Исследованы тепловое состояние и термическая стойкость изоляции асинхронного двигателя с фазным ротором методом эквивалентной тепловой схемы в функции от скольжения при разных способах управления. Разработанная математическая модель позволит оптимально по мощности использовать крановые двигатели, рассчитанные для повторно-кратковременного режима (S3) для работы в продолжительном режиме (S1).

Досліджено тепловий стан та термічну стійкість ізоляції асинхронного двигуна з фазним ротором методом еквівалентної теплової схеми у функції від ковзання за різних способів керування. Розроблена математична модель дозволить оптимально за потужністю використовувати кранові двигуни, розраховані для повторно-короткочасного режиму (S3) для роботи в тривалому режимі (S1).

Thermal condition and thermal stability asynchronous motor with phase rotor isolation with help equivalent thermal circuit method how function of slip for different type of control drives system are investigated. Real mathematical model solved optimal power characteristic for crane asynchronous motor purpose in recursive short-time mode (S3) for continuous running duty (S1) are permitted.

Предложена модифицированная схема импульсного регулирования в цепи выпрямленного тока ротора, представляющая собой симбиоз классической схемы импульсного регулирования и асинхронного вентильного каскада. Предложены рекомендации по выбору оптимального значения балластного сопротивления по критерию постоянства теплового режима асинхронного двигателя. Выполнен сравнительный анализ энергетических показателей между разными способами управления.

Запропоновано модифіковану схему імпульсного регулювання в ланцюгу випрямленого струму ротора, яка є симбіозом класичної схеми імпульсного регулювання та асинхронного вентильного каскаду. Наведено рекомендації з вибору оптимального значення баластного опору за критерієм сталості теплового режиму асинхронного двигуна. Виконано порівняльний аналіз енергетичних показників між різними засобами керування.

The modified chart of the impulsive adjusting in the chain of the straightened current of the rotor presenting symbiosis between the classic chart of the impulsive adjusting and asynchronous valve cascade is offered. The recommendations on choice of the optimal value of ballast resistance on the criterion of constancy of the thermal mode asynchronous motor are offered. The comparative analysis of power indexes is conducted between the different methods of management.

Исследован нагрев асинхронного двигателя с фазным ротором в подсинхронном диапазоне частоты вращения ротора при разных способах управления. Оценен тепловой ресурс системы изоляции в продолжительном (S1) и повторно-кратковременном (S3) режимах работы.

Разработана усовершенствованная схема импульсного регулирования асинхронного двигателя со сбросом избыточной энергии ротора в сеть. Рассмотрены особенности переходных процессов для данного способа управления. Выполнен сравнительный анализ энергетических показателей асинхронного двигателя и привода для усовершенствованной схемы импульсного регулирования и асинхронного вентильного каскада.

Рассмотрены режимы работы модифицированной системы импульсного регулирования асинхронного двигателя с фазным ротором. Определены коэффициенты гармонических искажений тока статора и ротора асинхронного двигателя и их влияние на энергетические показатели асинхронного электропривода. Показана целесообразность использования модифицированной системы импульсного регулирования в режимах непрерывного тока без балластного резистора, непрерывного тока с балластным резистором, а также в режиме прерывистого тока без балластного резистора в зависимости от назначения механизма.

Выполнена оценка теплового состояния и ресурса изоляции асинхронного двигателя с фазным ротором в повторно-кратковременном режиме S3 при модифицированной системе импульсного регулирования в зависимости от продолжительности включения и длительности цикла работы. Определена допустимая токовая нагрузка, обеспечивающая номинальный тепловой режим работы двигателя.

Проведена оценка теплового состояния асинхронного двигателя (АД) с резисторно-ступенчатым регулированием в подсинхронном диапазоне частоты вращения ротора в продолжительном (S1) и повторно-кратковременном (S3) режимах работы. Выполнен сравнительный анализ допустимых токовых нагрузок АД, рассчитанных методами эквивалентных тепловых схем и средних потерь.

Запропоновано спосіб розв'язування задачі оптимального керування об'єктом з розподіленими параметрами, що описується системою нелінійних диференційних рівнянь з нестандартними крайовими умовами. За допомогою варіаційного методу одержано загальний вигляд необхідних умов оптимальності. Розроблено алгоритм числового методу послідовних наближень для вирішення такої оптимізаційної задачі. Результати застосовано для оптимізації нестаціонарного процесу термоелектричного охолодження. Розраховано оптимальні залежності струму живлення термоелектричного модуля від часу, що забезпечують мінімальну температуру охолодження.

Досліджено електромагнітні, енергетичні і теплові процеси асинхронного двигуна (АД) за модифікованої системи імпульсного регулювання у порівнянні з класичними системами асинхронного вентильного каскаду та імпульсного регулювання. Одержано підвищення енергетичних показників електропривода за рахунок скидання накопиченої енергії в обмотці ротора в мережу електропостачання за фіксованого кута інвертування. Вперше визначено зв'язок параметрів модифікованої системи імпульсного регулювання з величиною встановленої потужності інвертора. За допомогою електротеплової моделі АД з фазним ротором визначено характер впливу вищих гармонік струму статора та ротора на тепловий стан і теплову спрацьованість ізоляцій статора та ротора АД для досліджуваних систем безконтактного регулювання. Запропоновано рекомендації, що дозволяють забезпечити номінальний термін використання ізоляції, а також оптимізувати тепловий ресурс елементів ізоляції АД відносно заданої системи регулювання. Визначено припустиме струмове навантаження АД для систем регулювання та режимів роботи S1 і S3. З'ясовано, що застосування модифікованої системи імпульсного регулювання забезпечує найбільший ресурс потужності АД серед класичних систем безконтактного регулювання в колі випрямленого струму ротора.

Проведена сравнительная оценка скорости нарастания температуры не управляемого асинхронного двигателя с фазным ротором и с модифицированной системой импульсного регулирования в цепи ротора в условиях частых пусков, в зависимости от интенсивности его разгона. Разработаны рекомендации по оптимальному управлению асинхронным двигателем с модифицированной системой импульсного регулирования, обеспечивающие наилучший тепловой режим при его пуске.

Показана возможность энергоэффективного торможения при противовключении асинхронного двигателя с фазным ротором в модифицированной схеме импульсно-токового регулирования скорости вращения.

Показано можливість енергоефективного гальмування за противімкнення асинхронного двигуна з фазним ротором у модифікованій схемі імпульсного регулювання швидкості обертання.

The possibility of providing of energy efficiency braking with help opposed action mode in pulse control system of asynchronous motors with phase rotor is shown. It is shown waveforms of simulation modeling. It is shown that to reduce the multiplicityof the moment when the reverse is necessary to regulate the rate of change of set point current limiting at the beginning of the braking process.

Рассмотрена реализация режима торможения противовключением асинхронного двигателя (АД) с фазным ротором (ФР) с модифицированной системой импульсного регулирования. Показана целесообразность введения добавочного сопротивления в цепь выпрямленного тока ротора АД с ФР, позволяющего обеспечить ограничение нарастания фазных токов статора и ротора, а также скачка момента АД с ФР в период реверса.

Предложен способ решения задачи оптимального управления объектом с распределенными параметрами, который описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений параболического типа с нестандартными граничными условиями. Способ заключается в дискретизации объекта и переходе к объекту с сосредоточенными параметрами, для оптимизации которого применяется принцип максимума Понтрягина. Такой метод использован для оптимизации нестационарного процесса термоэлектрического охлаждения. Рассчитаны оптимальные зависимости тока питания каскадного термоэлектрического модуля от времени, которые обеспечивают минимальную температуру охлаждения.

Рассмотрен вопрос повышения энергоэффективности систем электропривода путем определения оптимального значения регулировочного параметра преобразователя, обеспечивающего максимальный коэффициент полезного действия системы электропривода на примере частотно-токового асинхронно-вентильного каскада. Цель работы - разработка простой в реализации методики определения оптимальной частоты коммутации силовых ключей преобразователя в виде аналитических выражений, при которой выполняется условие минимизации потерь в электроприводе. Приведена методика расчета потерь как в двигателе, так и в силовых элементах преобразователя. Определена целевая функция суммарных потерь в электроприводе в зависимости от частоты коммутации силовых ключей и коэффициентов гармонических искажений токов статора и ротора асинхронного двигателя. Целевая функция суммарных потерь в электроприводе преобразована к однокритериальной зависимости (частоты коммутации силовых ключей преобразователя). С помощью имитационного моделирования выполнен расчет потерь в электроприводе, с учетом особенностей электромагнитных и энергетических процессов для данного класса электропривода, который подтвердил адекватность предложенного упрощенного способа определения оптимальной частоты коммутации силовых ключей в преобразователе. Предложена методика определения оптимальной частоты коммутации силового ключа, которая может быть применена при наладочных работах преобразователей, инженерном проектировании электропривода различных классов и режимов работы.

Цель работы - разработка нового эффективного подхода для реализации трехмерной математической модели нестационарных электрических (ЭП) и магнитных (МП) полей в асинхронных двигателях (АСД) с учетом их конструктивных особенностей, нелинейности электрофизических и магнитных свойств активных и конструкционных материалов, обеспечивающего достоверность и высокую точность моделирования. Проведено численное моделирование сопряженных пространственных нестационарных ЭП и МП АСД в режиме короткого замыкания методами теории электромагнитных полей, конечных элементов, теории электрических машин и электрических цепей. Приведены теоретические исследования и данные моделирования на основании численной реализации методом конечных элементов трехмерной математической модели АСД, отображающей особенности электрических и магнитных процессов преобразования энергии переменного тока в режиме короткого замыкания. Установлено, что в зоне лобовых частей АСД малой мощности выделяется до 12,5 % энергии его МП, которая, в основном, локализуется в активной части статора, ротора и воздушном зазоре. В центральной зоне активной части АСД, протяженностью до 60 % ее длины, МП имеет плоскопараллельный характер, но трансформируется в зонах лобовых частей обмоток статора и возле его торцов. Установлены особенности распределения МП и его энергии, которые оказывают существенное влияние на параметры короткого замыкания АСД малой мощности и режимы его работы.

Цель работы - разработка новой методики определения параметров асинхронного двигателя посредством реализации трехмерной математической модели нестационарных электрических и магнитных полей, обеспечивающей высокую точность и достоверность результатов при учете особенностей конструкции асинхронных двигателей, нелинейности электрофизических и магнитных свойств активных и конструкционных материалов. Численное моделирование сопряженных пространственных нестационарных электрических и магнитных полей асинхронного двигателя в режиме короткого замыкания методами теории электромагнитных полей, конечных элементов, теории электрических машин и электрических цепей. Представлены теоретические исследования и данные моделирования на основе численной реализации методом конечных элементов трехмерной нестационарной математической модели электромагнитных полей в асинхронном двигателе, отображающей особенности процессов преобразования энергии переменного тока в режиме опытного короткого замыкания. Исследованиями установлено, что в асинхронных двигателях малой мощности энергия магнитного поля локализуется в основном в областях сердечников и пазов статора и ротора. Но при этом в зоне лобовых частей обмоток статора выделяется до 15 % от энергии магнитного поля асинхронного двигателя. В центральных зонах, протяженность которых достигает 60 % длины сердечников статора и ротора, магнитное поле имеет плоскопараллельный характер, а в зонах торцов сердечников и лобовых частей обмоток статора существенно трансформируется. Установлено влияние характерных особенностей распределения магнитного поля, его энергии на параметры короткого замыкания асинхронного двигателя малой мощности и режимы его работы. Соотношения между индуктивными сопротивлениями лобовых частей обмоток статора и пазовых частей статора и ротора для исследуемого асинхронного двигателя для режима опытного короткого замыкания составили соответственно 14,7 % и 85,3 %. Установлены закономерности пространственного распределения индукции и энергии магнитного поля в режиме опытного короткого замыкания, определены количественные соотношения между индуктивными сопротивлениями при локализации энергии магнитного поля в области лобовых частей обмоток статора и в областях сердечников и пазов статора и ротора асинхронных двигателей малой мощности. Посредством реализации динамической пространственной модели электромагнитных полей методом конечных элементов и данных численного моделирования динамического режима опытного короткого замыкания асинхронного двигателя определены параметры его схемы замещения с учетом конструктивных особенностей статора и ротора, нелинейности свойств активных материалов в многокомпонентной области моделирования. Обосновано, что новый подход к определению параметров схемы замещения асинхронных двигателей на основе данных полевого моделирования обеспечивает существенное повышение точности по сравнению с общеизвестными итерационно-эмпирическими методами.

Розглянуто фізичну модель термоелемента в нестаціонарному режимі охолодження, на холодній поверхні якого враховуються об'ємна теплоємність комутаційної та ізоляційної пластин і охолоджувального об'єкта, тепловиділення об'єкта, теплообмін з навколишнім середовищем, виділення тепла Джоуля на контактних опорах між термоелектричним матеріалом і металічною комутацією, а також вплив ефекту Томсона в об'ємі віток термоелемента. Описано метод розрахунку оптимальних залежностей струму живлення термоелемента від часу, які забезпечують задані часові залежності температури охолодження. Наведено приклади результатів комп'ютерного моделювання оптимальних функцій керування струмом для заданих неперервних, кусково-неперервних і періодичних функцій температури охолодження від часу.

Цель работы - разработать новый эффективный подхода для определения параметров холостого хода посредством реализации комбинации схемной и пространственной математической модели нестационарных электромагнитных полей в трехфазных трансформаторах с учетом конструктивного строения активной части, нелинейности магнитных свойств электротехнических сталей, обеспечивающего высокую точность и вычислительную эффективность. Исследования проводились с использованием методов теории электромагнитного поля, теории электрических цепей, теории силовых трансформаторов, математической физики, метода конечных элементов, методов регрессионного и гармонического анализа. Проведены теоретические исследования электромагнитных процессов на основе численной реализации трехмерной математической модели силового трехфазного трансформатора в режиме холостого хода. Предложен подход для повышения эффективности полевого моделирования режима холостого хода, который заключается в сокращении размеров расчетной области и переходу к 2D моделям. Он позволяет сократить затраты вычислительных ресурсов более, чем в 2,8 раз, временных ресурсов более, чем в 250 раз, при средневзвешенной невязке не более 3,6 %. Определены закономерности распределения индукции и энергии магнитного поля для активной части трансформатора в режиме холостого хода, установлены их количественные соотношения для стержней различных фаз, определяющие соотношения токов и сопротивлений прямой и обратной последовательности трансформатора. Реализован новый подход определения параметров холостого хода трехфазных трансформаторов с плоскими стержневыми магнитными системами на базе методов схемного и 3D моделирования, гармонического анализа и симметричных составляющих. Он характеризуется высокой эффективностью численной реализации и точностью для переходных процессов включения трехфазного трансформатора без нагрузки. Установлено, что система фазных токов u1093 холостого хода характеризуется несинусоидальностью и несимметричностью. В гармоническом составе этих токов преобладают 1-я, 5-я и 7-я гармоники. На основе метода симметричных составлявших определены параметры прямой и обратной последовательности фаз первой гармоники холостого хода и предложена корректирующая методика, уточняющая традиционный инженерный подход. Использование коррекции параметров для исследованных соотношений токов прямой и обратной последовательности, повышает точность расчета токов холостого хода на 12 - 14 % и потерь холостого хода на 9 - 11 % по сравнению с общеизвестными инженерными методиками проектирования. Предложен подход для повышения эффективности полевого моделирования режима холостого хода, который заключается в сокращении размеров расчетной области и переходу к 2D моделям. Реализован новый подход определения параметров холостого хода трехфазных трансформаторов с плоскими стержневыми магнитными системами на базе методов схемного и 3D моделирования, гармонического анализа и симметричных составляющих.

Індекс рубрикатора НБУВ: К222.234.11

Рубрики:

Електротехнічна сталь

Шифр НБУВ: Ж16680 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Мета роботи - дослідження і аналіз параметрів тролейних шинопроводів в умовах дії вищих гармонійних складових струму із врахуванням конструктивних особливостей, нелінійності магнітних і електрофізичних властивостей матеріалів, ефектів близькості, поверхневих та зовнішніх поверхневих ефектів. Дослідження проводилися із застосуванням методів теорії електромагнітного поля, теорії електричних кіл, математичної фізики, скінченних елементів, інтерполяції, апроксимації та регресійного аналізу. Проведено оцінку падіння напруги в фазах тролей шинопроводу від дії вищих гармонік струму. Встановлено, що при допустимих значеннях вищих гармонік, регламентованих стандартом для різних коефіцієнтів короткого замикання Rsce. Величина падіння напруги може зрости в 3,5 рази, а з використанням сталевого кожуха - в 4 рази. При цьому, приріст енергії магнітного поля і активних втрат в шинопроводі становить 20 % відносно їх значень для основної гармоніки струму без урахування екранування, і до 23 % з урахуванням екранування тролів шинопровода. Дія вищих гармонік при допустимих власних амплітудах відповідних значень коефіцієнта короткого замикання Rsce, також викликає збільшення активного опору в 4 рази, індуктивного - в 20 разів. Зважаючи на особливості розміщення системи шинопроводів в цеху, виробництва і технологічних процесів, необхідне екранування тролеїв шинопроводів. Тому, в таких випадках, для компенсації приросту та асиметрії падіння напруги в тролеях та активних втрат в шинопроводах, струмові навантаження тролей шинопроводу повинні бути знижені на 5 - 20 % в залежності від значення коефіцієнту короткого замикання цехової мережі. Запропоновано математичну модель електромагнітних процесів в мідному тролейному шинопроводі, що враховує конструктивні особливості, нелінійність магнітних та електрофізичних властивостей матеріалів, ефекти близькості, поверхневі та зовнішні поверхневі ефекти, вплив гармонійних складових струму на падіння напруги та втрати потужності в процесі електропередачі, яка дозволяє з високою точністю і ефективністю чисельної реалізації визначити параметри тролей шинопроводу для відповідних значень амплітуд та частот віщих гармонік струму. Вперше встановлено співвідношення u1087 падіння напруги та питомих активних втрат від спектрів частот і амплітуд гармонік струму та значень коефіцієнту короткого замикання, що дозволяє виявити ступінь і характер впливу на асиметрію падіння напруги і параметрів тролей шинопроводу. Встановлено, що при допустимих значеннях вищих гармонік, регламентованих стандартом для різних коефіцієнтів короткого замикання Rsce, величина падіння напруги може зрости в 3,5 рази, а з використанням сталевого кожуха - в 4 рази. При цьому, приріст енергії магнітного поля і активних втрат в шинопроводі становить 20 % відносно їх значень для основної гармоніки струму без урахування екранування, і до 23 % з урахуванням екранування тролей шинопроводу. Дія вищих гармонік при допустимих власних амплітудах при відповідних значеннях коефіцієнта короткого замикання Rsce, також викликають збільшення активного опору в 4 рази, а індуктивного - в 20 разів.