Разработка алгоритмов управления и выбор структур силовых цепей преобразователей переменного тока в электрических передачах автономных локомотивов

• Автор: Калугин, Сергей Павлович
• Шифр специальности: 05.22.07, 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Введение

1. Современное состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Выбор критериев оценки показателей эффективности преобразователей частоты в электрических передачах тепловозов
1.2. Выбор топологии силовых цепей на основе предварительных сведений о КПД, коэффициенте мощности, наджности и экономических затратах

1.3. Алгоритмы управления непосредственными преобразователями частоты

1.4. Устройства управления непосредственными преобразователями частоты и реализация алгоритмов в схемах с естественной и принудительной коммутацией
2. Анализ электромагнитных процессов в непосредственных преобразователях частоты переменного тока
2.1. Выбор значений параметров сопротивлений, индуктивностей, мкостей и частот и составление схем замещения

2.2. Расчт входного и выходного тока как функций времени и алгоритма управления

2.3. Гармонический анализ входного и выходного тока

2.4. Оценка результатов по выбранным критериям и решение оптимизационной задачи

2.5. Анализ алгоритмов при работе НПЧ в нелинейной области
3. Интерпретация результатов, выводы и предложения
3.1. О целесообразности применения транзисторов и запираемых тиристоров в силовых цепях НПЧ
3.2. Оценка применяемых методов анализа электромагнитных процессов в НПЧ и методов оптимизации алгоритма управления
3.3. Оценка коэффициента использования вентилей в НПЧ при различных алгоритмах управления
Заключение Список литературы Приложения
Введение


Для расчта токов и напряжений применялся метод переключающих функций с элементами линейной алгебры. Гармонический анализ проводился с применением двухчастотного ряда Фурье, быстрого преобразования Фурье БПФ и элементов теории чисел. Оптимизация функции управления проводилась численными методами. При оптимизации алгоритма использован метод переключающих функций и метод комплексных амплитуд. Научная новизна Разработана методика, позволяющая рассчитать функцию управления НПЧ, оптимальную по выбранному критерию. Обоснована необходимость применения непериодических функций и алгоритмов управления для достижения глубокого, плавного и рационального регулирования частоты тока на выходе преобразователя, а также регулирования напряжения. Предложены схемы устройств управления НПЧ, реализующих оптимальный алгоритм. Предложены меры дальнейшего повышения качественных показателей НПЧ, в том числе метод синтеза вентильных преобразователей. Практическая ценность. Апробация и реализация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на расширенном заседании кафедр Локомотивы и локомотивное хозяйство и Электрическая тяга протокол от 7 апреля г. Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте МИИТ, , и г. Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 печатных
Объм и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырх глав текста, заключения. Она содержит 8 страниц машинописного текста, включая 3 таблицы, рисунков, 3 приложения и список литературы из наименований. Современное состояние вопроса и задачи исследования. При решении оптимизационных задач необходимо правильно выбрать критерий или критерии оценки оптимальности решения. Выбор критерия или критериев производится на основании определнной априорной информации об объекте исследования. Использование принудительной коммутации позволяет улучшить ф , но это достигается ценой усложнения схемы силовых цепей и устройств управления. Значение ф не характеризует непосредственно уменьшения полезной мощности, но его снижение увеличивает активные потери, создаваемые реактивным током во всех активных сопротивлениях в контуре и приводит к потерям при передаче энергии. И является важным критерием эффективности. Известно, что ток на выходе вентильного преобразователя частоты не является строго синусоидальным, а имеет сложный гармонический состав. Наличие высших гармоник тока приводит к потерям при преобразовании энергии. Влияние субгармоник и высших гармоник тока на характеристики асинхронного двигателя рассмотрено в работах , , , , , , . Показано, в частности, что субгармоники тока искажают механическую характеристику двигателя, создавая на ней провалы в области больших скольжений, особенно опасные, когда момент на валу двигателя мал. Кроме этого, следует учитывать снижение индуктивных сопротивлений для субгармоник. Поскольку в тепловозных передачах мощности выбор рабочей точки АД осуществляется системой автоматического управления передачей, роль этих факторов определяется динамическими характеристиками системы автоматического управления и обычно невелика. Влияние высших гармоник тока статора на механическую характеристику двигателя проявляется в значительно меньшей степени, главным образом, в увеличении намагничивающего тока , , . Высшие гармоники тока ротора могут вызывать подергивание ротора, но этот эффект проявляется, как правило, на холостом ходу и при повышенных значениях тока, а такой режим для тепловозных передач мощности нехарактерен. Несинусоидальность входного тока преобразователя приводит к появлению мощности искажений, входящей в состав полной мощности, потребляемой преобразователем от источника. Субгармоники входного тока преобразователя особенно нежелательны в тепловозных передачах мощности, поскольку приводят к колебаниям нагрузки на дизель, нарушающим нормальную работу регулятора мощности дизеля. В то же время для высокочастотных составляющих тока на входе преобразователя синхронная машина имеет весьма малое сопротивление благодаря наличию демпферной обмотки.