаегся и время, в течение которого т.°ч пература обмотки держится на уровне, близком к максимуму (рис. О.

Разработана гидравлическая модель аксиальной системы вентиляции двухмашинного агрегата. Проведена рчечетная и эксперимен-

0,01 0,01»

Рис. 3. Зависимость максимальной температуры лобовой

и пазовой 1>п частей обмотки статора АЛ от активных сопротивлений .....

ю»

и

»«,«15

- J / »л« 1.1Г

/ \

у V Их »в,«5

Г

юв

и

1го

к

-- ч.

^л»

чо

10

12.0 «. О

чо . ю

Рто. 4. Зависимость температуры лобовой части обмотки статора АЛ от активных сопротивлений

тальчея оценка систем вентиляции ЭМП однокорпусногй исполнения, зыязлены узлы, обладающие наибольшем гидравлическим сопротивлением, исследовано влияние расположения вентиляционных окон на корпусе преобразователя к* нагрев его элементов в режимах дли-. Тельной работы с номинальной нагрузкой и пуска. Предложены мероприятия по интенсификации охлаждения.

По итогам проведенных исследований приняты рекомендации по проектированию ЗМП и пригодных АД высокоанерционных электромеханических систем.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании анализа требований различных электроприемников к качеств" напряжения и бесперебойности питания сформулирован обобщенный комплекс технических требований, предъявляемых ответственными потребителями к качеству электроэнергии.

2. Выработан критерий для разработки универсального преобразователя энергии - обеспечение в заданных режимах работа показателей качества электроэнергии, удовлетворяющих требованиям всех групп ответственных потребителей при максимальной степени надежности и минимуме экономических затрат.

3'. По результатам анализа типов, особенностей конструкции и функционирования известных преобразователен з?:-ргии, а также способов связи преобразователей с перричнымс источниками энергии, сделан выбор в пользу электромашинного преобразователя последовательного подключения, предложены его структурная схема и ■. конкретная конструкция.

4. Разработана математическая модель, с помощью которой описаны электромеханические и тепловые процессы, при запуске ""П. Преобразователь в данной модели рассматривается как сложная электромеханическая система, состоящая из приводного АД и инерционных элементоз (маховичныг накопители и вращающиеся части СГ). Учтена возможность изменения конструкции и параметров маховиков.

5. Предложен и, проверен экспериментально способ расчета пуска ЭМП, согласно которому первый бросок тока и его затухание определяются с использованием схемы замещения для динамического режима, а дальнейший расчет ведется по статической характеристике методом кусочно-линейной аппроксимации.

■ б. Выявлена необходимость проектирования природных АЛ л ля

- 18 - ^ _ .. ЭШ с икзрциошшми накопителями не на установившийся, а на пусковой режим, так как температуры элементов АД при пуске превышают температуры соответствуют;« злеменюв в продолжительном режиме работы.

7. разработаны алгоритм и программа расчета переменных приводного АД с учетом особенностей его работы в системе ЭМП.

8. Разработаны алгоритмы и программы, позволяющие рассчитывать электромагнитные, электромеханические и тепловые процессы в пригодном АД з стационарных и нестационарных режимах работы ЭМП.

9. Разработана математическая модель СГ в системе ЕЖ с, учетом математического описания активно-индуктивной нагрузки и регулятора напряжения.

10. Предложены алгоритм и программа расчета нестационарных электромагнитных.и электромеханических процессов, возникающих при работе сЧП на нагрузку. Помимо прймого назначения программа может .быть использована для выбора типа и параметров маховиков для ЭМП различной мощности д разными уровнями граничных напряжения и частоты. ..

11. Исследовано влияние активных сопротивлений АД заданных габаритов на максимальное значение температуры обмотки статора во'время пуска ЕШ. Найдено оптимальное с данной точки зрения соотношение параметров.

- Л2: Установлено, что при разработке специальных АД для систем с инерционными накопителями значение плотности тока в. обмотке статора не может быть принято по аналогии с серийными машинами равной мощности. Выработаны__рекрмендачии по выбору плотности тока на этапе проектного расчета двигателя. • ■

13. Исследовано влияние характера нагрузки на время гарантированного электроснабжения потребителей в случае исчезновения

, напряжения в первичной сети.

14. На основе теоретических и экспериментальных исследований выработана рекомендации по внесению изменений в систему вентиляции существующих установок гарантированного питания мощностью 7,5 кВт.

Материалы диссертации 'опубликованы в следующих работах:

1. Ташоко В. Б., Воярипов Г. И,, Гордиловский /-А. Работа агрегата гарантированного питания при нестабильном напряжении се-

ти//Всееоюь. науч. -тех. семинар "Организация электроснабжения в условиях перерывов и значительных отклонений напряжения питающей сети": Тез. докл.-М.. 1687. О. 4-5.

8. Бсяринов Г. И.. Тапско В. Е , Гордиловский А. А. Пусковые, процессы в синхронном двигателе автономного источника питания// Изв. вузов. Электромеханика.-1988. -Н 1.-0. 36-42.

3. Талюко а Е , Бояринов Г. И., Гордиловский А. А. Пуск и самозапуск СД с большим! м:.г"овыми массами на ралуУ/У Бсесоюз. науч. -тех. конф. "Динамические режимы работи элестрическнх машин и электроприводов": Тез. докл. Часть 2.-Каунас, 1988. С. 101.

4. Бояринов Г. Л , Максимшн В. Л. , Гордиловский А. А. Применение мгховичяых накопителей энергии для систем бесперебойного электроснабжения//!] Бсесоюз. конф. "Маховишшэ накопители энергии": Тез. докл.-Житомир. 1989. С. 13-14.

5. Бояриноь Г. И., Макеимкин В. Л. , ГордилоЕскиЯ А. А. Пути снижения энергопотребления в системе гарантированного электрос-набхеьяя//Все^ош. лауч. -тех. конф. "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта": Тез. дом. -Днепропетровск, 1990. С. 169-191.

6. Бояр;;.чов Р. И., Макеимкин В. Л , Гордиловский А. А. Особенности &алуска слохных электромеханических систем приходным асинхронным двигателем//1/1 Всессга. науч. -'ех. конф. "Динамические режимы работы элестричееких машин и электроприводов": Тез. докл. Часть 1.-Бишкек, 1991. С. 35.

7. Бояринов Г. И. , Макеимкин ЕЛ. , Гордиловский А. А. Динамика автономного синхронного генератора в агрегатах гарантированного питания//VI Р^есоюз. науч. -тех. конф. "Динамически:? режимы работы электрических маший ¡1 электроприводов": Тез. дают.

:1асть 2. -Бкккек, 1991. С. 40.

8. Гордиловский А. А. , Гояриноэ Г. И. , Макеимкин В. Л. Опит разработки агрегатов гарантированного питания средней мощности// Всесовэ. науч.-тех. семинар "Организация электроснабжения ответ-ственкнх потребителей": Тез. до;«.-Саранск, 1991. С. 8 0.

9. Бсяринов Г. И. , Аксимкик В. Л., Гордиловский А. А. Особенности расчета приводною асинхронного двигателе агрегата гарантированного электроснабжения: Современные проблемы энергетики 'л электро?ехники//Тр. ан-га/Мэ с к. энерг. ин-т. 1991. 0. 30-34.

10. Бояринов Г. И., Макеимкин В. Д., Гордиловский А. Л. Авто-

го

матизированное проектирование бесконтактных синхронных генераторов для систем гарантированного элжтросна5жения//Науч. - практ. конф., посеящ, сО-летию СФ \Ш: Тез. докл. -Смоленск,- 1991. С. 47.

11. Гордиловский А А.' К вопросу о создании серии элегсгрома-шинных агрегатов гарантированного питания: Электромеханика, силовая преобразовательная и электронная техника//Тр. ин-та/Смол. '1 фил. Мос11 энерг. ин-та. Был. 4. 1993. С. 57-59. ■ .

счатн

¿и /СО ' г^йо

Типографии МЭН, Красноказарменная, 13.