Введение к работе
Актуальность темы. Диссертация посвящена решению одной из
задач общей проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС)
технических систем. В ней разрабатывается комплекс программ
математического моделирования и анализа кондуктивных
электромагнитных помех в автономных электрических преобразовательных системах (АПС) и проектирования принципиально новых энергетических фильтров, как элементов АПС.
Автономные преобразовательные системы нашли широкое применение-в следующих областях:
электротехнические системы транспорта и аэрокосмической техники, особенно судовые энергосистемы - гребные установки, системы электропитания локационного, навигационного и технологического оборудования;
передвижные медицинские установки, особенно при оказании медицинской помощи в труднодоступных местах, с отсутствием линий электропередачи;
аварийные и бесперебойные источники питания, используемые в технологических процессах, критичных к сбоям в энергоснабжении;
цеховые энергоустановки.
В последнее время, особенно в странах Европы, наблюдается стойкая тенденция к увеличению доли энергии, вырабатываемой альтернативными источниками, особенно маломощными источниками энергии, питающими всего один жилой дом. Эти источники являются более экологически чистыми по сравнению с традиционными, не требуют затрат невосполнимых природных ресурсов (нефти, газа), не подвержены влиянию изменения цен на эти ресурсы, исключают затраты энергии при ее передаче. На фоне все возрастающей потребности в АПС появились научно-технические проблемы, сдерживающие их внедрение в практику. Главная из них - отсутствие современных инструментов проектирования, учитывающих особенности АПС. Эти особенности связаны с физическими принципами действия автономных преобразовательных систем.
В связи с тем, что в АПС преобразуемая и потребляемая мощности соизмеримы, а сами они функционируют в процессе переключения своей структуры, возникает проблема, связанная с появлением различного рода неактивных мощностей, которые становятся определяющим фактором при проектировании таких систем. Указанные мощности уменьшают долю активной мощности системы, приводят к ускоренному старению изоляции электрических машин, аппаратов и силовых кабелей, вызывают нарушение в работе систем автоматики, сбои в функционировании всей системы.
Поэтому разработка математических моделей, методов анализа и процедур синтеза АПС является актуальной проблемой нелинейной электротехники.
Научная новизна. Показано, что алгоритм спектральной стратегии проектирования, разработанный профессором В.Ф.Беловым, может быть выведен из известного в САПР метода последовательного анализа вариантов сложных систем. Это создало условия для более эффективного применения спектральной стратегии в практике проектирования ЭМС. Впервые получена математическая модель М-системы, учитывающая наличие емкостных элементов в ребрах графа эквивалентной схемы преобразовательной системы. Это значительно расширило границы применимости теории М-ёистем, распространив ее на преобразовательные системы, содержащие конденсаторное оборудование. Разработан новый принцип действия и схема активного энергетического фильтра, основанные на применении релейного элемента. Разработана его математическая модель, анализ которой в составе полной модели АПС подтверждает новизну решения. Получены результаты исследования эффективности спектральной стратегии проектирования ЭМС с использованием новой математической модели активного фильтра.
Практические результаты. Реализован программный комплекс для проектирования ЭМС в автономных энергосистемах транспорта, системах с альтернативными источниками энергии, передвижных медицинских установках, аварийных и бесперебойных источниках питания, цеховых энергоустановках. Программный комплекс применен для исследований в области нелинейной электротехники. На его основе разработан новый принцип действия энергетического фильтра и исследованы возможности использования этого фильтра для улучшения показателей качества электроэнергии в автономных преобразовательных системах. Получено положительное решение по заявке на изобретение. На базе программного комплекса создан учебный курс по проектированию ЭМС, элементы которого внедрены в учебные процессы Мордовского государственного университета и инженерной школы Иончепингского университета (Швеция).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на первой и второй конференциях молодых ученых Мордовского государственного университета, г.Саранск, 19-23 апреля 1996 г. и 21-25 апреля 1997 г.; третьей международной конференции "Дифференциальные уравнения и их приложения", г. Саранск, 19-21 мая
-
г.; второй международной научно-технической конференции "Проблемы и прикладные вопросы физики", г. Саранск, 16-19 июня 1999 г.; научной конференции "XXVIII Огаревские чтения", г. Саранск, 6-10 декабря
-
г.; на семинаре профессора Е. В. Воскресенского по прикладной математике, г. Саранск, 22 марта 2000 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 работ в виде статей и тезисов докладов, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 102 наименования библиографии.
