Судовые энергетические установки с улучшенными параметрами электростартерного пуска дизеля

Репин, Андрей Сергеевич

Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Судовые энергетические установки с улучшенными параметрами электростартерного пуска дизеля

кандидата технических наук: Репин, Андрей Сергеевич
город: Нижний Новгород
год: 2006
специальность ВАК РФ: 05.08.05

Диссертация по кораблестроению на тему «Судовые энергетические установки с улучшенными параметрами электростартерного пуска дизеля»

Автореферат диссертации по теме "Судовые энергетические установки с улучшенными параметрами электростартерного пуска дизеля"

На правах р^описи

Репин Андрей Сергеевич

СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ С УЛУЧШЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ЭЛЕКТРОСТАРТЕРНОГО ПУСКА ДИЗЕЛЯ

Специальность 05.08.05 - «Судовые энергетические установки и их

элементы (главные и вспомогательные)»

05.09.03 — «Электротехнические комплексы и системы»

' ' Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород — 2006

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волжская государственная академия водного транспорта».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Шумков Евгений Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Титов Владимир Георгиевич

кандидат технических наук, доцент Орехво Владимир Анатольевич

; ■■ ? -V -'-.'. 1- ■ ■■

Ведущая организация: ОАО ЦКБ НПО «Судоремонт» (г. Нижний Новгород).

Защита состоится -¿Удекабря 2006 г. в часов в засе-

дании диссертационного совета Д 223.001.02 в Волжской государственной академии водного транспорта по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО ВГАВТ.

Автореферат разослан ¿^'ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцейт^ V»- _Д*А.-Кеслер

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время одним из самых распространенных типов систем пуска (СП) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) транспортных средств и стационарных промышленных объектов является электростартерная система. Электропривод этих систем базируется на использовании машин постоянного тока (МПТ), среди которых большая часть имеет последовательное возбуждение. Причем стартерный электропривод (СЭП) остается в подавляющем числе случаев нерегулируемым, а сама система электростартерного пуска (ЭСП) - разомкнутой по своей структуре.

Тяжелые условия прямого пуска главных двигателей, а также дизель-генераторных установок (ДГУ) большой мощности, в целях повышения надежности запуска, вынуждают применять автономные источники питания стартерных двигателей (СД) с завышенными мощностными и энергоемкостными характеристиками. Но даже и в этом случае заявленный предприятием-изготовителем эксплуатационный ресурс источника сокращается вплоть до 30 % от общего установленного срока службы. Причем в наиболе'е тяжелых ситуациях оказываются СП, в которых частые пуски ДВС сочетаются с низкотемпературными условиями эксплуатации всего транспортного средства в целом. Более того, большой динамический ток разряда малой длительности вызывает повреждения в узле коллектор - щетки СД и существенным образом сокращает сроки его межремонтных пробегов. Поэтому режимы пуска ДВС методом прямого включения характеризуются высоким износом оборудования - как стартерных батарей (СБ) и СД, за счет режима разряда большой глубины и малой длительности, так и передаточного устройства и самого ДВС, за счет высокодинамичных нагрузок, воздействующих на его коленчатый вал со стороны СД.

Отмеченные условия эксплуатации СЭП ДВС заставляют искать альтернативные подходы к построению и реализации систем ЭСП. В научных разработках последних лет предложен ряд новых способов пуска ДВС, среди которых важно отметить СП, использующие емкостные накопители энергии (ЕНЭ), и софт-стартерный пуск двигателя. Причем рост запатентованных разработок в данной области сопровождается тем, что принцип их действия и эффективность теоретически слабо, а в ряде случаев и некорректно, обоснованы.

Выполненный анализ и названные особенности разработки и эксплуатации систем ЭСП показали, что существует необходимость в создании новой системы СЭП, которая способна удовлетворить весь комплекс противоречивых требований, предъявляемых ко всей СП в целом и к ее составным частям в отдельности. Этим требованиям отвечает предлагаемый СЭП по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения, в основу функционирования которого положен принцип компенсации возмущений.

Использованию СД, включаемого по схеме смешанного возбуждения, препятствует эффект размагничивания машины в переходных режимах вследствие связи последовательной и независимой обмоток через его электромагнитное поле. При этом значительно снижается быстродействие электропривода (ЭП), теряется управляемость СД и самое главное - отсутствует возможность воздействия на ток якоря, а следовательно и на ток разряда СБ, путем изменения магнитного потока в независимой обмотке возбуждения (НОВ).

Однако необходимость применения СД смешанного возбуждения диктуется главным требованием к системе ЭСП, и к СБ особенно - снижением разрядного тока автономного источника и улучшением характера отдачи энергии в нагрузку.

Разгрузка автономного источника по максимальному значению тока разряда обеспечивает создание резерва его эксплуатационного ресурса, надежный и безударный запуск ДВС, что сокращает износ передаточного устройства, коленчатого вала и элементов цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя. Поэтому предлагаемый способ пуска ДВС с использованием компенсационного регулятора в составе СЭП позволяет.осуществить коррекцию магнитного потока СД в процессе запуска, исключить размагничивание машины в электромеханическом переходном режиме и осуществить двукратное сокращение пикового значения тока разряда автономного источника, при сохранении высокого быстродействия ЭП и управляемости СД в динамике.

Таким образом, объектом исследования в диссертационной работе является система ЭСП судового дизеля, выполненная на базе МПТ смешанного возбуждения, в которой последовательная и независимая обмотки связаны через электромагнитное поле.

Предмет исследования заключается в изучении динамики пуска ДВС с использованием СЭП по системе СБ — МПТ смешанного возбуждения с последующей разработкой корректирующих устройств, применение которых позволяет улучшить качественные показатели и характер переходных характеристик при запуске ДВС. При этом изучение динамики подразумевает раскрытие динамических свойств объекта исследования в целом и его составных частей в отдельности, а также выяснение динамических характеристик, которые представляют зависимости основных электромеханических величин СД и ДВС от времени. К этим величинам, прежде всего, следует отнести ток разряда автономного источника, ток якоря и ток возбуждения СД, напряжение на внешних зажимах источника, электромагнитный момент СД, угловую скорость коленчатого вала ДВС и ряд других. Обобщение результатов исследования позволило сформировать и обосновать пропорционально-дифференциальный (ПД) принцип коррекции магнитного потока МПТ, определить структуру СЭП и осуществить

физическую реализацию регулятора в виде стабилизирующего трансформатора невысокой установленной мощности.

Необходимость теоретического обоснования предложенного способа пуска привела к тому, что в работе подробно, и с критической точки зрения, исследован аккумуляторный СЭП по системе СБ - МПТ последовательного возбуждения как с участием ЕНЭ, так и без их привлечения. Выполнен анализ динамических характеристик СП, движение которых описывается линейными и нелинейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами.

Среди решенных задач необходимо выделить следующие:

1. Предложено оценивать качество электромеханических переходных процессов с помощью новой системы разработанных показателей, которая диктуется эксплуатациейн ы м ихарактеристиками СЭП.

2. Предложен способ трехэтапного рассмотрения переходного режима пуска, который, во многом, упрощает моделирование систем ЭСП, получение структурных схем и моделей СЭП.

3. Разработаны и обоснованы способы разгрузки автономного источника по максимальному значению разрядного тока в динамическом режиме пуска ДВС, способы увеличения эксплуатационного ресурса ответственных элементов СЭП, а также мероприятия, направленные на повышение надежности запуска двигателей.

4. Решен вопрос управляемости СД смешанного возбуждения в динамике.

При проведении исследований динамики систем ЭСП автор основывался на работах В.П. Андреева, Ю.И. Боровских, Л.В. Полтавы, Л.И. По-ляшова, Н.И. Радионова, Ю.А. Сабинина, Ю.П. Чижкова, Е.Б. Шумкова.

Цель диссептапиоиной работы заключается в разработке н исследовании системы ЭСП судовых ДВС и ДГУ на основе МПТ смешанного возбуждения с компенсацией магнитного потока в НОВ, оптимизацией параметров переходного режима по быстродействию и ограничением разрядного тока автономного источника.

Отсюда вытекают следующие задачи диссертационной работы:

1. Обзор и сравнительный анализ СП судовых, тепловозных и автотракторных ДВС как карбюраторных, так и дизелей с целью обоснования основных технических требований к новой системе ЭСП.

2. Разработка математического описания и структурных моделей основных элементов, входящих в состав СЭП ДВС по системам СБ - МПТ последовательного и СБ - МПТ смешанного возбуждения.

3. Разработка, схемная реализация, математическое описание и моделирование системы ЭСП на базе МПТ смешанного возбуждения с компенсационным регулятором ее магнитного потока в динамике.

4. Параметрическая идентификация коэффициентов регулятора скорости и нагрузки ДВС.

5. Апробация результатов исследований и натурные испытания устройства компенсации на ДГУ в эксплуатационных условиях.

Методы исследования. Исследования выполнены методами математического, структурного и имитационного моделирования. Весомую часть исследований занимает эксперимент и натурные испытания. Математические и структурные модели систем ЭСП получены на основе классической теории ДВС и электрических машин, дифференциального, интегрального и операционного исчисления. Задействованы возможности численных алгоритмов. Имитационное моделирование СП выполнено в среде визуального программирования МАТЬАВ 6.0. Там же выполнена параметрическая идентификация коэффициентов регулятора скорости и нагрузки ДВС. Экспериментальная часть исследований выполнена с привлечением общей теории ЭП на ДГУ постоянного тока мощностью 885 кВт. '

Научная новизна;

1. Разработана новая система ЭСП ДВС на базе МПТ смешанного возбуждения с компенсационным регулятором ее магнитного потока в динамических режимах пуска, оригинальность которой подтверждена патентом на полезную модель [7].

2. Разработаны структурные модели СЭП по системам СБ - МПТ последовательного и СБ — МПТ смешанного возбуждения, в том числе и для систем, использующих ЕНЭ и названный компенсационный регулятор с учетом параметров, зависящих от эксплуатационных условий СП.

3. Разработана методика анализа переходного режима в системе СЭП с использованием МПТ смешанного возбуждения и компенсационным регулятором ее магнитного потока при пуске ДВС.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработана пракгическая принципиальная схема системы ЭСП на базе МПТ смешанного возбуждения с компенсационным регулятором ее магнитного потока, обеспечивающая двукратное (в 2,01 раза) снижение максимального значения тока разряда автономного источника, повышение его эксплуатационного ресурса и надежности пуска ДВС.

2. Разработана программа для ЭВМ, которая позволяет исследовать динамику СЭП ДВС в системе СЕ - МПТ смешанного возбуждения при наличии взаимосвязанных через электромагнитное поле обмоток последовательного и независимого возбуждения. Оригинальность модели подтверждена свидетельством об официальной регистрации программ для ЭВМ [3].

3. Разработана программа для ЭВМ, которая позволяет исследовать динамику новой системы ЭСП на базе МПТ смешанного возбуждения при различных параметрах компенсационного устройства. Оригинальность модели подтверждена свидетельством об официальной регистрации программ для ЭВМ [4].

4. Разработан опытно-промышленный образец СЭП по системе СБ — МПТ последовательного возбуждения с промежуточным регулятором напряжения дискретного типа и замкнутой структурой контура стабилизации тока разряда СБ,

. На защиту выносятся следующие результаты:

1. Принцип действия, структура и практическая реализация СЭП по системе СБ — МПТ смешанного возбуждения с компенсационным регулятором ее магнитного потока в переходном режиме пуска ДВС,

2. Методика анализа электромагнитных и электромеханических переходных процессов в СЭП по системам СБ - МПТ последовательного и СБ -7 МПТ смешанного возбуждения с учетом параметров, зависящих, от эксплуатационных условий СП и поэтапного рассмотрения процесса пуска.

3. Результаты анализа электромагнитных и электромеханических переходных процессов в системах СБ - МПТ последовательного и СБ - МПТ смешанного возбуждения с использованием разработанных программных моделей и соответствие последних системам-оригиналам.

4. Структурные схемы и имитационные модели для исследования динамики пуска ДВС в СЭП по системам СБ - МПТ последовательного и СБ — МПТ смешанного возбуждения, в том числе и с компенсационным регулятором магнитного потока СД.

Апробация работы. Основные положения, результаты, выводы и рекомендации диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях и научно-технических советах:

1. Юбилейной научно-технической конференции, посвященной 70-летию со дня основания ГИИВТа (ВГАВТ, Н. Новгород, 2000 г.).

2. XX Научно-технической конференции "Актуальные проблемы электроэнергетики" <НГТУ, Н. Новгород, 2001 г.).

3. На семинарах профессорско-преподавательского состава (ВГАВТ, Н. Новгород, 2001-2005 г.).

4. На научно-техническом совете НО ВНИИЖТа (ВНИИЖТ, Н. Новгород, 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 свидетельства на программы для ЭВМ и патент на полезную модель. ..

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 236 страниц основного текста, 77 рисунков, список литературы из 125 наименований.

Основное содержание работы

Во введении дается общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность, формулируется цель и задачи диссертационного исследования. Раскрывается научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приводятся сведения об их апробации.

В первой главе проведена классификация СП ДВС применительно к энергоустановкам транспортных средств и к автономным установкам стационарных промышленных объектов. Рассмотрены СП с пневматическими, газо-гидравлическими, механическими и инерционными накопителями энергии^ область применения этих систем, их достоинства и недостатки. Кроме этого, выполнен обзор систем-гибридов, содержащих в своем составе накопители энергии различного вида, а также систем, базирующихся на использовании двигателей Стирлинга. Подробно рассмотрены технические требования, предъявляемые не только к СП, но и к вспомогательному оборудованию, использование которого нацелено на повышение пусковых качеств непосредственно ДВС, в том числе и при эксплуатации транспортных средств в условиях низких температур.

Основное внимание уделено рассмотрению электростартерных систем, их свойств и характеристик. С единых позиций выполнен анализ структур СЭП судовых, тепловозных и автотракторных ДВС, который базируется на представлении различных систем ЭСП как совокупности элементов, описываемых однотипными дифференциальными уравнениями. Среди таких важнейших элементов выделены — СБ, СД, передаточное устройство (ПУ), ДВС, регулятор его скорости и нагрузки.

Исходя из общности структур СЭП при прямом пуске осуществлено обоснование необходимости совершенствования систем ЭСП как для судов различного назначения, так и для железнодорожных и автотракторных транспортных средств. Пути такого совершенствования определены как для СЭП по системе СБ - МПТ последовательного возбуждения, так и СБ - МПТ смешанного возбуждения. В связи с этим рассмотрены качественные показатели и особенности ЭП по системам ЕНЭ - МПТ последовательного возбуждения, СБ - ЕНЭ - МПТ последовательного возбуждения, систем, использующих специальные схемы включения обмоток СД в процессе пуска, а также увеличенное индуктивное сопротивление в цепи якоря. Оценка эффективности указанных систем выполнена с учетом экспериментальных данных, полученных автором при испытаниях ДГУ постоянного тока мощностью 885 кВт на режимах пуска в эксплуатационных условиях.

Подробно разобраны проблемы разработки СП с использованием МПТ смешанного возбуждения. Показано, что низкая эффективность СЭП в данном случае обусловлена рядом отрицательных явлений, которые имеют место в динамическом режиме пуска внутри СД. К их числу

относятся — размагничивание МПТ, потеря быстродействия, большой ток потребления от автономного источника. Причиной тому служит связь обмоток возбуждения через электромагнитное поле машины. Динамический ток якоря СД вызывает нелинейное снижение основного магнитного потока, создаваемого НОВ, из-за чего отсутствует возможность влияния на характер переходных характеристик при управлении СД по каналу независимого возбуждения. Из невозможности воздействия на ток якоря и размагничивания МПТ вытекает феномен роста разрядного тока СБ в динамике, максимальное значение которого становится даже выше, чем в системах с МПТ последовательного возбуждения. На практике это означает отказ от применения таких МПТ в СП ДВС.

Отмечено, что вопросы динамики МПТ смешанного возбуждения в разное время затрагивались как по отношению к общепромышленным двигателям постоянного тока, где они рассматривались отдельно - режимы пуска, так и к судовым МПТ, функционирующим в составе ЭП по системе генератор - двигатель (Г - Д) - режимы стабилизации тока якоря. Здесь важно упомянуть работы JT.B, Полтавы, В.П. Андреева, Ю.А. Сабинина и A.C. Сандлера.

Выход из сложившийся ситуации заключается в разработке корректирующих устройств, в основу функционирования которых положены методы нелинейной коррекции теории автоматического управления. Развитие эти работы получили в разработках главным образом систем стабилизации тока якоря МПТ в различных переходных режимах. Прежде всего, здесь следует указать на разработки П.В. Куропаткина для гребных установок по системе Г- Д, работы A.B. Башарина и A.C. Сандлера. Поэтому анализ предложенных корректирующих устройств в первой главе диссертационной работы сочетается с обобщением результатов исследования их в составе систем ЭП, проводятся тесные параллели с приводами по системе Г - Д. Здесь же обоснован ряд положений по отношению к системам-дублерам, кратко рассмотрены их виды и свойства.

Значительное внимание уделено классификации, характеристикам и техническим требованиям к устройствам облегчения запуска ДВС, т. е. к тому вспомогательному оборудованию, которое позволяет улучшить пусковые качества двигателей и, тем самым, повысить вероятность их уверенного запуска. С позиций пусковых свойств ДВС выполнен сравнительный анализ энергетических установок с карбюраторными, дизельными, газотурбинными и свободно-поршневыми двигателями.

На основании общего аналитического обзора систем и способов пуска ДВС, проблем создания устройств, обеспечивающих надежный запуск и улучшающих пусковые качества двигателей, делаются выводы о целесообразности совершенствования СЭП по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения, как наиболее перспективной. Дается критическая оценка сис-

тем, базирующихся на применении ЕНЭ. Намечаются пути дальнейшего совершенствования СЭП по системе СБ — МПТ последовательного возбуждения. Выдвигаются положения о необходимости построения СЭП с использованием принципа управления по отклонению и принципа компенсации возмущений, а также о необходимости разработки корректирующих устройств, применение которых позволит решить поставленные задачи.

Вторая глава посвящена разработке математического описания и структурных схем СЭП по системам СБ - МПТ последовательного и СБ -МПТ смешанного возбуждения, с учетом условий, налагаемых автономным источником ограниченной мощности. При этом предлагается *трех-этапное рассмотрение переходного режима пуска ДВС.

На первоначальном полуинтервале времени дизель является нагрузкой МПТ и представляется нелинейным реактивным моментом сопротивления движению Мс. На втором полуинтервале наряду с создаваемой нагрузкой, ДВС развивает движущий момент, направленный на преодоление сопротивления движению и совпадающий по знаку с моментом на валу СД. Начиная с данного этапа ДВС выступает независимым источником момента. Характер формирования этого момента определяется динамическими свойствами регулятора скорости и нагрузки ДВС. Однако переходные процессы как в СД, так и в ДВС рассматриваются неразрывно, поскольку имеет место их совместная работа на один вал — непосредственно на коленчатый вал, двигателя и через ПУ, стартера. На заключительном полуинтервале времени вал СД разобщается с валом ДВС и переходные процессы в них рассматриваются раздельно.

Трехэтапное рассмотрение переходного режима пуска обеспечивает качественное упрощение структуризации моделей и одновременно высокую сходимость полученных теоретических результатов с экспериментальными, т. е. адекватность модели системе-оригиналу.

Из сопоставления дифференциальных уравнений й структурных схем систем ЭСП главных двигателей и приводных двигателей ДГУ, вытекает закономерное положение о взаимном переносе результатов исследований с одних СП на другие. Это обеспечивается как идентичностью дифференциальных уравнений, так и однотипностью структур СЭП ДВС. Поэтому в работе приведены экспериментальные данные и исследования, совмещенные с теоретической разработкой вопросов запуска ДВС, по отношению к ДГУ большой мощности, режимы разряда СБ в которых одни из самых тяжелых. ■

На основании предложенного способа декомпозиции системы СЭП судового дизеля разработано математическое описание и структурные схемы СЭП по системе СБ - МПТ последовательного и СБ — МПТ смешанного возбуждения. Повышенное внимание уделено вопросам разработки структур!Iых схем СП с ЕНЭ. Тщательно проработано их матема-

ти чес кое описание с учетом изменения магнитного потока фи и возможностью учета обмена энергией между СБ и ЕНЭ во всем диапазоне их совместной работы. Для системы СБ - МПТ смешанного возбуждения разработана структурная схема, приведенная на рис. I.

н| Ей Е,

ф -Л V £

-1

Я £

Ё £ I

и I

I! X О.

/ d{!>" -dt

Первый и второй этапы пуска описываются следующей системой дифференциальных уравнений:

' /(»и) = «„.,. -

. t \ t di ,, di, •V* = 4rf +r™. +)+ L, +■ M„

= H

0,npu -»■ < „. = v >(uiw, =0 ^ ^

Ai.«

^«.„.»^„(„»cA.iÎ+oV.Î, .A, =

где »ел - напряжение на внешних зажимах автономного источника при пуске;

ир.ц. ~ напряжение на внешних зажимах автономного источника при разомкнутой цепи нагрузки;

fna« - сопротивление, учитывающее тепловые потери внутри источника; ioB ~ ток разряда автономного источника; ia - ток якоря;

гс — ток в обмотке независимого возбуждения; ' ем - ЭДС вращения СД;

угловая скорость вращения СД; с ~ конструктивная постоянная МГГГ; фм-магнитный поток МПТ; к„ - коэффициент пропорциональности цепи якоря; К - коэффициент пропорциональности цепи НОВ; га, = са + гп<м + г, - эквивалентное активное сопротивление цепи якоря СД;

Laj = ¿о + La<u + X, - эквивалентная индуктивность цепи якоря СД; faitd, rs - активное сопротивление обмотки якоря, добавочных полюсов и последовательной обмотки;

LB, Lt - индуктивность обмотки якоря, добавочных полюсов и последовательной обмотки, соответственно;

Л,./! ™ эквивалентный, приведенный к валу СД, момент инерции вращающихся и поступательно движущихся масс СЭП;

Мг„ц — приведенный к валу СД момент сопротивления, создаваемый дизелем, ПУ и навесными агрегатами;

Мд^ тфмр. - эффективный приведенный момент, развиваемый дизелем;

Л^м.м. - электромагнитный момент МПТ;

М1Г — взаимная индуктивность между последовательной и независимой обмотками возбуждения МПТ;

~ активное сопротивление резистора, включаемого последовательно с независимой обмоткой возбуждения.

Закон движения дизеля и переходные процессы в СД при отключении от автономного источника на завершающем этапе описываются системой".

0 = е* -Ч к. + О+ О ='«. (с + ■Г™.+^. )■+1, +мя

= + ~К*,.».• "Рц* Фи =*Л+*Л

Структурная схема, соответствующая данному этапу изображена на рис.2.

Рнс: 21 Структурная схема СЭП по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения ..г - - на зук.ючитсльнсч '.этапе луска

Полученные выражения для передаточных функций цепи якоря и цепи независимого возбуждения:

^ (.-лК-А)' ' КМ («-ЛК'-А)' 1 '

где коэффициенты усиления, пули и полюса передаточных функций: . 4

' " -Л -М1УУГн

, - *■». «у

ь 'в У, \*Д.1. /

Ри ' /г

Н, =- О.»У ,

* ¿„-4-м;* /г«1

Таким образом, линейная модель СД может быть представлена произведением типовых элементарных звеньев - форсирующих идеальных, с коэффициентами квте,, постоянными времени г = 1ка, г = У/г„ соответственно и апериодического звена второго порядка с коэффициентом

усиления А= 1 и постоянными времени г = А. и Г, =

Разработанное математическое описание и структурные схемы позволяют выяснить динамические свойства исследуемых систем в переходном режиме пуска. Энергетику пуска предложено оценивать по двум основным показателям - среднепусковому КПД СЭП и электрической емкости автономного источника, потерянной в процессе отдачи энергии в нагрузку, за время пуска.

На основании предложенного математического описания достигнуто высокое соответствие моделей их системам-оригиналам, благодаря рациональному сочетанию параметров рассчитанных аналитически и определенных экспериментально. При этом отказ от многомассовых моделей и поэтапное рассмотрение переходного процесса пуска позволили получить несложные структурные схемы СЭП. по системам СБ — МПТ последовательного и СБ - МПТ смешанного возбуждения с возможностью учета как внешних возмущающих воздействий, так и собственных параметров ЭП, зависящих от эксплуатационных условий СП. Разработанное математическое описание доведено до состояния, необходимого для синтеза имитационных моделей и реализации программ на языке высокого уровня с использованием численных алгоритмов.

Третья глава диссертационной работы полностью посвящена имитационному моделированию систем ЭСП. Получены динамические характеристики СЭП по системам СБ - МПТ последовательного и СБ — МПТ смешанного возбуждения. Выполнен обобщающий анализ харак-

теристик переходного режима пуска ДВС на основе новой системы разработанных показателей качества. В основу этой системы положен принцип раздельной оценки качества регулирования в контуре стабилизации угловой скорости коленчатого вала ДВС и качества управления СД в динамике. В первом случае качество регулирования оценивается по общепринятым показателям, характерным для большинства систем автоматического регулирования (САР): перерегулированием, колебательностью, временем регулирования, статической точностью и другими, В последнем - понятие перерегулирование не имеет смысла, поэтому качественную сторону динамических характеристик целесообразно оценивать непосредственно максимальным значением и временем приложения данного воздействия к элементам системы автоматического управления (САУ): максимальным (пиковым) значением и временем тока разряда автономного источника, максимальным значением и временем протекания тока якоря СД и т. д., т. е. теми показателями, которые характерны для оценки переходных процессов по возмущающему воздействию. Поэтапное рассмотрение режима пуска двигателя позволяет получить все эти показатели в численном виде и выполнить сравнительный анализ качества регулирования в СП различных классов - как замкнутого типа, так и разомкнутого.

Подробно рассматриваются имитационные модели ЭП с участием ЕНЭ. Динамические характеристики этих систем получены при различных вариантах включения ЕНЭ и при различных значениях его энергоемкости — 4; 8,5; 17; 23 и 50 Ф как при заряде от штатной СБ, так и от высоковольтного автономного источника.

Значительное внимание уделено разработке имитационных моделей и рассмотрению динамических характеристик систем ЭСП, использующих импульсный принцип передачи мощности от автономного источника в нагрузку. Это СЭП, базирующийся на применении ключевых преобразователей с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Разбираются имитационные модели разомкнутых и замкнутых систем, реализующих софт-стартерный пуск ДВС и релейный принцип слежения за током разряда автономного источника, а также их динамические и энергетические характеристики в переходном режиме.

Подробно рассматривается имитационное моделирование и динамические характеристики СЭП по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения. Последние приведены на рис. 3 и объединены с кривыми, полученными при моделировании СП по системе СБ - МПТ последовательного возбуждения при прямом пуске. Из сопоставления кривых разгона по рис. 3, а и б с очевидностью вытекает необходимость разработки и применения корректирующих устройств в ЭП с использованием МПТ смешанного возбуждения в силу ухудшения показателей качества в динамике.

) 1 • 1- ^ ....."Г" " ^

ЗД-НЬш, р&О/С 1 / ■

> ......... " ■.....................''«""•"•'ЧсГ

а)

Рис. 3. Динамические характеристики систем ЭСП с МПТ последовательного и смешанного возбуждения

а) Пуск ДГУ мощностью 385 кВт методом прямого включения по системе СБ - МПТ последовательного возбуждения:

1 - ток якоря, равный току разреза СБ, 2 - напряжение на внешних зажимах СБ, 3 - угловая скорость вала СД, равная скорости коленчатого вала ДВС.

б) Пуск ДГУ мощностью 885 кВт методом прямого включения по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения:

1 - ток разряда автономного источника, 2 — напряжение на внешних.зажимах СБ, 3 - ток возбуждения в независимой обмотке, 4 - угловая скорость вала СД, равная скорости коленчатого вала ДВС.

Рассматривая диаграммы пуска ДВС важно отметать высокое размагничивание МПТ, высокое значение тока разряда автономного источника и глубокий провал напряжения на его внешних зажимах. Отсюда вытекает явление роста тока якоря, которое в совокупности с повышенным током потребления, являются определяющими причинами, по которым МПТ смешанного возбуждения до настоящего времени не находит широкого применения в СЭП.

Из анализа структур передаточных функций 1У0(з) и IV,(з), переходных и частотных характеристик, сформулированы главные требования к компенсационному устройству. Учитывая относительную стабильность возмущающих воздействий в СД и фиксированную точку их приложения, для. синтеза такого регулятора необходимо, чтобы эффект от его корректирующего воздействия заключался в.следующем:

1. Регулятор должен свести передаточную функцию Щ/з) к минимально-фазовому виду, сохранив структурную устойчивость звена и обеспечив у вел тени е выброса выходной координаты в область положительных значений. Это означает, что ноль полинома Сг($) должен стать отрицательным и сместиться по вещественной оси в левую часть комплексной плоскости Полюса характеристического многочлена Н/з) должны сохранить свое расположение в левой полуплоскости, являясь корнями с отрицательной действительной частью и находясь, по возможности, ближе к началу координат, Коэффициент усиления кат_е_, должен сменить знак на противоположный и стать положительным. Эти требования являются лишь необходимыми условиями эффективного функционирования компенсационного корректирующего устройства, выполнение которых обеспечит желаемый характер протекания переходных процессов в цепи НОВ и частичную компенсацию размагничивающего действия производной ,

2. Динамическая структура регулятора не должна оказывать существенного влияния на сужение полосы пропускания частот ¿ц, и рост амплитуды ЛАЧХ на резонансной частоте щ, функций 1У„(з) и Иными словами, введение в структуру СЭП последовательного корректирующего устройства не должно серьезно сказываться на ухудшении быстродействия системы и вносить существенную колебательность в регулируемые координаты 4 и г,.

3. Регулятор должен снижать выброс величины /„, сохраняя динамическую структуру передаточной функции №<,{$) в виде устойчивого минимально-фазового звена.

4. Динамическая коррекция, осуществляемая регулятором, должна заключаться в подъеме коэффициента усиления кате и ослаблении коэффициента усиления км.,,,. Иначе говоря, компенсационное устройство должно обладать демпфирующими свойствами в отношении величины /„ и усилительно-стабилизирующими в отношении величины

5- Коррекция параметров функций 1Ув(я) и Ше(з) должна носить только взаимосвязанный характер. Изложенные требования являются достаточными условиями обеспечения необходимого качества регулирования координат и („, выполнение которых позволит сформировать нужное корректирующее воздействие, реализовав компенсационную связь между производной и током возбуждения /е. При этом величи-

на регулирующего воздействия должна быть пропорциональна току якоря /„. Таким образом, корректирующее устройство должно обладать алгоритмической структурой ПД - регулятора, конечный эффект от использования которого должен заключаться в минимизации максимального тока потребления от автономного источника и повышения степени его разгрузки.

Заключительная часть главы посвящена анализу динамических характеристик СЭП по системе СЕ — МПТ смешанного возбуждения, способствующих улучшению характера отдачи энергии от автономного источника. Названные кривые изображены на рис. 4,5 и 6.

Рис, 4, ПускДГУ мощностью 885 кВт по системе СБ-МПТ смешанного возбуждения с использованием встречного включения последовательной н независимой обмоток

I - ток разряда автономного источника, 2 - напряжение на внешних зажимах СБ, 3 - ток возбуждения в независимой обмотке, 4 - угловая скорость вала СД, равная скорости коленчатого вала ДВС. - ■

Рис. 5. Пуск ДГУ мощностью 885 кВт по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения при питании НОВ через возбудитель.

1 - ток разряда автономного источника, 2 - напряжение на внешних зажимах СБ, 3 - ток возбуждения в независимой обмотке; 4 - угловая скорость вала СД равная скорости коленчатого вала ДВС, 5 - напряжение на выходе возбудителя

Рис. 6, Пуск ДГУ мощностью 885 кВт по системе СЕ - МПТ смешанного возбуждения с предварительным намагничиванием НОВ перед пуском

1 - ток разряда автономного источника, 2 - напряжение на внешних зажимах СБ, 3 - ток возбуждения в независимой обмотке, 4 - угловая скорость вала СД, равная скорости колен, чатого вала ДВС.

Из рассмотрения пусковых диаграмм ЭП следует, что известные способы пуска не позволяют реализовать высокий коэффициент использования полного тока МПТ в динамике и не могут снизить существенным образом максимальный ток потребления от СБ, Более того часть из них обеспечивает лишь частичную компенсацию магнитного потока СД при размагничивании.

СП в которой последовательная и независимая обмотки возбуждения включаются встречно (рис, 4) позволяет повысить коэффициент использования полного тока, однако разгрузка автономного источника по пиковому значению тока разряда практически не осуществима из-за резкого уменьшения индуктивного сопротивления СД Кроме этого, важно отметить форсированное усиление магнитного потока лишь на полуинтервале времени, когда производная ££»>о и размагничивание на полуинтервале,

<и

когда

Стабилизация магнитного потока НОВ СД с использованием промежуточных электромеханических преобразователей (возбудители, ЭМУ и прочее) практически невозможна, поскольку постоянная времени цепи НОВ существенно выше постоянной времени цепи якоря. Применение инерционных элементов в контуре стабилизации данной координаты приводит к тому, что динамическая коррекция, осуществляемая регулятором, не эффективна. Требуемый магнитный поток реализуется после того как ток разряда СБ проходит через максимум, т. е. тогда, когда в этом уже нет необходимости. Даже в том случае, когда НОВ получает питание непосредственно от возбудителя (рис. 5) возможна лишь частичная компенсация потока.

Наконец предварительное создание магнитного потока в НОВ перед пуском ДВС улучшает режим разряда СБ также незначительно (рис. 6). При этом имеет место эффективная компенсация лишь той части магнитного потока СД, которая вызвана размагничивающим действием последовательной обмотки. Поэтому указанные способы пуска обладают слабым корректирующим эффектом.

На основании обобщающего анализа качественных и энергетических показателей СЭП по системам СБ - МПТ последовательного и СБ - МПТ смешанного возбуждения и их динамических характеристик заключается, что в рассмотренных СП надежность пуска связывается главным образом с увеличением тока якоря СД и разрядного тока автономного источника, что вовсе не гарантирует достижение цели управления. Проведенные исследования, и в частности моделирование, доказали, что эффективность большинства способов пуска невелика. Поэтому критической оценке подвергнуты все системы, не отвечаю-

щие требованию снижения разрядногои пускового тока автономного источника и СД, наличие которых само по себе не означает, что уверенный запуск ДВС возможен. Прежде всего, это относится к системам, базирующимся на привлечении ЕНЭ, поскольку их эффективность напрямую зависит от напряжения заряда автономного источника, которое определяется конструктивными особенностями всей СП и существенным образом зависит от температурных условий в аккумуляторном отсеке.

Системы ЭСП с участием СД последовательного возбуждения должны быть только замкнутыми и содержать главную обратную связь по току разряда автономного источника. Причем выбор компромиссного решения между степенью ограничения этого тока и требуемым временем пуска в таких системах неизбежен. Рассмотрены предельные возможности этих систем в отношении разгрузки автономного источника с учетом временных параметров, предъявляемых к пусковому процессу. Получены характеристики, связывающие эти параметры в зависимости от требований к быстродействию ЭП.

Обоснованы тип, алгоритмическая структура и принцип действия корректирующего устройства, как регулятора с ГЩ - законом компенсационного воздействия по возмущению. Изложены необходимые и достаточные требования обеспечения необходимого качества регулирования связанных координат гв и На основании зависимостей коэффициента использования магнитной системы МПТ ^„.й™., обоснованы требования к реальному регулятору практического характера и намечен общий алгоритм его синтеза.

В четвертой главе рассматриваются вопросы разработки математического описания, синтеза имитационных моделей и физической реализации систем ЭСП на базе МПТ смешанного возбуждения с компенсационным регулятором магнитного потока ПД - типа. В качестве компенсационного регулятора предлагается использовать дифференциальный стабилизирующий трансформатор.

Эффект коррекции магнитного потока СД в системе ЭСП достигается за счет целенаправленного форсированного нарастания тока и независимой обмотки в динамике. Последнее обеспечивается посредством включения стабилизирующего трансформатора в обе цепи СД — и в цепь якоря, и в цепь НОВ так, как это изображено на рис. 7, а.

^ с с

^ ч' ^ £

и --Ч

3 Т *

€ь

-з

Система СЭП с компенсационным регулятором магнитного потока СД, выполненным на базе стабилизирующего дифференциального трансформатора, описывается следующими системами дифференциальных уравнений.

На первом и втором этапах пуска:

Л = С (\ \= II fi г

О, при Л/И1„. < = М= О

(4.1)

еч =сфисои =с (*.i, + k,it)au = «Ал = ckJl+ckJJ.

где гтк/.. ("ж;. — активные сопротивления соответственно первичной и вторичной цепей стабилизирующего трансформатора;

¿л'/., £гк:. - собственные индуктивности первичной и вторичной обмоток стабилизирующего трансформатора, соответственно;

Л/п' - взаимная индуктивность между обмотками стабилизирующего трансформ атора.

Трансформатор, функционируя в режиме вольтодобавки, исключает влияние ЭДС взаимоиндукции е, на ток г", за счет упреждающей компенсации этой величины. Поскольку динамический ток якоря гл определяет значение возмущающего воздействия е„ то при выбранной схеме включения, этот же ток будет определять и величину, корректирующего воздействия ер Оперируя параметрами регулятора (коэффициентом трансформации ¿тс) можно достичь такого соотношения ес = кп. • е4, при котором не только полностью устраняется размагничивание СД, но создается требуемый поток ф„ который и будет определять характер разряда автономного источника в динамике. .

Предлагаемый способ компенсации'решает и еще одну важную задачу - устранение возмущения ег практически при любом значении тока 1е, поскольку величины и компенсирующего, и возмущающего воздействий изменяются пропорционально, благодаря чему автоматически обеспечивается равенство ^ = \ ...'■■■.:.

На заключительном третьем этапе (рис. 7; в); - , .

л ■ / \ г г Л.

Лч>. = +- А'.«.,». - <»*,. Ь

= = с (¿Л + *,/,) ти

Йм = *А+*Л

Представленным дифференциальным уравнениям и схемам замещения соответствуют структурные схемы рис. 1 и рис. 2. При этом передаточные функции, отражающие динамические свойства как СД, так и регулятора имеют следующий вид:

Г А/^лу \Г ^ •]

К, (4.3) _5«_1

I ^ ¿„л,.

Далее полученные выражения легко приводятся к стандартному виду (2.3).

Откуда коэффициенты:

к ■ д, . ■ ■ . ■ '

А.Л, - л^ )г' - К,и,. ~{м» -м„ у'

г, , Ьяс —М„ +

2 — _ . . Д1 .- дс- " >* (Л Л\

Ь -. ' АьС. + ' К, . _ - г г_

кЛ.ММ^-Мт,.?' ь^-м^+м^ .

Необходимые условия компенсации будут выполнены, если параметры регулятора выбраны исходя из следующих соотношений.

1. Условие ограничения тока якоря:

^атм.с. ^ &ат.а. ИЛИ

, ^ — - — - **_.

2. Условие усиления магнитного потока фе: < I или

о < к,

0<-

(4.5)

(4.6)

'^^-(^-«тг)1 3. Компромиссное условие обеспечения демпфирования выброса координаты и усиления координаты /,: !

к,.-г,., 1 + ■'",.» V Г V "г-К.Л-0 г VI )

4. Условия структурной устойчивости звеньев и

>0 или

К->0

5. Условия минимально-фазовой структуры звеньев 1Уа,с,($) и УУ^/з):

<:-0 ИЛИ

(4.7)

(4.8)

(4.9)

__± Г + У Г '»■ус, )

¿..Л,.

б. Условие отсутствия доминирующих полюсов: А,1Ь ¿4*Лг<с или

{__)

(4.10)

Таким образом, задача синтеза компенсационного регулятора при выбранной алгоритмической структуре и обоснованной схеме включения сводится к проектированию трансформаторного дифференциатора, параметры которого находятся в области значений, ограниченной неравенствами (4.5)-(4Л0).

Динамические характеристики предлагаемой системы СЭП с регулятором ПД - типа изображены на рис. 8 и соответствуют настройке регулятора на пуск с временем работы СД не более 3 с (кривые 1, 3, 5, 7) и не более 5 с (кривые 2,4,6, 8), соответственно. При этом в последнем случае в выходном воздействии регулятора усилена дифференциальная составляющая сигнала. Из сопоставления кривых отчетливо видно, что ток разряда автономного источника не превышает 1038,1 и 900,2 А, что в 1,74 и 2,01 раза меньше, чем в СП с СД последовательного возбуждения при прямом пуске.

Рис. В. Динамические характеристики СЭП по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения с компенсационным регулятором магнитного потока НОВ.

Большая разгрузка автономного источника по пиковому значению тока потребления соответствует более продолжительной работе СД. При дальнейшем усилении дифференциальной составляющей в корректирующем воздействии регулятора может произойти срыв запуска ДВС вследствие перекомпенсации, либо нарушение установленных временных границ пускового процесса.

Значительно лучшего ограничения тока разряда в пусковой период можно достичь, совмещая положительные качества системы, реализующей намагничивание НОВ перед пуском и предложенный регулятор. Динамические характеристики этой системы, для тех'же вариантов исполнения регулятора, представлены на рис. 9. При этом существенно улучшается характер отдачи энергии от автономного'источника в нагруЗку, а Максимальное значение тока разряда составляет 1004,1 и 879,5 А, что в 1,8 и 2,1 раза

меньше, по сравнению с СЭП по системе СБ — МПТ последовательного возбуждения при пуске по способу прямого включения. При этом полностью устраняется размагничивание НОВ в процессе пуска, сохраняется высокое быстродействие СД и среднепусковой КПД привода. Повышается коэффициент использования полного тока до значений 0,2963 и 0,2927. На данную разработку получен патент [7]. Кроме этого, проанализированы динамические кривые, показатели качества и энергетические характеристики систем ЭСП на базе МПТ смешанного возбуждения при наличии других вариантов исполнения компенсационного ПД - регулятора.

Рис. 9. То же, что и рис. 8, но е предварительным намагничиванием НОВ перед пуском ДВС.

1,2- ток разряда автономного источника, 3, 4 — напряжение на внешних зажнмач СБ, 5, б - ток возбуждения в независимой обмотке, 7, 8 - угловая скорость вала СД. равная скорости коленчатого вала ДВС 1,3,5, 7- ПД-регулятор (Мтг-0,02033 Ги)

2,4,6,8 - ПД - регулятор с повышенным значением дифференциальной составляющей (Мту-0,02459 Гн),

Заключительная часть главы посвящена вопросам параметрической идентификации коэффициентов регулятора скорости и нагрузки ДВС. Выполнена оптимизация тахограмм коленчатого вала двигателя, исходя из минимума перерегулирования, лимитирования колебательности, времени регулирования, статической точности и ряда других показателей. Процесс оптимизации проиллюстрирован на рис. 10, который содержит динамическую область отклонений с исходной и оптимизированной кривыми угловой скорости вала ДВС. Оптимизация выполнена в пакете визуального моделирования МАТЬАВ б.О, с использованием стандартных алгоритмов квадратичного программирования.

Рис, 10. Оптимизация регулируемой координаты ДГУ "Л0 методом параметрической

идентификации:

1 - [фивая угловов скорости коленчатого вала ДВС до оптимизации, 2 - оптимизированная тахограмма ДВС. ,

Исследование систем ЭСП с компенсационным регулятором магнитного потока и обобщающий анализ теоретических кривых, полученных в процессе моделирования, позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый СЭП по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения с использованием предварительного намагничивания НОВ перед пуском ДВС является оптимальным с точки зрения качества переходных процессов в САУ и степени сложности реализации на аппаратном уровне.

Выполненная оптимизация контура регулирования угловой скорости коленчатого вала ДВС методом параметрической идентификации коэффициентов регулятора, обеспечивает высококачественную стабилизации? данной координаты в режиме самостоятельной работы двигателя, а также при его запуске. Причем перерегулирование исключено полностью, а время регулирования сократилось на 70,56 %, по отношению к одноименному показателю, при отсутствии оптимальной настройки.

При расхождении постоянных времени цепи якоря и цепи НОВ в СД на порядок и более, форсирование переходных процессов в последней за счет усиления дифференциальной составляющей в корректирующем воздействии ведет к нарушению временных характеристик пускового процесса и перекомпенсации. Этот фактор является главным лимитирующим условием, ограничивающим возможности разгрузки автономного источника при требуемом быстродействии и слабо колебательном переходном процессе.

Основные результаты диссертационной работы

Анализ путей решения проблемы разгрузки автономного источника и повышения надежности пуска ДВС в СЭП по системам СБ - МПТ последовательного и СБ - МПТ смешанного возбуждения показал, что для эффективного использования электрической емкости, энергии и эксплуатационного ресурса автономного источника необходимо использовать СЭП по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения с предлагаемым компенсационным регулятором магнитного потока. Эту задачу решает разработанный ЭП с корректирующим регулятором ПД- типа.

В ходе проведенных исследований автором получены следующие основные результаты:

1. Предложена новая система ЭП на базе МПТ смешанного возбуждения, позволяющая повысить надежность пуска ДВС и осуществить разгрузку автономного источника по максимальному значению разрядного тока, которое в 2,1 раза меньше по сравнению с аналогичным показателем в традиционно используемом ЭП на основе МПТ последовательного возбуждения при прямом пуске. Предложенная система ЭСП пригодна для запуска ДВС любой мощности. Оригинальность разработки подтверждена патентом на полезную модель [7].

2. Разработаны математические, структурные и имитационные модели СЭП по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения с предлагаемым компенсационным регулятором магнитного потока и без него. Разработанные модели предназначены для исследования динамики пуска ДВС в СЭП автономных энергоустановок судовых и тепловозных транспортных средств. Программная реализация моделей выполнена в среде визуального программирования Microsoft Visual Studio 6.0. [3J и в среде визуального моделирования MATLAB 6.0. [4]. Оригинальность моделей подтверждена свидетельствами об официальной регистрации программ для ЭВМ.

3. Доказана целесообразность использования ПД — принципа коррекции магнитного потока СД в динамике и высокая эффективность функционирования системы СБ - МПТ смешанного возбуждения в целом. Результаты моделирования показали высокий уровень компенсации магнитного потока в НОВ, управляемость СД и потерю в быстродействии привода лишь на 1-3 с,

4. Разработана схема электрическая принципиальная новой системы ЭСП с компенсационным регулятором в виде стабилизирующего дифференциального трансформатора, позволяющая, дополнительно, использовать предварительное намагничивание НОВ перед пуском ДВ.С.

5. Разработана методика анализа электромагнитных и электромеханических переходных процессов СЭП по системам СБ - МПТ последовательного и СБ — МПТ смешанного возбуждения.

6. Выполнен анализ динамических коэффициентов использования полного тока it. Wc СД при максимальном значении тока якоря для ЭП по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения при различных способах компенсации магнитного потока НОВ. Для всех разработанных способов пуска эти коэффициенты положительны и составляют 0,2521, 0,2843 и 0,2963, 0,2927, соответственно для ЭП с компенсационным регулятором; с компенсационным регулятором и предварительным намагничиванием НОВ перед пуском. Значения этих коэффициентов существенно выше, нежели в системах предложенных ранее, большинство из которых не обеспечивает компенсацию магнитного потока НОВ до уровня, необходимого для двукратного сокращения разрядного тока автономного источника.

7. Выполнена оптимизация тахограмм коленчатого вала ДВС, которая позволила исключить перерегулирование и колебательность в контуре стабилизации его угловой скорости и сократить время выхода ДГУ в ре-яшм готовности принятия нагрузки.

Публикации по теме диссертации

1. Ерилин, ЕС. Способ регулирования магнитного потока Двигателя смешанного возбуждения / Е.С. Ерилин, A.C. Репин, А.Н. Савинов // Материалы XX научно-технической конференции «Актуальные проблемы электроэнергетики»: Тезисы докладов.-Н, Новгород: НГТУ, 2001, — с. 30-31.

2. Ерилин, Е.С. Особенности расчета импульсного трансформатора большой мощности / Е.С. Ерилин, A.C. Репин // Материалы XX научно-технической конференции «Актуальные проблемы электроэнергетики»: Тезисы докладов. Н. Новгород: НГТУ, 2001.-е. 39-43.

3. Репин, A.C. Моделирование электростартерного пуска судового'дизе-ля при использовании машины постоянного тока смешанного возбуждения (Авторское свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2004611638) / A.C. Репин // Москва: РОСПАТЕНТ, 8 июля 2004.

4. Репин, A.C. Моделирование системы электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с компенсационным регулятором магнитного потока стартерного двигателя смешанного возбуждения (Авторское свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005610077) / A.C. Репин // Москва: РОСПАТЕНТ, 11 января 2ÖÖ5.

5. Репин, A.C. Перспективы совершенствования системы электростартерного пуска двигателей внутреннего сгорания / A.C. Репин-// Материалы научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и специалистов «ТРАНСПОРТ - XXI ВЕК». Часть 3. -Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 2003. - с. 201-203. '

6. Репин, A.C. Система пуска двигателя внутреннего сгорания с компенсационным регулятором магнитного потока стартерного двигателя смешанного возбуждения / A.C. Репин // Электрооборудование промышленных установок: межвузовский.сборник научных трудов. Том 49. - Н. Новгород: НГТУ, 2005. - с. 51-55.

7. Репин, A.C. Устройство для стабилизации магнитного потока стартерного двигателя смешанного возбуждения при пуске / A.C. Репин // Патент на полезную модель № 44759. Москва: РОСПАТЕНТ, 27 марта 2005.

8. Шумков, Е.Б. Совершенствование элекгростартерного пуска тепловозных двигателей - важный резерв энергосбережения / Е.Б. Шумков, Е.С. Ерилин, A.C. Репин, И.В. Сычушкин // Электрооборудование промышленных установок: межвузовский сборник научных трудов. Том 49. -Н. Новгород: НГТУ, 2005. - с. 13-16.

9. Шумков, Е.Б. Динамика тепловозного дизель-генератора в режиме электростартерного пуска дизеля / Е.Б. Шумков, М.В. Петров, A.C. Репин, А.Н. Савинов, O.A. Шаров // Электрооборудование промышленных установок: межвузовский сборник научных трудов. - Н. Новгород: НГТУ, 2001.-с. 18-21.

10. Ерилин, Е.С. Усовершенствовали пуск дизеля. / Е.С. Ерилии, A.C. Репин, И.В. Сычушкин, Е.Б. Шумков // Локомотив, №2,2004

Форматбумаги 60x84 Ризография. Усл. иеч. л. 1,00. Уч.-нзд. л. 1,00. Заказ 541. Тираж 100.

Издательско-полиграфический комплекс ФГОУ ВПО «ВГАВТ»

6039S0, Нижний Новгород, ул. Нестерова, Sa

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Репин, Андрей Сергеевич

Введение.

Глава

Аналитический обзор современных систем пуска автономных энергоустановок транспортных средств и промышленных объектов.

1.1. Классификация современных систем пуска двигателей внутреннего сгорания (ДВС) транспортных средств.

1.2. Электрические системы стартерного пуска судовых ДВС.

1.3. Электрические системы стартерного пуска тепловозных ДВС.

1.4. Электрические системы стартерного пуска автомобильных и тракторных ДВС.

1.5. Перспективы совершенствования устройств облегчения пуска

Выводы.

Глава

Исследования электростартерных систем пуска ДВС транспортных средств.

2.1. Общие положения.

2.2. Теоретические исследования систем электростартерного пуска

ЭСП) судовых дизелей.

2.3. Математические и структурные модели систем ЭСП с машиной постоянного тока (МПТ) последовательного возбуждения.

2.4. Математическая модель стартерного электропривода (СЭП) с использованием МПТ смешанного возбуждения.

Выводы.

Глава

Исследование качественных и энергетических показателей систем стартерного электропривода ДВС.

3.1. Общие положения.

3.2. Имитационное моделирование систем пуска (СП) ДВС со стартерным двигателем (СД) последовательного возбуждения.

3.3. Исследования систем ЭСП ДВС с использованием СД смешанного возбуждения.

3.3.1. Исследование влияния полного тока ie • we СД на качественные показатели СП ДВС.

3.3.2. Исследование способов увеличения коэффициента использования полного тока СД ie'We. \

Выводы.

Глава

Разработка новых направлений совершенствования систем электростартерного пуска ДВС транспортных средств и опытное внедрение.

4.1. Разработка и моделирование системы ЭСП ДВС с компенсационным регулятором магнитного потока СД.

4.2. Параметрическая идентификация коэффициентов

ПИ - регулятора.

4.3. Экспериментальные исследования и опытное внедрение.

Выводы.

Введение 2006 год, диссертация по кораблестроению, Репин, Андрей Сергеевич

Актуальность темы. Развитие транспортной отрасли напрямую зависит от роста услуг в сфере перевозок пассажиров и грузов. В последние годы темпы роста этих услуг в нашей стране заметно возросли. Связано это с увеличением товарооборота между регионами и повышением загрузки всех видов транспорта - водного, автомобильного и железнодорожного. Из-за отсутствия необходимости промежуточной перевалки грузов и благодаря своей мобильности автотранспорт оказался в более выгодных условиях, чем прочий, поэтому общий грузопоток сместился именно в его сторону. Однако давно известно, что определенные виды перевозок нуждаются в развитии и водного, и железнодорожного транспорта, так как только при их совместном участии становится возможным осуществить эти перевозки с наименьшими затратами.

В Германии за последние 3-4 года прирост пассажирских перевозок на водном и железнодорожном транспорте (ЖДТ) составил лишь 8 %, а объем грузоперевозок, выполненных этими видами транспорта с 1979 по 1997 год сократился с 25,5 до 16,2 % [120]. Приблизительно такое же состояние дел в транспортной отрасли имеет место и в большинстве других европейских стран.

В России эта тенденция приняла угрожающий характер: объем грузопотоков водным транспортом в годовом исчислении с 25-30 млн. т. в 1980 г сократился к 1999 г почти в 2 раза [(? 1 ].

Не смотря на требования специалистов крупных организаций, занятых в сфере перевозок водным и железнодорожным транспортом, разработать четкую программу оптимального развития транспортной отрасли в целом, Европейская Экономическая Комиссия (ЕЭК) выступает с концепцией свободной конкурентной борьбы на рынке перевозок автомобильным, водным и железнодорожным транспортом соответственно. По мнению многих аналитиков,, такой подходприведет к неизбежному, разрегулированию рынка транспортных услуг в будущем. Поэтому уже сейчас большое число фирм, производящих судовое и тепловозное оборудование, а также и его обслуживание, сосредоточили усилия, направленные на повышение конкурентоспособности своей продукции.

С другой стороны,, та же ЕЭК серьезно ужесточила требования в отношении экологичности ДВС, применяемых на транспортных средствах. Прежде всего это относится к объему выхлопов СО2, которые на автомобильном транспорте, причем на грузовом особенно, намного опережают те же показатели судовых и тепловозных дизельных установок. Поэтому "регулярно выдвигается требование сместить центр тяжести перевозок в сторону железнодорожного и водного транспорта" [120].

Важнейшим условием развития транспортной отрасли является создание резерва в части эксплуатационного ресурса транспортных средств и повышения надежности всех их систем, что отвечает, прежде всего, требованиям безопасности движения и исключения аварийных ситуаций.

Одной из таких систем транспортного средства, имеющего автономную электрическую станцию, является система пуска (СП) ДВС. В настоящее время наиболее распространенным типом СП ДВС транспортных средств и стационарных промышленных объектов, имеющих в своем составе автономные энергоблоки, является элсктростартерная система. Электропривод этих систем базируется на использовании машин постоянного тока (МПТ), среди которых большая часть имеет последовательное возбуждение. Причем стартерный электропривод (СЭП) остается в подавляющем числе случаев нерегулируемым, а сама система электростартерного пуска (ЭСП) - разомкнутой по своей структуре.

СЭП постоянного тока занимает особое место в энергоустановках транспортных средств. До сих пор подавляющее большинство судовых и тепловозных дизель-генераторов комплектуются системами пуска с МПТ. Главные двигатели судов пускаются стартерами постоянного тока [4, 78, 89]. Наконец карбюраторные двигатели (КД) и дизели автотракторной техники также оборудованы электрическими системами пуска с использованием МПТ [37,55,66-68,71,107,108].

Широко распространен электростартерный пуск газовых турбин [4, 89] и дизель-генераторных агрегатов, работающих в составе источников бесперебойного питания (ИБП) [37]. При стендовых испытаниях двигателей применяются системы СЭП с МПТ, которые получают питание от выпрямительных установок [25, 26].

Тяжелые условия прямого пуска главных двигателей, а также дизель-генераторных установок (ДГУ) большой мощности, в целях повышения надежности запуска, вынуждают применять автономные источники питания стартерных двигателей (СД) с завышенными мощностными и энергоемкостными характеристиками. Но даже и в этом случае заявленный предприятием-изготовителем эксплуатационный ресурс источника сокращается вплоть до 30 % от общего установленного срока службы. Причем в наиболее тяжелых ситуациях оказываются СП, в которых частые пуски ДВС сочетаются с низкотемпературными условиями эксплуатации всего транспортного средства в целом. Более того, большой динамический ток разряда малой длительности вызывает повреждения в узле коллектор - щетки СД и существенным образом сокращает сроки его межремонтных пробегов. Поэтому режимы пуска ДВС методом прямого включения характеризуются высоким износом оборудования - как СБ и СД, за счет режима разряда большой глубины и малой длительности, так и передаточного устройства и самого ДВС, за счет высокодинамичных нагрузок, воздействующих на его коленчатый вал со стороны СД.

Отмеченные условия эксплуатации СЭП ДВС заставляют искать альтернативные подходы к построению и реализации систем ЭСП. В научных разработках последних лет предложен ряд новых способов пуска ДВС, среди которых важно отметить СП, использующие емкостные накопители энергии (ЕНЭ) [66, 68, 71], и софт-стартерный пуск двигателя. Причем рост запатентованных разработок в данной области сопровождается тем, что принцип их действия и эффективность теоретически слабо, а в ряде случаев и некорректно, обоснованы.

Использованию СД, включаемого по схеме смешанного возбуждения, препятствует эффект размагничивания машины в переходных режимах вследствие связи последовательной и независимой обмоток через его электромагнитное поле [82, 83]. При этом значительно снижается быстродействие электропривода (ЭП), теряется управляемость СД и самое главное - отсутствует возможность воздействия на ток якоря, а следовательно и на ток разряда СБ, путем изменения магнитного потока в независимой обмотке возбуждения (НОВ).

Разгрузка автономного источника по максимальному значению тока разряда обеспечивает создание резерва его эксплуатационного ресурса, надежный и безударный запуск ДВС, что сокращает износ передаточного устройства, коленчатого вала и элементов цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя. Поэтому предлагаемый способ пуска ДВС с использованием компенсационного регулятора в составе СЭП позволяет осуществить коррекцию магнитного потока СД в процессе запуска, исключить размагничивание машины в электромеханическом переходном режиме и осуществить более чем двукратное (в 2,1 раза) сокращение пикового значения тока разряда автономного источника, при сохранении высокого быстродействия ЭП и управляемости СД в динамике.

Предмет исследования заключается в изучении динамики пуска ДВС с использованием СЭП по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения с последующей разработкой корректирующих устройств, применение которых позволяет улучшить качественные показатели и характер переходных характеристик при запуске ДВС. Обобщение результатов исследования позволило сформировать и обосновать пропорционально-дифференциальный (ПД) принцип коррекции магнитного потока МПТ, определить структуру СЭП и осуществить физическую реализацию регулятора в виде стабилизирующего трансформатора невысокой установленной мощности.

Среди решенных задач необходимо выделить следующие:

1. Предложено оценивать качество электромеханических переходных процессов с помощью новой системы разработанных показателей, которая диктуется эксплуатационными характеристиками СЭП.

4. Решен вопрос управляемости СД смешанного возбуждения в динамике.

При проведении исследований динамики систем ЭСП автор основывался на работах В. П. Андреева, Ю. И. Боровских, JI. В. Полтавы, JI. И. Поляшова, Н. И. Радионова, Ю. А. Сабинина, Ю. П. Чижкова, Е. Б. Шумкова.

Одним из перспективных направлений в разработке современных систем СЭП, согласно нашей концепции, является создание системы пуска на базе МПТ смешанного возбуждения.

В соответствии с вышеизложенным, цель настоящей диссертационной работы заключается в разработке и исследовании системы ЭСП судовых ДВС и ДГУ на основе МПТ смешанного возбуждения с компенсацией магнитного потока в НОВ, оптимизацией параметров переходного режима по быстродействию и ограничением разрядного тока автономного источника. Отсюда вытекают следующие задачи диссертационной работы:

4. Параметрическая идентификация коэффициентов регулятора скорости и нагрузки ДВС.

Методы исследования. Исследования выполнены методами математического, структурного и имитационного моделирования. Весомую часть исследований занимает эксперимент и натурные испытания. Математические и структурные модели систем ЭСП получены на основе классической теории ДВС и электрических машин, дифференциального, интегрального и операционного исчисления. Задействованы возможности численных алгоритмов. Имитационное моделирование СП выполнено в среде визуального программирования MATLAB 6.0. Там же выполнена параметрическая идентификация коэффициентов регулятора скорости и нагрузки ДВС. Экспериментальная часть исследований выполнена с привлечением общей теории ЭП на ДГУ постоянного тока мощностью 885 кВт. Научная новизна:

2. Разработаны структурные модели СЭП по системам СБ - МПТ последовательного и СБ - МПТ смешанного возбуждения, в том числе и для систем, использующих ЕНЭ и названный компенсационный регулятор с учетом параметров, зависящих от эксплуатационных условий СП.

1. Разработана практическая принципиальная схема системы ЭСП на базе МПТ смешанного возбуждения с компенсационным регулятором ее магнитного потока, обеспечивающая снижение максимального значения тока разряда автономного источника в 2,1 раза, повышение его эксплуатационного ресурса и надежности пуска ДВС.

2. Разработана программа для ЭВМ, которая позволяет исследовать динамику СЭП ДВС в системе СБ - МПТ смешанного возбуждения при наличии взаимосвязанных через электромагнитное поле обмоток последовательного и независимого возбуждения. Оригинальность модели подтверждена свидетельством об официальной регистрации программ для ЭВМ [80].

3. Разработана программа для ЭВМ, которая позволяет исследовать динамику новой системы ЭСП на базе МПТ смешанного возбуждения при различных параметрах компенсационного устройства,. Оригинальность модели подтверждена свидетельством об официальной регистрации программ для ЭВМ [81].

4. Разработан опытно-промышленный образец СЭП по системе СБ - МПТ последовательного возбуждения с промежуточным регулятором напряжения дискретного типа.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Принцип действия, структура и практическая реализация СЭП по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения с компенсационным регулятором ее магнитного потока в переходном режиме пуска ДВС.

2. Методика анализа электромагнитных и электромеханических переходных процессов в СЭП по системам СБ - МПТ последовательного и СБ - МПТ смешанного возбуждения с учетом параметров, зависящих от эксплуатационных условий СП и поэтапного рассмотрения процесса пуска.

4. Структурные схемы и имитационные модели для исследования динамики пуска ДВС в СЭП по системам СБ - МПТ последовательного и СБ - МПТ смешанного возбуждения, в том числе и с компенсационным регулятором магнитного потока СД.

1. юбилейной научно-технической конференции, посвященной 70-ти летию со дня основания ГИИВТа (ВГАВТ, Н. Новгород, 2000 г.)

2. XX Научно-технической конференции "Актуальные проблемы электроэнергетики" (НГТУ, Н. Новгород, 2001 г.) .

3. на семинарах профессорско-преподавательского состава (ВГАВТ, Н. Новгород, 2001 - 2005 г.)

4. На научно-техническом совете НО ВНИИЖТа (ВНИИЖТ, Н. Новгород, 2005 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ [32, 33, 34, 80 -84, 109, 111], в том числе 2 свидетельства на программы для ЭВМ [80, 81] и патент на полезную модель [84].

Заключение диссертация на тему "Судовые энергетические установки с улучшенными параметрами электростартерного пуска дизеля"

Выводы

1. Разработана новая система ЭП на базе МПТ смешанного возбуждения, позволяющая повысить надежность пуска ДВС и осуществить разгрузку автономного источника по максимальному значению тока разряда, которое в 2,1 раза меньше по сравнению с аналогичным показателем в традиционно используемом ЭП на основе МПТ последовательного возбуждения при прямом пуске. Применение ПД -принципа коррекции обеспечивает высокий уровень компенсации магнитного потока в НОВ, управляемость СД и потерю в быстродействии привода лишь на 1-3 с. Предложенная система ЭСП пригодна для запуска ДВС любой мощности. Именно такой вариант СЭП является оптимальным с точки зрения качества переходных процессов в САУ и степени сложности реализации на аппаратном уровне.

2. При расхождении постоянных времени цепи якоря и цепи НОВ в СД на порядок и более, форсирование переходных процессов в последней за счет усиления дифференциальной составляющей в корректирующем воздействии ведет к нарушению временных характеристик пускового процесса и перекомпенсации. Этот фактор является главным лимитирующим условием, ограничивающим возможности разгрузки автономного источника при требуемом быстродействии и слабо колебательном переходном процессе.

3. Выполненный анализ динамических коэффициентов использования полного тока СД показал, что для всех вариантов разработанных систем пуска эти коэффициенты положительны и существенно выше, нежели в системах предложенных ранее, большинство из которых не обеспечивает компенсацию магнитного потока НОВ до уровня, необходимого для двукратного сокращения разрядного тока автономного источника.

4. На основе раздельной оценки показателей качества и поэтапном рассмотрении переходного режима пуска ДВС разработана методика анализа электромагнитных и электромеханических переходных процессов в СЭП по системе СБ - МПТ смешанного возбуждения, позволяющая оценить эффективность СП с двух сторон - с позиции качества регулирования и энергетики пуска.

5. Разработана схема электрическая принципиальная новой системы ЭСП с компенсационным регулятором в виде стабилизирующего дифференциального трансформатора, позволяющая, дополнительно, использовать предварительное намагничивание НОВ перед пуском ДВС.

6. Выполненная оптимизация контура регулирования угловой скорости коленчатого вала ДВС методом параметрической идентификации коэффициентов регулятора, обеспечивает высококачественную стабилизацию данной координаты в режиме самостоятельной работы двигателя, а также при его запуске. Причем перерегулирование исключено полностью, а время регулирования сократилось на 70,56 %, по отношению к одноименному показателю, при отсутствии оптимальной настройки.

221

Заключение

В диссертационной работе исследована динамика СЭП постоянного тока различных транспортных средств по наиболее перспективным системам с учетом направлений, которые нашли отражение в научных разработках последних лет. Рассмотрены качественные показатели и энергетика систем ЭСП с МПТ последовательного и смешанного возбуждения, анализ которых позволил выявить виды и способы пуска ДВС, не отвечающие современным требованиям, предъявляемым к режиму разряда и ресурсу СБ. Дана критическая оценка систем ЭСП с ЕНЭ. Выделены системы, в отношении которых обосновано положение о целесообразности использования их в качестве систем-дублеров.

Проведенный анализ систем ЭСП на базе МПТ с различными видами возбуждения показал, что перспективным устройством является компенсационный регулятор магнитного потока НОВ СД с использованием стабилизирующего трансформатора, в основу функционирования которого положен ПД - принцип коррекции. Использование данного регулятора в составе СЭП ДВС позволяет решить задачу разгрузки автономного источника по максимальному значению тока разряда, кардинальным образом улучшить характер отдачи энергии и повысить надежность пуска ДВС, реализовав принцип компенсации и обеспечив резерв в отношении ресурса СБ.

Разработанное математическое описание систем ЭСП с учетом реальных характеристик СБ, параметров ДВС, регулятора его нагрузки и скорости, а также с учетом электромагнитных явлений в СД, позволяет выполнять моделирование динамических режимов работы СЭП и получать высококачественную визуализацию результатов. Полученные динамические кривые, в свою очередь, дают возможность выполнить синтез компенсационного устройства, осуществить расчет и выбор его составных частей.

На основе анализа динамических свойств регулятора ДВС разработана методика идентификации его оптимальных коэффициентов, обеспечивающих высококачественную стабилизацию угловой скорости коленчатого вала и выход двигателя в режим XX с оптимальными показателями качества.

Программные решения вопросов моделирования СЭП закреплены и подтверждены свидетельствами об официальной регистрации программ для ЭВМ [80,81].

Выполненное моделирование систем ЭСП с компенсационным регулятором магнитного потока доказывает целесообразность использования ПД - принципа стабилизации, при приемлемой установленной мощности регулятора, которая составляет 35,6 % от полной номинальной мощности СП. В ходе построения различных схем СЭП с регулятором магнитного потока СД и анализа динамических кривых переходного режима пуска установлено, что оптимальным вариантом, с точки зрения степени сложности реализации и эффективности ограничения разрядного тока автономного источника, является система ЭСП в которой применение компенсационного регулятора сочетается с предварительным намагничиванием НОВ перед пуском ДВС. Новизна и промышленная применимость СП данного вида, в совокупности с описанным компенсационным устройством, подтверждены патентом на полезную модель [84].

При использовании в качестве СД МПТ последовательного возбуждения целесообразно применять только замкнутые системы с обратной связью по току разряда автономного источника и содержащие быстродействующий регулятор на базе импульсного прерывателя постоянного тока. Особо следует подчеркнуть, что выбор компромиссного решения между степенью ограничения разрядного тока источника и требуемым временем пуска, в таких системах, неизбежен.

Определенный резерв дальнейшего совершенствования СЭП по системам СБ - МПТ последовательного возбуждения и СБ - МПТ смешанного возбуждения, состоит в привлечении методов теории оптимального управления и теории минимакса. Важное значение придается разработке конструкции компенсационного регулятора с оптимальными параметрами.

При модернизации имеющихся систем ЭСП ДВС транспортных средств наиболее предпочтительно применять СЭП по системе СБ - ДРН - МПТ последовательного (смешанного) возбуждения, поскольку определяющим фактором в данном случае выступает простота аппаратной комплектации схемы и малые материально-финансовые затраты. Апробация и опытное внедрение этой системы показали высокую эффективность функционирования СЭП ДВС, в том числе, при низкотемпературном пуске. Практическая реализация и исследование данной системы выявило, что она более проста и экономична, нежели СЭП, выполненный на базе импульсного прерывателя постоянного тока даже при полностью управляемых ключах.

Высокая сходимость теоретических результатов моделирования с экспериментальными данными позволяет говорить о точном соответствии расчетных моделей системам-оригиналам и о целесообразности применения разработанного метода получения динамических характеристик электростартерных СП. Общие принципы исследования динамики и построения структурных моделей систем ЭСП могут быть востребованы и применены в смежных областях науки и техники.

Разработанные виды СП на базе МПТ последовательного и смешанного возбуждения имеют динамические характеристики, анализ которых позволяет судить о том, что эти системы в наибольшей степени соответствуют эксплуатационным требованиям, предъявляемым к режиму разряда автономного источника и надежности пуска, в том числе и низкотемпературного. Предварительная оценка экономических показателей позволяет говорить о невысоком сроке окупаемости и прибыльности разработок систем ЭСП с ДРН и корректирующим регулятором компенсационного типа. Причем эти показатели СЭП усиливаются для систем ЭСП модернизируемых транспортных средств.

Библиография Репин, Андрей Сергеевич, диссертация по теме Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

1. А. А. Вавилов. Частотные методы расчета нелинейных систем. JL, «Энергия», 1970, 324 стр. с рис.

2. А. А. Кампе-Немм. Динамика двухпозиционного регулирования. Государственное энергетическое издательство, М. JL, 1955,234 стр.

3. А. В. Башарин, Ф. Н. Голубев, В. Г. Кепперман Примеры расчетов автоматизированного электропривода. Л., «Энергия», 1971. 440 с. с рис.

4. Автоматизация судовых энергетических установок. Под ред. проф. Р. А. Нелепина. Л., «Судостроение», 1975, 536 с.

5. Автоматическое управление судовыми электроприводами и установками. Витюк К. Т., Гриценко П. И., Коробов П. К., Шорин В. П. Изд-во «Транспорт», 1968 г., 1-304.

6. Андреев В. П., Сабинин Ю. А. Основы электропривода. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 772 с.

7. АС №4283277/25-06 от 15.12.89. Бюл. №46

8. Багоцкий В. С., Скундин А. М. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981. - 360 е., ил.

9. Баранов А. П., Раимов М, М. Моделирование судового электрооборудования и средств автоматизации: Учебник для вузов. СПб.: Элмор, 1997. 232 с.

10. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982.-392 е., ил.

11. Бендриков Г. А., Теодорчик К. Ф., Траектории корней линейных автоматических систем, изд-во «Наука», 1964,160 стр.

12. Бирзниекс Л. В. Импульсные преобразователи постоянного тока. М., «Энергия», 1974.256 с. с ил.

13. Бор-Раменский А. Е., Воронецкий Б. Б., Святославский В. А. Быстродействующий электропривод. М., «Энергия», 1969, 168 с. с илл.

14. Б. Сайлер, Дж. Споттс Использование Visual Basic 6. Специальное издание.: Пер. с англ. М.; СПб.; К.: Издательский дом "Вильяме", 2003. - 832 е.: ил. - Парал. тит. англ.

15. Булгаков А. А. Частотное управление асинхронными двигателями. -3-е перераб. изд. -М.: Энергоиздат, 1982. 216 е., ил.

16. Бурышкин JI. П. Опытные исследования по износу цилиндров и поршневых колец в пусковой период. Труды ОНИМФ, вып. IX, 1951, с. 190-198

17. Варыпаев В. Н. и др. Химические источники тока: Учеб. пособие для хим. технол. спец. вузов/В. Н. Варыпаев, М. А. Дасоян, В. А. Никольский; Под ред. В. Н. Варыпаева. - М.: Высш. шк., 1990. -240 е.: ил.

18. Вейнгер А. М. Регулируемый синхронный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 224 е., ил.

19. В. К. Попов Основы электропривода. Издание второе, заново переработанное В. П. Андреевым, В. Г. Дранниковым, Ю. А. Сабининым. JT. -М.: Госэнергоиздат, 1951.-292 с.

20. Возницкий И. В. Техническая эксплуатация двигателей промысловых судов. М., «Пищевая промышленность», 1969,368 с.

21. В. П. Чистов, В. И. Бондаренко, В. А. Святославский Оптимальное управление электрическими приводами постоянного тока, М., «Энергия», 1968. 232 с. с илл.

22. Гулиа Н. В. Двигатели, накопители, стабилизаторы., в кн. Инерция в технике. М.: Знание, 1984. - 64 с. - (Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Техника»; №9)

23. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебный курс СПб: Питер, 2000. - 432 е.: ил.

24. Г. Шилдт Самоучитель С++: Пер. с англ. 3-е изд.: - СПб.: БХВ-Петербург, 2001. - 688 с.

25. ДИЗЕЛИ. Справочник. Изд. 3-е, перераб. и доп. Под общей редакцией В. А. Ваншейдта, Н. Н. Иванченко, JI. К. Коллерова. JL, «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1977. 480 с. с ил.

26. Динамика следящих приводов: Учеб. пособие для втузов/ Б. И. Петров, В. А. Полковников, Л. В. Рабинович и др.; Под ред. Л. В. Рабиновича. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982.-496 с.

27. Дунаевский С. Я., Крылов О. А., Мазия Л. В. Моделирование элементов электромеханических систем. Изд. 2-е. М., «Энергия», 1971.-288 с.

28. Д. Уокерт Двигатели Стерлинга. / Сокр. пер. с англ. М.: Машиностроение, 1985, 357 с.

29. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. СПб.: Питер, 2002.-448 е.: ил.

30. Дьяконов В. Simulink 4. Специальный справочник. СПб: Питер, 2002.-528 е.: ил.

31. Ерилин Е. С., Репин А. С., Савинов А. И. Способ регулирования магнитного потока двигателя смешанного возбуждения. Материалы XX научно-технической конференции «Актуальные проблемыэлектроэнергетики»: Тезисы докладов/ НГТУ. Н.Новгород, 2001 г., с. 30-31.

32. Ерилин Е. С., Репин А. С. Особенности расчета импульсного трансформатора большой мощности. Материалы XX научно-технической конференции . «Актуальные проблемы электроэнергетики»: Тезисы докладов/ НГТУ. Н.Новгород, 2001 г., с. 39-43.

33. Ерилин Е. С., Шумков Е. Б., Репин А. С., Сычушкин И. В., Савинов А. Н. Усовершенствовали пуск дизеля. Локомотив, №2, 2004 г.

34. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Энергия, 1980. - 928 е., ил.

35. Ильинский Н. Ф. Электроприводы постоянного тока с управляемым моментом. М.: Энергоиздат, 1981. - 144 е., ил.

36. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование / В. Г. Костиков, Е. М. Парфенов, В. А. Шахнов: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1998. - 344 е.: ил.

37. Каган В. Г. Электроприводы с предельным быстродействием для систем воспроизведения движений. М., «Энергия», 1975, 240 с. с ил.

38. Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986.-488 е.: ил.

39. Кибакин В. М. Основы ключевых методов усиления. М.: Энергия, 1980.-232 е., ил.

40. Коровин Н. В. Новые химические источники тока. М.: Энергия, 1978.-194 е., ил.

41. Кошевой В. А., Корнев А. Н., Поляшов Л. И., Радионов Н. И. Применение импульсных конденсаторов сверхвысокой энергоемкости в системах электростартерного пуска дизель-генераторных установоктепловозов//Вестник ВНИИЖТ 1/1996, с.5 8.

42. Кромптон Т. Вторичные источники тока: Пер. с англ. М.: Мир, 1985.-304 е., ил.

43. Куропаткин П. В. Комплексное регулирование гребных установок постоянного тока. JL, «Судостроение», 1971.

44. Ланчуковский В. И., Козьминых А. В. Автоматизированные системы управления судовыми дизельными и газотурбинными установками: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1990. -335 с.

45. Л. Д. Панкратьев, И. Г. Паппе, Б. И. Петров, В. А. Полковников Импульсные и релейные следящие приводы постоянного тока с полупроводниковыми усилителями. М., «Энергия», 1969. 104 с. с илл. (Б-ка по автоматике. Вып. 333).

46. Лебедев О. Н., Сомов В. А., Калашников С. А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов: Учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1990. 328 с.

47. Левин М. И. Автоматизация судовых дизельных установок.-Л.: Изд-во «Судостроение», 1969 г., 466 с.

48. Лейтес Л. В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. М.: Энергия, 1981. - 392 е., ил.

49. Матханов П. Н., Гоголицын Л. 3. Расчет импульсных трансформаторов. Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. - 112 е., ил.

50. Маховичный Н. Накопители энергии. М.: Знание, 1980. - 64 с. -(Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Техника»; №7)

51. Метод корневого годографа в теории автоматических систем, Удерман Э. Г., Изд-во «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, М., 1972,448 стр.

52. Методы вычислительной математики. Марчук Г. И. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. - 536 с. с илл.

53. Михайлов О. П. Динамика электромеханического привода металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1989.-224 е.: ил.

54. Моисейчик А. Н. Пусковые качества карбюраторных двигателей. «Машиностроение», М.,1968.136 с.

55. М. П. Костенко, JT. М. Пиотровский Электрические машины. В 2-х ч. Ч. 1 Машины постоянного тока. Трансформаторы. Учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений. Изд. 3-е, перераб. Л., «Энергия», 1972. - 544 с. с ил.

56. Немцов М. В., Шамаев Ю. М. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности. М.: Энергоиздат, 1981. - 136 е., ил.

57. Нотик 3. X. Тепловозы ЧМЭЗ, ЧМЭЗТ, ЧМЭЗЭ: Пособие машинисту. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1996. 444 с.

58. Н. Т. Кузовков. Теория автоматического регулирования, основанная на частотных методах. 2-е изд., доп. и перераб. Оборонгиз. 1960. -448 с.

59. Н. Т. Кузовков. Динамика систем автоматического управления. М., изд-во «Машиностроение», 1968,428 стр.

60. Основы моделирования на аналоговых вычислительных машинах. А. С. Урмаев. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука». М., 1978. 272 с.

61. Основы теории автоматического регулирования. Кругов В. И., Спорыш И. П., Юношев В. Д. «Машиностроение», М., 1969, стр. 360.

62. Основы теории оптимального управления. Ли Э. Б., Маркус Л., перев. с англ., Главная редакция > физико-математической литературыизд-ва «Наука», М., 1972, 576 стр.

63. Павловский 10. Н. Имитационные модели и системы. М.: ФАЗИС: ВЦ РАН, 2000. -Х+134 с. (Математическое моделирование. Вып. 2)

64. Патент №2049261.* Кузьмин И. Д., Лабутин М. И., Михеев О. Н., Конин Н. В. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, кл. 6 F02N 11/08, 1995 г.

65. Патент №2059102.* Френк JL, Иванов А. М., Герасимов А. Ф., Поляшов J1. И. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, оснащенного каталитическим конвертером, кл. 6F02N 11/08,1996 г.

66. Патент №2075624.* Маматов А. И., Саликов А. Н., Лопатин П. Г. Устройство электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, кл. 6 F02N 11/08, 1997 г.

67. Патент №2075625.* Деулин К. Н. Электрическая схема запуска двигателя внутреннего сгорания, кл. 6 F02N 11/08,1997 г.

68. Патент №2078982.* Дорошенко Н. И., Кукис В. С., Александров Н. Е. Система пуска двигателя, кл. 6 F02N 11/08, F02G 5/02,1997 г.

69. Патент №2079699.* Крайнов А. Н., Мишков Ф. Ф., Чередниченко С. В., Зубенко В. И., Андрющенко А. П. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, кл. 6 F02N 11/08,1997 г.

70. Патент №2096653.* Волков В. С. Система электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания, кл. 6 F02N 11/08, F02N 11/00,1997 г.

71. Патент №2213250.* Бирюков В. А., Джаникулов А. Т., Жидков В. Н., Кошевой В. А., Кулахмедов Б. Т. Устройство для запуска дизеля тепловоза, кл. 7 F02N 11/08, 2003 г.

72. Патент №2002127110 * Шумков Е. Б., Ерилин Е. С., Мазур Л. В., Николаев А. Е., Микульчик В. С. Устройство электростартерного пуска дизеля. Кл. 7 F02N 11/08,2002.

73. Патент США №3930477,1976 г.

74. Полтава JI. И. Переходные режимы электропривода с компаундными двигателями постоянного тока. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ЛИИ, 1940.

75. Полупроводниковые выпрямители / Беркович Е. И., Ковалев В. Н., Ковалев Ф. И. и др.; Под ред. Ф. И. Ковалева и Г. П. Мостковой. 2-е изд., переработ. М.: Энергия, 1978 - 448 е., ил.

76. Пуск и реверс судовых дизелей. Кузьмин Р. В., Карпович В. А. Изд-во «Транспорт», 1972, 144 с.

77. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания/ А. Н. Горский, Ю. С. Русин, Н. Р. Иванов, Л. А. Сергеева. -М.: Радио и связь, 1988. 176 е.: ил.

78. Репин А. С. Моделирование электростартерного пуска судового дизеля при использовании машины постоянного тока смешанного возбуждения (Авторское свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004611638) Москва: РОСПАТЕНТ, 8 июля2004.

79. Репин А. С. Устройство для стабилизации магнитного потока стартерного двигателя смешанного возбуждения при пуске. Патент на полезную модель №44759. Москва: РОСПАТЕНТ, 27 марта 2005.

80. Российский Речной Регистр. Правила. Том 2. 1995.

81. Рудая К. И., Логинова Е. Ю. Тепловозы. Электрическое оборудование и схемы. Устройство и ремонт: Учеб. для техн. шк. М.: Транспорт, 1991.303 с.

82. Сандлер А. С., Сарбатов Р. С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. М., «Энергия», 1974., 328 с. с ил.

83. Сандлер А. С. Электропривод и автоматизация металлорежущих станков. Учеб. пособие для втузов. М., «Высш. школа», 1972. 440 с. с илл.

84. Силовые установки речных судов. С. А. Иконников, Ф. Д. Урланг изд. второе, переработанное и дополненное. Изд-во «Транспорт», 1971 г., стр. 1-248.

85. Синтез структур систем автоматического регулирования высокой точности. Мееров М. В. Издание второе, дополненное и переработанное, Издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, М., 1967, 424 стр.

86. Сипайлов Г. А., Лоос А. В. Математическое моделирование электрических машин (АВМ): Учебное пособие для студентов вузов. -М.: Высш. школа, 1980. 176 с.

87. Соколов Ю. А. Дизели с регулируемым рабочим процессом. Экономия энергетических ресурсов и • вспомогательных материалов вдизелестроении. ЦНИИТЭИтяжмаш, 1982 г. 4-82-16.

88. Соловьев Н. Н., Самулеев В. И. Судовые электроэнергетические системы: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1991. - 248 с.

89. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В. А. Елисеева и А. В. Шинянского. М.: Энергоатомиздат, 1983. -616 с. ил.

90. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т. 2/Под общ. ред. И. П. Копылова, Б. К. Клокова. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 688 е.: ил.

91. С. С. Вдовин Проектирование импульсных трансформаторов. «Энергия», JL, 1971.148 с. с рис.

92. Теория управления движением. Красовский Н. Н. Издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1968, 476 стр.

93. Тимофеев В. А. Инженерные методы расчета и исследования динамических систем. JL, «Энергия», 1975, 320 стр. с ил.

94. Турчак JI. И. Основы численных методов: Учеб. пособие. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 320 с.

95. Файн М. А., Морозов В. А. Перспективы развития средств обеспечения пуска дизелей. ВНИИГПЭ, 1982, 34 с.

96. Фирма «Форд». Патент Великобритании №1516464, 1978 г.

97. Хвощев И. С. Исследование пусковых свойств быстроходных дизелей. ОНТИ. 1938,104 с.

98. Чернов Е. А. Электропривод и электрооборудование в автоматизированном производстве: Учебник для техникумов по специальности "Эксплуатация и наладка станков с программным управлением". -М.: Машиностроение, 1992. 304 е.: ил.

99. Чижков Ю. П. Пусковые устройства автомобильных и тракторных двигателей. -М.: Транспорт, 1979,134 с.

100. Чижков Ю. П. Электростартерный пуск автотракторных двигателей. -М.: Транспорт, 1985. 224 с.

101. Шумков Е. Б., Ерилин Е. С., Сычушкин И. В. Работа дизеля в режиме регулирующего органа системы автоматического обогрева тепловоза/«Вестник ВНИИЖТа» №6,2003 г.

102. Электропоезда постоянного тока с импульсными преобразователями. Под ред. проф. Розенфельда В. Е. М., «Транспорт», 1976, 280 с.

103. Электротехнический справочник. В 3 т. Т. 3: В 2 кн. Кн. 2. Использование электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ: И. Н. Орлова (гл. ред.) и др. 7-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 616 е.: ил.

104. Ю. И. Боровских Анализ процесса прокручивания коленчатого вала двигателя при пуске от электростартера. НИИИАП. IV «Автомобильные двигатели и топливная аппаратура», 1978. 69 с.

105. Юревич Е. И. Теория автоматического управления. «Энергия», JL, 1969.375 с. с рис.

106. Яворский В. Н., Макшанов В. И., Ермолин В. П. Проектирование нелинейных следящих систем с тиристорным управлением исполнительным двигателем. Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1978. -208 е., ил.

107. CONTROL SYSTEM DESIGN. G. С. Goodwin, S. F. Graebe, M. E. Salgado, 1-st edition, Prentice Hall, 2001, 911 p.

108. FEEDBACK CONTROL SYSTEMS. C. L. Phillips, R. D. Harbor, 4-th edition, Prentice Hall, 2000, 616 p.

109. F. Moninger. Elektrische Bahnen, 1998, N 8, S. 257 260.

110. G. VoJ3. Glasers Annalen, 1999, № 7/8, S. 307-310.

111. MODERN CONTROL SYSTEMS. R. C. Dorf, R. H. Bishop 9-th edition, Prentice Hall, 2001, 832 p.

112. Simulink 4. Секреты мастерства / Дж. Б. Дэбни, Т. Л. Харман; Пер. с англ. М. Л. Симонова. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. -403 е.: ил.

113. Weigel W.-D. Modern AC drive technology — state of the art and innovation/ 126 conference report SFT// ZEV rail Glasers Annalen. Graz, 2002.124. http://www.inpromtex.ru/softstarters/softstarters.htm125. http://www.pskovinfo.ru/pleskava/index.htm

114. Публикации взяты с открытого официального сайта Федерального Института Промышленной Собственности: www.fips.ru

Похожие работы

Кораблестроение
05.08.00