Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электрические машины и аппараты

Диссертационная работа:

Чугулев Александр Олегович. Исследование влияния несинусоидальности питающего напряжения, обусловленной широтно-импульсной модуляцией, на энергетические характеристики асинхронных двигателей : Дис. ... канд. техн. наук : 05.09.01 Омск, 2006 169 с. РГБ ОД, 61:06-5/2217

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

Глава первая. Вопросы применения преобразовательной техники

с широтно-импульсном модуляцией в системах электроприводов 11

1.1. Общая характеристика преобразователей частоты 11

1Л.1. Непосредственные преобразователи частоты... 12

1.1.2. Двухзвенные преобразователи частоты с промежуточным

звеном переменного тока 13

1-1-3* Двухзвенные преобразователи частоты с промежуточным

звеном постоянного тока 14

1.2. Основные характеристики и принципы формирования широтио-
импульсной модуляции 20

12. 1. Основные виды импульсной модуляции 20

  1. Классификация и основные алгоритмы формирования широтно-импульсной модуляции 21

  2. Основные принципы цифровой реализации систем ШИМ.. 27

1.2.4. Выбор частоты ШИМ 29

Выводы по главе 1..... 31

Глава вторая. Анализ влияния высших гармоник питающего
напряжения с широтпо-импульснон модуляцией на работу
асинхронных двигателей е использованием компьютерного
моделирования
32

2Л. Создание моделей однофазных и трехфазных источников

напряжения с ШИМ в системе МісгоСар 6 33

2.2. Анализ рядов Фурье источников напряжения с ШИМ

с использованием компьютерного моделирования 42

  1. Определение гармоник напряжения с ШИМ с использованием частотно-избирательных LC-фильтров 51

  2. Влияние несинусоидальности сетевого напряжения на работу асинхронных двигателей 58

  3. Обоснование эквивалентной схемы замещения для расчета потерь мощности в асинхронном двигателе при питании от источника напряжения с ШИМ 62

  4. Методика расчета потерь мощности в асинхронном двигателе от действия высших гармоник при питании от источника напряжения с ШИМ 66

2.6.1. Численный расчет полного сопротивления проводника
в пазу ротора произвольного сечения для высших гармоник

с учетом поверхностного эффекта 69

2.6.2. Определение эквивалентных параметров схемы замещения

асинхронного двигателя для высших гармоник 80

2.6J. Численный расчет электрических потерь в асинхронном
двигателе от высших гармоник 83

Выводы по главе 2 87

Глава третья. Разработка специальных средств измерения

для исследований электрических цепей с широтно-импульсиой
модуляцией 88

  1. О необходимости использования специальных технических средств при измерении электрической мощности в системах с ШИМ 88

  2. Разработка трехфазного электронного измерителя активной мощности для исследований работы электрических аппаратов в условиях ШИМ 92

  3. Разработка счетчика электрической энергии для измерений

в цепях с ШИМ 96

  1. Современные способы и средства измерения вращающих моментов 98

  2. Времяимпульсный способ измерения статического вращающего момента 100

  3. Датчик вращающего момента, основанный

на времяиыпульсном способе измерения , 102

Выводы по главе 3 114

Глава четвертая. Методы и результаты экспериментальных
исследований энергетических характеристик асинхронных двигателей
в несинусоидальных режимах, обусловленных ШЇЇМ 115

4.1- Современные методы экспериментального определения потерь мощности и коэффициента полезного действия асинхронных

двигателей , 115

4.2. Определение энергетических характеристик асинхронного

двигателя в условиях ШИМ 120

Выводы по главе 4 , 127

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 130

ПРИЛОЖЕНИЕ А 141

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 151

Введение к работе:

Как известно, в системах электроснабжения в связи с увеличением систем, работающих в импульсном режиме, нелинейных нагрузок, полупроводниковых преобразователей и т.п. возникает высокий уровень высших гармоник.

Современный этап развития преобразовательной техники связан с появлением полностью управляемых быстродействующих полупроводниковых приборов - запираемых тиристоров и, особенно, высоковольтных биполярных транзисторов. Для целей регулирования питающего напряжения различных электрических аппаратов по частоте и уровню в широком диапазоне наиболее пригодными оказываются преобразователи частоты (ПЧ) модуляционного типа, использующие различные виды широгно-импульсной модуляции (ШИМ). В данных условия представляет интерес исследование влияния несинусоидальности питающего напряжения на работу электрических аппаратов.

Значительное число работ, например [7, 10-12], посвящено рассмотрению влияния ШИМ на характеристики наиболее распространенного в промышленности потребителя, питаемого от ПЧ, - асинхронного двигателя (АД). Установлено [64, 90 и др.], что высшие гармоники питающего напряжения не оказывают значительного влияния на механические характеристики двигателя, поэтому в большинстве случаев при расчетах электромагнитных процессов в частотно-регулируемом АД рассматривается только воздействие основной гармоники питающего напряжения.

Основная доля общих потерь мощности в современных частотно-управляемых электроприводах рассеивается непосредственно в АД, поэтому вопросы их исследования, получения соответствующих расчетных зависимостей, разработки методик экспериментального определения данных потерь при питании от источников с ШИМ являются чрезвычайно важными и актуальными. Задача расчета дополнительных потерь мощности в двигателе, вызванных действием высших гармоник, представляет известные трудности, хотя известны работы ряда авторов, посвященных решению этой проблемы.

Наиболее известные методики расчета потерь мощности частотно-регулируемых АД либо совсем не учитывают потери от несинусоидальности формы фактических статорных напряжений (токов) двигателя [88, 90 и др.], либо базируются на расчете гармонических составляющих токов с использованием классической схемы замещения двигателя [б, 42 и др.], что, как будет показано в данной работе, в условиях ШИМ не учитывает ряд факторов.

Целью данной работы является определение влияния высших гармонических составляющих питающего напряжения в условиях широтно-импульснои модуляции на энергетические характеристики асинхронных двигателей.

Для достижения поставленной цели потребовалось проведение исследований по следующим направлениям:

обзор современной преобразовательной техники с ШИМ в системах электроприводов и способов реализации ШИМ;

создание компьютерных моделей источников напряжения с ШИМ для исследования их спектров, а также для использования при моделировании электромагнитных процессов в электрических аппаратах;

использование частотно-избирательных цепей для выделения отдельных гармонических составляющих из спектров напряжений с ШИМ;

обоснование эквивалентной схемы замещения асинхронного двигателя для расчета потерь мощности от высших гармоник питающего напряжения с ШИМ;

разработка методики расчета потерь мощности в асинхронном двигателе от высших гармоник питающего напряжения с ШИМ;

- разработка бесконтактного электронного измерителя механической
мощности, момента на валу двигателя и специальных средств измерения для
исследований энергетических характеристик асинхронных двигателей, в том
числе в условиях ШИМ;

- экспериментальное определение потерь мощности в асинхронном дви
гателе в условиях ШИМ,

Научная новизна работы заключается в следующем:

обоснована эквивалентная схема замещения асинхронного двигателя для расчета потерь мощности в условиях ШИМ;

предложена методика расчета потерь мощности в асинхронном двигателе от действия высших гармоник питающего напряжения с ШИМ с учетом поверхностного эффекта в пазах ротора произвольной формы;

установлено, что соотношение между активной и реактивной составляющими полного сопротивления стержней ротора при различных формах паза практически не зависит от частоты высших гармонических составляющих спектра напряжения с ШИМ;

- разработан бесконтактный времяимпульсный способ измерения вра
щающего момента.

Практическую ценность представляют следующие результаты, полученные в ходе исследований:

разработан бесконтактный датчик вращающего момента, основанный на предложенном времяимпульсном способе измерения, для различных областей применения;

разработан стенд широкого назначения для исследований рабочих и механических характеристик асинхронных двигателей, рабочих машин, а также для контроля технологических процессов;

разработаны компьютерные модели однофазного и трехфазного источников напряжения с ШИМ, представляющие интерес как для исследовательских целей, так и для использования в учебном процессе;

впервые получены экспериментальные данные о влиянии несинусоидальности, обусловленной ШИМ, на характеристики индукционных реле направления мощности, индукционных реле тока, индукционных счетчиков электроэнергии и автоматических выключателей с термоэлементами.

Основные результаты работы, выносимые на защиту:

эквивалентная схема замещения асинхронного двигателя для расчета потерь мощности в условиях ШИМ;

методика и результаты расчета эквивалентных параметров обмотки ротора для высших гармоник с учетом поверхностного эффекта в проводнике паза произвольного сечения;

методика и результаты расчета потерь мощности в асинхронном двигателе от действия высших гармоник питающего напряжения с ШИМ;

времяимпульсный способ измерения вращающего момента, бесконтактный датчик механического вращающего момента асинхронного двигателя, а также специальные средства измерения активной мощности и электроэнергии для систем с ШИМ;

методика и результаты экспериментального определения энергетических характеристик асинхронного двигателя в условиях ШИМ питающего напряжения.

Апробация работы, Доклады на конференциях. Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе; 1 статья в журнале «Электрика», 4 депонированных статьи, доклад, выполненный на Международной конференции в СибАДИ, 2 патента на изобретения.

Материалы диссертации изложены в четырех главах.

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, указаны научная новизна и практическая значимость результатов, сформулированы цель и задачи работы, представлена структура диссертации и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены основные виды современных преобразователей частоты и особенности их применения в системах электроприводов. Показано, что наиболее актуальными в настоящее время являются исследования влияния несинусоидальности питающего напряжения на работу асинхронных двигателей в частотно-регулируемых электроприводах на основе автономных

транзисторных инверторов напряжения с неуправляемыми выпрямителями, регулирование напряжения в которых осуществляется с использованием методов широтно-импульсной модуляции.

Рассмотрены основные характеристики, принципы формирования и критерии выбора несущей частоты ШИМ.

Показано, что в современных преобразователях частоты наибольшее распространение получила широтно-импудьсная модуляция однополярных и двухполярных импульсов, когда ширина импульсов изменяется в течение полупериода по синусоидальному закону.

Во второй главе рассмотрены вопросы создания компьютерных моделей однофазных и трехфазных источников напряжения с ШИМ. Проведен анализ спектрального состава источников напряжения с ШИМ с использованием графоаналитического метода определения гармоник ряда Фурье, а также с помощью метода, основанного на использовании частотно-избирательных резонансных фильтров. Рассмотрен классический подход к определению влияния песинусоидальности сетевого напряжения на работу асинхронного двигателя. Предложена эквивалентная схема замещения короткозамкнутого асинхронного двигателя для расчета потерь мощности в условиях ШИМ в виде двух отдельных схем: для основной и для высших гармоник. Разработана методика расчета потерь мощности от высших гармоник в АД с учетом поверхностного эффекта в пазах ротора произвольной формы. Определены эквивалентные параметров обмотки ротора для высших гармоник, выполнен расчет потерь мощности в двигателе в условиях ШИМ.

В третьей главе обоснована необходимость использования специальных измерительных средств для контроля электрической мощности и электроэнергии в системах с ШИМ. Разработаны трехфазный электронный ваттметр и счетчик электроэнергии для исследования работы электрических аппаратов в условиях высокого уровня высших гармоник. Предложены времяимпульсиый

способ измерения вращающего момента двигателей, а также созданный на его основе датчик вращающего момента»

В четвертой главе рассмотрены основные методы экспериментального определения энергетических характеристик и коэффициента полезного действия асинхронного двигателя. Предложена методика непосредственного определения потерь мощности в исследуемом двигателе в условиях ШИМ. Экспериментально подтверждены результаты численного расчета потерь мощности в АД в условиях ШИМ, выполненного по предложенной во второй главе методике.

В прилолселиях приведены: результаты экспериментальных исследований погрешности индукционных реле, индукционных счетчиков электроэнергии и автоматических выключателей в условиях ШИМ; осциллограммы напряжений и токов исследуемого асинхронного двигателя в условиях ШИМ; принципиальные электрические схемы разработанных устройств; акты о внедрении результатов диссертационной работы в учебный процесс и производство.

Подобные работы
Щурская Тамара Всеволодовна
Разработка методов расчета и исследование электромагнитных и тепловых характеристик одностороннего линейного асинхронного двигателя с поперечным потоком
Кононенко Анастасия Валентиновна
Влияние геометрии зубцовой зоны на рабочие характеристики асинхронных двигателей малой мощности
Тигунов Александр Петрович
Расчет параметров индукционных сопротивлений и характеристик регулируемого асинхронного двигателя
Ульд Эли Шейх
Расчет индуктивностей и рабочих характеристик линейных синхронных двигателей для высокоскоростного наземного транспорта
Чуев Сергей Георгиевич
Разработка и исследование асинхронных двигателей с экранированными полосами бытового назначения
Арутюнян Аветик Мкртичевич
Разработка и исследование многополосных однофазных асинхронных двигателей с сосредоточенными обмотками
Аунг Вин Тут
Разработка и исследование частотно-регулируемых асинхронных двигателей
Панихин Михаил Викторович
Исследование переходных процессов и радиопомех в коллекторном двигателе переменного тока
Зверев Константин Николаевич
Исследование волновых процессов в частотно-регулируемом асинхронном двигателе
Беналлал Мохамед Наджиб
Перенапряжения в частотно-управляемых линейных асинхронных двигателях при широтно-импульсной модуляции напряжения

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net