Повышение устойчивости асинхронных машин на основе микропроцессорной системы управления электроприводом

• Автор: Асташков, Николай Павлович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 172 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. Анализ факторов, воздействующих на устойчивость асинхронных вспомогательных машин электровоза переменного тока
1.1. Отклонение действующего напряжения в электрической цепи вспомогательных машин электровоза

1.2. Несимметрия напряжений в трёхфазной цепи вспомогательных машин

1.3. Несинусоидальность напряжения во вторичной обмотке собственных нужд тягового трансформатора

1.4. Конструктивные особенности АВМ электровоза

1.5. Автоматические системы управления электроприводом мотор-вентиляторов

2. Математическая модель исполнительного элемента микропроцессорной системы автоматического управления вспомогательными машинами электровоза
2.1. Обоснование технических решений для повышения устойчивости трёхфазных асинхронных машин
2.2. Обоснование передаточной функции исполнительного элемента на основе дифференциальных уравнений трёхфазной асинхронной электрической машины
2.3. Энергетические характеристики частотно-управляемого трёхфазного асинхронного двигателя
3. Повышение устойчивости асинхронных вспомогательных машин с помощью микропроцессорной системы автоматического управления
3.1. Функциональная схема микропроцессорной системы автоматического управления
3.2. Обоснование выбора элементов микропроцессорной САУ
3.3. Структурная схема и передаточная функция САУ устойчивостью

асинхронных вспомогательных машин
3.4. Исследование качества управления и устойчивости САУ
4. Математическое моделирование и экспериментальное исследование микропроцессорной системы автоматического управления
4.1. Методика математического моделирования САУ
4.2. Методика экспериментальных исследований
4.3. Оценка погрешности исследований
5. Технико-экономическая эффективность микропроцессорной системы управления устойчивостью асинхронных вспомогательных машин электровоза
5.1. Определение сметной стоимости оборудования
5.2. Расчет дополнительных эксплуатационных расходов
5.3. Расчет экономической эффективности внедрения САУ
ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В соответствии с научной основой стратегии устойчивого развития Российской Федерации и стратегией развития железнодорожного транспорта до 2030 года, утверждённой распоряжением Правительства от 17.06.2008 года №877-р, на первый план выдвигаются задачи по снижению затрат на эксплуатацию и ремонт технологического оборудования. Для реализации поставленных задач необходима разработка технических средств, совместимых с системами электроснабжения и учитывающих условия эксплуатации электрооборудования.
Анализ надёжности тягового электрооборудования и асинхронных вспомогательных машин (АВМ) электровозов переменного тока Восточного региона на основании отчётов и статистических материалов локомотивных данных депо показывает, что большая доля отказов приходится на тяговые и вспомогательные электрические машины. Из-за неисправностей АВМ выполняется 1... 14% неплановых ремонтов электровозов. Повреждения электрической части тяговых электродвигателей составляют 69% и АВМ - 56% от общего количества неисправностей электрических машин. Чаще всего повреждаются обмотки якоря и статора двигателей: межвитковые замыкания, пробой изоляции, короткие замыкания. Из анализа характера повреждений следует, что в среднем 70% неисправностей электрической части машин возникают из-за нарушения температурно-влажностного состояния изоляции электрооборудования и неудовлетворительных показателей качества электроэнергии.
Впервые задача сохранения близких к номинальным показателей функционирования электродвигателей была решена в основополагающих работах академика М.П. Костенко в 1925 году. Большой вклад в решение задач оптимизации режимов работы электроприводов внесли учёные: М.М. Ботвинник, И.Я. Браславский, В.Н. Бродовский, A.A. Булгаков, JI.X. Дацковский, Н.Ф. Ильинский, В.И. Ключев, В.А. Мищенко, Е.Б. Онищенко, В.В. Рудаков, Ю.А. Сабинин, О.В. Сле-жановский, Р.Т. Шрейнер, В.А. Шубенко и другие.

значений напряжения, оцениваемых коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения, не зависит от направления отклонения напряжения относительно номинального значения и не превышает 3,0% при коэффициенте искажения синусоидальности кривой напряжений Ки <30%.
С увеличением отклонения однофазного напряжения би12 в сторону выше от номинального значения и с уменьшением коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ки повышается отклонение напряжения прямой последовательности основной частоты в цепи вспомогательных машин
электровозов. Отклонения напряжения прямой последовательности основной частоты 511ц,) уменьшается с увеличением коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ки при одном и том же отклонении однофазного напряжения 8и]2 в сторону выше от номинального значения.
Из-за искажения синусоидальности фазных напряжений магнитное поле в воздушном зазоре асинхронной машины несинусоидальное. В нём, кроме основной гармонической, содержатся высшие гармонические составляющие поля, которые принято разделять на пространственные и временные.
Пространственные гармоники появляются вследствие несинусоидальности распределения магнитодвижущей силы в воздушном зазоре, обусловленной дискретным расположением проводников обмотки в пазах, и неравномерности воздушного зазора, вызванного наличием зубцов на статоре и роторе и рядом технологических факторов. От основной гармоники поля высшие пространственные гармоники отличаются тем, что они имеют значительно меньшую амплитуду, другое число периодов и другие частоты вращения. Высшие пространственные гармоники создают ряд добавочных моментов, действующих на ротор и оказывающих влияние на механическую характеристику двигателя.
Временные гармоники поля появляются при питании двигателя несинусоидальным напряжением [111]. При анализе работы двигателя несинусоидальное напряжение разлагают в гармонический ряд и рассматривают работу двигателя от каждой гармоники отдельно.