Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование качества функционирования частотно-регулируемого асинхронного электропривода в условиях возникновения режимов детерминированного хаоса в электротехнических системах Федянин Виктор Викторович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Федянин Виктор Викторович. Исследование качества функционирования частотно-регулируемого асинхронного электропривода в условиях возникновения режимов детерминированного хаоса в электротехнических системах: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.09.03 / Федянин Виктор Викторович;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет»], 2018

Введение к работе

Актуальность темы. В последние годы в электротехнических системах (ЭТС) значительно возросла доля нелинейной нагрузки в виде частотно-регулируемых асинхронных двигателей (ЧР АД) и это связано с прогрессом в производстве силовых преобразователей частоты. При наличии нелинейностей существует широкий диапазон параметров элементов, при которых поведение ЭТС с ЧР АД может оказаться хотя и ограниченным, но непериодическим и случайным, при этом колебания переменных состояния приобретают непредсказуемый, другими словами, хаотический характер и имеют не дискретный спектр, как в периодическом случае, а широкий непрерывный спектр. Помимо этого, поведение ЭТС с ЧР АД оказывается столь чувствительным к начальным условиям, что долговременное прогнозирование точного решения становится невозможным.

В сущности, математическая модель ЭТС с ЧР АД представляет собой детерминированную систему нелинейных дифференциальных уравнений с заданными начальными условиями, решение которой ведет себя непредсказуемым и случайным образом – такой тип решения называется режимом детерминированного хаоса. Таким образом, режимы детерминированного хаоса – это новый тип и особая форма поведения ЭТС с ЧР АД. Кроме того, в режимах детерминированного хаоса диссипация энергии существенно выше и поэтому изучение процесса диссипации энергии в таких режимах ЭТС с ЧР АД представляет интерес.

В последние годы хаотической динамике ЭТС с ЧР АД были посвящены труды таких отечественных авторов как Андерсен Б.Д., Анищенко В.С., Сушков В.В., Разевиг В.Д., Рысев П.В., Федоров В.К. и др. Среди зарубежных авторов весомый вклад в развитее хаотической динамики ЭТС с ЧР АД внесли Lorenz E., Matsumoto T., Wolf A., Yang T., Wang H. и др. Среди диссертационных исследований хотелось бы отметить работы Глазырина А.С., Казанова М.С., Егорова М.С., как наиболее близких к теме диссертации.

В электротехнике режимы детерминированного хаоса по причине своих особенностей
в некоторых случаях могут привести к авариям в электрооборудовании, ложными
срабатываниями устройств релейной защиты, увеличением диссипации энергии и т. д. В
других случаях наоборот использование режимов детерминированного хаоса способствуют
увеличению КПД и уменьшению электромагнитного излучения. Вследствие этого, встает
актуальная задача не только по обнаружению и идентификации режимов

детерминированного хаоса, но и задача по внедрению его в ЭТС с ЧРАД.

Цель работы Разработка математической, имитационной модели и проведение
экспериментальных исследований качества функционирования ЭТС с ЧР АД при
возникновении режимов детерминированного хаоса. Разработка широтно-импульсной

модуляции (ШИМ) с несущей частотой в режиме детерминированного хаоса и проведение экспериментальных исследований качества функционирования ЭТС с ЧР АД.

Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих конкретных задач:

  1. Проведение анализа возникновения хаотических режимов в ЭТС с ЧРАД.

  2. Разработка имитационных моделей ЭТС с ЧРАД для исследования режимов детерминированного хаоса.

  3. Проведение имитационного моделирования режимов детерминированного хаоса, численного моделирования, спектрального анализа режимов детерминированного хаоса и диссипации энергии в ЭТС с ЧР АД.

  4. Проведение имитационного моделирования ШИМ с хаотической и периодической несущей частотой в ЭТС с ЧР АД.

  5. Проведение экспериментальных исследований на физических моделях ЭТС с ЧР АД.

  6. Исследование качества функционирования ЧР АД в условиях возникновения режимов детерминированного хаоса в электротехнических системах.

Объект и предмет исследования Объектом исследования являются диссипативные ЭТС с ЧР АД. Предметом исследования являются анализ режимов ЭТС с ЧР АД в условиях возникновения детерминированного хаоса и разработка средств повышения качества работы ЧР АД.

Методы исследований

В диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные с использованием методов ТОЭ, теории хаотических колебаний, теории автоматизированного электропривода, вычислительной математики, прикладного пакета программ для инженерных и научных расчетов в среде Windows «MATLAB», системы автоматического проектирования «OrCad».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Рассматриваемая область исследования соответствует паспорту специальности 05.09.03 – «Электротехнические комплексы и системы», а именно: п.1 «Развитие общей теории электротехнических комплексов и систем, изучение системных свойств и связей, физическая, математическая, имитационная и компьютерное моделирование компонентов электрических комплексов и систем»; п.4 «Исследование работоспособности и качества функционирования электротехнических комплексов и систем в различных режимах, при разнообразных внешних воздействиях».

Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы университета

Работа выполнялась в соответствии: с научными направлениями технического
комитета №77 Международной электротехнической комиссии (МЭК) «Электромагнитная
совместимость электрооборудования, присоединённого к общей электрической сети»;
федеральным законом №261-ФЗ «Об энергосбережении и энергоэффективности»; с научной
хоздоговорной комплексной темой «Разработка мероприятий по повышению надежности
работы электрооборудования в условиях неопределённости исходной информации (раздел
«Повышение уровней электромагнитной совместимости технических средств

электроэнергетических систем») ФГБОУ BO ОмГТУ Гос. регистр. №0651 и «Планов развития научных исследований на 2012-2018гг. ФГБОУ ВО ОмГТУ» (раздел 1.15 «Разработка мероприятий и технологий по модернизации систем электроснабжения России»); с планом НИР ОмГТУ, проводимых при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках выполнения государственного контракта №14.В37.21.0332 от 27.07.12 «Разработка математических моделей, алгоритмов, программных и технических средств повышения энергетический эффективности функционирования устройств и систем электроэнергетики».

Таким образом, данная диссертационная работа содержит решение задачи, имеющей важное значение для развития теории электротехнических систем как составной части теории систем электроэнергетики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Разработан и исследован способ формирования широтно-импульсной модуляции с хаотическим изменением несущей частоты.

  2. Разработаны математическая и имитационная модель для исследования режимов детерминированного хаоса в ЭТС с ЧР АД, отличающиеся учетом отклонений частоты и отклонений напряжения от номинальных значений и диссипации энергии.

  1. Разработана математическая и имитационная модель ЭТС с ЧР АД использующая ШИМ с хаотическим изменением частоты.

  2. Установлено, что в ЭТС с ЧР АД амплитудный спектр напряжения (тока) с хаотической несущей частотой ШИМ значительно меньше (до 60%), чем тот же амплитудный спектр с периодической несущей частотой ШИМ.

5. Показано, что в режиме детерминированного хаоса диссипация энергии выше, чем в
периодическом режиме, что приводит к ухудшению энергетических показателей ЭТС с ЧР
АД.

Практическая ценность Практической ценностью работы является разработанный

способ и формирователь ШИМ, позволяющий значительно снизить амплитуды гармоник напряжения и тока, имитационные модели для выявления и анализа свойств режимов детерминированного хаоса напряжений и диссипации энергии в ЭТС с ЧР АД.

Реализация и внедрение результатов работы

1. В научно-производственном центре «Термаль» внедрены:

а) Опытные образцы устройства частотного регулирования асинхронных приводов,
установленные на Омской ТЭЦ-4.

б) Способы управления и стабилизации частотных регуляторов асинхронного
электропривода, исключающие возможность возникновения режимов электромагнитного
резонанса.

2. Разработан и внедрен в учебный процесс лабораторный стенд, моделирующий
хаотические колебания в ЭТС с ЧР АД, позволяющий наглядно продемонстрировать
свойства и особенности хаотических режимов работы нелинейных электрических систем.

3. Зарегистрированы в ОФЭРНиО три программных продукта, обеспечивающих расчет
режимов детерминированного хаоса в ЭТС с ЧР АД.

Личный вклад Основные научные результаты и положения, изложенные в диссертации, разработаны и получены автором самостоятельно.

Основные положения выносимые на защиту:

  1. Способ формирования и схемное решение построения широтно-импульсного модулятора с хаотическим изменением несущей частоты в ЭТС с ЧР АД.

  2. Способ моделирования режимов детерминированного хаоса в ЭТС с ЧР АД.

3. Математическая и имитационная модель ЧР АД с ШИМ с хаотическим изменением
частоты.

4. Результаты исследований основных свойств и особенностей функционирования ЭТС с ЧР
АД в режимах детерминированного хаоса по частоте, напряжению и диссипации энергии.

Достоверность результатов подтверждается корректным применением для
полученных выводов математического аппарата; качественным совпадением и достаточной
сходимостью результатов вычислительных экспериментов; апробацией как

предварительных, так и окончательных результатов диссертационной работы.

Апробация работы Материалы работы докладывались и обсуждались на:

  1. XI Международная научно-техническая конференция «Динамика систем, механизмов, машин» - Омск: ОмГТУ, 2017.

  2. X Международная научно-техническая конференция «Динамика систем, механизмов, машин» - Омск: ОмГТУ, 2016.

  3. Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки» -Тамбов, 2015.

4. Международной научно-практической конференции «Современное общество, образование
и наука» - Тамбов, 2015.

5. IX Международная научно-техническая конференция «Динамика систем, механизмов,
машин» - Омск: ОмГТУ, 2014.

Полнота изложения материалов диссертации в опубликованных работах.

По теме диссертации опубликовано 16 научных работ (из них 7 в периодических издания, рекомендованных ВАК РФ, 1 работа в издании, входящем в международную систему цитирования Scopus), 5 докладов на конференциях, 3 свидетельства о регистрации программных продуктов для ЭВМ.

Структура и объем диссертации Диссертационная работа содержит введение, четыре главы, основные выводы по результатам научных исследований, список литературы и приложение. Общий объем составляет: 131 страницу, в том числе 74 рисунка, 5 таблиц, 99 литературных источников.