Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В большинстве энергетических систем и цепей (линии электропередачи с продольно-поперечной компенсацией, электрические машины, преобразовательные устройства и т.п.), содержащих емкость и нелинейные элементы (трансформаторы, реакторы), возможно возникновение устойчивых автоколебаний на основной, низших, высших и полигармонических (комбинационных) частотах. Возникновение и продолжительное существование таких колебаний, например в системах электроснабжения крайне нежелательно, так как они вызывают перенапряжения, дополнительные термитические и динамические усилия в электромеханической аппаратуре, ложное срабатывание релейной защиты и т.п. В этих случаях делается так, чтобы вся система в целом и входящие в нее ферромагнитные устройства имели параметры, исключающие возможность возникновения автоколебаний.
И, наоборот, существует обширный класс нелинейных электрических цепей, в которых возбуждение и поддержание низкочастотных автопарометрических колебаний (АПК) составляют основу устройств, служащих источниками вторичного электропитания. При этом особый интерес представляют процессы возбуждения субгармонических колебаний (СГК) в многофазных цепях феррорезонансной природы.
Автоколебательные процессы в нелинейных многофазных системах обладают исключительным многообразием и сложностью их исследований. Многие явления такого рода с успехом используется в стабилизирующих и частотопреобразующих системах.Анализ амплитудно-фазовых соотношений в этих цепях открывает перспективные направления в создании многоустойчивых элементов и устройств с фазосдви-гающими и частотопреобразующими свойствами, применяемых в качестве многофазных вторичных источников питания.
Следовательно, исследование условий возбуждения и основных закономерностей существования автоколебаний на соответствующих частотах воздействия там, где они нужны, и определение критических параметров системы, при которых возможно их подавление, когда они нежелательны, представляют практический интерес.
Вот почему разработка математических методов анализа, позволяющих выявить физическую картину автопарометрических процессов
в нелинейных трех - и многофазных цепях, а также применение их в инженерных расчетах, продолжают оставаться в центре внимания ученых и инженеров - исследователей.
Теоретический и экспериментальный анализ основных закономерностей возбуждения и поддержания автопараметрических колебаний на частоте СГК в трех- и многофазных электроферромагнитных цепях (ЭФМЦ).
Разработка и применение эффективных математических методов, отражающих реальную физическую картину процессов возбуждения СГК в таких цепях, и поиск новых технических решений, позволяющих улучшить энергетические характеристики ферромагнитных преобразователей частоты.
Изучение влияния начальных условий, параметров цепи, амплитуды входного воздействия и фазовые взаимодействия на характер протекания переходных и установившихся режимов.
Определение области существования, критических параметров цепи при возбуждения СГК и исследование их устойчивости.
Для этого в работе ставятся и решаются следующие основные задачи:
- Выявление закономерностей возбуждения АПК на частоте СГК.
Вывод и обоснование фазовых соотношений СГК второго и треть
его порядка для трех- и многофазных систем.
Вывод уравнения движения для сложных обобщенных базовых трех и многофазных ЭИ/Ц со смешанно-, последовательно- и параллельно соединенными элементами с нулевым приводом и без него, а также с обмоткой подмагничивания:
Разработка и применение эффективных математических методов анализа нелинейной трехфазной ЭйМЦ, основанных на методе усреде-ния с учетом фазовых соотношений и сдвигов фаз СГК.
Определение области существования, критических параметров цепи, а также исследование устойчивости стационарного режима СТК второго и третьего порядков. Исследование влияний начальных условий и параметров цепи на процесс возбуждения СГК.
Обоснование и применение частотно-энергетического метода, определяющего объем циркулирующей в цепи энергии в режиме воз-
буждения АПК на различных частотах, для анализа электромагнитных процессов в ЭФМЦ с частото-преобразующими свойствами.
Экспериментальное исследование стационарного режима и характера протекания переходного процесса в СГК и полигармонических колебаний (ПГК) в двухфазных, трех- и многофазных ЭХМЦ при различных способах соединения элементов цепи.
Поиск новых технических решений для многофазных ферромагнитных делителей частоты с улучшенными энергетическими характеристиками.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для решения поставленных задач были использованы аналитический метод, основанный на методе малого параметра, частотно-энергетический подход, численный метод решения нелинейных дифференциальных уравнений, а также результаты экспериментальных исследований.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследований заключается в разработке общей теории АПК в трех -и многофазных ЭХМЦ в режиме возбуждения СГК второго и третьего порядков.
Научная ценность работы определяется тем, что:
- выявлены особенности возбуждения АПК на частоте СТК и ПГК
в трех - и многофазных ЭШЦ и установлено, что механизм возбуж
дения их подчиняется "пакетному правилу".
_ определены амплитудно-фазовые соотношения СГК в многофазных в частности, трехфазных системах, учет которых позволяет решать системы нелинейных дифференциальных уравнений, правая часть которых имеет фиксированные сдвиги фаз.
- разработан алгоритм составления обобщенных уравнений дви
жения для трех- и многофазных ЭШЦ.
-Разработан приближенный метод анализа нелинейных дифференциальных уравнений многофазных, в частности, трехфазных ЭЗМЦ в режиме СГК второго и третьего порядков, основанный на методе Митропольского-Боголюбова.
Определены критические параметры цепи и величины входного воздействия, при которых возможно возникновение АПК на частоте СГК второго и третьего порядков в трехфазных ЭШЦ с подмагничи-ванием и без него.
Обоснован и применен частотно-энергетический метод анализа стационарного режима СГК однофазно-трехфазных ЭФМЦ с частотно-преобразующими свойствами.
- Экспериментально определены условия возбуждения СГК и НТК
в трех-, четырех, и шестифазных ЭФМЦ с подмагничиванием и без
него.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в теоретическом исследовании уравнений движения трехфазных ЭФМЦ, описывающих реальную физическую картину процесса возбуждения и поддержания АПК на частоте СГК второго и третьего порядка с учетом фазовых особенностей.
Полученные амплитудно-частотные характеристики и критические значения параметров цепи могут быть рекомендованы при проектирования и эксплуатации системы электроснабжения с целью предотвращения режимов возбуждения АПК на нежелательных частотах, а также использованы для разработки и создания ферромагнитных преобразователей частоты и числа фаз с улучшенными энергетическими показателями (A.C.N 1467703 Б.И. 1989 N11 "Ферромагнитный делитель частоты на два").
Полный теоретический и экспериментальный анализ физических осоОенностеи процессов возбуждения и поддержания СГК в трех- и многофазных ЭФМЦ с нулевым проводом, без нулевого провода и с обмоткой подмагничивания.
Анализ амплитудно-фазовых соотношений СГК различных порядков в многофазных системах.
-Алгоритм составления уравнения движений для обобщенной базовой трехфазной ЭФМЦ с произвольно соединенными элементами (с подмагничиванием и без него).
Аналитические методы решения нелинейных дифференциальных уравнений трехфазной ЭФМЦ, в которых учитываются фазовые соотношения СГК в установившемся режиме и их устойчивости в трехфазных режимах.
Исследования переходных и установившихся режимов СГК второго и третьего порядков в трехфазных ЭФМЦ, при которых определены условия возбуждения и критические параметры цепи.
Обоснование частотно-энергетического метода анализа исследования СГК в однофазно-трехфазных ЭФМЦ.
-Результаты экспериментальных исследований процессов возбуждения и поддержание СГК и ПГК в двухфазных, трехфазных и многофазных ЭФМЦ.
-Разработка и создание новых технических решений многофазных ферромагнитных делителей частоты с улучшенными функциональными характеристиками.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:
IY.Y.YI Всесоюзных Межвузовских конференциях по теории и методам расчета нелинейных электрических цепей и систем. 1971, 1975, 1982 г. г. Ташкент.
XIII Всесоюзном совещании по магнитным элементам автоматики и вычислительной техники, 1970 г. г. Минск.
1 Всесоюзной конференции по теоретической электротехники, 1987 г. г. Ташкент.
Научном семинаре кафедры:"Теоретические основы электротехники "Московского энергетического института,1994г.г.Москва.
-на ежегодных научно-технических конференциях, профессорско-преподавательского состава, ТашПЙ, 1972-1994гг.
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 26 научных статей.
ОБЬЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит на введения, пяти глав, заключения, приложения и списка литературы из 206 наименований. Все содержание работы изложено на. 230- страницах машинописного текста,в том числе.67..иллюстраций, 3 таблиц. В приложениях представлены программы расчета на ЭВМ. Общий объем диссертации составляет /S6 . страниц.
