автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Создание системы электротехнических устройств управления с улучшенными технико-экономическими показателями на основе резонансно-параметрических преобразователей

ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГ6 од

На правах рукописи

ЛОКАРЕВ Валентин Иванович

СОЗДАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ НА ОСНОВЕ РЕЗОНАНСНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

05. 09 03—Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Одесса 1995

Диссертация представлена в виде рукописи.

Работа выполнена в Украинском государственном морском техническом университете, г.Николаев.

Официальные оппоненты

1. Доктор технических наук, ВМСЕШО Анатолий профессор » Анисимович

2. Заслуненный деятель науки и ШААРиЮБ Виталий техники Украины, доктор Степанович технических наук, профессор

3. Доктор технических наук, КУТКОВЕЦ&Й Валентин профессор Яковлевич

Ведущая организация - АО Украинский научно-исследовательский институт технологии судостроения, г.Николаев.

Защита состоится 22 коня 1995- г. в 14 час. на заседании специализированного совета Д 05.06.03 при Одесском государственном политехническом университете пи адресу: 270044, г.Одесса, пр.Шевченко, I, ауд.Пэу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "2.0"_

года.

Ученый секретарь специализированного совета 1 АНДРк)42НК0 О.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБСШ

Актуальность темы. Современные судовые и общепромышленные электромеханизмы и установки предъявляют всё возростаюпще требования к качественным показателям обслуживающих их устройств измерения, защиты и управления. В'акнейшими направлениями совершенствования этих устройств являются' расширение использования методов стандартизации /унификация, типизация, взаимозаменяемость/, повышение стойкости к помехам и другим факторам, надёжности, улучшение массо-объёмных характеристик. Комплексное решение этой проблемы, учитывая её сложность и противоречивость, требует нетрадиционных■для рассма? гриваемои области методов, принципов и форм реализации. К их числу можно отнести, например, системный подход, функциональную интеграцию, явление параметрического резонанса и т. д.

Системный подход позволяет выявить.общие функциональные признаки данного множества устройств, необходимые для реализации общих, т.е., взаимозаменяемых элементов. Этим создаётся принципиальная основа взаимозаменяемости элементов наиболее высокого уровня иерархии структуры, унификации, типизации, функциональная интеграция обеспечивает возможность снижения объёмов и масс устройств. В общем случае можно применить элементную интеграцию, что означает использование интегральных микросхем /И'.С/, и физическую, при которой интегрируются не элементы, а физические явления, свойства, эрфекты. Последняя интенсивно развивается в послед'гие годы в электронике. Ьтим методом в данной работе реализован базовый йункционалы-ый блок /Б^Б/ системы устройств в виде резонансно-параметрического преобразователя /РПП/. РПП представляет собой относительно простую структуру и известен своими широкими функциональными возможностям! и стойкостью к. помехам и другим воздействиям..Основу РПП составляет резонансный контур, один из реактивных параметров которого модулируется по периодическому закону.

Проблема взаимозаменяемости, типизации и у.даЪинации, снижения объёмов и масс, повышение стоимости и надёжности электротехнических устройств /ЭТУ/ измерения, защиты и управления, направленная на сокращение затрат труда и материалов при проектировании, изготовлении и обслуживании, является актуальной.

Цель работы - соеданич научно обоскова*иых принципе! совершенствования электротехнических устройств измерения, защиты и управления, обзс-ечиватщи:: сокращение числа их типов, ззалмозаиенязт-сть элементов верхнего уровня иерархии структура, улучшение уде.: ных массо-оСьёмных показателей, повышение сто'.кссти и нядезкоетя.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- на основе анализа функционирования группы ЗТУ различного назначения, выполненного с позиций системного подхода, выявлены их общие функциональные свойства и признаки, сформулированы требования к элементному базису системы устройств;

- разработан элементный базис /ЭБЗ/ системы устройств и структура частных устройств, собираемых на его основе;

- обоснован выбор метода физической интеграции при разработке базового функционального блока /ШЪ/ и предложена форма реализации этого, метода- резонансно-параметрическии преобразователь / РПП/;

- разработаны и исследованы математические и физические модели РГШ ; •

предложен алгоритм формирования частных устройств системы Э1У, на его основе разработаны системы устройств контроля, защита: и уп-ргвления, особенностью которых является то, что все они построены на РШ.

Результаты испытании экспериментальных образцов ряда устройств, реализованных как частные устройства системы с базовым функциональным блоком в виде РПП, служат подтверждением тому, что поставленная цель достигнута.

Методы исследований. Использованы методы системного подхода, дифференциального и интегрального исчисления, асимптотические методы медленно меняющихся амплитуд /ММА/, гармонического баланса. При исследовании характера колебательных процессов в контуре РПП и явления автомодуляции использовано математическое моделирование на АВМ. Метод построения статистическои модели на основе полного факторного эксперимента применён для оценки вклада различных факторов в функцию отклика. Широко использован метод экспериментального исследования физических моделей РГШ с осциллограрированием переходных процессов.

Научная новизна диссортационнол работы заключается в том, •что разработаны:

I. Концепция построения ЗТУ измерения, защиты и управления электроустановок и механизмов, как системы устройств на общем оле-ментном базисе и едином базовом функциональном блоке, предусматривающая широкое применение методов стандартизации, повышение удельных массо-объёмг!.;х показателей, столкости к помехам и другим Факторам, надёжности.

2. ЕазовыЧ функциональный блок, реализованный методом огизиче-скои интеграции в виде резонансно-параметрического преобразователя, соответствующий принятым направлениям совершенствования ЭТУ, характеру разрабатываемых устройств и условиям их функционирования, требованиям невысокой стоимости и простоты.

3. Основы теории устройств автоматизации энергоустанопок на РПП, определяющие ремим колебании, структуру, способы формирования сигналов и характер их преобразовании, контролируемые параметры

/ устройства точной автоматической синхронизации, измерения частоты, сдви"а г?аз, моментов и сил нагрузки, активного, реактивного и обратного токов /.

4. Принципы управления асинхронным электродвигателем и концепция достаточной защищенности асинхронного электропшвода, основанные на свойстве РПП возбуждать колебания в контуре при модуляции индуктивности и срывать их под действием расстроечного или диссипа-пативного механизмов, на использовании в качестве модулирующего сигнала тока нагрузги электродвигателя, упрощающем реализацию токо-еых защит, расширяющем функциональные и информационные возможности электропривода.

5. Новый для рассматриваемой области вид ЭТУ - многофункциональное устройство /?>Г'У/ - реализуемое на основе Физической интеграции, перенастраиваемое на выполнение функций разных устройств, работающих последовательно, т.е., неодновременно, параллельно или смешанно.

6. Инженерные методы расчёта устройств на основе резонансно-параметрических преобразователей.

Идеи и принципы, пологеннвэ в основу устройств на РПП, подтве-' рздены результатами их испытании в лабораторных и производственных условиях. Большинство разработанных устройств' защищено авторскими свидетельствами на изобретения.

Практическая ценность. I. Единообразие структуры, общность элементного базиса и базового функционального блока позволяет сохранить номенклатуру разрабатываемых, изготавливаемых и обслуживаемых изделии и, следовательно, снизить затраты на проектирование, -производство и эксплуатацию электротехнических устройств. Етагода-ря функционально/! интеграции обеспечизаегся уменьшение материало-и энергоёмкости устройств. Погаледаю экономичности способствуя? тахгэ предлагаемые меры и ср-едстьа. энергосберегеник.

2. Расширение фуннц я защита позволяв', сократить материальные потери, связанные с выходом оборудования иа сгрея, продлить ресурс

электродвигателей, а в сочетании с бездуговой коммутацией и другими мерами повысить пожаробезопасность электрооборудования, предотвратить тем самым возможность больших убытков и человеческих жертв.

3. В результате диссертационной работы для практического использования предложено простое и надёжное средство с уникальными возможностями, позволяющими измерять моменты нагрузки / а.с.232554, 431410, 572670/, частоту / а.с.577468/, активный, реактивный, обратный токи / а.с.607150,729531,943967/, осуществлять автоматическую синхронизацию / а.с. 467433, 983893/, регулировать напряжение генератора / а.с. 864483, 951625/, управлять асинхронными двигателями

/ а.с.957389, 1117776, 1427533, 1682370/, устройством бездуговсм коммутации / а.с. 1185415/, осуществлять защиты / а.с. 1043698, 1109491/-, не требуют,ее дорогих или дефицитных материалов, еысокол квалификации обслуживающего персонала, перестройки сложивсеися технологии производства.

4. Использование научных положений диссертационной работы в учебном процессе позволяет познакомить студентов с такими современными методами, как системный подход и физическая интеграция, способствует развитию системных взглядов'и системного мышления, активизирующих процесс познания.

Достоверность научных результатов подтверждена на уровне аналитических исследований, экспериментов на физических моделях РПП, испытаний реализованных на его основе устройств. Адекватность математической модели РПУ доказана получением известных зависимостей для резонансного контура, рассматриваемого, как частный случал параметрического при отсутствии модуляции параметра. Выводы о характере колебаний, полученные в результате аналитических исследований, подтверждены при осциллограЬировании процессов в Физических моделях. Доказательством дистоверности научных результатов является и то, что необходимые структуры и условия работы ряда устройств были "предсказаны" вначале при исследовании математических моделей, а затем реализованы практически.

Реализация результатов работы. Работа выполнена на каиедре электрооборудования судов УГМТУ в соответствии с координационным планом научно.1гсследоватальских работ по комплексной программе "Наг учкые основы электроэнергетика" на 1985»-1990 п,1.9.2.2.1.'А1;1

УССР, отраслевыми программами ""Малотоннажное судостроение", "Еезог пасность на море". По пррйреме в :ННИ дед руководством автора вычо=-лнено 14 НИР,

Результаты научнис дае£ик«№ЭшШ зго теме диссертации использо»-вакы в учебном процессе-: з г^дае дакций '"Судовые автоматизировали*-

ие привода", читаемом на электротехническом факультете УГМ1У /разделы " Системный подход при разработке ЭТУ", " Проблема достаточности за!'51ты АЗД и пути её решения'/; в лабораторных работах по тому же курсу / работы "Исследование РПП", "Исследование многофункциональной зациты АЗП", "Исследование электропривода рулевого устройства"/; при курсовом и дипломном проектировании.

Результаты работа внедрены на предприятии п/я A-7I69, г. Ленинград / бесконтактное устро1ство для управления АЗД/, на НТЗ, г.Николаев / рекомендации по расчёту и использованию паратрансов ЕИП типа ЕПС9/, на почтамте,г. Николаев / многофункциональная защита асинхронных электродвигателей/. Результаты работы использованы при разработке программного нагрузочного устродства для испытания без-баллерных шпилей и следящих лебёдок на предприятии п/я 3684, г. Николаев /измеритель момента нагрузки/. Материалы разработок направлялись по запросам организаций п/я B2I55, г. Ленинград, п/я AI046, г. Ульяновск, ПО Иркутскэнерго /Братск/, ПО Узеньэнергонефть, Гурь-евская обл., других организаций и предприятий.

Осноеной эФЬект от использования выполненных исследований и разработок - техниксмэкономический и социальный, т.к. направлен на повышение надёжности , снижение трудоёмкости, облегчение обслуживания. Расчётный экономический эффект составляет I млн. руб., экономический э-М>ент, подтверждённый документами, составляет 224 тыс. руб. / в ценах 80-х годов./.

Антюбапия габоты. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на научном семинаре по нелинейным цепям при кафедре ТСЗ' и ЗФ МЗИ в апреле-1975 г.; на научно-техническом совещании в ЦНИИ СЯТ, г. Ленинград, в декабре IS34 г.; на всесоюзной научно-технической конференции по ¡¿алотоннажному судостроении, г. Николаев, 1987 г.; на научном семинаре 20.3. " Математические модели '.ункционироваччя автоматизированных систем" секции НС АН УССР при ¡Окном научном центре в 1987 и 1988 г.г.,г. Николаев; на научном се-_минар« инженерного центра по ГАПам ЛПИ в 1989 г.,г. Ленинград ; на научно-технических конференциях- профессорско-преподавательского состава НКИ в 1970-1993 г.г. и одесской морской академии в 1985 г. Раз-.работки автора экспонировались на ВДНХ в 1982 и в 1989 s.r.

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 29 статьях, в основном в союзиых и республиканских изданктх / Известия АН СССР, Электричество, Электротехника, Известия Еузоз, Судостроение и др./, одна публикация в' зарубежом издажк / CEA /,в 19 изобретениях.

Структура и объем диссертации. РаОота состоит из введения, семи глав, заключения,изложенных на 300 страницах машинописного текста, иллюстрированных 92 рисунками, списка литературы 139 наименований ь приложения.

На защиту выносятся:

1. Концепция и методология совершенствования определённого класса электротехнических устройств контроля, защиты и управления энергетических установок и электромеханизмов путём расширения стандартизации / типизации и взаимозаменяемости элементов верхнего уровня иерархии структуры/, улучшения удельных ыассо- объёмных показателей, повышение надёжности и стойкости.

2. Теоретические обоснования и принципы построения электротехнических устройств автоматизации энергоустановок на РПП в режиме усиления.'

3. Теоретические обоснования и принципы построения устройств управления и защиты асинхронных электродвигателей на РПП в режиме генерации. Концепция достаточной защищенности АЭП и её реализация.

С0££РШ\НИШ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность исследования, определены цель и основные задачи работы, дана краткая характеристика мьтодов их решения, отмечены учёные, внесшие наибольший вклад в их развитие, уточнена некоторые термины, используемые в работе.

В первой главе на основе анализа .функционирования произвольного множества электротехнических устройств, выполненного с позиций системного подхода, показано, что их функционирование.связано с преобразованием ограниченного числа электрических величин - напряжения I), тока I , сдвига йаз ^ , частоты £ , При необходимости преобразования других оизических величин /температура, давление и др./ последние могут быть приведены к основным электрическим величинам с помощью соответствующих датчиков ; - одни устройства преобразуют сигналы в аналоговой форме и выполняют алгебраические операции, другие - в дискретной форме, а математическим; операциями являются логические операции; - преобразования сигналов характеризуются величинами к знаками чувствктельностеР преобразования. Так, устройство автоматического регулирования напряжения УАРП в аналоговой АЧзрме преобразует сигналы ил и ^ со следующими знаками чузс-твительностей: ЗН^О,

?'ти зх. величины, также в аналоговой Форме, преобразуются устройством автоматического рехулированил частоты УАРЧ. Отличие только в

знаке чувствительности преобразования сдвига Фаз / Э-КО /. Устройство автоматического переключения источников питания УАПП преобразует напряжение / Зи^О/ и частоту /5^?0/, в отличие от УАРН и УАРЧ преобразование выполняется в дискретной форме, а математиче-' ской операцией является дизъюнкция. Устройство автоматической синхронизации УАС в дискретной форме преобразует величины {) , У , «ри выполняет операцию конъюнкцию, дополнительной операцией УАС является временной или фазовый сдвиг опережения.

Электротехнические устройства предложено классиоицировать по следующим признакам : по преобразуемым величинам / типа " I) - ", " и - 1 - з " и др./; по форме преобразования сигналов / аналоговые, дискретные/; по выполняемым математическим операциям / алгебраические, логические /; по знакам чувствительностей преобразования сигналов / +, 0, - /.

Для обеспечения взаимозаменяемости элементов верхнего уровня и типизации предложено перейти от индивидуальной к совместной разработке Р1У, как системы устройств с общим элементным базисом З'БЗ. Последний состоит из функциональной части, выполняющее! преобразования электрических сигналов и математические операции, и типоеых блоков / командо-элпараты, блоки коммутации, залиты и т.д./. функциональная часть элементного базиса интегрирована в одном блоке, получившем название базового функционального блока (При этом выбран метод -Физической функциональной интеграции, что обусловлено характером функционирования рассматриваемого класса устройств / преобразование небольшого числа электрических сигналов, ограниченны;! объём перерабатываемой информации, относительно невысокие требования к быстродействии и точности /, условиями их работы / высокие уровни помех, атмосферных, механических и других воздействий /, со- • обращениями невысокой стоимости и простоты. Физическая интеграция по сравнению с элементной может обеспечить большую помехоустойчивость - благодаря возможности выбора стойкой элементной базы и оптимального отношения сигнал/ помеха. Физическая интеграция, кроме того, позволяет достичь более высокой степени интеграции за счёт интеграции функциональной части устройства с блоком питания, что для .элементной интеграции невозможно, функциональная интеграция обесле-чивает снижение "бъёма, приходящегося на кэядуэ функцис преобразования сигнала.

Известным элементом, реализованным методом Физической ичтеграции, являете:- резонансно-параметрический преобразователь (ИТЛ). Свидетельством сироких функциональных возможностей ГСП является диага-

зон решаемых с его г.змощью задач - усиление, генерация сигналов, преобразования частоты, фаз, трансформация, стабилизация и др. В режиме усиления РПП преобразует электрические сигналы U , 1 , Î? и^ в аналоговой Форме, в режиме генерации- в аналоговой и дискретной. Амплитуда- колебаний в контуре и выходной сигнал РПП зависят от модулей входное сигналов, задающего и модулирующего, которые могут быть как напряжениями, так и токами, от угла сдвига Фаз между ними, от частоты входных сигналов.- Знаки чувствительностей S определяются выбором рабочих участков на соответствующих характеристиках - подъёма / S>0 /, спада /5<0/, горизонтального /5~0/, достигаемого выбором параметров контура. Абсолютную величину чувствительности S преобразования можно изменять с'помощью модулирующего сигнала или подборок параметров контура. Таким образом, РПП может выполнять преобразования основных электрических величин U , I , У и t в аналоговой или дискретной Форме, изменять величины и знаки чувствите-лььостей S , выполнять необходимые математические операции. Свойства РПП соответствуют требованиям, предъявляемым к базовому функциональному блоку системы электротехнических устройств. РПП монет использоваться в качестве КБ.

Полный перечень требований к РФ не всегда является обязательным. Есё зависит от конкретной системы и составляющих её подсистем, т.е., частных устройств. Например, если все частные устройства системы аналоговые, отпадает необходимость для ЕГБ в дискретных преобразованиях и логических операциях. Большинство ЭТУ не требуют преобразования всех осноеных электрических величин.

В5Е входит во все частные устройства данной системы, перенастраиваясь на Функции данного частного устройства. Состав типовых.блоков от устройства к устройству изменяется. Все элементы элементного базиса , В5Б и типовые блоки,используются в шогоФункциональных устройствах, которые, кроме того, снабжаются элементами перехода, от Функций одних устройств к функциям других.

Множество устройств, собираемых их элементов данного элементного базиса и имеющих общий КБ, приобретает свойство системы. Системообразующими являются связи и - отношения, вытекающие из общности элементного.базиса и базового функционального блока, а новым интег-ративным свойством - взаимозаменяемость элементов верхнего уровня иерархии структуры. Так как подсистемы рассматриваемой системы, т. е.,частные устройства, не взаимодействуют между собой в процессе работн, то последняя является системой не функционирования, а разработки.

Втов?я глава посвящена математическое описанию РПП в режимах усиления /РПУ/ и генерации /РПГ/.

Решение для контурно Л цепи РПУ, содерлсапей акти31?ую проводимость С , ёмкость С и индуктивность ¿^ /рисЛ/, питаемой от источника тока (/ = 1щ С05(С01+Я) , (I) в поедположенич, что индуктивность изменяется по закону

лш=лв/ц+тооь(Им1/+ад С2) м м

монет быть представлено в виде двух частотных составляющих Ц,и ир напряжения контура

2.

■ х

СофШгс^Мт^^ РО

(4)

и _ ш+тмыту ,

х СсФМ^-о^уМщ) >

г"е (Л' и р»Цо Л1р> Лот - относительные и абсолютные составляющие напряжения основной и разностной частот, абсолютное напряжение цепи при отсутствии модуляции индуктивности / ГП =0 /;

»Щг-иОСр» Ус. " собственная частота контура, частоты входного сигнала, модуляции, разностная,относительные расстройки; ИЛ > £6 > 0,0 - отнссителзная и обобщенная глубины модуляции индуктивности, добротность контура, обобщенный угол сдвига "Ьаз.

Выражения и (4) представляют собой зависимости составляющих \)о и 1)р от расстроек ^с и Щ при различных параметрах контура. При^=0 разностная частота ЬЬ не совпадает с основной, и в контуре устанавливается асинхронный друхчастотныЯ ре.-;им. Реэульпгрувщие ''олеСаннл имеют терму биения. Установлено, что прл ^<С||кслебачия ничтотао малы, приОД<^у<1 значения Ц) нХ^ близ та Оста , при состазля-

гаиеЦоиТ/ррезко возрастают и могут ео иного - аз превосходить Ц75 „

Максимальная амплитуда, биений содержит информацию о соотношении частот и фаз входного сигнала и модуляции индуктивности. Асинхронный режим колебаний важен для синхронизации электрических напряжений / главй б/.

При 0 &'й=2Ш и -СО .т.е., разностная час-

тота совпадает с основной.' Режим колебаний, называемый синхронным, становится одночастотным.

Амплитуда напряжения, полученная в результате геометрического сложения составляющих Ц> и Ор при , .

От - ш^шЧ^тшъШУ^Щ ^

Согласно (а) результирующее напряженна контура в синхронном режиме зависит от-входного сигнала I, от величины С& , которая, в свои очередь, зависит от напряжения модуляции (^М, от угла б, т.е., сдвига .фаз, от величины ^ , т.е.,от частоты^ . Зависимость ¿5) количественно выражает способность РПУ аналогового преобразования основ}шх электрических величин и служить в качестве Б5Б. Устройства, основанные на РПУ в синхронном режиме, рассмотрены в главе 5.

ЗМект усиления РПУ зависит от компенсации потерь в контуре за ' счёт энергии, вносимой источником модуляции. При полной компенсации потерь / этому соответствует условие £¡3^4./ происходит возбуждение и переход из режима усиления в режим генерации / РПГ/. В режиме РПГ входной сигнал уже не влияет на колебания, его цепь и источник могут быть отключены.

Исходными при исследовании РПГ / рис.2./ являются уравнения:

им , (6)"

ШьУоШлл^М Ь^ЦшЬ (7)

где Ь^М, ~ напряжение модуляции, ток контура, потокосцеп-

ления сердечников А и ,Ск- параметры контура.

Если решения уравнений (6) и (7) искать в виде ^А^тАЬШйЛ-Д^

напряжения на входе и выходе рассматриваемо^ цепи им=ю®Со&аФ+сО^Сс^Сй.^ , (9)

Ввиду согласно-встречного включения обмоток 1УМ иУ/к отдельных трансформаторов можно считать* что, потокосцепления чн и

Фб

создаются суммой и разность*, токов 1/М и 1)с, ас учётом аппроксимчдаи вебер-амперной характеристики ферромагнитного элемента можно

записать 1м Нк= , = + ^ (II)

Решение (II) с учётом (8) для основной гармоники даёт

Ы =0р ТА ЙшС^ (12)

и =0,5 ' (13)

где , I

Подставив (^ХЗ^ в (7) и преобразовал полученную зависимость методом гармонического баланса, получим

-ия^т^+ТЫ^Шл, (к)

и» С(й)

где Шщ-0,5Хк1а(ь),

Из (15] и (16] могно получить :

• (16) Ш ^ . (17>

С помощью (17) молено построить граЬяь

I Задавшись рядом

значении /■/ , иатго найти соотэетствуггдиз друг другу / и отличающиеся менду собой / значения Совместно с (16) они позволяют пос-

троить другой масштабе эта кривая представляет

собой характеристику нозбуадения РПП - икС^м)/ рис, 3 /. Если изображающие точки, еоотвзтетгуюциз разным сердечникам, совпадают, т.е.^А'^з, го векторы равны и еозпадаэтг по фазе. Согласно /10/ 1/х=0»

Отличие % и Чй является обязательным условием возникновения параметрических колебаний.

Рлс.Т

Рис.2

и* и* к в^/^к

Третья глава содержит результаты экспериментального исследования РПП разных типов. Исследованы РПП на малогабаритных трансформаторах типов ТН, ТА, ТТЛ /50 Гц/, РПП на ортогональных сердечниках / 400 Гц/,при различных схемных вариантах, способах подключения нагрузки, источниках питания.

Установлено, что характеристики возбуждения (1!м) РПП всех схемных вариантов, за исключением одного, имеют форму, близкую к верхней правой чесверти эллипса. При увеличении напряжения модуляции, если Ум* и«6 » колебания отсутствуют, 1/к=0 . При С^М "Омб происходит скачкообразное наростание напряжения С1к > которое при дальнейшем росте Ум плавно снижается, а при. \)(А - Омг» становится равным нулю. При уменьшении IIМ рабочая точка повторяет прежнюю траекторию, 1)к увеличивается. При IIм - 1)мВ кривая заходит в область затягивания, а при I)м=0мс колебания срываются / рис. 4а /. Форма характеристики возбуждения РПП с резонансной цепью модуляции контура существенно отличается от рассмотренной. После возбуждения в точке име наблюдается подъём кривой С^м^,который закан-чиваетсг срывом / рис.4 б/. Эта схема располагает наибольшими возможностями формообразования, связанными в первую очередь с изменением соотношени_- ёмкостей См/Ск, Характеристика возбуждения РПП о последовательной обмоткой модуляции Цк ( 1м) имеет форму левой верхней четверти эллипса / рис.4 е/. Установлено также, что увеличение ёмкости Ск и чисел витков контурной обмотки, вызывает рост амплитуды колебаний и расширение области колебаний /рис.4 в,д /. С увеличением числа витков параллельной обмотки модуляции \Ум характеристика возбуждения смещается вправо/рис 4г/. Рост' чисел витков последовательной обмотки модуляции , напротив, смещает характеристику Ук(1м) влево. Увеличение нагрузки, подключенной параллельно к контуру, сужает область колебаний.

Нагрузочная характеристика 11к(Ьфстаётся жесткой во всём диапа- . зоне изменения нагрузки^ а при достижении' критической нагрузки колебания срываются /рис.4ж/. В зоне затягивания нагрузочная способность РПП выше, чем в зоне розбуждения. Она растёт также с ростом частоты возбуждаемых колебаний , с увеличением контурной ёмкости.,

Энергетические характеристики исследованных образцов РПГ относительно невысоки, к.п.д. и Со$ находятся в среднем на уровне 3545 %. Частотные характеристики большинства типов РПП характеризуются значительными участками с высокой линейностью / коэффициент нелинейнсоти в пределах 0,08...О,14 / и чувствительностью / до 20 В/Гц и выше /. Частотная чувствительность РПП с резонансной це-

пью модуляции, напротив, минимальна, и монет быть нулевой, что позволяет использовать этот тип ИШ для компенсации влияния нестабильности частоты.

Исследованием повторяемости характеристик возбуждения одинаковых образцов РПП показана их "индивидуальность" и заметное расхождение напряжений возбуждения, ширины области колебаний и отдельных её зон. Наиболее стабильны от образца к образцу максимальная амплитуда колебаниЛ и напряжение модуляции,соответствующее затухании.

"Д7

Ук2

н) |1кГ'

'/е> С,<Сг

^ 1 ч</ \ \Wrt2 1 1 \

I.1

Рис.4

Четвертая глава посаящена разработке принципов управления асинхронным двигателем с помощью ЕПП и построению системы устройств управления приводом. Предложено сигнал управления приводом Нормировать из колебаний, возбуждаемых в контуре РПП в результате модуля-• нии его индуктивности, а прерывать его действие прекращением- питания цепи модуляции или срывом колебаний с помощью расстроечного или дис-сипативного механизмов. Учитывая потери, связанные с ограниченностью и несовершенством существующих защит, предложена концепция достаточности -защиты асинхронных двигателей и разработано средство для её реализации - многофункциональная защита (ЬШЗ)на. РПП. М?3 предусматривает расширение защит по сравнению с традиционным их перечнем и реализует токовые защиты -.максимальную, от перегрузки, от обрыва Фазы; терморезисторнуэ от перегрева; от падения сопротивления изоляция; от обрыва заземления электродвигателя. ¿{">3 являемся гибким устройством, допускающим вывод из работы ненужных э&грт бег ущерба для оставленных. Кроме традиционного способа реализации нулезод защиты предложено основывать её на- свойстве г.арамегричесного контура поддергивать колеба.гия ггси меныгеЗ величине модулирующего сж'нг.тс..

чем его необходимо для первоначального их возбуждения. При этом способе, применяемом б случае необходимости избегать разрывной коммутации цепи управлении, на время пуска шунтируется резистор в цепи модуляции, в результате режим колебаний кратковременно переводится в зону возбуждения, а после возбуждения колебаний возвращается в зону затягивания.

разработана температурная защита, основанная на свойстве РПП сохранять колебания в ограниченном диапазоне эквивалентных сопротивлений контура, за пределами которого колебания становятся невозможными. Она реализуется с помощью полупроводниковых терморезисторов и может использовать как термисторы, которые подключаются к контуру параллельно, так и позисторы, включаемые в контур последовательно , \ те и другие одновременно. РПП с терморезлеторами обоих типов при 'относительно простой схеме позволяет обеспечить разветвлённую и надёжную защиту, реагирующую на нагрев в нескольких точках злектподвигателя /обмотка.подшипники и др./ и рабочего механизма / напри?,¡ер, подшипники, корпус/, и, кроме того, контролирующую состояние измерительных цепей, отключающую двигатель при к.з. в цепи термисторов или обрывг в цепи позисторов.

Разработана токовая защита, базирующаяся на предложенном автором способе питания цепей управления приводом, куда входит и цепь модуляции РГШ, не от напряжения сети / последнее используется только при пуске /, а от тока нагрузки защищаемого электродвигателя. При таком способе построения защиты контролируемый защитой сигнал совпадает с питающим сигналом, в результате чего защита реализуется наиболее простым образом / примером известной защиты с совпадающими контролируемым и питающим сигналами, что обусловливает её простоту, является минимальная защита пс напряжению/. Особенностью предложенной токовой защиты является её двухсторонность,т.е., способность выполнять Функции максимальной защиты, минимальной, той и другой одновременно. Это свойство обусловлено ограниченностью области колебаний в контуре РПП с двух сторон, как максимальны!.!, так и минимальным значениями модулирующего сигнала. Наряду с токовыми защитами таким свойством двухстороннего действия обладает также защита на РПП по напряжению. Минимальная токовая защита нужна, например, для предупреждения работы "всухую" электродвигателей скважных насосов при прекра ении поступленит к насо у вцды, защита от перенапряжения важна для электроприводов с индуктивно-ёмкостными преобразователями. Токовуг защиту инерцчонных приводов следует снабжать устройством выдержки времени или заменять кнопки пуска и останова тумблером.

Кроме защиты, РПП с модуляцией индуктивности током нагрузки электродвигателя предложено использовать для решения других задач электропривода: информационных - измерения момента нагрузки на валу, других параметров рабочих механизмов, влияющих на величины момента и тока электродвигателя, например, капора, юдачи и других параметров насосов и вентиляторов; технологических - предохранения от перегрузки металлообрабатывающих станков, автоматического включения -резервного агрегата при перегрузке работающего, переключения скоро-а ¡1 грузового насоса при образовании "воронки" в начале кавитацион-ннх процессов; энергосбережения - автоматического отключения привода, работающего вхолостую; отключения части электродвигателей, многодвигательного привода на Еремя снижения общей нагрузки, переключение электродвигателей с сети £80 В ка сеть 220 В, переключение статорной обметки с треугольнике, на звезду при глубоком, до 50 % и ниже снижении нагрузки.

На основе предложенных принципов управления кдД с помощью ШП создано базовое устройство управления электроприводом К/У Э'П - нерс-герсивный тиристорный пускатель, который кроме своего функционального назначения монет использоваться для построения других, более сложных устройств. В результате испытаний ЕУУ ЭП на РПП показало, что полное время возбуждения колебаний при пуске составляет 0,С8 с, подключение электродвигателя к сети после подачи сигнала занимает 0,05 с, время отключения ЭД после его прекращения - 0,02 с(рис.5), при шунтировании контура- -0,05с. в результате сравнения бесконтактно"; схемы управления АЗП на РПП с аналогичными схемами на К',1С и дискретных полупроеоднпковых элементах показано, что стоимость комплектующих и интенсивность отказов схемы на РПП соответственно на

46 % и 51 % меньше".

По сравнению с серийныш габариты пускателя на РПП могут быть уменьшены на 15...20 Расширение пункций защиты возможно в габаритах типовых устройств - на примере пускателя ШЕ-12, длительное время Функционирующего в лаборатории каредры сОС.УПШУ, в котором тепловые реле заменены токовой и терморезисторнол тепловой защитами на РЛП.

Разработка система устройств уп-раЕлсг: тл

Рис.5.

( ^ ! АЗП: реверсивные пускатель РП, пускатель двухскоростного

двигателя П2СД, устроУ.гтва рвтоматического включение резервного дви-гдтеля при перегрузке основного УАВРД, устройство автоатключения малоответственного двигателя при перегрузке энергоустановки УАОЖЩ, устройство автоматического переключения источников питания УА1Ш.

Предложен новый тип устройств управления АЭП - многофункциональное устройство управления Ш?У, в котором интегрированы функции ряда устройств и обеспечена возможность их взаимного перехода. Если частнъ'з устройства системы собираются из В5Б и части типовых блоков элементного базиса и их функции не могут быть -изменены после изготовления, то №У собтаются из всех элементов элементного базиса. Выполняемые /Г»®У функции могут изменяться при монтаже, выполнении ремонтных работ. Испытаниями ШУ-АЗП : "2НП-РП- П2СД- УАВРД- УА1Ш" подтверждены его эффективность и гибкость, минимальная избыточность элементов, важные в условиях автономных объектов, на длительное время удалённых от баз снабжения и ремонта. Многофункциональное устройство управления асинхронным электроприводом на РПП экспонировалось • на ВДНХ в 1988 г.

В пятой главе рассмотрены вопросы пострсзния системы устройств измерения, контроля и защиты на РПП. Основываясь на способности РПП выполнять измерительные преобразования U ,1 , У и £ , предложен ряд измерительных устройств на РПУ и РПГ. Зависимости напряжения и частотной чувствительности от расстройки % при услоБтг 6-0 :

Путём сравнения зависимостей Î8 для Н1У о этими же зависимостям!, для обычного / непараметрического / резонансного контура, полученными при условии дв -0 , доказано, что величины Uwh S для РПУ всегда больге. Использование для измерения частоты РПУ намного эффективне;!. Схема яз^ерения частоты кроме РПУ должна содержать в цэпи входного сигкалс. РПГ в режиме деления частоты вдЕое, а в цепи модуляции - Фа-зосдвнгающее устройство для обеспечения услсзия 6=0. '

.. Зависимость г сходного напряжения РПУ с г обобщенного угла 8

Стека измерения сдвига Фаз напряжрний равных частот не от тачается от схеъа измерения част', та. Если частоты напряжений отличаются в Д^л раза, необходимость в преобразователе частоты °тпадает. Цепь входного сигнала подключатся к на_:рязент меньсей частоты, напряжена багъсзД частоты подаётся на цепь модуляции РПУ.

На фазовом принципе основан ряд других устройств. Если а цепь модуляции подать напряжение генератора, частота которого удвоена с помощью РПГ, а для питания входной цепи использовать ток одной из фаз, получим датчик тока активного. Если модулирующему сигналу сообщить дополнительный гоазовый сдвиг, равный 90°, устройство станет датчиком реактивного тока. При замене удвоителя частоты делителем'з два раза и переносе последнего в цепь ьходного сигнала, получим датчик обратного тока. Предложен ряд силоизмерительных устройств, исполььу-ющих свойство фазовой чувствительности РПУ. Выходной сигнал датчика момента газотурбинного двигателя изменяется при изменении сдвига фаз колебаний напряжения зубчатого индукционного генератора и.конденсатора переменной ёмкости, смонтированных на противоположных концах гибкого вала /рессоры/. Сдвиг фаз изменяется'при скручивании вала под действием нагрузки. Другим видом силоизмерителгного устройства является датчик натяжения троса, сила натяжения которого'преобразуется в угол поворота вращающегося трансформатора в режиме'фа-зосдвигающего устройства, а вносимый при этом фазовый сдвиг измеряется с помощью ИМ.

Защитные устройства строятся на РПГ и могут действовать как ■ на включения,так и на отключение. В первом случае область колебаний 0К не совпадает с областью допустимых значений ОДЗ контролируемых ' 1 величины, 0К находится справа ОДЗ если срабатывание защиты вызывается ростом контролируемой величины. 0К находится слева ОДЗ, если .включение должно произойти при снижении контролируемой величины. Во втором случае 0К совпадает с ОДЗ, а отключение происходит при достижении модулирующим сигналом правой границы 0К /максимальная защита/ или левой / минимальная защита/ (рис. 4 з,и)

Обосновано действие температурной терморезисторной защиты, осуществляемой РПП. Установлено, что величина резистора, включенного последовательно в контур, может расти, не вызывая срыва колебаний от нуля до верхнего критического значенияЯ*}?^ при параллельном подключений резистора последнил может изменяться от бесконечности дп нижнего критического значения 1?кр.Н. В защитах на отключение используются позисторы ^включаемые в контур последовательно, или териисторы, подключаемые параллельно. Сопротивления позистороь Но и термисторов Кт в холодном и горячем состояниях должны подчиняться следующим условиям:

в НУ на включение КлХ<£кеН-, ЯпГ>Ккр.Н; ¡^ТХ>Якр.В, ЯтГ< . в_ЗУ на отключение гУЯкр.Ь; ЙТх^Якр.Н, ЯТГ<ЯнО Й-

В шестой главе рассмотрены примеры реализации результатов исследований и предложенных технических решений для достижения общей поставленной цели / типизация, взаимозаменяемость, повышение надёжности и стойкости, минимизация объёмов устройств измерения, защиты и управления/ и для решения частных задач совершенствования судовых и общепромышленных электромеханизмов и установок.

Повышение.технико-экономических показателей рулевых электроприводов предложено решать путём совершенствования защиты и автоматизации рерзключения неисправного агрегата на исправныи. Предусмотрена замена температурно-токовой защиты с помощью тепловых реле токовой / от перегрузки и обрыва фазы./и температурной терморезисторной защитами. Наряду с воздействием на сигнализацгаг осуществлено автоматическое отключение неисправного агрегата и включение резервного. Это повышает надёжность рулевого устройства и судна, увеличивает ресурс рулелого электродвигателя, исключает возможность аварии при выходе сигнализации из строя или непринятии сигнала в сложной обстановке обслуживающим персоналом, снижая психофизическую нагрузку, улучшает условия труда. Подобные устройства автопереключения выпускают зарубежные фирмы, в частности, фирма АЕГ, отечественные аналоги отсутствуют. Процесс автопереключения электродвигателей 1 и 2 экспериментальной рулевой установки показан на осциллограмме рис.6 при обрыве фазы, связанной /а/ и не связанной с цепью модуляции /б/, при перегрузке /в/, где изображены: 1/с1,г , Уй^ , 1/К1,2, Ьнд Лб1,2" напряжения питания, на зажимах ЭД1 и ЗД2, на выходах РЛП1 и РПП2; токи фаз А и В электродвигателей, соотвзтствэ1шо.

Актуальные задачам! элистроприБодов якорня-швартовкых устройств являются адаптация защита к специфична»! условиям работы якорного механизма, дистанционная отдача яхоря, энергосбережение. Общеизвестным является .факт несостоятельности защиты на тепловых реле для ЗП '"3. Дтя обеспечения нормированного времени стоянки ЗД по током тепловое реле должно быть выбрано по току, примерно в два раза превышающему номинальный. В этих условиях двухкратная токовая перегрузка машины не будет в зоне действия теплового реле.Для решения указанной задачи предложено статорные обмотет верхних ступеней скорости 5Д в типг-зой схеме электропривода Я7 защищать с помощью токовых защит ка РГ!П, вызывающих при срабатывании перевод ЗД на низшую ступень скорости, а зажлту тихоходно/, гбыэткк осуществлять, используя температур-

теркэрезисюгнуэ защиту, также на РПП.

Рис.6.

а) б)

Ш юшмриЬ» ШЯШЖШ ife 1 !

ж:::::::;

igt'Mitnv

•jba'-.-'l ::

fki £ tfi.i a»»-—. i

'j'W'TiiTl'ib l'4'',"!T"'rfU Ufl. ij Ц^^щ Vi

удатгтутттгтг.-л ' .'У';' "'"wWirmrrr

шишащ 1ИЩЩШ

в)

1§Я»Я ЯЖВВЖИВ

'I..........*

jb.

I!!]1"

uju

^■¡lilHllifni'

rm-,-,v. .'.ViVi.'.V.'.V

ti

«Ела'

Diinif ••

ттшштт:ш.

■кг»

Ьет

Предусмотрено расширение информационных и закатных возможностей нагнетателей /насосы,вентиляторы/, использующее в качестве информационного сигнала ток приводного двигателя и свойства РПП,без применения датчиков и реле: измерение рабочих параметров /момент,напор,подача/; защитное отключение при отказах,связанных как с перегрузкой ПД /заклинивание вала,обрыв нагнетательного трубопровода ЦП и др./, фах и с её падением /срез крылатки,обрыв всасывающего трубопровода и др./, с • перегревом элементов как двигателя, так и рабочего механизма.

В металлообработке РПП могут быть использованы для защиты двигателей и в качестве предохранительного устройства от перегрузки манков,

В качестве средств автоматизации ЗЛУ предложены датчики активного, реактивного, обратного токов /а.с.607150,729531,943967/,частоты /а.с. 577^60/, устройств авторегулирования напряжения /а.с.864483,551625/,. частоты, точной автоматической синхронизации /а.с.467433, SoooGS/.

Асинхронны;"? режим РПУ, используемый для синхронизации, характеризуется Huiivv.-.eii частотных составляющих наггвяления контра lj0 и Up"

" . (21) Up=UpmSinftMp), (22J

Напряжения синхронизируемых генеттоггав [)о'л Ufl :

l'6=№m5u?№%), С2з; Vn-\Jm5uv^Jnt+tfi). И

При синхронизации частоты (jdc и COp, (J^niu'n близки ДРУГ Другу» следовательно, напряжения Ц>и 1)р» [^образуют 6,.епия (/«и lifi :

1/к «ЕМл [ояаш+ 0,5^- 25)

__________г - - - 6)

УзЦ1-и^ирг,1 - максимальные амплитуды биений Ц< частотных составляющих напряжения контура и синхронизируемых напряжений и$. Условие совпадения частот огибающих из (2э) и (26):

(дгйзр~й.1]-й)п ' учитывая» что, поучим,

Последнее равенство выполняется при условии ¿¡Ум^/^Т). Выраже-

ния (21?) определяют необходимую структуру устройства синхронизации на РПУ: цепь входного сигнала должна соединяться с базовым генератором через делитель частоты в два раза, цепь модуляции - с подключаемым генератором непосредственно. Используя равенство Уо'Ур* из

' (25) и (26),.выражения для Уо и Ур из (3) и (4], можно определить дополнительный фазный сдвиг входного сигнала РПУ, необходимый дая установления нужных соотношений фаз колебании [)$> и Оке учётом конкретных условий синхронизации и угла опережения. Как видно, между частотами и фазами биений 1/з идостигается однозначная зависимость. Что же касается амплидуд биений, тоШшостг.ётся практически неизменной, / верхняя осциллограмма рис.7/, аЦхизависит от скольжения, увеличиваясь с её снижением /нижняя осциллограмма /. Для фиксации совпадения фаз в традиционных методах используют прохождение кривой через нуль, а для контроля скольжения формируют сигнал производной биений Оз. По предлагаемому методу совпадение ф&з фик^ ГЧ сируется по моменту достижения (Л: значения , - ' ' а скольжение определяется его модулем. Подключение генератора осуществляется с помощью пороговэ-Г 'го элемента, настраиваемого на заданную в_еличину Уед. Для синхронизации по предлагаемому методу достаточно одного сигнала - амплитуды биений контура РПУ, на этом основана простота его реализации по сравнению_с известными методам.

Как показали исследпвания, с точки зрения точности синхронизшрщ не следует стремиться к большим значениям обобщенной глубины модуляции 92 , ограничшая их величины 0,7...0,8.

Сегьма.? глава посвящена синтезу резонанс-• ьо-пара5;зтричесь.ого преобразователя и элементам проектирована электротехнических устройств на его основе. Рассмотрен метод, базирухщнлея на \ уагв^а^дчзсксм пппарате известного метода анализа колебательных про-

^ Рис.7'

цессов в нелинейных олотгтрических цепях. Кривая намагничивания аппроксимируется гиперболическим синусом H = dSh^B ; а параметры цепей и нагрузки выражаются ч>.;рез обобщенные безразмерные параметры Q и & :

. 6 Í/cüCKRK , (27)

где СО - угловая частота, & , £ - площадь сечения и средняя длина магнитное силово/. линии сердечника, JL, > & - коэффициенты аппроксимации кривой намагничивания Д\4: » Ск »!?К - тасло витков контурной обмотки, ёмкость конденсатора и сопротивление контура с учётом нагрузки. Исходными данными являются параметры источника питания / U, ü) /, материал сердечников / ¿s , £) /, сопротивление -Rk и выходное напряжение, желаемая характеристика преобразователя Ük(Um) . Искомыми- являются размеры сердечников S и , числа витков обмоток 11 Wk, ёмкость Ск. Вначале с помощью'ЦВМ для различных значений Q и$ вычисляют N - образные характеристики ¡\¡- =С(рЗ) , одинаковые для обоих сердечников, где С = "pb-Jií&B) . Здесь-J,—модифицированная функция Бесселя первого рода, первого порядка; По индукциям разных сердечников, соответствующим срыву колебаний, снятым с iV-обрасной криврй, определяют результирующие индукции^Вгви^Вке , ' соответствующие входному и выходному напряжению (Jm- и О к . Строят зависимости этих величин от отношения обобщенных параметров <3 / А

&ВмсСа/6), №«с(аЛ) (2S)

В зависимости от)частоты источника и мощности нагрузки определяют площадь сечения сердечника и из стандартного ряда выбирают соответствующее ему значение £ Задавшись отношениемQ , из (2в) определяют координаты узловых точек |>Вмс-и|Вксхарактеристики Ük(UmJ . По Ееличинам^8кс.ий6кс .заданным значениям []ис и 1?кс определяют числа витков Wm ш^гМп'-ЩпМ^хЬ, Мк^-сЩЩрвкс Ь.

Затем определяют значения параметров Q и 6 и ёмкости С к

гооу Ск=Ш RKS (29)

lio полученным с помощью (_ I параметрам, используя аппарат анализа,

выполняют поверочный расчёт и строят характеристику возбуждения Uk(U<iJ. При удовлетворительном результате сравнения полученной характеристики

U^(Um) с желаемой расчёт заканчивают. В противном случае его продолжают при новом oTHcuiemni 0 / $ .

Расчёт нулевой защиты при переводе режима колебанил в зону затягивания сводится к определению величины резистора Rm в цеп;-; модуляции, шунтируемого на время пуска. Расчёт Rm выполняется из условии надёжного пуска и исключения самопроизволного отключения Р.Д при допустимом снижении напряжения сети. Получешая величина Rm должна быть прозерена по устовигм исключения самопроизвольного пуска и отключения ЗД при допустимом повышении напряжения сети. .Математически« тркким-

ом этих условий являются зависимости: ¿н^

^мЯ^Ы-ДьДи-ди^ХиГ^^ С30) Км<{А [а'2н)-Аб(и*ДЦ)]г-ХиТ2 ЛС31)

где '¿м, Хм, 2м- активное,индуктивное и полное сопротивления обмотки модуляции, Ом ; Д>>,Д&- ширина зон затягивания и возбуждения, В; Д[] »Д1)1~ допустимые снижение и повышение напряжения питания, В.

Расчёт токовой защиты на РПП с шоковой обмоткой модуляции выполняется на основе полученного уравнения связи трансформатора тока, РПП и его исполнительного органа, параметров нагрузки

т т, 1«ш --¡ГШ = К'Ак О Ут1п/\]тз/) Уг~ ^

где1.ШСК>]лШГ токи нагрузки, максимально допустимый и мишшалвньЕ, А ; дк - ширина области колебании РПП, А;1)ит|'п>(Лда)г минимально необходимое и максимально допустимое напряжение исполнительного органа, В ; К - коэффициент трансформации трансформатора тока. Уравнение (32 } получено при аппроксимации характеристики возбуждения РПП частью эллипса. ■Расчёт токовой защиты выполняется по одной из двух расчётных схем, В первой по предельным значениям тока нагрузки и параметра!.; выбранного исполнительного органа, задавшись коэффициентом трансформации трансформатора тока , определяют необходимые параметры РПП. Во второй по па-: . раметрам готового преобразователя и выбранного исполнительного органа для заданных предельных токов определяют коэффициент трансформации К, обеспечивающего согласование всех элементов токовой защиты.

Расчёт тепловой защиты на РПП, реализуемой с помощью термисторов, состоит в получении характеристики ЯСТ) термистора, характеристики преобразователя , в согласовании характеристик термистора

^ РПП, а такке в проверке выбранного термистора на допустимую мощность рассеяния. Получение характеристики ИСТ} - зависимости сопротивления терморезчстора от температуры- возможно аналитическим или экспериментальным путём. В первом случае используется зависимость £\=Аб£р(8/Т]) , где А"и В приводятся обычно в каталогах. При получении зависимости НСТ) опытным путём терморезистор помечается в сосуд с маслом, подозреваемым с помощью нагревательного элемента.Температура масла контролируется с помощью термометра. Измеряя сопротивление термистора при различных- температурах, строят кривую £(Т) . Графики зависимостей критических сопротивлений Якр. и 1-алряжекий [] от чисел витков V/ измерительной обмотки цел-, сообразно получать опытным путём.Критическим называется максимальное сопротивле:ше, подключаемое параллельно измерительной обмотке, вызывающее срыв колебат.а в контуре. В качестве кз-хзр'^тельноа об^откп ксгет быть ; спользовака контурная обыотка или спе-цз^льн^з траксфсрматорго связанная с контурной. Бнбор терми-

стора и проверку на допустимую мощность рассеяния целесообразно начинать о минимального числа витков контурной или специальной обмотки. Точка характеристики [\Кр.(\'/|11Ц) определяет и рабочую точку характеристики Я(Т] и, следовательно, температуру отключения двигателя. Если последняя соответствует заданным требованиям,выбрав тип термистора и приняв среднее для него значение В определяют номинальное сопротивление термистора : = 63Ср[б(Ткр-Т0)/Т^]?

где То= 293° К.

Проверка на допустимую мощность рассеяния выполняется с помощью выражения

где /УиШХ" максимальная мощность рассеяния, приводимая в технических данных тершсторов, 0 напряжение,соответствующее принятому числу витков измерительной обмотки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге теоретических и экспериментальных исследований,•выполненных с целью совершенствования электротехнических устройств измерения, защиты и управления, получены следующее основные результаты.

I. На основе анализа группы электротехнических устройств /<У1У/, выполненного с позиций системного подхода, выявлены их общие функциональные признаки и свойства, сформулированы требования к элементному базису системы устройств, обеспечивающие принципиальную основу взаимозаменяемости элементов верхнего уровня иерархии структуры. Дана классификация устройств по функциональным признакам, вытекающая из системного подхода. Предложена структура элементного базиса системы • устройств, согласно которой последним содержит базовый Функциональный блок /В"Б/, выполняющий' преобразования электрических сигналов и осуществляющий математические операции, и ряд типовых блоков. Б?Б является перенастраиваемой постоянной составляющей структуры элементного базиса, типовые блоки - переменной.

2.Обоснован выбор метода реализации базового функционального блока обеспечивающего снижение объёмов, приходящихся на каждую функции преобразования сигнала, -.метод физической функциональной интеграции. Выбор этого метода предопределён поставленными задачами, характером разрабатываемых устройств и условиями их Функционяроъания : умеренные требования к быстродействию и точности, преобразование небольшого числа сигналов и переработка неболы;:их объёмов информации, повышенные требования к стойкости ко всем дестабилизирующим ¡»акторам, надёжности, дешевизне, 'простоте. В качестве Формы реализации метода Физической кн-тегрвдии предложен резонансно-параметрическии преобразователь /РГил/ отличающийся простотой схемы, широкими Функциональными возможностями,

высокими помехозащищенностью и стойкостью к внешним воздействиям, дешевизной и доступностью материалов,а также более бысокои степеною интеграции благодаря интеграции функциональной части с источником питания.

3. С помощью математических моделей исследованы процессы в РПП, как базового функционального блока, в режиме усиления / РПУ/, выявлены характерные режимы колебаний, установлены условия их возникновения ; получены зависимости, необходимые для анализа процессов преобразования электрических величин РПП и количественной их оценки; установлено,что в асинхронном режиме / частота модуляции индуктивности близка, но не равна удвоенной частоте входного сигнала/ колебания имеют йорму биений, максимальная амплитуда которых содержит информацию о соотношении частот и фаз составляющих сигналов, что важно для синхронизации напряжений; установлено также, что в синхроглом режиме колебании РПУ / частота модуляции точно в два раза превышает частоту входного сигнала / наблюдается одночастотныл режим колабанил, амплитуда которых зависит от частоты и сдвига фаз составляющих сигналов, что позволяет использовать отот режим РПУ для частотных и фазовых изморена'!.

4. С помощью математических и физических моделей исследованы процессы в РПП в режиме генерации /РПГ/, определены условия возникновения колебаьил, их стабилизации; рассмотрен метод построения характеристики зозбуадения РПГ; выявлены факторы, ограничивающие автомодуляцию колебании; получена статистическая модель, позволяющая оценить вклад каждого фактора в параметр оптимизации, выполнить оптимизацию параметров РПГ; установлены особенности РПГ, связанные с различием схем цепи модуляции / нерезонансная, резонансная, совмещенная с контурной/, .исючников питания / напряжения, тока/, частоты возбуждаемых колебании / источника, удвоенной/, типа конструкции РПП / составной, на Ш-образном, на ортогональном сердечнике /; установлено, что при всех схемных разновидностях РПГ с параллельной обмоткой модуляции Х-К И Ик(1)») имеют одинаковую форму, близкую форме правой части верхней половины эллипса, исключение составляет РПГ с резонансной цепью модуляции, у которого после начата возбуждения наблюдается участок подъёма, заканчивающийся срывом колебании; этот тип РПГ обладает наибольшими возможностями формообразования характеристик возбуждения; что форма характерх-стики возбуждения РПГ с последовательной об-моткоА модуляции имеет форму зеркального отображения хасактеристики возбуждения РПГ с параллельной обмоткой модуляции; увеличение до определённых пределов ёмкости и числа витков контурной обмотки шзыва-

ет рост области колебании в обоих измерениях, увеличение числа витков параллельной обмотки модуляции сопровождается смещением области колебаний вправо, последовательной обмотки-влево; выявлено, что нагрузочная способность РПП увеличивается при переходе в зону затягивания и к удвоенной частоте возбуждаемых колебании; что. эффективным • способом повышения стабилизации выходного напряжения является использование при" его формировании частичных папряжиний и фазовых свойств РПП / для составных РПП/, и обратной связи между контуром и первичной обмоткой / для РПП на ортогональных сердечниках/.

5. Теоретически обоснованы и разработаны принципы построения электротехнических устройств измерения и управления на РПУ, определяющие режимы колебании, структуру и межэлементные связи и т.д. Разработаны принципиальные схемы ряда устройств / измерительные преобразователи частоты, активного »реактивного, обратного тока, момента нагрузки, силы нртяжрния, устройства автоматической синхронизации, регулирования напряжения, частоты /. Выполнена экспериментальная проверка указанных устройств.

6. Теоретически обоснованы и разработаны принципы построения ус- . тройств управления и защиты асинхронного электропривода , согласно которых.! управляющий сигнал формируется из колебаний, возбуждаемых в контуре РПП, для реализации защит используется ограниченность области ' колебании с двух сторон , диссипативный и расстроечный механизмы затухания колебании . Предложена концепция достаточной защищенности массового асинхронного электропривода , предусматривающая расширение числа защит. Предложена многофункциональная защита АД , реализующая данную концепцию, представлявшая собой гибкое устройство, допускающее вывод ненужных защит без нарушения работы оставленных, у которого традиционная температу£>ногтоковая защита на тепловых реле заменена токовой от перегр^§ки и обрыва фазы и температурной от перегрева. Токовая зашита .осуществлена с'помощью РПП с токовой обмоткой модуляции. Кроме защита втот тип РПП позволяет решить ряд других задач: управления

в устройствах бесперебойного функционирования путём подключения резервных двигателем при перегрузке работающих , устройствах бездугогой коммутации, в устройствах контроля выгрузкой жидких грузов танкеров, в других устройствах; энергосбережения, требующих контроля нагрузки двигателей, например, в многодвигательном приводе зтутём отключения части двигателей на время снижения общей нагрузки „ © ^тройстве контроля рекуперации энергии, автоматического отключают-; ¿геигателей, ра-боташих вхолостую; расширения ич.гормационних. возможностей привода с помощью измерения момента нагрузки по току при водного ^В'/хатоля., дру-

гих параметров рабочих механизмов,определяющих величину момента и тока / например, давление, подача нагнетателей /.

Разработано, реализовано и испытано базовое устройство управления асинхронным электроприводом- нереверсивный тиристорныи пускатель," и на его основе создана система устройств управления АЭД. Создана и испытана новая форма ЭТУ - многофункциональное устройство управления / ЪШ/ гибкий агрегат, перенастраиваемый на выполнение Функции различных частных устройств.

7, Разработанные принципы построения данного класса электротехнических устройств, как системы устройств на общем элементном базисе и едином функциональном блоке,.в качестве которого служит резонансно-параметрический преобразователь, созданные основы инженерной теории на его базе устройств позволяют :

- повысить технико-экономические показатели самих электротехнических устройств - в направлении стандартизации, массо-объёмных характеристик, надёжности, стойкости, экономичности;

- улучшить качественные показатели обслуживаемых разработанным! устройствами электромеханизмов и установок / защищенность, пожаробе-зопасность, надёжность, экономичность, информативность /.

8. Созданные на основе предложенных методов технические средс.тва могут быть рекомендованы для электротехнических устройств , преобразующих небольшое число электрических сигналов / \] , | , У , ^ , /и перерабатывающих небольшие объёмы информацги, при относительно невысоких требованиях к быстродействию и точности, когда наиболее важными являются простота и дешевизна, надёжность к стойкость к вредным факторам, включая радиацию / транспорт, агропромшленныа комплекс, энергетика, в т.ч. атомная, военная и космическая техника, др. /.

Основные положения диссертации опубликованы з работах:

1. Локарев В.И. Об использовании принципа параметрической регенерации- для измерения упругих дефформаций быстровращающихся валов. Труды НКИ, 1969, с. 99- 104.

2. Локарев В.И. Расчёт основных элементов торсиомэтра на принципе фазовой чувствительности параметрического колебательного контура. ^уды НКИ, вып.73. Николаев, 1°73, с. 119- 124.

3. Локарев З.И. Расчёт параметрическом одноконтурной системы измерения фазы. Кзв.вузов. Приборостроение, т.15, К52, 1973, с.14-18.

4. Локарев В.И.,~уков В.В. Параметрический делитель частоты.Тру-

да НКЙ, вып.87.Николаев, 1974, с.76-78.

5. Локарев В.И., Луков В.В., Еогатыренко В.П. Некоторые результаты эксперименталвного исследования параметрического делителя частоты. Труды НКЙ,вып.87, I974,г.Николаев, с.78-79.

6. Локарев В.И., Богатыренко В.П.Трёхфазный параметрический делитель частоты. Труды НКИ, вып.101, 1975, г.Николаев, с.66-70.

7. Локарев В.И. Энергетика последовательного параметрического контура в синхронном режиме. В ш.-.Судостроение,вып.24, Киев- Одесса, Вища школа, 1975, с.60-66.

8. Локарев В.И..Целыковскии С.Н. Определение параметров параметрического контура по экспериментальным данным.Труды НКИ,вып.127,с.

9.Локарав В.И.Измероние активной и реактивной составляющих тока

^ помощью резонансно-параметрического элемента,Труды НКИ,вып.153, 1979,

10.Локарев В.И.,Богатыренко В.П. Исследование электрического преобразователя силоизмерительного устройства судовых палубных механизмов. Труда НКЙ, вып.153, 1979, г. Николаев, с. 91-96.

11. Локарев В.И. Многофункциональный измерительный орган на пара-' метрических колебательных контурах.Изв.вузов.Приборостроение,1979,!Р4,. т. 22, с.34-39.

12. Локарев В.И» Частотные и фазовые характеристики параметрического контура. В,кн.Судостроение, вып.28,Киев-Одесса,Вища школя,1979.

13. Локарев В.И. Синхронизация-биений частотных составляющих напряжений параметрического контура с биениями напряжений, используемых для его питания.В кн.¡Судостроение,вып.28, КтО.Вшца школа,1979,с.89-92.

14. Локарев В.И. Исследование резонансно-параметрического преоб- • разователя частоты.Электричество !.'12. 1981, с.51-53.

15. Локарев В.И., Иванов В.Я. Резонансно-параметрические преобразователи на магнитных усилителях и трансформаторах.Труды НКИ,вып. 177, 1981, с.67-74.

16. Локарев В.И. Особенности синхронизации синхронных генераторов с помощью резонансно-параметрических элементов. В кн.: Судостроение, вып.30, Киев-Одесса, Вища школа, 1981, с.108-112.

17. Локарев В.И. Измерительные органы судовых устройств на резонансно-параметрических элементах. В кн.: Судостроение,вып.30, Киев-Одесса, Вища школа, 1981, с. 113-1x9.

1£. Локарев В.И. Судовые электротехнические устройства на резонансно-параметрических преобразователях.' Судостроение ¡¡58, Ц82,с.34-25,

19. Локарев В.И.Регонансно-параметрический измерительныл орган контроля обратной мощности.В кн.:Судостроение,вып.31,Еища пкола,19сЛ.

20. Локарев В.И. Многофугкшональный измерительный орган устрол-

ств автоматики электроэнергетических систем. В кн.: Судостроение. Киев-Одесса, Вища школа, 1982, вып.31, с.ПЗ-119.

21.Локарев В.И. Многофункциональные электротехнические устройства. Иавестия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1983, c.IIu-123.

22. Локарев В.И. Управление бесконтактным асинхронным электроприводом 'с помощью нестационарных электрических цепей. Электротехника, КЗ, 1983, с.51-54.

23. Локарев В.И. Исследование резонансно-параметрического преобразователя сдвига фаз. Электричество, Р5, 1983, с.44-46.

24. Локарев В.И. , Босов Ю.В., Садовский В.П. и др. Результаты исследования бесконтактного асинхронного электропривода, управляемого с помощью нестационарной электрической цепи. В кн.: Судостроение, вып. 33, Киев-Одесса, Вища школа, 1984, с.107-114.

. 25. Кравченко В.А.,Локарев В.И., Трушляков К.И. Составное резонансно-параметрический преобразователь на серийных трансформаторах. Электрооборудование судов.Сб.науч.трудов. Николаев,1983, с.64-70.

26. Кравченко В.А., Ло:сарев В.И., Донцов A.M., Драчевский И.Л. Бесконтактный пускатель на нестационарной цепи, реализованной на нака-льных трансформаторах. Эл.бборудов.судов.Сб.науч.тр.,Николаев,1984.

27. Локарев В.И.,Митрясов В.П.,Новиков А.Г. Многофункциональная защита асинхронного электропривода. Судостр.промышленность. Серия: промэнергетика, охрана окружающей среды, энергосбережение судов.Вып.6 1988, ЦНИИ "Pyu5n, Ленинград, с. 3-17.

28. Локарев.В.И., Ткаченко A.B., Дроботов А.О. Устройство управления асинхронным электроприводом с расширенным составом защит. Электрооборудование и автоматика судов. Tpvflbi НИИ, Николаев, IS90.

' , 29. фщкг м ШЩтсШш тж етСпеещ йаш. Рт щтгй ШгЫ PrnsiaoJiMiyjom^mjM-m.

и 30. л.с.232554 /СССР/. Устройство для измерения крутящего момента./ В.И. Локарев.- Опубл.в Б.И., 1969, PI.

<51. A.c. 43I4I0 /СССР/. Устройство для измерения крутящего момента./ В.И. Локарев.- Опубл.в В.И., И, 1974.

32. A.c. 4674?3 /СССР/. Устройство для точной автоматической синхронизации генераторов. / В.И. Локарев.- Опубл.в Б.И.,1985, S? 14.

33. A.c. 372670 /СССР/. Устройство для измерения крутящего момента. .' В.И. Локарев.- Опубл.в Б.И.,1977, К34.

34. A.c. 5";74ö8 ./СССР/. Датчик частого. / Б.И. Локарев.- Опубл. j В.И., 1977, £39.

35. A.c. 607150 /СССР/. Датчик активного тока./ В.И. Локатзев,-Спубл. в Б.Н., 1978, И8.

3G. A.c. 729531 /СССР/. Измерительный орган для реле направления мощности. / В.И. Локарэв,- Опубл.в Б.И., 1980, PI5.

37. A.c. 8644S3 /СССР/. Устройство для регулирования напряжения синхронных генераторрв./ В.И. Локарев.-Опубл. в Б.И., 1981,Р34.

38. A.c. 943967 /СССР/. Измерительный орган для реле направления мощности./ В.И. Локарев.- Опубл. в Б.И., 1982, 1Й26.

39. A.c. 951625 /СССР/. Устройство для регулирования напряжения синхронных генераторов. В.И. Локарев.-.Опубл. в Б.И.,1982,

40. A.c. 983893 /СССР/. Устройство для точной автоматической синхронизации синхронных генераторов./В.И.Локарев.-Опубл. в Б.ИД982,47.

41. А.с.1043698 /СССР/.Устройство сигнализации о перегрузке злектротехгических установок./В.И.Локарев.-Опубл.в Б.И., 1983,ü?35.

42.А.с. 957Я89 /СССР/. Устройство для пуска асинхронных электродвигателей./ В.И. Локарев.- Опубл. в Б.И., 1982, №33.

43. A.c. 998225 /СССР/. Устройство для демпфирования колебаний подвешенного груза./ В.В. Краснов, A.M. Пискунов, В.И. Локарёв,-Эпубл.в Б.И., 1983, N77.'-

44. A.c. II0I944 /СССР/. Устройство максимальной токовой защиты ' эдноЬазноД электроустановки в низковольтной сети./ В.И. Локарев.-

Эпубл.в Б.И., 1984, Р25.

45. A.c. III7776 /СССР/. Устройство автоматического переключения юточников питания. / В.И. Локарев.- Опубл.в Б.И., 1984, Р37.

46. A.c. II854I5 /СССР/. Устройство бездуговой коммутации. ' В.И. Локарев.- Опубл.в Б.И., 1985, Р38.

47. A.c. 1427533 /СССР/. Устройство для управления электродвига-' 'елем переменного тока. / В.И. Локарев.- Опубл. в Б.И., 1988, РЗб.

48. A.c. 1682370 /СССР/. Устройство для управления рекуперируема энергией./В.И.Локарев, С.В.Локарев.- Опубл.в Б.И., 1991, K3S.

Локаров ВЛ.Побудоьа систем: електротехн1чннх пристрой у::;-!;,;::."-'", о пол1ппенима технхко-еконогЛчлими показниками на основа разонансно-парамотрпчних перетворювач1в / рукопис /.

Дисертацхя на здобуття вченого ступеня доктора технхчних наук з спецхальностх 05.09.05 - електротехн1чн1 комплекси та систеш, вклачамчи 1х управл1ння та регулювання.

Одеський дергкавний полхтехн1чний ун1Ворептет, Одсса, 1995.

I Захищаються 29 наукових роб1т та 19 авторсысих свхдотств, як г М1стять теоретичн! дослтдження принцигпв побудови та форм реал!за-цй* електротехнхчних пристроЬ'в внм^рювашя, контролю, захисту та уп-равлхння електромеханхзмхв та установок з пхдввденимл показникагя стандартизащх, масо-оСеших характеристик, над1йност! та ст1йкост! при мхн1малькнх витратах , а таког. результата експеримонтальних дос-лхдаень.

Встаношено.що оптимальним для даного класу пристрсхв засобом рхшзшя поставлзних задач с хх розробка, як систеш пристрохв на за-гально;.!у елементному базим I едшому базовому блоц!, якил рэал!зу-сться методом фхзично! хнтеграц11 в вигляд£ резонапсно-парамотрпч-ного перетворавача. Виконано впровадаення рсзультат1в'роботи в уч-оовий процес, промислове Бпровадг.ення, наводиться дан! про ефектив-111 сть запропонэваних рлззнь в експлуатад!х.

Ключов1 слова: системний п!дх!д, функц!ональна ¿нтеграцхя, рс-зонансно-параштричний перетворювач.

aestract

Lo!:arov V.I. Systea of electrical engineering control' doviccii

vith improved techical and economic indexes, based on

resonance - paranotrical converters ( SPC ) creation (nanuscript).

Disertation is nominated for Doctor of technical sciences title.

speciality Ko. 05.09.03. - electrical engineering complexes

and systeas, including their control and regulation.

Odessa state tochnical university, Odessa, 19S5.

29 sciontific works and 19 certificates of authorship, containing:

- theoretic investigation of construction principles and binds of inspection, protection and control electrical engineering dsviccs. ensuring high indexes of standartization. mass - volucs characteristics, reliability whan the espences are the ninicua ;

- oxpericontal investigation results; are to bo defended. Determined that, the best vay to solve these problens is to design "this class devicss as a sys^es, based on cccaon decent base and entire base functional unit, icple^ented by csans of physical functional integration cothod as a resonance -para^otrical converter ( ^FC ).

Tho foundation of engineering theory of EPC devices was »¡orfcod out.

Investisition results s'sro introduce in study,, production proccessss.

Thana ware civea scxa facts, concerning this devices

FPlicatica efficiency during tha operation. Esj* vcr-ds : systea approach ; functional integration ; rcs'va&ace — parc^strical converter ( EPC )