автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Управление электромашинным агрегатом с двигательными униполярными вставками

На правах рукописи

РГо ОД

2 1 АЧГ Ш

ПРОШИН Александр Иванович

УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАШНННЫМ АГРЕГАТОМ С ДВИГАТЕЛЬНЫМИ УНИПОЛЯРНЫМИ ВСТАВКАМИ

Специальность 05.13.01 — «Управление в технических системах»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПЕНЗА 2000

Работа выполнена на кафедре «Периферийные средства вычислительной техники» Пензенского технологического института, филиала Пензенского государственного университета.

Научный руководитель — кандидат технических наук, профессор Усманов В. В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Годунов А. И.; кандидат технических наук, доцент Оськин А. А.

Ведущая организация — ОАО «Электромеханика» (г. Пенза) .

Защита диссертации состоится 4 июля 2000 г., в 14 часов, иа заседании диссертационного сювета Д.063.18.03 при Пензенском государственном университете по адресу: 440017, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного университета.

Автореферат разослан «_¿_» —2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д. т. и., профессор

Смогунов В. В.

1Ш.55'- О^/ь.О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение эффективности работы передвижных автономных энергетических систем, снижение их массогабаритных показателей, переход на экологически чистые источники энергии обуславливают необходимость создания управляемых генераторных установок с переменной скоростью вращения первичного двигателя. Особенно остро эта задача стоит для первичных источников механической энергии с переменной производительностью. К таким источникам механической энергии относятся: ветродвижители, гидротурбины малых рек, приливные гидротурбины, двигатели внутреннего сгорания.

Существующие генераторные системы отличаются большим многообразием: от управляемых машинно-вентильных систем до машинно-гидравлических и машинно-редукторных систем с электрическими н гидравлическими управляющими контурами. Вместе с тем все 01ш имеют ряд недостатков, обусловленных плохой управляемостью, невысоким КПД, большими массогабаритными показателями и низким качеством вырабатываемой энергии.

Для всех перечисленных выше источников механической энергии могут быть применены однотипные генераторные установки на базе элеюро-машинных агрегатов с двигательными униполярными вставками и передачей вращающего момента посредством магнитной связи (ЭМА), позволяющие изменять частоту вращения первичного двигателя. По своим мас-согабаритным показателям ЭМА меньше своих отечественных и зарубежных аналогов, а конструктивные особенности и принцип действия обуславливают высокий КПД, больший ресурс и широкие возможности по управляемости. Кроме того, эти машины могут работать в двигательных режимах, что расширяет возможности по практическому применс:шю ЭМА.

В связи с необходимостью поддержания стабильными выходных параметров электроэнергии в генераторном режиме и управления частотой вращения вала ЭМА в двигательных режимах актуальной является задача синтеза системы управления ЭМА, обеспечивающей вышеперечисленные функции.

Цель работы - разработка законов управления элеетромашинным агрегатом с двигательными униполярными вставкхми, оптимальных по критерию минимума потерь в установившихся режимах и создание методики синтеза системы управления, обеспечивающей повышение эффективности работы энергетических установок с переменной частотой вращения.

Задачи исследования. __

1. Анализ существующих систем генерирования электроэнерпш, рабо-

тающих с переменной частотой вращения приводного вала.

2. Разработка математической модели ЭМА, исследование ЭМА как объекта управления.

3. Определите законов управления ЭМА, оптимальных по критерию минимума потерь в установившихся режимах.

4. Разработка методики синтеза системы управления ЭМА.

5. Исследования и разработка системы управления ЭМА.

6. Разработка практических рекомендаций по применению систем управления ЭМА.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе были применены методы теории управления, моделирования и математического анализа, методы дифференциального и интегрального исчисления, численные методы решения задач с использованием ЭВМ.

Научная новизна. В работе получены следующие научные результаты.

1. Разработаны законы управления индукциями в двигательных и генераторных униполярных вставках, оптимальные по критерию мшшмума потерь в установившихся режимах работы, в зависимости от частоты вращения приводного вала.

2. Предложена математическая модель (ММ), отличительная особенность которой состоит во взаимосвязанном описании разнородных элементов в неподвижной и вращающейся системах координат и учёте многофункциональности двигательных униполярных вставок возбудительной ветви.

3. Предложена методика синтеза системы управления ЭМА.

4. Разработаны законы управления пуском ЭМА при неподвижном и вращающемся первичном двигателе.

Практическая ценность.

1. Разработана система управления электроприводом насосной установки СЭ-800/100 на базе ЭМА.

2. Разработана система управления ЭМА, обеспечивающая генерирование переменного тока постоянной частоты 50 Гц за счёт отбора мощности от дизеля 6ДКРН 35/105 мощностью 3200 л.с., работающего с переменной частотой вращения вала (120-220 об/мин).

3. Разработаны алгоритмы и программы для исследования управляемости, наблюдаемости, статических и динамических характеристик системы управления ЭМА.

4. Разработаны программы для расчёта настроек регуляторов системы управления в зависимости от частоты вращения приводного вала.

5. Даны рекомендации по выбору технических средств управления и практическому применению системы управления ЭМА.

Реализация и внедрение. Результаты работы в виде моделей, алгоритмов, программных и технических средств внедрены в «Пензенские тепловые сегт> ОАО «Пегааэнерго» при разработке системы управления электроприводом насосной установки СЭ-800/100, в ОАО «Электромеханика»'^. Пета) при исследованиях режимов управления ЭМА для ветроэнергетических станций в НИР по теме «Исследование режимов управле-ши элекгроманнтного агрегата генераторных установок с переменной частотой вращения приводного вала», в в/ч 90802 (г. Ст. Петербург) в НИР по теме «Судовая вшгогенераторная установка со стабилизацией параметров выходного напряжения мощностью 600 кВт», а также в учебном процессе на кафедре «Периферийные средства вычиаигтслъной техники» Пензенского технологического института при подготовке студентов по специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Основные положения выносимые на защиту.

1. Законы управления индукциями в двигательных и генераторных у.т-полярных вставках.

2. Математическая модель ЭМА.

3. Методика синтеза системы управления ЭМА.

4. Законы управления пуском ЭМА.

5. Результаты исследовании режимов упразлення ЭМА.

Апробация работы. Основные положения диссерташкишой работы докладывались и обсуждались: П на второй Международной научной конференшш «Методы и средства

управления технологическими процессами», Саранск, 1997; п на Международной научно-технической конференшш «Актуальные проблемы анализа и обеспечения надёжности и качества приборов, устройств и систем», Пенза, 1998; П на третьей Международная конференции «Дифференциальные уравнения и их приложения», Саранск, 1998; п второй Международной методической конференции «Универсстет-

ское образование», Пенза, 1998; п на 11 Международной научной конференции «Математические методы

в химии и технологиях», Владимир, 1998; ' п на научно-технической конференции «Проблемы технического управления в региональной энергетике», Пегоа, 1998, 1999; . п на Всероссийской научно-практсгческой конференции «Опыт и проблемы экологического образования и воспитания», Пенза, 1999; п на 12 Международной научной конференшш «Математические методы в технике и технологиях», Великий Новгород, 1999;

■ на третьей Международной конференции «Методы и средства управления технологическими процессами», Саранск, 1999;

Публикации Основные результаты опубликованы в 19 научных работах.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов основного материала, заключения и списка литературы ю 118 наименований,-двух приложений, содержащих компьютерные программы и акты о внедрении результатов работы. Объём работы составляет 229 страниц основного текста, 124 рисунков, Зтаблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи исследования, дана общая характеристика выполненной работы и показана новизна решаемых задач.

Первый раздел посвящен анализу принципов построения генераторных систем, работающих при переменной частоте вращения приводного вала. Рассмотрены машинно-вентильные, машинно-гидравлические и ма-шинно-редукторные генераторные системы, применяемые для получения электроэнергии с неизменными параметрами от таких источников механической энергии как ветродвижители, гидротурбины малых рек, приливные гидротурбины, двигатели внутреннего сгорания, работающие с переменной частотой вращения и др. Дана оценка работы систем управления гидрогенераторами и ветроэнергетическими установками, разработанных отечественными и зарубежными производителями. Проведён анализ построения систем управления валогенераторных установок, реализованных фирмами «Renk Take» (Германия), «Fuji Demki» и «Kawasaki» (Япония), и др.

Отмечено, что выше перечисленные системы имеют ряд недостатков, связанных со значительными потерями, низким качеством вырабатываемой электроэнергии, большими массогабаритными показателями. В то же время, для всех этих источников механической энергии могут быть применены однотипные генераторные установки на базе ЭМА, позволяющие изменять частоту вращения первичного двигателя. Необходимость поддержания стабильными выходных параметров таких установок требует создания систем управления, обеспечивающих заданное качество электроэнергии при минимальных потерях. Рассмотрены различные-конструкции ЭМА и проведена оценка возможности по их управлению в двигательном и генераторном режимах.

Выбраны методы исследования. Показано, что большая стоимость как ЭМА так и системы управления, сложная конструкция, необходимость исследования системы в предельных и аварийных режимах, а также нако-

пленный большой опыт математического моделирования подобных систем делают наиболее предпочтительными для исследования системы управления ЭМА методы математического моделирования. Из-за большой громоздкости получаемых выражений аналтггический анализ исследуемой системы не представляется возможным. Поэтому, исследование режимов управления ЭМА следует проводить с использованием ЭВМ

Обоснованы предмет исследования, цель работы и круг решаемых

задач.

Во втором разделе приведены основные законы и математические модели электромеханических преобразователей энергии. Представлена предложенная автором математическая модель, которая является основой моделирования ЭМА на ЭВМ:

г/ , р/ ,/ _„/ . . ,и ¿'м . г,// ,//_„//.

¿41 "'А! Иы»

,/ ж'ы . р/ ,-/ _,,/ . г// ^42 . п// ,// _„//

Чг—-^+кы'1ьг "42' ""¿Г"162 42 ~ 42'

д • 0,9(В'/-В()+^А,2ЦВ()2 -1,225,'Д," +0ЯЧВ{')2 0 „/ =-:---; =

_ 0,9(В2 - 4,21(^2)2 -1,22В'2ВЦ +0,81(Д^)2

агг---2-'—' <*г ~ 2'

<й\ У

—Г- + = -й>ы-Вг,-С<л • (юе - )• В,,;

Чу

Л Л

м\ =Сс/Гвл-^у-Мц-, М2 =Саг •В112-12у-Мп,

Мл= кт<о2с; А/,2 = ;

¿У* р , ^ ^ „ .

—= -/?„ + д, ■ ®е ; = ■¡ч-р„-(ос-Ч/^,

V* = ч*п + = (4/ + 1п) ■• ^ + • А,; ^ = ч>ч$ = + = ;

= = + !„=£, + £„,

Jss ~ = + Рп 'Лу ''<? + М•

В случае, когда мощность ЭМА сравнима с мощностью первичного источшжа энергии, необходимо учитывать уравнение движения приводного вала передающего ЭМА механическую энергию:

Л

= Мцг^Ьъг &ы>

где

г/ ,Н ,/ ,и п/ г,// Г/1 Т)П ¡1 ¡11 ¡11 / !! I II

ности, активные сопротивления, токи и напряжения соответственно обмоток возбуждения двигательных и генераторных вставок возбудительной и основной ветвей;

1зи1.л,Ял,/1з2,11у,12у - суммарные иадукпшкосщ, ак-

тивные сопротивления, токи и ЭДС якорных цепей возбудительной и основной униполярных ветвей;

а)с - угловая скорость вращешш ротора синхронного генератора ЭМА; оы - угловая скорость вращения приводного вала ЭМА; Ма, М,2, Мф, , М^ - моменты, создаваемые силами трения в двигательных и генераторных вставках; ки1\у кыг> кьг - коэффициенты трения;

Я], - активные сопротивления и индуктивности статорных обмоток синхронного генератора;

Я„, Ь„ - активное сопротивление и шщуктивность нагрузки;

= Ьф, Яи - суммарные индуктивности и активные сопротивления статорных цепей синхронного генератора; ЬПс! - взаимная индуктивность в координатах й и 9;

-потокосцепления и токи синхронного генератора

ЭМА;

р„ - число пар полюсов синхронного генератора ЭМА; Jsg - момент инерции ротора ешкроннон машины; '

Js - суммарный момент инерции приводного им а ЭМА;

Исследования режимов управления проводились на примере системы

управления судовой валогенераторной установкой на базе ЭМА. Система обеспечивает генерирование переменного тока постоянной частоты 50 Гц за счёт отбора мощности от главного судового дизеля 6ДКРН 35/105 мощностью 3200 л.с., работающего на винт фиксированного шага, с переменной частотой вращения вала (120 - 220 об/мин). Напряжения а фазах синхронного генератора - 230 В. Мощность синхронного генератора 600 кВт, соэ (р = 0.8. Номинальная частота вращения приводного вала - 187 об/мин, номинальный ток якоря возбудительной униполярной вставки 200 кА. Максимальное форсированное напряжение в обмотка возбуждения униполярных вставок - 38 В. Напряжение возбуждения униполярных вставок в максимальном режиме нагрузки - 28 В. Система управления ЭМА обеспечивает возможность его использования в режиме двигателя для запуска дизеля от дизель-генераторов, а также в качестве гребного двигателя при скорости хода судна в диапззоне от нуля до 60% от скорости полного хода.

Анализ математической модели и механизма преобразования энергии показывает, что в генераторном режиме ЭМА как объект управления представляет собой взаимосвязанную систему, основными регулируемыми величинами в которой являются напряжение С/у и частота / генератора,

регулирующими - напряжешьч 11ь обмоток возбуждения, возмущающими - частота вращения призодного вала и нагрузка генератора 1„. В двигательном режиме управляемой величиной является частота аы, управляющими - напряжения I]4 обмоток возбуждения, возмущающими - напряжение иу, частота / в фазач синхронного генератора, а также момент на валу ЭМА.

С целью выявления свойств управляемости, наблюдаемости, устойчивости и влияния обратных связей проведена линеаризация ММ ЭМА. Приведены структурные схемы преобразования энергии в ЭМА. Получены выражения для передаточных функций по канатам управления и возмущения, позволяющие провести синтез системы управления и расчёт настроек регуляторов. Линеаризованная ММ представлена в векторном виде

Л .

где X, 0 - вектора фазовых переменных и управляющих воздействий: ХТ =[5''ы ¿'ы ¿''ы ¿'Ь2 81,у 312у 51ч 5иу <5<ус], 0т=^и'н 5и'ь\ 5и'ьг 6ияи\; А и В- матрицы размерности 9x9 и 9х 4.

Ввиду большой размерности системы анализ управляемости и наблюдаемости проводился с использованием ЭВМ в среде МаЛсас! 7.0. Исследова-

пня показати, что ЭМА вполне управляем и наблюдаем.

В третьем разделе проведены исследования установившихся режимов ЭМА. Установлено, что заданные значения параметров вырабатываемой электроэнергии в установившихся режимах могут быть обеспечены множеством различных значений управляющих воздействий, что связано с неоднозначностью зависимости управляемых координат от индукций в двигательных и генераторных униполярных вставках.

Проведена математическая формализация задачи оптимального управления в установившихся режимах, которая заточается в следующем:

найти вектор управления оптимизирующий функционал

^,х,2)=Р1у(0Х2)+Р2у{рХ2)+Рч(иХ2)+Р,\р)+Р7[0,^2)

в статических режимах при прямых ограничениях:

К,|< врг; К\ < ВТ; |*,2| < ^Т; Ш < ДУГ;

К

и

2У

■ НГ; К>| < ; \иЦ < Ш™; ;

<7пих.

2 у

и функциональных ограничениях:

и ул/З-СОБ^

сос = со/Ш; /, =— , .-; К =

-12</

л:, =-1~К-1иркас. кп

где Р1у{и,Х,2), Р2у(и,Х,2), Р^{0,Х,2), Рв[и), РТ(0,Х,2) - потери, соответственно в возбудительной и основной униполярных ветвях, в статоре синхронной машины, потери на возбуждение и трение.

Проведйн анализ поставленной задачи и найдены её решения при изменении соь и 1„. В соответствии с полученными решениями найдены законы управления индукциями двигательных и генераторных униполярных вставок в зависимости от частоты вращения приводного вала.

В результате исследований установлено, что при частоте вращения приводного вала <%<150 об/мин индукции в генераторных униполярных вставках следует поддерживать максимальными 1 Тл (рис.1), а

стабилизацию выходных параметров электроэнергии осуществлять за счСт изменения индукций в двигательных вставках.

"ЫЪ.сб/лам

Рис.1. Зависимость индукций в воздушных зазорах униполярных вставок возбудительной ветви от частоты вращения приводного вала при нагрузке 100%

При этом -'

Са\{сос-соы) ' "" 2 С]2((0с-соь,)

где В = С^С\2В\гтгы - 4С]2(сос - аы)Я,2 (М^ + Мп + М,г - В^!]у).

При (уа;>150 об/мин, наоборот, индукции в двигательных вставках следует поддерживать максимальными ВсП=Вц2~^ Тл, а регулирование осуществлять за счёт изменения индукций в генераторных униполярных вставках:

Сл(<ое-а>ы)Вл+ИгХЬу

В$г = К

з2

С?1й}Ы

Мс? + Ма + Мп-СМХу | Си2В^(й)с-аы) с<пс82вагй>ы

С?2а>ы

Исследованы энергетические показатели качества В соответствии с получешплми законами управления рассчитаны зависимости токов в униполярных вставках, индукции, токов и напряжений в обмотках возбуждения униполярных вставок, КПД и потерь в различных элементах ЭМА, долей мощности, передаваемых через униполярные вставки от величины нагрузки и частоты вращения приводного вала Зависимости КПД ЭМА при найденных законах управления от частоты вращения приводного вала и нагрузки приведены на рис.2. При 100% нагрузке и номинальной частоте

вращения приводного вала соы=187 об/мин КПД ЭМА 77=91%, а при минимальной частоте ©¿,-=120 об/мин КПД С-МА 7=86%. При 50% нагрузке КПД ЭМА, соответственно, 90% и 87%.

Рис.2. Зависимости КПД ЭМА от нагрузки и частоты вращения приводного вала

Установлено, что при одних и тех же значениях напряжений в обмотках возбуждения генераторных и двигательных униполярных вставок может существовать несколько стационарных состояний, что отражено на диаграмме моментов ротора СГ (рис.3) и обусловлено нелинейностью характеристик ЭМА. На основе первого метода Ляпунова проведён анализ устойчивости, который показал, что выбранные режимы работы являются устойчивыми стационарными состояниями.

В четвёртом разделе представлены исследования динамических режимов работы ЭМА. Проведён анализ переходных процессов в разомкнутой системе. Результаты исследований показали, что устойчивая работа, а также пуск ЭМА невозможны без системы управления, обеспечивающей стабилизацию параметров получаемой электроэнергии с требуемыми показателями качества, а также реализацию алгоритмов пуска при неподвижном и вращающемся первичном двигателе.

В результате анализа установлено, что ЭМА представляет собой многосвязный объект. Все четыре управляющие воздействия и'Ь1, и^, «42) влияют как на напряжение иу, так и на частоту / получаемой электроэнергии. Для качественной оценки взаимного влияния кошуров регу-

лирования был использован комплексный коэффициент связности

'где Г12(ш), И-'21 (/'<»), И', ,(/'&>), ^(/га) - передаточные функции прямых и перекрёстных каналов. .

-2-10

Рис.3. Зависимости суммарного момента А/, + М2 - f(&c) двигательных униполярных вставок и момента сопротивления СГ М^ = /(а»с) от частоты вращения ротора СГ

На нулевой частоте (т.е. в установившихся режимах) и на рабочих частотах регуляторов а>р1 и сор2 (предварительно, настройки регуляторов

были определены для системы с несвязанными координатами методом расширенных частотных характеристик (РЧХ)) 0 < К„ < 1. Следовательно, при управлении данным объектом следует применять несвязанное регулирование частотой и напряжением с помощью одноконтурных АСР. Расчёт и наладку данной системы следует вести по передаточным функциям эквивалентных объектов:

W?(p) = lVu(p) + Wl2{p)

l-lV22(p)R2{p)

w2iíp); wI2(/>),

(i)

(2)

1-»'и (/>)*,(/>) где Я\(р) и Я2 (р) - передаточные функщп! регуляторов.

Такие объекты состоят из основного канала регулирования и связан-

ной с ним параллельно сложной системы, включающей второй замкнутый контур регулирования и два перекрёстных канала объекта.

Расчет системы несвязанного регулирования предполагает определение настроек регулятороп R{ и R2 ■ Поскольку настройки этих регуляторов взаимозависимы, их расчёт проведён методом итераций, который включает в себя следующие этапы:

- на первом шаге методом РЧХ определяют настройки регулятора R2, при этом, объект считается односвязным;

- затем по передаточной функции для первого эквивалентного объекта (1) определяют настройки регулятора Rl.

- считая передаточную функцшо объекта по формуле (2) находят настройки регулятора R2 и т.д.

Расчёт продолжается до тех пор, пока настройки регуляторов, найденные в двух последних итерациях не совпадут с задашюй точностью.

Разработана структура системы управлеши. Показано, что для обеспечения заданных показателей качества в системе управлении необходимо при изменении частоты вращения приводного вала ЭМА менять как настройки регуляторов, так и саму структуру системы управлеши.

Проведены исследования переходных характеристик ЭМА при сбросе (набросе) нагрузки и при изменении частоты вращения приводного вала. Установлено, что при выбранных алгоритмах управления колебания частоты в сети 8f = ± 1 Гц, а напряжения - Sf = ± 10%, что соответствует требованиям, предъявляемым к качеству электроэнергии, вырабатываемой судовыми генераторными установками.

Разработаны алгоритмы управления при пуске ЭМА от сети переменного тока и от дизеля. Алгоритм управления пуском ЭМА от сети пе-ремешюго.тока включает в себя следующие этапы:

подаётся напряжение на обмотку статора синхронной машины; плавно увеличиваются ■ напряжения в обмотках возбуждения двигательных униполярных вставок возбудительной и основной ветвей;

включается в работу первичный источник энергии (дизель); включаются регуляторы частоты и напряжения; увеличивается до номинальной нагрузка ЭМА. При управлении пуском ЭМА от вращающегося дизеля можно, выделить следующие этапы:

разгон ротора синхронного генератора до частоты близкой к 50 Гц при ub[ = 36,93В, ub'2 = 36,935, ub" = 0 В, ub'¡ = О В; включение регулятора частоты; включение регулятора напряжения;

14

увеличение нагрузки генератора с холостого хода до номинальной.

В Пятом разделе представлены результаты разработки системы управления, обеспечивающей работу ЭМА как в генераторном, так и в двигательном режимах. Определены основные функции и характеристики системы.

Рассмотрены методы формирования сигналов обратной связи по напряжению и частоте. Для формирования сигнала обратной связи но напряжению выбран векторный способ, в соответствии с которым действующее значение вектора напряжения и^ определяется фазными напряжениями 11А, ив, и и с:

V; +£/я-СО8120°+£/с-СО3 2400)2 -СОЭЗО0 ~ис-созЗО^

Для формирования с.игнала обратной связи по частоте вращения ротора СГ необходимо использовать метод, основанный на измерениях потокосцсп-лений ротора >угЛ и у/гВ с последующими координатными преобразованиями и определением угла <рг между направлением вектора у/г и неподвижными осями статора. Для определения потокосцспленнй угЛ и у/гВ используются датчики Холла, помещенные в воздушный зазор машины.

Обоснован выбор силовой части системы управления ЭМА, включающей в себя регуляторы напряжения, которые выполнены на основе тиристорах преобразователей со звеном повышенной частоты, что позволяет уменьшить габариты трансформатора и фильтров и увеличить быстродействие системы.

Разработана общая методика проектирован!« и расчета системы управления ЭМА.

Показано, что при управлении по найденным законам по своим энергетическим показателям и характеристикам управления ЭМА превосходит имеющиеся отечественные и зарубежные аналоги. Разработанная система управления ЭМА обеспечивает следующие показатели (для сравнения в скобках даны соответствующие характеристики ватогенератора фирмы «Лепк»): мощность - 600 кВт (1100 кВт); рабочий диапазон частот -120...235 об/мин (30...40% от пты)\ КПД при частотах вращения, % от пн<ш: 100% - 0.916 (0.908), 75% - 0.91 (0.884), 50% - 0.87 (нст данных); ресурс до заводского ремонта - 90 тыс.час. (50 тыс. час.). Кроме того, ЭМА может работать в двигательном режиме, а валогенератор фирмы «Яепк» -нет.

Особенно эффективно применение ЭМА п системах генерирования электрической энергии с неизменными выходными параметрами при переменной частоте вращения вата первичного двигателя. Примерами таких

систем могут служить ветряные электрические станции, приливные электростанции, гидротурбины малых рек. Небольшие массогабаритные показатели позволяют использовать ЭМА в автопоездах, судовых и тепловозных энергетических системах, а также в системах генерирования элегггри-ческой энергии летательных аппаратов. Использование двигательного режима даёт возможность применения ЭМА для регулирования турбокомпрессоров крупных ДВС и в качестве приводного механизма подъёмных кранов.

В приложении 1 приведены программы для исследования управляемости, наблюдаемости, устойчивости, статических и энергетических характеристик ЭМА. А также программы по расчёту настроек регуляторов системы управления и моделированию переходных процессов в системе управления.

В приложении 2 приведены акты о внедрении материалов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведён аналш известных генераторных систем с переменной частотой первичного двигателя. Показано, что повышение эффективности работы таких систем может , быть достигнуто применением управляемого электромашинного агрегата с двигательными униполярными вставками.

2. Разработана математическая модель. Установлено, что ЭМА как объест управления представляет собой взаимосвязанную динамическую систему с четырьмя общими для управляемых координат каначами управления. Созданы программы для оценки управляемости и наблюдаемости ЭМА на ЭВМ. Исследования показали, что ЭМА вполне управляем и наблюдаем. .

3. ■ Установлено, что заданные значения параметров вырабатываемой электроэнергии в установившихся режимах могут быть обеспечены мно-жес. :;ом различных значений управляющих воздействий, а одним и тем же значениям напряжений в обмотках возбуждения генератоных и двигательных униполярных вставок соответствуют несколько стационарных состояний ЭМА.

4. По критерию минимума потерь проведён выбор установившихся режимов работы ЭМА. Найдены законы управления индукциями двигательных и генераторных униполярных вставок в зависимости от частоты вращения приводного вала На основе первого метода Ляпунова проведён анализ устойчивости, который показал, что выбранные режимы работы являются устойчивыми стационарными состояниями.

5. Созданы компьютерные программы для оценки энергетических по-

казателеи качества управления. Установлено, что при управлении по кри-тершо минимума потерь для 100% нагрузки и помшгальгюй частоты вра-шения приводного вша о)ы=187 об/мин КПД ЭМА (Р„=600 кВт) равен 91%, а при минимальной частоте «¿, = 120 об/мин КПД ЭМА - 86%. При 50% нагрузке и частоте вращения приводного вата «¿,=187 об/мин КПД ЭМА составляет 90%, а при частоте вращения приводного вала (вы = 120 об/мин - 87%.

6. Исследования динамики показали, что устойчивая работа, а также пуск ЭМА невозможны без системы управления, обеспечивающей стаби-лгаацшо параметров получаемой электроэнергии с требуемыми показателями качества, а также реализацию алгоритмов пуска при неподвижном и вращающемся первичном двигателе. Для обеспечения заданных показателей качества в системе управления выбрано несвязанное регулирование напряжения и частоты вырабатываемой электроэнергии с помощью одноконтурных АСР. При изменении скорости вращения приводного вата ЭМА необходимо изменять как настройки регуляторов, так и структуру системы управления. Созданы алгоритмы и программы для расчёта настроек регуляторов в зависимости от частоты вращения приводного вата.

7. Разработаны алгоритмы пуска, обеспечивающие пуск ЭМА при ие-подв1скном н вращающемся первичном двигателе.

8. Предложена общая методика синтеза системы управления ЭМА. Разработана система управления ЭМА, обсспечизшощей работу как в генераторном, так и в дзигатслыюм режимах. На основе проведённых иссле-довашгн даны рекомендации по практическому применению ЭМА.

9. , Результаты работы в виде моделей, алгоритмов, программных и техшгееских средств внедрены в «Пензенские тепловые сети» ОАО «Псн-заэнерго» при разработке системы управления электроприводом насосной установки СЭ-800/100, в ОАО «Электромеханика) (г. Пета) при исследованиях режимов управления ЭМА для ветроэнергетических станций, в в/ч 90S02 при разработке системы управления судовой ватогенераторной установкой со стабилизацией параметров выходного напряжения мощностью 600 кВт, а также в учебном процессе на кафедре «Периферийные средства вычислительной техники» Пензенского технологического института при подготовке студентов по специатьносги 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Основные результаты диссертации опубликованы в работах: 1. Усмзнов В.В., Прошин U.A., Прочит A.1I. Системы управления техническими объектами с непосредственным преобразованием параметров электрической энергии. // Методы средства управления техноло-

гическими процессами : Труды второй международной научной конференции - Саранск 1997. С. 230-234.

2. Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И. Математическая модель валогенераторной установки. - Пенза, 1997. - Рукопись представлена Пенз. Госуд. Техн. Ун-т. Деп. в ВИНИТИ.

3. Прошин И.А., Прошин А.И., Усманов В.В., Обухов В-А. Микропроцессорная система управления электромашинным агрегатом с двигательными униполярными вставками и передачей вращающегося момента посредством магнитной связи. // Актуальные проблемы анализа и обеспечения над5жности и качества приборов, устройств и систем : Международная научно-техническая конференция - Пенза 1998. С-187.

4. Прошин И.А., Прошин А.И., Усманов В.В. К вопросу математического моделирования систем управления техническими объектами с непосредственным преобразованием параметров электрической энергии.// Дифференциальные уравнения и их приложения. : Третья международная конференция - Саранск, 1998. С. 260-261.

5. Усманов В.В, Прошин И.А., Прошин А.И. Математическое моделирование систем управления техническими объектами с непосредственным преобразованием параметров электрической энергииЛ Математические методы в химии и технологиях: 11 Международная научная конференция т Владимир, 1998. С. 137-139.

6. Прошин И.А., Прошин А.И., Мещеряков A.C. Математическая модель асинхронного двигателя с непосредственным преобразователем энергии в цепях статора // Наука производству № 4 - Москва 1998. -С. 13-15.

7. Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И. Микропроцессорная система управления валогенераторной установкой. Информационный

• листок о научно-техническом достижении. - Пенза, Центр научно-технической информации, 1998.

8. Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И., Обухов В.А. Математиче-' екая модель элеюромашинного агрегата с двигательными униполярными вставками. // Проблемы технического управления в региональной энергетике : Сборник трудов по материалам научно-технической конференции - Пенза, 1998. С.83-86.

9. Прошин А.И. Управление валогенераторной установкой с двигательными униполярными вставками в статических режимах. // Проблемы технического управления в региональной энергетике : Сборник трудов по материалам научно-технической конференции - Пенза, 1998. С. 8083.

10. Прошин А.И. Принципы построения валогенераторных установок. //

Проблемы технического управления в региональной энергетике : Сборник трудов по материалам научно-технической конференции -Пенза, 1998. С. 92-95.

.11. Проппш И.А., Прошин А.И., Обухов В.А., Мещеряков A.C. Математическая модель валогенераторной установки // Наука производству № 12 - Москва 1998. - С. 56-58.

12. Прошин И.А., Прошин А.И., Усманов В.В. Генераторы для экологически чистых источников энергии. // Опыт и проблемы экологического образования и воспитания : Материаты Всероссийской научно-практической конференции -Пенза, 1999. С. 104-108.

13. Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И. Моделирование системы управления электромашинным агрегатом с двигательной униполярной вставкой. // Аналитические методы анализа и синтеза регуляторов : Межвузовский научный сборник - Саратов, 1998. С. 226-238.

14. Прошин И.А., Прошин А.И., Усманов В.В. Математическое моделирование электромашинного агрегата с двигательными униполярными вставками. // Математические методы в технике и технологиях : 12 Международная научная конференция - Великий Новгород, 1999. С.

15. Прошин А.И. Синтез системы управления электромашинным агрегатом с двигательными униполярными вставками и передачей вращающего момента посредством магнитной связи. // Методы и средства управления технологическими процессами: Сборник трудов третьей международной конференции - Саранск, 1999. С. 252-253.

16. Прошин И.А., Прошин А.И., Усманов В.В. Оценка статической устойчивости ватогенераторной установки. // Методы и средства управления технологическими процессами: Сборник трудов третьей международной конференции - Саранск, 1999. С. 254-255.

17. Прошин А.И. Исследование статических режимов электромашннного агрегата // Проблемы технического управления в региональной энергетике : Сборник трудов по материалам международной научно-технической конференции - Пенза, 1999. С. 45-47.

18. Прошин А.И. Исследование динамических режимов электромашинного афегата. // Проблемы технического управления в региональной энергетике : Сборник трудов по материалам международной научно-технической конференщш - Пенза, 1999. С. 68-71.

19. Прошин А.И. Синтез системы управления электромашинным агрегатом и. расчёт настроек регуляторов. // Проблемы технического управления в регионачышй энергетике : Сборник трудов по материалам международной научно-технической конференщш - Пенза, 1999. С.

116-118.

92-94.

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ СИСТЕМ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ генераторных установок с произвольной частотой вращения приводного вала.

1.2. Электромашинные агрегаты с двигательными униполярными вставками и передачей вращающего момента посредством магнитной связи

1.3. Методы исследований .:.

1.4. Постановка задачи.

ВЫВОДЫ.

2. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ АГРЕГАТ КАК ОБЪЕКТ

УПРАВЛЕНИЯ

2.1. Основные законы и математические модели электромеханических преобразователей энергии . 43 2.2. Нелинейная математическая модель и структура преобразования энергии в электромашинном агрегате

2.3. Линеаризованная математическая модель электромашинного агрегата

2.4. Оценка управляемости и наблюдаемости электромашинного агрегата . —.

ВЫВОДЫ.

3. СТАТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ И УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕКТРОМАШИННОГО АГРЕГАТА.

3.1. Математическая модель ЭМА для статических режимов.

3.2. Выбор.оптимальных управлений для статических режимов работы электромашинного агрегата по критерию минимума потерь

3.3. Энергетические характеристики электромашинного агрегата.

3.4. Оценка устойчивости электромашинного агрегата

ВЫВОДЫ.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ И

СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАШИННОГО АГРЕГАТА.

4.1. Анализ переходных процессов в разомкнутой системе.

4.2. Синтез системы управления электромашинного агрегата.

4.3. Разработка алгоритмов пуска электромашинного агрегата.

ВЫВОДЫ.

5. ИНЖЕНЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОМАШИННЫМ АГРЕГАТОМ

5.1. Структура системы управления электромашинным агрегатом

5.2. Измерения и обработка информации в системе управления электромашинным агрегатом.

5.3. Программные и технические средства управления

5.4. Методика проектирования системы управления электромашинным агрегатом.

5.5. Рекомендации по практическому применению системы управления электромашинным агрегатом

ВЫВОДЫ.

Повышение эффективности работы передвижных автономных энергетических систем, снижение их массогабаритных показателей, переход на экологически чистые источники энергии обуславливает необходимость создания управляемых генераторных установок с переменной частотой вращения первичного двигателя.

Особенно актуальна эта задача становится для первичных источников механической энергии с переменной производительностью. К таким источникам механической энергии относятся: ветродвижители, гидротурбины малых рек, приливные гидротурбины, двигатели внутреннего сгорания, работающие с переменной частотой вращения. Для всех этих источников механической энергии могут быть применены однотипные генераторные установки на базе электромеханических преобразователей, позволяющие изменять частоту вращения первичного двигателя. Необходимость поддержания стабильными выходных параметров таких установок требует создания систем управления, обеспечивающих заданное качество электроэнергии при минимальных потерях.

Современное состояние исследований в области создания генераторных систем с неизменными выходными параметрами при переменной частоте вращения приводного вала характеризуется достаточно большим количеством работ как в России так и в мире [1,2,40,42,44-47,92,108-110,112-118]. Первые труды по математической теории электромеханических преобразователей энергии появились в середине 20-40-х годов. К ним относятся работы Р. Парка, A.A. Горева, Г. Крона, Г.Н. Петрова и др. В области исследования электрических машин с указанными свойствами наиболее известны работы таких учёных как И.П. Копылов, А.И. Бертинов, И.Л. Осин, Ю.Г. Шакарян, A.M. Вейнгер, И.М. Постников и др. Существенный вклад в создание электромашинных агрегатов внесли А.И. Хожаинов, Р.К. Тели-шев, В.В. Сурин, В.А. Обухов. Благодаря усилиям таких учёных как В.А. Веников, Б. Адкинс, И.А. Глебов, Г.А. Сипайлов, Е.Я. Казовский, C.B. Страхов и др. создана теория переходных процессов в электрических системах. Основы теории управления электрическими машинами в нашей стране заложили такие крупные учёные как A.A. Горев, П.С. Жданов и A.C. Лебедев. Эти исследования были продолжены Г.Р. Герценбергом, И.А. Глебовым, И.А. Груздевым, М.Л. Левинштейном, И.В. Литкен-сом, С.А. Соваловым, Н.И. Соколовым и др. Наиболее полно вопросы, связанные с исследованием переходных процессов и регулированием возбуждения синхронных машин, отражены в работах С.И. Гамазина, В.А. Ставцева, A.A. Юрганова, В.А. Кожевникова.

Особенно остро проблема создания управляемых генераторных систем стоит при проектировании судовых энергетических установок (СЭУ). В условиях постоянного роста цен на топливо перед проектировщиками СЭУ встают задачи: снижение расхода топлива и создание ЭУ, работающих на дешёвых сортах топлива. Выделяются два основных типа СЭУ: с валоге-нераторами и без них. Анализируя нагрузки судовых электростанций при различных режимах эксплуатации, можно сделать вывод, что во многих случаях генераторы работают при недостаточной нагрузке, что ведёт к увеличению издержек на выработку электроэнергии. Следовательно, для повышения экономичности и снижения расхода топлива целесообразно применять СЭУ с валогенераторами, что позволяет при их работе отключать один или несколько дизель-генераторов. Наиболее известны конструкции валогенераторов таких фирм как «А. Van Kaick», ВВС , M.A.N., BMW, «Renk Take» (Германия), «MBD» (ФРГ-Дания), «Sulzer» (Швейцария), «Vickers» (Англия), «IHI», «Fuji Demki» и «Kawasaki» (Япония). Все они имеют ряд недостатков связанных со значительными потерями, низким качеством вырабатываемой электроэнергии, большими массогабарит-ными показателями.

Наиболее перспективные валогенераторные системы зарубежного исполнения реализуются на базе дифференциальных эпициклических передач с гидравлическим регулирующим контуром в сочетании с синхронным генератором традиционной конструкции. Подобные системы наиболее успешно реализует фирма «Renk Take» [46]. По данным этой фирмы валогенераторные системы окупаются менее чем за два года. При этом тихоходные валогенераторные системы работают с применением тяжёлых дизельных топлив, тогда как быстроходные общесудовые дизель генераторы требуют высококачественное дизельное топливо. Только за счёт двукратной разности в их стоимости экономия составляет 2330 марок в сутки для валогенераторных установок мощностью 550 кВт и 4613 марок для валогенераторов мощностью 1100 кВт.

Сравнение характеристик различных управляемых валогенераторных установок при равной мощности [52], показывает, что валогенераторы на базе электромашинных агрегатов [1,2,44,45,109] по таким показателям как массогабаритные, КПД, качество вырабатываемой электроэнергии значительно превосходят зарубежные аналоги. К тому же обратимость электромашинного агрегата позволяет использовать его в режиме двигателя для запуска дизеля от дизель-генераторов, а также в качестве гребного двигателя при скорости хода судна в диапазоне от 0 до 55.60% от скорости полного хода.

Необходимость точного поддержания параметров вырабатываемой электроэнергии при переменной частоте вращения приводного вала и при меняющейся нагрузке, осуществления управления в двигательных режимах, а также решения задач защиты и контроля требует создания системы управления, обеспечивающей вышеперечисленные функции.

Цель диссертационной работы - разработка законов управления электромашинным агрегатом с двигательными униполярными вставками, оптимальных по критерию минимума потерь в установившихся режимах и создание методики синтеза системы управления, обеспечивающей повышение эффективности работы энергетических установок с переменной частотой вращения.

Поставленная цель определила следующие задачи исследования:

1. Анализ существующих систем генерирования электроэнергии, работающих с переменной частотой вращения приводного вала.

2. Разработка математической модели ЭМА, исследование ЭМА как объекта управления.

3. Определение оптимальных законов управления ЭМА по критерию минимума потерь в статических режимах.

4. Разработка методики синтеза системы управления ЭМА.

5. Исследования и разработка системы управления судовой ва-логенераторной установки на базе ЭМА.

6. Разработка практических рекомендаций по применению систем управления ЭМА.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и 2-х приложений.

8. Результаты работы в виде моделей, алгоритмов, программных и технических средств внедрены в ОАО «Электромеханика» (г. Пенза) при исследованиях режимов управления ЭМА для ветроэнергетических станций, в в/ч 90802 при разработке системы управления судовой валогенераторной установкой со стабилизацией параметров выходного напряжения мощностью 600 кВт, в «Пензенские тепловые сети» ОАО «Пензаэнерго» при разработке системы управления электроприводом насосной установки СЭ-800/100, а также в учебном процессе на кафедре «Периферийные

215

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе представлены результаты разработки и исследования системы управления электромашинным агрегатом (ЭМА). В качестве примера рассмотрена система управления судовой валогенераторной установкой на базе ЭМА. Система обеспечивает генерирование переменного тока постоянной частоты 50 Гц за счёт отбора мощности от главного судового дизеля 6ДКРН 35/105 мощностью 3200 л.е., работающего на винт фиксированного шага, с переменной частотой вращения вала (120 -220 об/мин). Напряжения в фазах синхронного генератора - 230 В. Мощность синхронного генератора 600 кВт, со5<р = 0.8. Номинальная частота вращения приводного вала - 187 об/мин, номинальный ток якоря возбудительной униполярной вставки 200 кА. Максимальное форсированное напряжение в обмотках возбуждения униполярных вставок - 38 В. Напряжение возбуждения униполярных вставок в максимальном режиме нагрузки -28 В. ЭМА должен обеспечивать возможность его использования в режиме двигателя для запуска дизеля от дизель-генераторов, а также в качестве гребного двигателя при скорости хода судна в диапазоне от нуля до 60% от скорости полного хода.

Большая стоимость как ЭМА так и системы управления, сложная конструкция, необходимость исследования системы в предельных и аварийных режимах, а также накопленный большой опыт математического моделирования подобных систем делают наиболее предпочтительными для исследования системы управления ЭМА методы математического моделирования.

Математической основой проводимых в диссертации исследований является предложенная автором математическая модель, которая базируется на обобщённой теории электромеханического преобразования энергии. Из-за большой громоздкости получаемых выражений аналитический анализ ММ не представляется возможным, поэтому, исследование статических и динамических режимов ЭМА проведено с использованием ЭВМ. Методы моделирования на ЭВМ позволили применить для расчёта переходных процессов в синхронном генераторе полные уравнения Парка-Горева, учитывающие большее количество факторов, и поэтому являющиеся более точными. К тому же стремительное развитие вычислительной техники обеспечивает минимальное время вычислений, а создание таких программных продуктов как МАТНСАЭ, МАТНЬАВ и др. позволило легко реализовы-вать известные численные методы и наглядно представить результаты вычислений в виде графиков и таблиц.

1. A.C. № 1064386 (СССР). Электромашинный агрегат. / В.А. Обухов. - опубл. в Б.И., 1983, №48.

2. A.C. № 418940 (СССР). Электромашинный агрегат. / А.И. Хожаинов, Р.К. Телишев, В.В. Сурин и др. опубл. в Б.И., 1974, №9.

3. Андерсон П., Фуад А. Управление энергосистемами и их устойчивость. М.: Энергия, 1980. 569 с.

4. Барковский В.В., Захаров В.Н., Шаталов A.C. Методы синтеза систем управления. М.: Машиностроение. 1969. - 327 с.

5. Бертинов А.И., Алиевский Б.Л., Троицкий С.Р. Униполярные электрические машины с жидкометаллическим токосъёмом. М.; Л.:^нергия, 1966. 312 с.

6. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. -768с.

7. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. 13-е изд., исправленное. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 544 с.

8. Важнов А.И. Основы теории переходных процессов синхронной машины. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1969,- 312 с.

9. Вейнгер A.M. Регулируемый синхронный электропривод -М. : Энергоатомиздат, 1985. 224 с. : ил.

10. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Высш. шк., 1978. - 415 с.

11. Веников В.А., Литкенс И.В. Математические основы теории автоматического управления режимами энергосистем. М.: Высш. шк., 1964. - 206 с.

12. Волков Е.А. Численные методы: Учеб. пособие. М.: Наука, гл. ред. физ-мат лит., 1982. - 256 с.

13. Воронов A.A. Основы теории автоматического управления. -М.: Энергия, ч. 1, П, Ш, М-Л. 1966. 1970.

14. Воронов A.A. Основы теории автоматического управления. Особые линейные и нелинейные системы. М.: Энергия, 1979. - 80 с.

15. Воронов A.A. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. М., Наука, 1979.

16. Вулих Б.З. Введение в функциональный анализ. 2-е изд., переработанное и дополненное: - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1967. - 416 с.

17. Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. М.: Издательство МЭИ, 1997. - 424 е.: ил.

18. Герасимов А.Н., Чебаков В.Б. О синтезе цифровых систем с учётом квантования, вносимого входным и выходным преобразователями. В. кн.: Дискретные нелинейные системы. Под ред. Ю.И. Топчеева. -М.: Машиностроение, 1982. 312 с.

19. Глебов И.А. Системы возбуждения мощных синхронных машин. Л.: наука, 1979. - 312 с.

20. Глебов И.А. Электромагнитные процессы систем возбуждения синхронных машин. Л.: наука, 1987. - 344 с.

21. Горев A.A. Переходные процессы синхронной машины. Л.: Наука, 1985. - 502 с.

22. Груздев И.А., Шахаева О.М. Системы автоматического регулирования возбуждения синхронных генераторов. Л.: ЛПИ, 1978. 79 с.

23. Гусев В.Г. Методы исследования точности цифровых автоматических систем. М.: Наука, 1973. - 400 с.

24. Дмитриев В., Смольская н. Электрические машины со сверхпроводящими обмотками // Техника и вооружение, 1978. № 12. С. 14-17.

25. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем. -М.: Энергия, 1979. 455 с.

26. Зиннер Л.Я., Скороспешкин А.И. // Вентильные двигатели постоянного и переменного тока. М.: Энергоиздат, 1981. -136 е., ил.

27. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины: Учебник для вузов М.: Энергия, 1980. - 928 с. : ил.

28. Иващенко н.И. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М.: Машиностроене, 1978. - 736 с.

29. Изерман Р. Цифровые системы управления. М.: Мир, 1984.- 541 с.

30. Капитонова Ю.В., Летичевский A.A. Математическая теория проектирования вычислительных систем. М.: наука, 1 988.- 294 с.

31. Копылов И.П. // Электромеханические преобразователи энергии М.: Энергия, 1973. - 400 е., ил.

32. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учебник для вузов М.: Высш. шк., 1994. - 318 с. : ил.

33. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., Наука, 1978. - 832 с.

34. Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики: Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., переработанное и дополненное. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 496 е.: ил.

35. Котов О. Автоматизированная многофункциональная система управления локомотивом. // Современные технологии автоматизации № 4 Москва 1998. - С. 34-40.

36. Левинштейн М.Л., Щербачёв O.B. Статическая устойчивость электрических систем. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1994. 264 с.

37. Математические основы теории автоматического регулирования. Т.2. Учеб. пособие для втузов. / В.А. Иванов, B.C. Медведев, Б.К. Чемоданов, A.C. Ющенко; под ред. Б.К. Че-моданова. М.: Высш. шк., 1977. - 456 с.

38. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы: Учеб. пособие / В.В. Солодовников, В.Г. Коньков, В.А. Суханов и др.; Под ред. В.В. Солодовникова. М.: Высш. шк., 1991. - 255 с. : ил.

39. Михневич Г.В. Синтез структуры системы автоматического регулирования возбуждения синхронных машин. М.: Высш. шк., 1978. - 222 с.

40. Овис Л.Г. Ветроэнергетические установки серии LMW. // Электротехника: отраслевой каталог. Хабаровск: Инфор-мэлектро, 1993 г. - 4 с.

41. Определение настроек АРВ для совокупности режимов энергосистемы // Электричество. 1986. № 4. С. 11-15.

42. Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины: Синхронные машины: Учеб. пособие для вузов по спец. «Электроме-ханника»/ Под ред. И.П. Копылова. М.: Высш. шк., 1990. -304 с. : ил.

43. Острём К., Виттенмарк Б. Системы управления с ЭВМ: Пер. С англ.- М.: Мир, 1987. 480 с. : ил.

44. Патент № 2066913 (Россия). Электромашинный агрегат. / В.А. Обухов. опубл. в Б.И., 1996, №26.

45. Патент № 2072615 (Россия). Электромашинный агрегат. / В.А. Обухов. опубл. в Б.И., 1997, №3.46. Патент № 2208511 (ФРГ).

46. Пешков В.А., Комаров A.B. Ветроэлектрическая станция ВЭС-5-2. // Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Новосибирск, 1996 г. - 25 с.

47. Прошин А.И. Исследование динамических режимов электромашинного агрегата. // Проблемы технического управления в региональной энергетике : Сборник трудов по материалам международной научно-технической конференции Пенза, 1999.

48. Прошин А.И. Исследование статических режимов электромашинного агрегата. // Проблемы технического управления в региональной энергетике : Сборник трудов по материалам международной научно-технической конференции Пенза, 1999.

49. Прошин А.И. Математическое моделирование валогенера-торной установки с двигательными униполярными вставками. // Логико-математические методы в технике, экономике и социологии : Материалы 4-ой международной научно-технической конференции Пенза, 1999.

50. Прошин А.И. Моделирование электромеханических систем генерирования электрической энергии // Университетское образование : Вторая международная методическая конференция Пенза, 1998.

51. Прошин А.И. Принципы построения валогенераторных установок. // Проблемы технического управления в региональной энергетике : Сборник трудов по материалам научно-технической конференции Пенза, 1998. С. 92-95.

52. Прошин А.И. Синтез системы управления электромашинным агрегатом и расчёт настроек регуляторов. // Проблемы технического управления в региональной энергетике : Сборниктрудов по материалам международной научно-технической конференции Пенза, 1999.

53. Прошин И.А., Прошин А.И., Мещеряков A.C. Математическая модель асинхронного двигателя с непосредственным преобразователем энергии в цепях статора // Наука производству № 4 Москва 1998. - С. 13-15.

54. Прошин И.А., Прошин А.И., Обухов В.А., Мещеряков A.C. Математическая модель валогенераторной установки // Наука производству № 12 Москва 1998. - С. 56-58.

55. Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И. Математическая модель валогенераторной установки. Пенза, 1997. - Рукопись представлена Пенз. Госуд. Техн. Ун-т. Деп. в ВИНИТИ.

56. Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И. Математическая модель системы «непосредственный преобразователь энергии асинхронный двигатель». Пенза, 1997. - Рукопись представлена Пенз. Госуд. Техн. Ун-т. Деп. в ВИНИТИ.

57. Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И. Методика моделирования непосредственного преобразователя параметров электрической энергии. Информационный листок о научно-техническом достижении. Пенза, Центр научно-технической информации, 1998."

58. Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И. Методика расчёта систем «Непосредственный преобразователь энергии асинхронный двигатель». Информационный листок о научно-техническом достижении. - Пенза, Центр научно-технической информации, 1998.

59. Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И. Микропроцессорная система управления валогенераторной установкой. Информационный листок о научно-техническом достижении. -Пенза, Центр научно-технической информации, 1998.

60. Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И. Моделирование системы управления электромашинным агрегатом с двигательной униполярной вставкой. // Аналитические методы анализа и синтеза регуляторов : Межвузовский научный сборник Саратов, 1998. С. 226-238.

61. Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И. О математическом описании непосредственных преобразователей параметров электрической энергии. Пенза, 1997. - Рукопись представлена Пенз. Госуд. Техн. Ун-т. Деп. в ВИНИТИ.

62. Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И. Программа для исследования систем «Непосредственный преобразователь энергии асинхронный двигатель». Информационный листоко научно-техническом достижении. Пенза, Центр научно-технической информации, 1998.

63. Прошин И.А., Прошин А.И., Усманов В.В. Оценка статической устойчивости валогенераторной установки. // Методы и средства управления технологическими процессами: Сборник трудов третьей международной конференции Саранск, 1999.

64. Сильное регулирование возбуждения. / В.А. Веников, Г.Р. Герценберг., С.А. Совалов и др. М.; Л.: Госэнергоиз-дат, 1963. - 152 с.

65. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. Пособие для техн. Вузов. В 9 кн. Кн. 5. Автоматизация функционального проектирования. / П.К Кузьмик., В.Б. Маничев. Под ред. И.П. Норенкова. М.: Высш. шк., 1988 г. - 141 е.: ил.

66. Системы подчинённого регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями / О.В. Слежановский, JI.X. Дацковский, И.С. Кузнецов и др. М. : Энергоатомиздат, 1983. - 256 с. : ил.

67. Специальные электрические машины: (Источники и преобразователи энергии) Учеб. пособие для вузов / А.И. Бертинов, Д.А. Бут, С.Р. Мизюрин и др.; Под ред. А.И. Бертинова. М. : Энергоиздат, 1982. - 552 с. : ил.

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

69. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами / Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, M.JI. Самовера. 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоиздат, 1982. -416 с. : ил.

70. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. М.: Энергия,1977. - 256 с.

71. Справочник по теории автоматического управления / А.Г. Александров, В.М. Артемьев, В.Н. Афанасьев и др., под ред. A.A. Красовского. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит, 1 987. - 712 с.

72. Справочник проектировщика АСУ ТП. / Г.Л. Смилянский, Л.З. Амлинский, В.Я. Баранов и др.; Под ред. Г.Л. Смилян-ского. М.: Машиностроение, 1983. - 527 с. : ил.

73. Теория автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов / М.Г. Чиликин, В.И. Ключев, A.C. Сандлер. М. : Энергия, 1979. - 616 с. : ил.

74. Теория автоматического управления. / В двух частях. Изд. 2-е, перераб. и доп. Под ред. А.А.Воронова. М., «Высшая школа» 1972-41 424с.

75. Топчеев Ю.И., Потёмкин В.Г., Иващенко В.Г. Системы стабилизации. М.: Машиностроение, 1974. - 248 с.

76. Треногин В.А. Функциональный анализ: Учеб. пособие: Для вузов. 2-е изд., испр. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1993. - 440 с.

77. Ту Ю.Т. Цифровые и импульсные системы автоматического управления. М.: Машиностроение, 1964. 704 с.

78. Турчак Л.И. Основы численных методов: Учеб. пособие. -М.: Наука, гл. ред. физ-мат лит., 1987. 320 с.

79. Усманов В.В., Прошин И.А., Прошин А.И., Прошин Д.И. Математическое моделирование систем управления параметрами электрической энергии. // Университетское образование : Вторая международная методическая конференция -Пенза, 1998.

80. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Т.1. М.: Наука, 1966. -656 с.

81. Хожаинов А.И., Кузнецов С.Е., Андреев В.И. Переходные процессы работы униполярного двигателя с ферромагнитным ротором, полностью погруженным в жидкий металл. // Изв. Ан СССР. Энергетика и транспорт, 1974. № 3. С. 171-176.

82. Электромашинный агрегат. / Хожаинов А.И., Телишев Р.К., Сурин В.В. и др. A.C. 418940 СССР // Б.И. 1974. № 9.

83. Юрганов A.A., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов. СПб.: Наука, 1996. - 138 с. : ил.229

84. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. / Изд 2-е, пере-раб. и доп., JI.: Энергия, 1975. 416с.

85. Castellani Roberto. Matching asynchronous generators to small windmills. Folkecenter for RE(FC) (Дания), 1992. - 35 с.

86. Gipe Paul. Wind energy comes of age. John Wiley & Sons inc. (США), 1995. - 536 с.

87. Gipe Paul. Wind power for home & business. Renewable energy for the 1 990s and beyond: Chelsea green publishing company (США), 1993. - 414 с.

88. Spera David A. Wind turbine technology: Fundamental concepts of wind turbine engineering. ASME press (США), 1994. - 638 с.

89. Vaughn Nelson. Wind energy and wind turbines. Alternative energy Institute West Texas A&M University (США), 1996. -158 с.

90. Vilsboll Niels, Kunwald Peter. Final report on development and building of DANmark 36, 525 kW windturbine situated at Hanstholm. Folkecenter for RE (FC) (Дания), 1 993. - 1 50 с.

91. Mailfert Alain J/ Superconducting homopolar machines // Conf/ Magnet Technol. (MT-5). Roma. 1 975. Frascati. 1 975. P. 439-446. Discuss. 446.

92. Пример 1. Расчёт статических режимов судовой валогенераторной установки Исходные данные:

93. Сопротивления обмоток возбуждения униполярных двигателей и генераторов возбудительной и основной ветв ей:

94. ЯЬП := 0.309 Ом КЫ2 .= 0.318 Ом

95. Шэ21 := 0.309 Ом РЪ22 := 0.318 Ом

96. Число витков обмоток возбуждения униполярных двигателей и генераторов возбудительной и основной ветв ей:

97. У11 := 10 \¥12 := 10 АУ21 := 10 \У22 := 10

98. Суммарные сопротивления униполярных вставок возбудительной и основной ветвей;

99. ЬЫ := 4.2-ю"7 Ом Ыв2:= 3.51-10"7 Ом

100. Коэффициенты, учитывающие конструктивные особенности ЭМА

101. Сй\ := 0.0284072 С§1 := 0.045916 Сй2 .= 0.055587 Сё2 = 0.085569

102. Сопротивление и индуктивности обмоток синхронного генератора ЭМА

103. Ш = 0.0056704 Ом 1^ = 0.000008741 Гн ЬШ = 6.5256-10"6 Гн

104. Число пар полюсов синхронного генератора Рп := 8

105. Сопротивление нагрузки при номинальном режиме Яп1 = 0.16927 Ом

106. Частота вращения ротора синхронного генератора = 39.2699 рад/сек

107. Токи синхронного генератора в двухфазной системе вращающихся с синхронной скоростью координат с! и ц1.j1.2d-Ilyj1. ЯЦ Шс1. J + ЬЬЛ -Pn1. Pn-Ws v J/ RlSj1.: := —i—Tq:-LI s:-Pn-Ws j RlSj J J

108. Момент сопротивления на валу синхронного генератора

109. Msgj := Pn-L12d llyj-Iqj М := Msg + 68.75 + 32.59 + 50.17

110. Цикл изменения частоты вращения приводного вала валогенератора1 = 1.15010 + г0.1

111. Значение индукции в зазоре генераторной вставки возбудительной ветви при мал. значениях скорости приводного вала валогенератора1. Bgl := 11. Bdl0J :-=0

112. Зависимость индукций в воздушном зазоре возбудительных униполярных вставок от частоты вращения валогенератора при номинальной нагрузке

113. Расчёт индукций в зазоре двигательной и генераторной униполярных вставок основной ветви в различных нагрузочных и скоростных режимах

114. Сс122-С§2- 4-Сд22 - СсПВё^-Иу^1. В(12п • := 0.65и >J1. В<П: : = Ш1 ».I1. Вё^ -1,1,1. Cd2•Cg2•Wbi*1. М: СсП-ВёЬ г11у,1. J 1 V J1. Вё2,- :< 1,1 ^2--—----1. Сё2-Св2-т,-Вс12, 5 1 1 >}1. Ws- т) + С62---- Вс12- •т.-—12.к

115. Зависимость индукций в воздушном зазоре основных униполярных вставок от частоты вращения валогенератора при 100% и 50% нагрузке

116. Расчёт индукций, создаваемых обмотками возбуждения генераторных униполярных вставок возбудительной и основной ветвей1. К1 := 0.51. В12Ь ; =Вс1Ь -1 о 1 о1. В|2М »»'и'1. Вв1| о

117. К1- 1.8^1: ■ + 0.2 ВсИ, : \ 1 и 1 '31. Ве1- • + ВсИ. •

118. К1-: + 0.2-ВсИ- • \ 1 >.) 1 ».)1. В121у1. В221- : := В(И:1 О * >.1

119. К1- 1.8 Ве2| , + 0.2 В(32: ,1. V 1 >.) 11. В22ивв^ав^

120. К1-(1.8-Ве2; , + 0.2 Вс12 :10 1 и1. В2211,л1.51. В12. л 0.5 1,01. В22.1,0-0.5120140160 180 60т-12.й200220

121. Зависимость индукций в воздушном зазоре возбудительной В12 и основной В22 генераторных униполярных вставок от частоты вращения валогенератора на участке до прорези 1 при номинальной нагрузке

122. Задание кривой намагничиванияй = 0.1001. Вц := ¿1 -0.0121Й := 1.156 +- 116.503 В^ 72.1-(Вп)2+ 41.573-(Ва.3В

123. Расчёт потерь в обмотках возбуждения и общих потерь на возбуждение

124. РЬЫ = (П1и)2-КЫ1 (П210)2-ЯЫ2,(121.^2.КЬ21 + (12^ ¿)2-ЯЬ221. РЬ11М = (шУГКЬ111. РЬ12Ю = (1121о)1. РЬ21У = (ШуГ*Ь211. РЬ22У = 'КЬ221.2-101. МО1. РЫ1.1,01. РЫ2.1. РЬ21.1,01. РЬ22.1,080001,0 600040002000160 180 200 60220т.2.я

125. Зависимость потерь на возбуждение от частоты вращения валогенератора

126. Расчёт тока якорей униполярных двигателя и генератора основной ветви1. С§21. Сд212у. . := .Г5=-\уЬ 1.•Bg21• : —• \¥з - \УЬ- -В<12; ,5*10"4« 10"1. Пу112у.3.10"27 о2.10"1.10"50 60 7080 90 Ип1100 110 120 1301. Кп. J100

127. Зависимость токов 11у и 12у от нагрузочного режима валогенератора6.10"5« 10"4.1012у1,1003.10"2.105 (1* 1080100 120 140 160 180 200 220 24060т.-—1 2-я

128. Зависимость тока 12у от частоты вращения валогенератора0.81. А1иоо 0.61. А2.1,100 0 40.2120 140 160 18060т.-1 2-71200220

129. Зависимость относительной мощности униполярных вставок от частоты вращения валогенератора при номинальной нагрузке1. А1.