книги / Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике

ной, безопасной и эффективной является технология программно-физического моделирования (ПФМ) объектов управления или их отдельных компонентов, основанная на использовании специальных управляемых статических преобразователей с глубоким дистанционным регулированием выходных параметров.

Сущность данной технологии (как можно наблюдать на рис. 1) заключается

внаиболее полной имитации потоков данных (K, S, Z, L) для проверяемой аппаратуры систем управления (САУ). Здесь в качестве объекта принята автоматизированная судовая электроэнергетическая система (СЭЭС), и если информационные потоки K, S и L от модели СЭЭС, будут аналогичны тем, которые существуют в эксплуатации, то по реакции САУ, т.е. по данным потока Z, можно судить о готовности аппаратуры САУ к вводу в эксплуатацию. Преимущества такой технологии перед известными стендовыми технологиями имитации сигналов объекта заключается

вследующем.

Рис. 1. Информационные потоки данных при взаимодействии САУ с объектом управления (СЭЭС) или его ПФМ

По сравнению с силовыми электроэнергетическими аппаратными комплексами на основе вращающихся электромашинных преобразователей комплект статических преобразователей более компактен, не избыточен по мощности, не вызывает шумов, вибраций и выбросов угольной пыли (от щеточных аппа-

92

ратов электромашин постоянного тока), не требует отдельных помещений (агрегатных), прост в обслуживании и дешевле в эксплуатации. Снижение риска повреждения дорогостоящей аппаратуры САУ в процессе натурных экспериментов обеспечивается как встроенными средствами токоограничения или защитного отключения, так и физическим разделением каналов на отдельные формирователи сигналов токов и сигналов напряжений. Следовательно, нет общих нагрузочных устройств и, соответственно, нет опасного выделения мощности на общих для тока и напряжения элементах при имитации объектов большой и потенциально опасной мощности.

По сравнению с имитаторами на основе электронных генераторов сигналов имитаторы на статических преобразователях являются более мощными, число выходных сигналов, их соотношения по фазе, а также наличие или отсутствие гальванической связи полностью соответствует имитируемому объекту. Это позволяет осуществлять подключение выходов имитаторов к аппаратуре САУ непосредственно через штатные внешние соединители, т.е. отвечает требованиям полноты и достоверности комплексной проверки всей аппаратуры в процессе испытаний, включая разъемы, схему соединений и все последовательно или параллельно подключаемые узлы.

С учетом приведенных преимуществ технология программно-физиче- ского моделирования объектов электроэнергетики с применением статических преобразователей является наиболее эффективной для подготовки, настройки и предъявления аппаратуры систем управления как объектов самостоятельной поставки. Частично данная технология применяется на ряде отечественных предприятий [2], но при этом далеко не в полном объеме используются на

практике заложенные в ней возможности. Так, например, автоматизация функций оператора (настройщика) в части обработки данных в ходе экспериментов для выбора и установки желаемых (наилучших) настроечных параметров СУ позволяет оказывать существенную помощь оператору, способствует повышению качества настройки. Использование возможности организации электропитания аппаратуры испытываемой СУ непосредственно от этих же управляемых статических преобразователей, способных воспроизводить неидеализированное качество электроэнергии, делает проверку работоспособности СУ максимально приближенной к условиям эксплуатации, а значит, более полной и достоверной.

Дополнив схему на рис. 1 необходимыми элементами и получив обобщенную структурную схему (рис. 2) процессов подготовки, настройки и предъявления аппаратуры САУ как объекта самостоятельной поставки, рассмотрим ее особенности.

Приведенная структура позволяет осуществлять следующие варианты активных экспериментов:

–настройка математических моделей компонентов СЭЭС и/или САУ (и их компонентов – САР);

–настройка имитаторов СЭЭС для проведения последующих приемосдаточных испытаний аппаратуры САУ

(САР);

–настройка и испытания аппаратуры САУ (САР) как изделий самостоятельной поставки с целью предъявления

еезаказчику для последующей установки и подключения к объекту управления и регулирования.

Основу схемы составляют три контура, образованных цепочками последовательных процедур, реализующих получение данных в ходе экспериментов, сравнение и анализ результатов, принятие решений о продолжении или завершении процесса и, по мере необходимости, изменение данных (корректировка, регулировка, настройка) для новых экспериментов. Очевидно, что интенсификация этих процессов при соблюдении условий объективности оценки результатов связана с автоматизацией [3].

Эффективное решение задачи автоматизации рассматриваемых процессов, кроме применения современных средств

Асинхронный электропривод в настоящее время широко применяется в различных сферах машиностроения. В частности, его использование в судовых системах электродвижения обусловливается наличием ряда свойств, характерных для электроприводов такого типа. Система управления электропривода, построенная на основе векторных алгоритмов, позволяет получать характеристики асинхронного двигателя (АД), близкие к характеристикам двигателя постоянного тока. Вместе с этим актуальным является вопрос устойчивости электропривода в различных режимах работы.

АД, входящий в состав электропривода, представляет собой нелинейный объект. Система векторного управления электропривода по определению относится также к области нелинейных систем управления. Одним из способов исследования устойчивости такого класса

систем является переход от нелинейного математического описания к линеаризованному виду в окрестности определенного состояния равновесия и дальнейшее исследование на основе метода D-раз- биения [1].

Рассмотрим математическое описание асинхронного электропривода.

В выражениях приняты следующие обозначения: Iqs, Ids – проекции вектора тока статора на оси d и q; Ψr – потокосцепление ротора; ωr – скорость ротора; Uqs, Uds – проекции напряжения питания статора на оси d и q; ω0 – скорость вращения поля статора; Rs, Rr – активное сопротивление статора и ротора; Ls, Lr – индуктивности статора и ротора; Lm – взаимная индуктивность; Zp – число пар полюсов; J – момент инерции; Mc – момент нагрузки.

С учетом принятого алгоритма векторного управления с ориентацией по полю ротора (Ψqr = 0; Ψr = Ψdr) получим

Математическое описание (1) представляет собой систему нелинейных дифференциальных уравнений. Для дальнейшего исследования проведем линеаризацию системы в окрестности выбранного состояния равновесия. Линеаризованная методом малых отклоне-

ний система уравнений при Mc = 0 может быть записана как

Найдем характеристический полином R(p), используя матрицу системы (2) вида

−ω0

− Rs L2r + Rr Lm Lr (Ls Lr − L2m )

0

0

− Lr Z pωr0

Ls Lr − L2m

Lr (Ls Lr − L2m )

−Rr Lr

3Z p Lm Iqs0

2JLr

В матрицу (3) введем замену

Тогда, используя матрицу (3), с учетом выражения (4), можно получить

Рассматриваемый метод D-разбие- ния позволяет определять области устойчивости, соответствующие значениям параметров системы, при которых все корни характеристического полинома имеют отрицательные вещественные части [2]. Примем в качестве изменяемого параметра сопротивление статора АД, тогда характеристический полином (5) можно переписать как

Полином R(p) из системы (6) представляет собой параметрическое уравнение. Перейдем в частотную область пу-

98

Введение

Объектом данной работы является импульсный источник тока (ИИТ) большой мощности для формирования сильного импульсного магнитного поля, идея создания которого и первые опыты по ее реализации принадлежат П.Л. Капице [2]. В ИИТ большой мощности помимо электромеханических преобразователей, как в опыте П.Л. Капицы, можно использовать и другие источники энергии: молекулярные накопители, как указано в работе [1]; дроссели и т.д. В исследовании рассмотрен электромеханический вариант исполнения ИИТ.

Структура ИИТ и требования к форме импульса

Разрабатываемый ИИТ представляет собой четырехмассовую систему, со-

стоящую из разгонного асинхронного двигателя (РАД), приводного электрического синхронного двигателя (СД), маховика (М) и генератора постоянного тока с независимым возбуждением (ГПТ НВ). Работа системы состоит из подготовительного этапа, в течение которого осуществляется разгон четырехмассовой системы до номинальной скорости, и рабочего этапа, в процессе которого осуществляется формирование импульсной последовательности тока. Функциональная схема ИИТ представлена на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема ИИТ