Проектний синтез високоефективних регульованих асинхронних двигунів потужністю до 400 кВт

. (23)

Диференціювання цієї функції за шуканими змінними дає систему рівнянь

, (24)

де i = 1…...g , із розв'язання якої визначаються значення шуканих КЗ. Другий метод доцільно застосовувати при оптимізації РАД тільки за однією КЗ, частотою. У цьому випадку однофакторні регресійні рівняння мають досить простий вигляд і параметри обмотки статора легко визначаються з розв'язання рівнянь, що зв'язують параметри заступної схеми з КЗ.

Для проектних рішень РАД, визначених у результаті виконання оптимізаційно-пошукових розрахунків, виконуються перевірні розрахунки основних технічних характеристик машини. До них належать механічні розрахунки елементів конструкцій, віброакустичні розрахунки, електромагнітні і теплові розрахунки перехідних режимів роботи. Підсистеми перевірних розрахунків містять відповідні переліки вхідних даних і вихідних розрахункових величин. Таким чином, до складу задач проектування РАД входять оптимізаційно-пошукові і перевірні розрахунки (рис.8).

У результаті виконання віброакустичного перевірного розрахунку в характерних точках діапазону регулювання визначаються загальні рівні магнітної віброшвидкості, магнітного віброприскорення, магнітного шуму, вентиляційного шуму, віброшвидкостей від небалансу і недосконалості підшипників. За результатами перевірних розрахунків при необхідності проводиться зміна конструкції РАД , забезпечуючи рівні шуму і вібрації в межах допустимих. У процесі проектування на підставі перевірних механічних розрахунків у характерних точках діапазону регулювання при заданому навантаженні розв'язуються такі задачі: вибір розмірів вала, типів підшипників за заданою довговічністю, оцінка співвідношення діаметрів ділянок вала, що належать до місць посадки підшипників, а також зміна конструктивних параметрів вузла у випадку:

перевищення припустимого значення прогину вала;

зниження критичної частоти обертання ротора нижче припустимої;

недостатнього запасу міцності вала;

невідповідності підшипників необхідній динамічній вантажопідйомності.

Перевірні електромагнітні і теплові розрахунки перехідних режимів виконуються для оцінки швидкодії двигуна і додаткового нагрівання конструктивних частин електричної машини в перехідних процесах. Вихідні розрахункові величини, що оцінюють динамічні режими: час виходу на сталу частоту обертання, прискорення двигуна, зміна температури за часом і за швидкістю, кидки струмів й ударних моментів при перехідному процесі. Проектування РАД виконується таким чином, щоб динамічні показники відповідали вимогам ТЗ.

Для можливості врахування складного і взаємосуперечливого комплексу технічних вимог, а також для визначення їхньої сумісності в конкретному проекті використовується сполучення методу релаксації обмежень з методом послідовних поступок за критеріями й обмеженнями.

П'ятий розділ присвячений дослідженню роботи АД в ЕП з фазовим керуванням і розробці методики вибору найбільш прийнятного за заданими критеріями АД для таких приводів.

Системний підхід при дослідженнях АД приводів НПН-АД здійснюється при використанні комплексних ММ таких ЕП. Аналізуються всі аспекти функціонування двигуна: усталені електромагнітні, електромеханічні і теплові процеси, механічні і віброакустичні показники, динамічні режими. У зв'язку з полігармонічним складом напруги живлення асинхронного двигуна в приводах НПН-АД враховується вплив найбільш вагомих ВГ (5,7,11,13) цієї напруги. Крім того, у всіх системних моделях враховується зміна параметрів заступних схем умовних двигунів основної і вищих гармонічних при регулюванні через витиснення струму і насичення магнітного кола. Остання обставина вимагає розрахунків магнітних кіл умовних двигунів усіх гармонік, що враховуються, у будь-якій точці діапазону регулювання. У результаті магнітних розрахунків отримані залежності індукцій на ділянках магнітної системи, струму намагнічування від частоти обертання АД. Вигляд залежностей визначається як режимами роботи НПН, так і характером навантаження. Знайдені за результатами розрахунків магнітного кола індукції і струми намагнічування використовуються для визначення параметрів кіл намагнічування еквівалентних заступних схем гармонійних складових. Проведено дослідження втрат, що супроводжують перетворення електричної енергії в механічну при фазовому керуванні. Результати досліджень представлені у вигляді залежностей складових втрат від частоти обертання АД. На характер залежностей впливає режим, у якому працює НПН, і тип навантажувальної характеристики. Значення розглянутих втрат визначають енергетичні показники АД при роботі в електроприводі НПН-АД і вони використовуються для аналізу його теплового стану. Для перевірки вірогідності розроблених ММ усталених режимів, алгоритмів і програм, допустимості використаних припущень результати розрахунків зіставлені з результатами експериментальних досліджень. Похибки між експериментальними і розрахунковими характеристиками АД n, , , c = f(M) не перевищують 47 %, що підтверджує адекватність розроблених ММ і можливість використання їх при виборі серійного АД для роботи в ЕП з фазовим керуванням.

Для одержання більш сприятливих характеристик електроприводи НПН-АД виконуються як замкнуті системи зі ЗЗ. Розроблений програмний комплекс надає можливість аналізувати роботу АД як у розімкнених, так і в замкнутих системах НПН-АД при ЗЗ за частотою обертання двигуна й напругою перетворювача.

Задача вибору двигуна з існуючих серій, що виникає в практиці розробки електроприводів НПН-АД, у більшості випадків розв'язується без досить повного врахування особливостей електромагнітних, електромеханічних, теплових, енергетичних процесів у АД цих електроприводів. Програмний комплекс забезпечує обґрунтований автоматизований вибір АД електроприводів з фазовим керуванням для відповідних навантажень і діапазону регулювання з обліком масовартісних і енергетичних показників. Як критерії при виборі використовуються: маса, габарити, вар-тість двигуна і діапазонні критерії - ЗВ й енергетичні показники двигуна.

При виборі АД здійснюється оцінка теплового стану з урахуванням перехідних режимів, які залежать від тахограми навантаження, моменту інерції привода, числа циклів тощо. Запропоноване ПЗ реалізує перевірку механічних, віброшумових, динамічних показників обраного двигуна і необхідне корегування вибору.

У шостому розділі розглядаються питання дослідження роботи двигунів ЕП з частотним керуванням, вибору АД і проектного синтезу РАД для таких електроприводів.

Комплексні проектні ММ електроприводів НПЧ-АД дають можливість застосувати системний підхід при дослідженнях роботи і при проектуванні регульованих двигунів. Адекватність ММ, покладених в основу програмних комплексів вибору і проектування, підтверджується результатами експериментальних досліджень, при виконанні яких отримано залежності зміни електричних, енергетичних, механічних, теплових та інших величин від частоти обертання двигуна в заданому діапазоні регулювання при роботі на задані навантаження. Похибки між експериментальними та розрахунковими характеристиками АД n, , , c = f(M) складають від 3 до 8 %. У тиристорних частотних перетворювачах із амплітудним регулюванням вихідна напруга містить значні за амплітудою ВГ складові. Їхнє врахування необхідне при аналізі усталених та динамічних режимів, розгляді віброакустичних та динамічних показників РАД, розрахунку в двигунах додаткових магнітних втрат. Визначення гармонічного складу напруги живлення двигуна здійснюється за допомогою або традиційної, або синтезованою комп'ютерною програмою моделювання електронних схем PSPICE ММ перетворювача.

Комплексні проектні ММ враховують також зміну параметрів заступних схем двигунів. При частотному керуванні зміна параметрів еквівалентних заступних схем в діапазоні регулювання більш істотна в порівнянні з фазовим. Параметри заступних схем розраховуються для будь-якої гармоніки на основі значень величини, частоти напруги живлення і ковзання для конкретної робочої точки. Визначенню параметрів вітки намагнічування передують розрахунки магнітних кіл. У ході цих розрахунків визначаються величини індукцій на окремих ділянках магнитопровода. Залежності індукцій для різних параметрів регулювання при розгляді їх разом з характеристикою навантажування надають можливість визначити індукції на ділянках магнітного кола двигуна в залежності від частоти обертання. Аналогічним чином отримано залежності зміни струму намагнічування АД в процесі регулювання від частоти обертання двигуна. Дослідження залежностей індукцій і струму намагнічування виконані для електроприводів з різними законами частотного керування. На цій підставі визначаються параметри кіл намагнічування заступних схем умовних двигунів гармонійних складових. За заступними схемами виконуються розрахунки електричних та механічних параметрів умовних двигунів й визначаються характеристики реального двигуна. Проведені дослідження зміни складових втрат в діапазоні регулювання. Вони дозволяють розраховувати температурні залежності та залежності енергетичних показників від частоти обертання двигуна, на підставі яких визначаються діапазонні енергетичні проектні критерії.

Розроблений проектно-розрахунковий комплекс, структура якого представлена на рис.9, був застосований для виконання значної кількості проектів, у тому числі для проектного синтезу РАД вентиляторних установок змінної продуктивності, а також ряду частотно-регульованих АД на базі серійних чотириполюсних двигунів АМУ, що випускаються Ново-Каховським електромашинобудівним заводом.

При виборі АД для регульованого ЕП з частотним керуванням необхідно враховувати, що теплова навантажувальна спроможність двигуна знижується при відхиленнях його швидкості від номінальних значень. На малих частотах обертання додаткове зниження зумовлене погіршенням умов охолодження при самовентиляції. Через це за будь-якого характеру навантаження потужність обраного двигуна залежить від діапазону регулювання. Програмний комплекс дозволяє здійснити автоматизований вибір АД для таких ЕП за показниками теплового стану двигуна та з урахуванням енергетичних та масо-габаритно-вартісних показників. Алгоритм вибору двигуна враховує особливості роботи двигуна при різних силових схемах перетворювачів, видах регулювання, законах частотного керування. Вибір здійснюється з використанням необхідних проектних критеріїв і обмежень, розрахункового аналізу роботи двигуна в переміжному режимі S8.

Проектний синтез РАД виконується виходячи зі специфічних вимог регульованих ЕП. З застосуванням системних ММ проектування виконується на визначений діапазон частот обертання, що вимагає проведення великого обсягу пошукових і перевірних розрахунків для характерних робочих точок. Підсумком оптимального синтезу є декілька проектних варіантів, що задовольняють ТЗ, до якого включено необхідні проектні критерії й обмеження. Вибір остаточного проектного варіанта з розглянутих здійснюється за допомогою сполучення методів поступок за критеріями та обмеженнями.

Діаграма (рис.10) дає уяву про результати удосконалення шляхом послідовної оптимізації окремих вузлів РАД різних габаритів на діапазон регулювання 11002100 об/хв при законі частотного керування Е/f=const. В результаті оптимізації тільки обмоток статорів (визначенні та застосуванні оптимальних чисел витків, площі перетинів ефективних провідників, розмірів обмоткових проводів) спроектовані модифікації з висотами обертання 90160 мм, що забезпечують роботу РАД з моментами навантаженням на 2331 % вище припустимих навантажувальних моментів серійних двигунів, модифікації з висотами обертання 180250 мм - на 1522 %. При використанні додатково оптимізації пазової геометрії ротора припустимі моменти збільшуються відповідно на 2533 і на 1725 %. Кращих значень можна досягти, поглиблюючи рівень оптимізації, тобто оптимізуючи й інші вузли машини, змінюючи головні геометричні розміри, числа зубців статорів і роторів, розміри пазів.

Кращим результатам сприяє і структурна оптимізація, що припускає зміну конструкцій систем охолодження, ізоляції, видів станин, матеріалів, що використовуються. Аналогічним чином виконується проектування модифікацій серійних АД для інших систем частотного ЕП, в яких використовуються інші типи і схеми частотних перетворювачів, види і засоби регулювання, закони частотного керування.

ВИСНОВКИ

Основний науковий зміст дисертації складається в теоретичному узагальненні і розв'язанні наукової проблеми проектного синтезу, аналізу й оптимізації спеціальних регульованих асинхронних двигунів потужністю до 400 кВт. Загальні принципи математичного моделювання і методологія проектного синтезу засновані на системному підході, що дозволяє здійснювати комплексне урахування усієї необхідної сукупності проектних факторів у їхньому взаємозв'язку і взаємовпливі. Розроблені ефективні математичні і програмні засоби надають можливість виконувати при значному скороченні термінів проектних досліджень перспективні проектні розробки оптимальних РАД, що забезпечують істотне ресурсо- та енергозбереження при підвищенні якості регульованих ЕП.

Необхідність розробки і застосування РАД визначена широким упровадженням регульованих ЕП. Аналіз показав, що використання в ЕП спеціальних РАД замість серійних АД дозволяє знизити масу, габарити, вартість, підвищити ККД, поліпшити динамічні та регулювальні характеристики.

Проектний синтез і аналіз роботи РАД ефективно реалізується на основі методів системного аналізу. Особливості проектного синтезу РАД у порівнянні з проектуванням загальнопромислових АД полягають у використанні в комплексі оптимізаційних і перевірних розрахунків проектних ММ, що містять моделі усіх взаємодіючих компонентів ЕП з урахуванням їх взаємозв'язків. У ММ ЕП використовуються не лише традиційні моделі перетворювачів, але й моделі, що синтезовані програмою моделювання електронних схем PSPICE.

Визначені раціональні шляхи рішення проблеми проектного синтезу ефективних РАД на основі структурно-параметричної оптимізації, декомпозиції та агрегування, поєднання методів уступок по критеріям і релаксації обмежень.

Для аналізу електромагнітних, електромеханічних і теплових процесів усталених режимів повинні використовуватись проектні ММ, які враховують особливості роботи РАД при полігармонічності напруги живлення та зміни параметрів електричних та теплових заступних схем в процесі регулювання.

Розрахунок додаткових магнітних втрат РАД доцільно виконувати згідно удосконаленої методики та розроблених проектних ММ, за рахунок чого досягається уточнення розрахунків енергетичних і теплових показників 512 % у порівнянні зі значеннями, отриманими при використані традиційних методик і ММ. Визначення змін механічних показників РАД у діапазоні регулювання виконується по розробленим системним ММ механічних перевірочних розрахунків. Аналіз магнітних вібрацій і шумів РАД здійснюється по уточненій методиці та розробленим системним ММ, що враховують вплив на віброакустичні показники часових гармонійних складових магнітного поля. Окрім слід розраховувати механічні вібрації та вентиляційний шум.

При аналізі динамічних характеристик і показників необхідно використовувати проектні ММ електромагнітних та електромеханічних процесів РАД у неусталених режимах, які надають можливість враховувати зміни параметрів напруги живлення, параметрів заступних схем та навантажувального моменту на кожнім кроці інтегрування. Системні ММ для розрахунку енергетичних показників РАД регульованих ЕП у динамічних режимах, в яких з достатньою точністю ураховуються усі істотні складові втрат, дозволяють на 812 % уточнити значення ККД та на 1923 % значення коефіцієнта потужності. Використання розроблених проектних ММ теплових процесів у перехідних режимах, у яких враховуються зміни теплових провідностей і втрат у конструктивних частинах двигуна в процесі регулювання, підвищує точність теплових розрахунків і дозволяє оцінити тепловий стан при його роботі в різних режимах у регульованому ЕП.

Систематизація технічних вимог, проектних критеріїв та обмежень РАД здійснена на основі системи показників ефективності загальнопромислових АД. Розроблені ММ часткових та узагальнених діапазонних проектних критеріїв, що характеризують показники ефективності РАД і ЕП у заданому діапазоні регулювання, і ММ функціональних показників використовуються при проектному синтезі РАД. Виконаний аналіз чутливості проектних критеріїв дозволив встановити степені впливу КЗ на діапазонні проектні критерії.

На основі дослідження сепарабельних та квазісепарабельних властивостей цільових функцій реалізовано раціональну функціональну декомпозицію РАД. Оптимізаційне декомпозиційне проектування РАД, виконане із урахуванням сепарабельних і квазісепарабельних властивостей, при практично однаковій точності в порівнянні із недекомпозиційним проектуванням надає істотне зниження витрат обчислювальних ресурсів.

Сформовані комплексні ММ для аналізу роботи АД в ЕП з фазовим керуванням, на основі яких здійснюється автоматизований вибір АД для таких ЕП із урахуванням необхідного комплексу технічних, економічних і екологічних вимог.

Розроблені комплексні ММ для аналізу роботи АД в ЕП з частотним керуванням інваріантні до різних схемних виконань перетворювачів, видів регулювання та законів частотного керування, що використовуються у них. Вони дозволяють зробити економічно обґрунтований вибір АД для ЕП з частотним керуванням.

Застосування розробленого ПЗ для проектування РАД ЕП з частотним керуванням вентиляторних установок змінної продуктивності дозволило зменшити ЗВ витрати двигунів на 2027 % і за рахунок цього ЗВ ЕП на 1421 %. Ефект досягається за рахунок зниження витрат активних матеріалів та підвищення ККД у порівнянні з цими ж показниками серійних АД, що використовуються у таких пристроях.

Спроектовано ряд РАД на базі серійних АД, що випускаються Ново-Каховським електромашинобудівним заводом, для визначених діапазону регулювання і закону частотного керування. Спроектовані модифікації спроможні працювати з навантажувальними моментами на 2428 % вище припустимих моментів навантаження серійних двигунів.

Впровадження розроблених програмних комплексів у навчальне проектування забезпечує ефективне навчання інженерів-електромеханіків принципам і методам математичного моделювання, автоматизованого вибору і проектного синтезу РАД для систем регульованого ЕП.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Петрушин В.С. Асинхронные короткозамкнутые двигатели в системах полупроводникового электропривода: Учеб. пособие - Одесса: ОГПУ, 1997. - 144 с.

2. Петрушин В.С. Особливостi роботи асинхронних електродвигунiв у системах тиристорного привода: Навч. посiбник. - Одесса: ОДПУ, 1997.- 98 с.

3. Петрушин В.С. Особенности работы асинхронных электродвигателей в системах тиристорного привода: Конспект лекций. - Одесса: ОГПУ,-1995. - 47 с.

4. Петрушин В.С. Коэффициент мощности электрических нагрузок в автономных деформированных системах // Изв. ВУЗов "Энергетика". - 1990.- №4.- С. 41 - 43.

5. Петрушин В.С. Исследование коэффициента мощности асинхронного двигателя, работающего в условиях несимметрии // Электромашиностроение и электрооборудование: Респ. межвед. науч.-техн. сб. -1990. - Вып. 44.- С. 48 - 53.

6. Петрушин В.С., Мильсон Цафарасон. Исследование рабочих характеристик асинхронного двигателя при несимметрии питающего напряжения // Электромашиностроение и электрооборудование: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1991. - Вып. 45. - С. 92 - 95.

7. Петрушин В.С.,Фан Доай Бак. Анализ работы асинхронного двигателя при питании от тиристорного преобразователя напряжения // Электромашиностроение и электрооборудование: Респ. межвед. науч.-техн. сб. -1991. -Вып. 45.-С. 95 - 97.

8. Петрушин В.С., Фан Доай Бак. Исследование рабочих характеристик асинхронного двигателя при параметрическом фазовом управлении в разомкнутой системе электропривода // Электротехника.-1991. - №4. - С. 16 - 18.

9. Петрушин В.С. Коэффициент мощности асинхронного двигателя в деформированных трехфазных системах // Электромашиностроение и электрооборудо-вание: Респ. межвед. науч.-техн. сб.- 1993.- Вып.46.- С. 71- 75.

10. Петрушин В.С., Вильберт Лоуренс. Характеристики асинхронного двигателя в системе электропривода ТПН-АД с обратной связью по частоте вращения // Техническая электродинамика. - 1994. - №2. - С. 74 - 78.

11. Петрушин В.С., Подгорный В.И. Анализ работы АД при питании от тиристорного преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения // Электромашиностроение и электрооборудование: Респ. межвед. науч.-техн. сб.- 1995.- Вып. 47. - С. 69 - 73.

12. Петрушин В.С. Хаpактеpистики АД в частотных элекpопpиводах с различной несимметричностью управления инверторами напряжения // Изв. ВУЗов "Электpомеханика". - 1995. - №3. - С. 49 - 53.

13. Петрушин В.С. Характеристики асинхронного двигателя в частотном электроприводе при различных законах регулирования // Труды Одесск. политехн. ун-та.- 1996.-Вып.1.- С. 77 - 79.

14. Лысенко С.И., Петрушин В.С., Слободниченко Б.И. Учет изменения параметров схем замещения асинхронных электродвигателей при фазовом регулировании // Електромашинобудування та електрообладнання: Респ. міжвід. наук.- техн. зб.

- 1997. - Вип.49 - С. 48 - 53.

15. Петрушин В.С. Влияние высших гармонических напряжения на характеристики асинхронного двигателя в электроприводе с фазовым управлением // Труды Одесск. политехн. ун-та. - 1997. - Вып.1. - С. 214 - 219.

16. Петрушин В.С., Рябинин С.В. Выбор асинхронных двигателей для систем частотного электропривода // Проблемы автоматизированного привода. Теория и практика: Вестник ХГПУ. Спец. вып. - Харьков, ХГПУ. - 1998. - С. 347 - 349.

17. Петрушин В.С., Рябинин С.В. Регулировочные характеристики асинхронного двигателя при питании от циклоконвертора // Труды Одесск. политехн. ун-та. - 1998. - Вып. 1. - С. 222 -225.

18. Лысенко С.И., Петрушин В.С., Слободниченко Б.И. Математическая модель асинхронного короткозамкнутого двигателя при частотном регулировании // Техническая электpодинамика. Спец. вып. - 1998. - С. 31 - 35.

19. Петрушин В.С., Рябинин С.В., Якимец А.М. Проектирование модификаций асинхронных короткозамкнутых двигателей для систем полупроводникового электропривода // Проблемы автоматизированного привода. Вестник Харьковск. гос. политехн. ун-та. - 1999. - Вып. 61. - С. 196 - 197.

20. Петрушин В.С., Рябинин С.В., Якимец А.М. Анализ потерь и теплового состояния асинхронного двигателя при частотном управлении / Праці Ін-ту електродинаміки НАН України. - Київ: ІЕД НАН України,1999. - Вип.1. - С. 31 - 36.

21. Петрушин В.С., Кельбас Д.Н., Рябинин С.В. Применение программы моделирования PSPICE для анализа работы асинхронного двигателя в полупроводниковом частотном электроприводе // Труды Одесск. политехн. ун-та. - 1999. - Вып.2 (8). - С. 170 - 173.

22. Петрушин В.С. Проектный синтез частотно-регулируемых асинхронных двигателей // Вестник Харьковск. гос. политехн. ун-та. - 2000. - Вып. 84. - С. 157 - 160.

23. Петрушин В.С., Рябинин С.В., Якимец А.М. Исследование динамических режимов асинхронных двигателей в регулируемых электроприводах // Вісник Нац. ун-ту “Львівська політехніка”. - 2000. - № 403. - С. 142 - 145.

24. Петрушин В.С., Рябинин С.В., Якимец А.М. Расчет температур конструктивных элементов асинхронных двигателей в динамических режимах // Вісник Нац. ун-ту “Львівська політехніка”. - 2000. - № 403. - С. 145 - 149.

25. Малахов В.П., Петрушин В.С., Кельбас Д.Н., Рябинин С.В. Модели регулируемых асинхронных электроприводов, использующие программу моделирования PSPICE // Вестник Харьковск. гос. политехн. ун-та. - 2000. - Вып. 113. - С. 105 - 106.

26. Малахов В.П., Петрушин В.С., Кельбас Д.Н., Рябинин С.В. Анализ энергетических показателей частотного электропривода с помощью программы моделирования PSPICE // Вісник Нац. ун-ту “Львівська політехніка”. - 2000. - №403. - С. 96 - 101.

27. Малахов В.П., Петрушин В.С., Кельбас Д.Н., Рябинин С.В. Расчет энергетических показателей электродвигателей в приводе ТПН-АД с использованием программы моделирования электронных схем PSPICE // Електpомашинобудування та електрообладнання: Респ. міжвід.наук.-техн. зб. - 2000. - Вип. 54. - С. 26 - 29.

28. Петрушин В.С., Рябинин С.В., Якимец А.М. Анализ потерь и теплового состояния асинхронного двигателя при параметрическом управлении // Технічна електpодинаміка. - 2000. - №.4. - С. 34 - 38.

29 Петрушин В.С., Таньков А.А. Энергетические показатели асинхронного двигателя в частотном электроприводе при различных законах управления // Електpомашинобудування та електрообладнання: Респ. міжвід.наук.-техн. зб. - 2000. - Вип. 55. - С. 71 - 75.

30 Петрушин В.С. Диапазонные критерии оптимальности при проектировании регулируемых асинхронных двигателей // Труды Одесск. политехн. ун-та. - 2001. - Вып.1(13). - С. 81 - 86.

31 Петрушин В.С. Приведенные затраты асинхронных двигателей в частотном электроприводе при различных законах управления // Електpомашинобудування та електрообладнання: Респ. міжвід.наук.-техн. зб. - 2001. - Вип. 56. - С. 51 - 54.

32 Петрушин В.С., Якимец А.М. Моделирование динамических режимов асинхронных двигателей при частотном регулировании // Вестник Нац. техн. ун-та “ХПИ”. - 2001. - Вып. 10. - С. 156 - 157.

33 Пуйло Г.В., Петрушин В.С. Декомпозиция в задачах оптимального проектного синтеза регулируемых асинхронных двигателей // Вiсник Нац. техн. ун-ту “ХПI”. - 2001. - Вип. 16. - С. 134 - 137.

34 Петрушин В.С., Якимец А.М. Исследование энергетических показателей асинхронных двигателей в динамических режимах при параметрическом управлении // Технічна електpодинаміка. - 2001. - №5. - С. 50 - 52.

35. Петрушин В.С., Рябинин С.В., Якимец А.М. Программный продукт “DIMASDrive”. Программа анализа работы, выбора и проектирования асинхронных короткозамкнутых двигателей систем регулируемого электропривода (свидетельство о регистрации программы ПА №4065). - Киев: Министерство образования и науки Украины, Государственный департамент интеллектуальной собственности, 26.03.2001.

36. Петрушин В.С. Работа асинхронного двигателя при питании от тиристорного преобразователя напряжения // Тезисы докл. У1 нац. науч.-техн. конф. "Регулируемые электрические машины". НРБ. 1990. - С. 22-23.

37. Петрушин В.С. Определение регулировочных характеристик асинхронного двигателя в системах электропривода ТПН-АД // Тезисы докл. науч.-техн. конф. “Проблемы внедрения и технической эксплуатации тиристорных устройств в судовых и береговых установках”. - Одесса. 1993. - С. 29.

38 Петрушин В.С., Вильберт Лоуренс. Работа асинхронного двигателя в системах электропривода с параметрическим фазовым управлением // Тезисы докл. науч.-техн. конф. “Проблемы внедрения и технической эксплуатации тиристорных устройств в судовых и береговых установках”. - Одесса. 1993. - С. 30.

39 Петрушин В.С., Специальный А.В. Работа АД в электроприводе с непосредственным преобразователем частоты // Труды 17-го междунар. симпоз. - Том 3. - Зелена Гура, ПНР. - 1995. - С. 116-120.

40. Петрушин В.С., Специальный А.В. Анализ работы АД в электроприводе с НПЧ // Проблемы автоматизированного привода. Теория и практика. Труды науч.-техн. конф. - Крым, Алушта. - 1995. - С. 88 - 90.

41. Петрушин В.С. Анализ на основе математических моделей электромагнитной совместимости преобразователей и асинхронных двигателей // Тезисы докл. междунар. конф. "Математическое моделирование в электротехнике, электронике и электроэнергетике". - Львов. - 1995. - С. 82-83.

42. Петрушин В.С. Об учебной дисциплине - Асинхронные двигатели в тиристорном электроприводе // Тезисы докл. науч.-техн. конф. - Кишинев. - 1996. - С. 279-280.

43. Петрушин В.С. Влияние высших гармонических напряжения на характеристики асинхронного двигателя в частотном электроприводе // Тезисы докл. науч.-техн. конф.- Кишинев. - 1996. - С. 281-286.

44. Петрушин В.С. Анализ работы асинхронного двигателя в частотно-регулируемом электроприводе с импульсным управлением // Електромеханіка. Теорія і практика. Праці конф. - Львів. - 1996. - С. 149-151.

45. Пуйло Г.В., Петрушин В.С., Якимец А.М. Автоматизированное проектирование регулируемых асинхронных двигателей // Матеріали міжнародної конференції з управління “АВТОМАТИКА - 2001”. - Одеса. - 2001. - С. 173-174.

46. Petrouchin V.S. Facteur de puissance des consommateurs electriques dans des systemes autonomes deformens // MODELLING, MEASUREMENT & CONTROLA. LION (FRANCE). 1994. Vol. 63, N3. - С. 1 - 6.

47. Petrouchin V.S. Analyse du travail d`un moteur asynchrone dans les sys temes de commande electrique avec command par dephasage paramet-rique // MODELLING, MEASUREMENT & CONTROLA. LION (FRANCE). 1994. Vol.63,N3. -С. 1- 6.

48. Petrouchin V.S. Mathematical model of nonsynchronised frequencial electricale drive // International conference CCM'98. - Lyon (FRANCE). - 1998. - С. 13.5 - 13.7.

49 Petrouchin V.S., Ryabinin S.V. Induction motor in frequencial electrical drive. Work analysis. Selection. Design // International conference CCM'98. - Lyon (FRANCE). - 1998. - С. 13.7 - 13.9.

двигун асинхронний електропривод регульований

АНОТАЦІЇ

Петрушин В.С. Проектний синтез високоефективних регульованих асинхронних двигунів потужністю до 400 кВт. Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.01 - електричні машини і апарати. Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, 2002

Дисертацію присвячено вдосконаленню одного з найбільш важливих елементів регульованого електропривода - асинхронного двигуна (АД). Проектування спеціальних регульованих асинхронних двигунів (РАД), що виконується із урахуванням специфіки їхньої роботи в електроприводі (ЕП) з напівпровідниковими перетворювачами, дозволяє істотно знизити їхню масу, габарити, вартість, поліпшити енергетичні показники, динамічні та регулювальні характеристики. Визначено основні принципи і методологію побудови проектних ММ і організації проектного синтезу РАД, що базуються на системному підході і методах системного аналізу. Розроблено уточнені ММ для аналізу електромагнітних, електромеханічних і теплових процесів в усталених та перехідних режимах роботи двигуна. Вдосконалено методики та розроблено ММ для розрахунків додаткових магнітних втрат, механічних та віброакустичних показників. Систематизовано проектні критерії РАД. Розроблено ММ проектних критеріїв і функціональних показників. Розроблено програмні комплекси для автоматизованого синтезу, аналізу й оптимізації РАД у системах ЕП “напівпровідниковий перетворювач напруги - асинхронний двигун” і “напівпровідниковий перетворювач частоти з автономним інвертором напруги - асинхронний двигун”. Представлені результати виконаних проектних досліджень і оптимізації РАД та підтверджена можливість суттєвого удосконалення ЕП за рахунок застосування оптимальних РАД.

Ключові слова: регульований асинхронний двигун, електропривод з напівпровідниковими перетворювачами, математичне моделювання, проектний синтез, оптимізація, системний підхід, програмне забезпечення, агрегування, декомпозиція.

Петрушин В.С. Проектный синтез высокоэффективных регулируемых асинхронных двигателей мощностью до 400 кВт. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.01 - электрические машины и аппараты. Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, 2002

Диссертация посвящена совершенствованию одного из наиболее важных элементов регулируемого электропривода- асинхронного двигателя. Оптимальное проектирование специальных регулируемых асинхронных двигателей (РАД), выполняемое с учетом специфики их работы в электроприводе (ЭП) с полупроводниковыми преобразователями позволяет существенно снизить их массу, габариты, стоимость, улучшить энергетические показатели, динамические и регулировочные свойства. Проектный синтез и анализ работы РАД реализуется только на основе методов системного анализа. Особенности проектного синтеза РАД по сравнению с проектированием общепромышленных АД заключаются в использовании в комплексе оптимизационных и поверочных подсистем ММ всех взаимодействующих компонентов ЭП с учетом их взаимосвязей. В разработанных проектных ММ ЭП используются не только традиционные модели преобразователей, но и модели, синтезируемые программами моделирования электронных схем PSPICE.

Проблема проектного синтеза эффективных РАД связана с необходимостью совершенствования и разработки расчетных методик и математических моделей (ММ), систематизации проектных критериев, функциональных показателей и ограничений, разработки их ММ, применения информационных технологий автоматизированного проектирования двигателей, создания прикладного математического обеспечения.

Определены рациональные пути решения проблемы проектного синтеза эффективных РАД на основе структурно-параметрической оптимизации, декомпозиции и агрегирования, сочетания методов уступок по критериям и релаксации ограничений.

Определены основные принципы и методология построения проектных ММ и организации проектного синтеза РАД, базирующиеся на системном подходе и методах системного анализа. Разработаны уточненные ММ для анализа электромагнитных, электромеханических и тепловых процессов в установившихся и переходных режимах работы двигателя. Усовершенствованы методики и разработаны ММ для расчетов добавочных магнитных потерь, механических и виброакустических показателей.

Систематизированы проектные критерии РАД. Разработаны ММ проектных критериев и функциональных показателей. Выполнен анализ чувствительности проектных критериев к изменению варьируемых проектных переменных.

На основании функционального анализа системных ММ обоснована и реализована рациональная декомпозиция процесса проектного синтеза и оптимизации РАД. При проектировании РАД целесообразно применение эффективного симплексного оптимизационного метода, достоинствами которого являются возможность реализации сложных и функционально неопределенных целевых функций и слабое влияние на время вычислений увеличения числа управляемых переменных. Предложены два метода оптимального проектного синтеза РАД. Первый основан на использовании агрегированных переменных параметров схем замещения. Определены математические зависимости, в том числе полученные в результате метода планирования эксперимента в виде одно и многофакторных регрессионных уравнений, параметров схем замещения от управляемых переменных. Этот метод целесообразно применять при оптимизации одной варьируемой переменной, в частности расчетной частоты, на которую проектируется РАД. Второй метод проектного синтеза более удобно использовать при оптимизации большего числа варьируемых переменных, т.к. он обеспечивает непосредственное определение оптимальных значений конструктивных параметров.

Разработаны программные комплексы для анализа работы двигателей систем регулируемых полупроводниковых электроприводов с фазовым и частотным управлениями. Предложена методика и программное обеспечение автоматизированного выбора общепромышленных короткозамкнутых АД для систем регулируемого ЭП. Разработаны программные комплексы для автоматизированного синтеза, анализа и оптимизации РАД в системах ЭП “полупроводниковый преобразователь напряжения - асинхронный двигатель” и “полупроводниковый преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения - асинхронный двигатель”. Представлены результаты выполненных проектных исследований и оптимизации РАД и подтверждена возможность существенного совершенствования ЭП за счет применения оптимальных РАД.

Ключевые слова: регулируемый асинхронный двигатель, электропривод с полупроводниковыми преобразователями, математическое моделирование, проектный синтез, оптимизация, системный подход, программное обеспечение, агрегирование, декомпозиция.

Petrusnin V.S. Design synthesis of high-effective adjustable induction motors by a power up to 400 kW. - Manuscript.

Dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of engineering science on a speciality 05.09.01 - electrical machines and apparatus. National Technical University “Kharkhov Polytechnic Institute”, 2002.

The dissertation is devoted to perfecting one of the most important elements of the adjustable-speed electric drive of an induction motor. Optimum design of special adjustable induction motors (AIM), executed with the meaning of their work specifies in the electric drive (ED) with semiconductor converters allows essentially to reduce their mass, dimensions, cost, to improve power parameters.

Problem of design synthesis of effective AIM is connected with necessity of perfecting both development of settlement techniques and mathematical models (MM), systematization of design criteria, functional parameters and restrictions, development of their MM, application of information technologies of automated designing of drives, creation of an applied software.

The main principles and methodology of construction of design MM and organization of design synthesis of AIM, based on a system approach and methods of the systems analysis are defined. The updated MM for the analysis of electromagnetic, electromechanical and thermal processes in steady-stage and transient modes of motor are developed. The techniques are advanced and MM are developed for accounts of additional magnetic losses, mechanical and vibro-acoustic parameters. The design criteria of AIM are systematized. MM of design criteria and functional parameters are developed. On the basis of functional analysis of system MM realized the rational decomposition of process of design synthesis and optimization of AIM is grounded and is realized. The program complexes for an analysis of motors operate in the systems of adjustable-speed electric drives by semiconductor converters with phase and frequency control are developed. The technique and software of automated choice of conventional squirrel-cage induction motors for systems of adjustable-speed ED is offered. The program complexes for automated synthesis, analysis and optimization of AIM for ED system with voltage source frequency converter are developed. The design researches of AIM are carried out and the optimization results are represented and the possibility of considerable perfecting ED by using of optimal AIM is confirmed.

Key words: adjustable induction motor, semiconductor converter electric drive, mathematical simulation, design synthesis, optimization, system approach, software, aggregation, decomposition.

Размещено на Allbest.ru