Развитие теории и разработка электромеханических и электромагнитных вентильных преобразователей для автономных энергоустановок

• Автор: Грачев, Павел Юрьевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 393 с. : ил.

РЕФЕРАТ
Грачев П. Ю. Развитие теории и разработка электромеханических и электромагнитных вентильных преобразователей для автономных энергоустановок: Дисс. на соиск. уч. ст. докт. техн. наук: 05.09

Защищена_______________; Утв._____________; №______________ - Самара

184 с.. прилож.

Электромеханический преобразователь энергии, электромагнитный преобразователь, вентильный преобразователь, асинхронная машина, трансформатор с вращающимся полем, автономная энергоустановка, многообмоточный преобразователь энергии, математическая модель, коммутационная функция, алгоритм расчета, режим, электромагнитный процесс, энергетические показатели.
В диссертации представлены результаты решения крупной научно-технической проблемы, связанной с вопросами развития теории и разработкой асинхронных машин и трансформаторов для автономных энергоустановок, в которых вращающееся магнитное поле создается вентильными источниками реактивной мощности.
В работе описан предложенный автором обобщенный многообмоточный преобразователь энергии (МПЭ) с вентильными элементами и вращающимся полем, для которого разработана теория, основанная на координатных преобразованиях коммутационных функций переменных в виде тригонометрических функций дискретного аргумента. Представлены результаты построения математических моделей для анализа электромагнитных и электромеханических процессов преобразователей, учитывающие дискретный характер ЭДС, напряжений и токов фаз обмоток, а также нелинейности отдельных звеньев. В результате исследований «естественной широтно-импульсной модуляции» токов ротора выявлено возникновение режимов опережающего тока ротора в асинхронных машинах с автономным электропитанием и диодными выпрямителями в цепи ротора. Показаны причины возникновения уравнительных токов в первичных обмотках многообмоточных асинхронных машин и трансформаторов с вращающимся магнитным полем, исследованы возможные пути снижения уравнительных токов.
Исследования проведены методами математического, физического и компьютерного моделирования. Представлены уточненные методики электромагнитных расчетов преобразователей, а также алгоритмы и пакеты прикладных программ, разработанные автором в процессе исследований.
Реализация предложенных решений позволяет улучшить энергетические и эксплуатационные характеристики энергоустановок, включающих асинхронные машины и трансформаторы с вращающимся магнитным полем.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава первая. Современное состояние разработок и теории в области
электромеханических и электромагнитных вентильных
преобразователей для автономных энергоустановок
1.1. Преобразователи для» энергетических установок на базе асинхронных машин с фазным ротором
1.2. Преобразователи для транспорта, микро - ГЭС и ВЭУ на базе асинхронных машин с короткозамкнутым ротором
1.3. Многообмоточные вентильные асинхронные машины и трансформаторы с вращающимся полем
1.4. Электромеханические вентильные преобразователи для комбинированных энергетических установок, автотранспорта;....64'.
1.5. Критический обзор технических решений, теории и методов математического моделирования преобразователей для автономных энергоустановок
1.6. Выводы
Глава вторая. Математические модели обобщенного многообмоточного
преобразователя энергии (МПЭ) с вентильными элементами
2.1. Идеализированный обобщенный многообмоточный вентильный преобразователь энергии с вращающимся магнитным полем
2.2. Представление напряжений и ЭДС обобщенного вентильного МПЭ с использованием коммутационных функций в виде тригонометрических функций дискретного аргумента
2.3. Математическая модель МПЭ, учитывающая вытеснение токов в проводниках и вихревые токи в сердечниках
2.4. Математическая модель МПЭ, учитывающая насыщение магнитной цепи

2.5; Математическая модель МПЭ с одной трехфазной.первичной
обмоткой;
2.6. Выводы:
Глава третья. Установившиеся электромагнитные процессы
преобразователейща базе АМсфазным ротором;
3; Iі. Возникновение модуляции5фазных токов ротора;
3:2. Токи и ЭДС цепи ротора в режиме естественной ЩИМ
3.3. Влияние величины и знака скольжения на форму тока ротора.. ...136;
3.4. Режимы, опережающих токов ротора ; ..................... . . 15 Р
3.5. Эквивалентное коммутационное сопротивление и полезные, составляющие ЭДС и токов ротора;
3.6. Выводы
Глава четвертая. Математические модели, алгоритмы управления и* расчета многообмоточных преобразователей:«: АМи ТВП
4.1. Математическаямодель при тридцатиградусном сдвиге
одноименных фаз первичных; обмоток
4.2: Математическая модель при пятнадцатиградусном сдвиге
одноименных фаз первичных обмоток
4.3; Влияние сдвигов фаз обмоток на ЭДС и токи
4.4. Алгоритмы и результаты расчета установившихся процессов
4.5; Выводы
Глава пятая. Электромеханические вентильные преобразователи для
энергетических установок автотранспорта
5.1. Математические модели стартер-генератора с планетарным
редуктором
5.1.1. Устройство и работа стартер-генератора
5.1.2. Результаты моделирования и расчетов динамики стартерных режимов

.180!

,.223;

.120;
Известны способы управления асинхронными генераторами с вентильными преобразователями в цепи статора, напряжение которых стабилизируют, регулируя частоту тока статора в функции, отклонения выходного; напряжения от заданного. При указанном регулировании* управляющим ^является сигнал, поступающий на, вход задающего генератора преобразователя регулируемой частоты.
Недостатком такого управления асинхронным генератором, работающим в составе ветроустановки, где мощность генератора соизмерима с мощностью ветродвигателя, является резкое снижения частоты вращения приводного вала при увеличении электрической нагрузки генератора выше максимальной мощности; развиваемой! ветроприводом. Это приводит к выходу ветроэлектрической установки из рабочего режима.
Наиболее близким к предлагаемому является способ управления асинхронным вентильным генератором; согласно которому частоту тока статора регулируют воздействием на управляющий! сигнал задающего генератора вентильного преобразователя регулируемой частоты в цепи статора асинхронной машины в функции максимальной мощности, развиваемой ветроприводом. При этом для определения электрической мощности измеряют выходное напряжение генератора [157] .
Известный, способ позволяет расширить диапазон рабочих частот вращения вала ветропривода вниз от номинальной, однако при значительном расширении диапазона частот вращения нужно увеличивать массу и габариты асинхронной машины, вследствие того, что ее номинальную частоту вращения приходится выбирать близкой к номинальной рабочей частоте вращения ветропривода, чтобы исключить резкое увеличение намагничивающего тока вследствие насыщения магнитной цепи. Чтобы обеспечить достаточную перегрузочную способность при максимальной рабочей частоте вращения вала, приходится увеличивать установленную мощность АМ.