Методология анализа и повышения энергоэффективности электроприводов сложных систем электрифицированных машин объектов АПК тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Еремочкин Сергей Юрьевич

• Еремочкин Сергей Юрьевич
• доктор наук
• 2025

Оглавление диссертации доктор наук Еремочкин Сергей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЩИЕ КОНЦЕПЦИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕОРИИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ЭП МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ МАШИН ОБЪЕКТОВ АПК. ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Генезис концепций развития теории сложных систем и методов системного анализа

1.1.1 Терминологическая систематизация базовых дефиниций системного анализа и теории сложных систем

1.1.2 Применение системного подхода в оценке эффективности ЭП сложных систем объектов АПК

1.1.3 Рассмотрение ЭП сельскохозяйственной машины как сложной системы

1.2 Классификация сельскохозяйственных электрифицированных машин и агрегатов малой и средней мощности

1.3 Анализ существующих методов запуска и работы трехфазных и двухфазных АДКР сельскохозяйственных электрифицированных машин от однофазной сети

1.3.1 Способы запуска и работы трехфазного и двухфазного двигателя от однофазной сети с использованием пусковых сопротивлений

1.3.2 Способы запуска и работы трехфазного и двухфазного двигателей от однофазной сети с использованием емкостных фазосдвигающих цепей

1.3.3 Индуктивно-емкостной способ запуска и работы трехфазного АДКР от однофазной сети

1.4 Обзор существующих способов регулирования скорости трехфазных и двухфазных АДКР, питание которых осуществляется от однофазной сети

1.5 Выводы, проблемная ситуация, цели и задачи диссертационной работы

ГЛАВА 2 ПВ-АТ ДЛЯ АДКР СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ МАШИН

2.1 Обоснование векторно-алгоритмического метода создания и управления вращающимся магнитным полем статора электродвигателя

2.2 Классификация силовых схем ПВ-АТ для запуска и работы трехфазных и двухфазных двигателей сложных систем сельскохозяйственных электрифицированных машин

2.2.1 Силовые схемы ПВ-АТ для запуска, работы и регулирования угловой скорости трехфазных АДКР

2.2.2 Силовые схемы ПВ-АТ для запуска, работы и регулирования угловой скорости двухфазных АДКР

Выводы

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ МАШИН С ПВ-АТ

3.1 Анализ методов моделирования характеристик АДКР

3.2 Разработка и реализация математических моделей трехфазных ЭП при несинусоидальном питании электродвигателя в среде ИМ

3.3. Разработка и реализация математических моделей двухфазных ЭП при несинусоидальном питании электродвигателя в среде ИМ

3.4 Выбор методики определения параметров схемы замещения АДКР

Выводы

ГЛАВА 4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ПВ-АТ В СРЕДЕ КОМПЬЮТЕРНОГО ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

4.1 Проектирование блоков исследования статических и динамических характеристик АДКР с ПВ-АТ в среде компьютерного моделирования

4.1.1 Проектирование блоков исследования статических и динамических характеристик трехфазных АДКР с ПВ-АТ

4.1.2 Проектирование блоков исследования статических и динамических характеристик двухфазных двигателей с ПВ-АТ

4.2 Проектирование моделей, разработанных ГГВ-АТ для АДКР, в среде компьютерного ИМ

4.2.1 Проектирование моделей преобразователей для трехфазных двигателей

4.2.2 Проектирование моделей преобразователей для двухфазных двигателей

4.3 Проверка адекватности математических моделей трехфазных и двухфазных

ЭП в среде компьютерного ИМ

4.3.1 Проверка адекватности математических ИМ трехфазных ЭП

4.3.2 Проверка адекватности математических ИМ двухфазных ЭП

Выводы...........................*

ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ II ДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХФАЗНЫХ И ДВУХФАЗНЫХ АДКР С ПВ-АТ

5.1 Сравнительная оценка статических и динамических характеристик трехфазных АДКР с ПВ-АТ

5.1.1 Сравнительная оценка статических и динамических характеристик ЭП с ПВ-АТ для запуска и работы трехфазных АДКР при соединении обмоток статора по схеме «звезда»

5.1.2 Сравнительная оценка статических и динамических характеристик ЭП с ПВ-АТ для запуска и работы трехфазных АДКР при соединении обмоток статора по схеме «звезда с нулевой точкой»

5.1.3 Сравнительная оценка статических и динамических характеристик ПВ-АТ для запуска и работы трехфазных АДКР при соединении обмоток статора по схеме «разорванная звезда»

5.1.4 Сравнительная оценка статических и динамических характеристик ЭП с ПВ-АТ для запуска и работы трехфазных АДКР при соединении обмоток статора по схеме «треугольник»

5.1.5 Сравнительная оценка статических и динамических характеристик ЭП с ПВ-АТ для запуска и работы трехфазных АДКР с явно выраженным ЗПТ

5.2 Сравнительная оценка статических и динамических характеристик ЭП с ПВ-АТ для двухфазных АДКР

5.2.1 Сравнительная оценка статических и динамических характеристик ЭП с ПВ-АТ для запуска и работы двухфазных АД при раздельном питании обмоток статора......................................................................*

5.2.2 Сравнительная оценка статических и динамических характеристик ЭП с ПВ-АТ для запуска и работы двухфазных АДКР при соединении обмоток статора

с выводом нулевой точки

Выводы..............................................«

ГЛАВА 6 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АСПЕКТОВ МЕТОДОЛОГИИ

АНАЛИЗА И ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЭП СЛОЖНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ МАШИН ОБЪЕКТОВ АПК

6.1 Практическая апробация разработанных ПВ-АТ

6.2 Программное обеспечение для реализации методики исследования механических характеристик разработанных автоматизированных ЭП

6.2.1 Выбор языка программирования и среды разработки ПО

6.2.2 Описание программного обеспечения

6.2.3 Реализация элементов ПО

6.2.4 Тестирование ПО

6.3 Оценка социально-экономической эффективности применения разработанных ПВ-АТ

6.3.1 Расчет годового экономического эффекта

6.3.2 Расчет показателей энергоэффективности

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Результаты расчетов экономической эффективности применения

ПВ-АТ.,

Приложение Б. Акты внедрения результатов научных исследований и проведения испытаний

Приложение В. Декларация о соответствии ТР ТС. Протоколы испытаний № 04932-МС-2021

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методология анализа и повышения энергоэффективности электроприводов сложных систем электрифицированных машин объектов АПК»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В сентябре 2015 года, в ходе встречи на высшем уровне по вопросам устойчивого развития, 193 государства-члены Организации Объединенных Наций (ООН) официально утвердили программу, которая рассчитана до 2030 года и включает в себя семнадцать целей и 169 задач, направленных на устойчивое развитие. В рамках этой инициативы, Европейская экономическая комиссия ООН представила проект под названием "Пути перехода к устойчивой энергетике". В данном проекте подчеркивается, что решение проблемы повышения энергоэффективности играет одну из центральных ролей на пути к достижению устойчивой энергетической системы. Ключевым аспектом энергосистемы будущего должна стать ее эффективность, которая будет залогом успешного выполнения поставленных целей программы [202].

Проблеме повышения энергетической эффективности в России также уделяется особое внимание. Так, в соответствии с Энергетической стратегией Российской Федерации на период до 2035 г., одним из приоритетов государственной энергетической политики является энергоэффективность. Уровни энергоемкости производства важнейших отечественных продуктов выше (хуже) среднемировых в 1,2-2 раза, а по отношению к лучшим мировым практикам в 1,5-4 раза [268]. Согласно докладу Министерства экономического развития Российской Федерации «О состоянии энергосбережения и повышения энергетической эффективности в РФ», доля затрат на топливно-энергетические ресурсы в сельскохозяйственном производстве достаточно высока. В себестоимости молока, свинины и яиц она составляет порядка 15-25 %, а при учете энергозатрат на производство кормов достигает 30-35 %. К числу причин низкой энергоэффективности отрасли на сегодняшний день можно отнести незавершенность электромеханизации и автоматизации производства [44].

По данным Россельхознадзора, в настоящее время Россия занимает одно из ведущих мест в мире по производству сельскохозяйственной продукции. Основными категориями экспорта являются зерновые культуры, такие как

пшеница, овес, рожь, подсолнечник и т.д. Ежегодный объем экспорта зерновых и зернобобовых достигает 40 и более млн. тонн. Для того, чтобы сохранять ведущие позиции на мировом рынке, отечественным предприятиям необходимо следовать современным тенденциям совершенствования процесса производства сельскохозяйственной продукции. Одним из путей развития сельскохозяйственного производства является внедрение новейших средств автоматизации и замена ручного труда машинным.

По данным Федеральной службы государственной статистики, на момент проведения всероссийской сельскохозяйственной переписи 2016 г., в крестьянских (фермерских) хозяйствах насчитывалось 190 тыс. тракторов, 67 тыс. грузовых автомобилей, 91 тыс. плугов, 107 тыс. сеялок, 3 тыс. картофелесажалок, 47 тыс. косилок, 62 тыс. комбайнов, 5 тыс. доильных установок, 166 тыс. борон всех видов, 600 раздатчиков кормов, 4 тыс. машин для послеуборочной обработки зерна и т.д.

# Тракторы

# Автомобили Плуги

Ф Сеялки

О Картофелесажалки

# Разбрасыватеги органических удобрении > Машины для защиты растений

# Машины для внесения минеральных удобрений

# Косилки

# Пресс-подборщики

# Комбайны зерноуборочные % Погрузчики сельскохозяйственные ф Бороны всех видов, кроме дисковых •.» Бороны дисковые

# Машины для послеуборочной обработки з

# Установки доильные ОШег

Рисунок 1 Наличие сельскохозяйственной техники, машин и оборудования в сельскохозяйственных комплексах и крестьянских (фермерских) хозяйствах

Разнообразие сельскохозяйственных машин и механизмов определяет широкий спектр типов приводов, которые должны отвечать предъявляемым к рабочим машинам требованиям [143].

В настоящее время, на смену механизации, пришла тенденция к автоматизации сельскохозяйственного производства. Автоматизация подразумевает частичное или полное исключение человека из технологического процесса, применение цифровых технологий, элементов точного земледелия [145]. На первый план во всех сферах сельского хозяйства выходят интеллектуальные системы управления, основой которых являются микропроцессорные устройства [231]. В такой ситуации, обособленные механизированные установки становятся частью большой системы производства с централизованным управлением. В связи с этим, к сельскохозяйственным машинам предъявляется ряд требований:

1. Возможность осуществления дистанционного управления;

2. Широкий диапазон изменения параметров, позволяющий подстроиться под изменяющийся технологический процесс.

Другой важной тенденцией развития сельского хозяйства является переход на экологически чистые источники энергии, такие как солнечная энергетика, ветрогенерация, гидроэнергетика и др. Данная тенденция оказывает влияние на выбор привода механизмов и в большинстве современных сельскохозяйственных машин применяется электропривод (ЭП) [50].

В различных отраслях сельского хозяйства наиболее часто используется асинхронный тип двигателей с короткозамкнутым ротором (АДКР), благодаря простоте и технологичности конструкции, высоким энергетическим показателям и эксплуатационной надежности. Так же это обусловлено спецификой работы ЭП в сельском хозяйстве: электрические двигатели работают при неблагоприятных условиях окружающей среды, причем наиболее тяжелые условия создаются непосредственно в животноводческих помещениях. Здесь на электрооборудование одновременно воздействуют два сильнодействующих фактора: высокая влажность и химически активные вещества, содержащиеся в выделениях животных [143].

Кроме того, электроснабжение в сельской местности имеет свои особенности по сравнению с электроснабжением промышленности и городов. Главная из них -необходимость подводить электроэнергию к огромному числу сравнительно маломощных объектов, рассредоточенных на большой территории [25].

Экономически целесообразным решением, в этом случае, является использование однофазных линий электропередач

В сельскохозяйственных машинах широкое распространение получил как регулируемый, так и не регулируемый электропривод переменного тока [242]. Для управления асинхронными двигателями (АД) сельскохозяйственных машин малой и средней мощности при однофазном и трехфазном питании, в случае необходимости обеспечения регулирования угловой скорости, используются преобразователи частоты [200], Использование преобразователя частоты в регулируемом электроприводе создает свои преимущества за счет автоматического изменения параметров системы в зависимости от условий работы механизма. При этом наибольший эффект достигается, когда условия работы часто меняются и пределы изменений достаточно широки [198]. Однако при решении задач автоматизации в сельском хозяйстве применение известных схем преобразователей является иррациональным из-за их высокой стоимости. Кроме того, для некоторых трехфазных и двухфазных электроприводов сельскохозяйственных машин не требуется регулирование угловой скорости в широком диапазоне, но требуется обеспечить запуск и работу от однофазной сети.

Проведенные исследования показали, что применение известных методов запуска и работы трехфазных и двухфазных АДКР от однофазной сети нецелесообразно по целому ряду их недостатков [242, 246]. В этом случае, альтернативой существующим частотным преобразователям с явно выраженным звеном постоянного тока (ЗПТ) и методам запуска трехфазных и двухфазных АД от однофазной сети, могут стать преобразователи векторно-алгоритмического типа (ПВ-АТ), которые были разработаны на кафедре электротехники и автоматизированного электропривода Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова [155-191]. Данные преобразователи позволяют осуществить управление трехфазными и двухфазными АДКР при питании от однофазной сети.

При осуществлении и рассмотрении вопроса о применении и внедрении в сельскохозяйственное производство альтернативных, известным методам запуска

и работы трехфазных и двухфазных АД от однофазной сети, а также существующим частотным преобразователям с ЗПТ, транзисторных преобразователей частоты и полупроводниковых коммутаторов векторно-алгоритмического типа, отдельная сельскохозяйственная машина рассматривается как сложная система, что позволяет обеспечить более полный и системный подход к повышению ее энергоэффективности.

На основании вышеизложенного, тема исследования направлена на решение современных вызовов и проблем, затрагивает насущные вопросы, соответствующие мировым и отечественным тенденциям, имеет практическое применение, несет ценность для научного сообщества и является в полной мере актуальной.

Степень разработанности темы исследования.

Вопросам применения электротехнологий в сельском хозяйстве и автоматизации производства посвятили свои работы ученые: В.А. Дайнеко, П. А. Андреев, А И. Драгилев, В. А. Воробьев, В. П. Капустин, А. П. Тарасенко, В. М. Халанский, В. Г. Бастанов, С. П. Гельфенбейн, В. В. Кирсанов, И. П. Добролюбов, Л. С. Герасимович и других ученых.

Разработкам методологии и основ сложных систем посвящены работы следующих ученых: Н. Луман, С. Бир, Р. Калман, Г. Хаген, О. Ланге, Р. Акофф, Т. Парсонс, У. Эшби, Р. Мертон, М. Месарович, Р. Акофф, А. Рапопорт, а также советские и российские А. Колмогоров, В. Цветков, А. Тахтаджян, А. Уемов, В. Спицнадель, И. Пригожин, В. Карташов, А. и П. Кузьмины. Э. Юдин, В. Глушков, И. Новик, В. Афанасьев, Ю. Марков, М. Сетров, В. Тюхтин, Л. Петрушенко, В. Садовский, И Бдауберг, Г. Щедровицкий, А. Ляпунов, Е. Седов, Ю. Урманцев, Г. Мельников.

Вопросами электроснабжения сельского хозяйства занимались известные учёные: И. А. Булзко. М. С. Левин, Т. Б. Лешинская, В. И. Сукманов, Ю. П. Ильин, Н.М. Зуль, И. В. Наумов, Е. Ф. Щербаков и многие другие ученые

Разработке основ электропривода посвящены работы Г. И. Назарова, С. А. Ковчина, Ю. А. Сабинина, В. И. Ключева, М. Г. Чиликина, А. С. Сандлера, Н. Ф.

Ильинского, В. Ф. Козаченко, Г. Б. Онищенко, M. М. Соколова, В. М. Терехова, А. В. Шинянского, В. А. Шубенко, В П. Андреева, А. А. Сиротина,JI. Б. Масандилова, Б.А. Ивоботенко, В.П. Бычкова и других ученых.

Изучением ЭП сельскохозяйственных маши?! занимались ученые: А. П. Епифанов, А. П. Фоменков, А. Г. Гущинский, JL М. Малайчук, В. А. Воробьев, Г. И. Назаров и другие ученые.

Проблемам разработки систем управления ЭП переменного тока посвящены работы ученых: И. Я. Браславского, В. В. Москаленко, В. М. Терехова, А. Я. Бернштейна, Ю М. Гусяцкого, I. Takahashi, T. Nogushi, А. В Кудрявцева, Р. С. Сарбагова, Р. Т. Шрейнера, Ю. С. Усынина, А. С. Сандлера, А. С. Анучина, О.И. Осипова, А. В. Башарииа, В. А. Новикова, А. Я. Козярука, Г. Г. Соколовского, Р. Vas и других.

Исследованию алгоритмов и методов управления ЭП переменного тока посвящены работы В. А. Мищенко, В. В Панкратова, Zdenek Cerovsky, W. Die Floter, M. Ю. Бородина, А. С. Сарварова, А. Б. Виноградова, H.J1. Архангельского, А. А. Булгакова, L .Huber, P. Schroder и других известных ученых.

Вопросами разработки силовых полупроводниковых преобразователей для ЭП переменного тока занимались С. Г. Герман-Галкин, В. Д. Лебедев, Б. А. Марков, Н. И. Чичерин, В. Н. Поляков, 3. Ш. Ишматов и ряд других

Вышеуказанные ученые внесли огромный вклад в теорию и практику сложных систем, современных автоматизированных ЭП переменного тока, систем автоматического управления и их применения в условиях сельскохозяйственного производства. Однако, вопросы функционирования ЭП сельскохозяйственных электрифицированных машин малой и средней мощности с использованием трехфазного и двухфазного двигателя при питании от однофазной сети переменного тока изучены недостаточно полно. В частности, требуют дальнейшего изучения вопросы разработки и исследования ПВ-АТ, а также устройств для запуска и работы трехфазных и двухфазных АД сельскохозяйственных электрифицированных машин от однофазной сети переменного тока, их механических и энергетических характеристик.

Научная гипотеза состоит в предположении, что возможно обеспечение энергоэффективного функционирования сложных систем сельскохозяйственных электрифицированных машин с трехфазным или двухфазным электроприводами при питании от однофазной сети переменного тока.

Таким образом, целью исследований является разработка и исследование ПВ-АТ, а также устройств для запуска и работы трехфазных и двухфазных АДКР сложных систем сельскохозяйственных электрифицированных машин от однофазной сети переменного тока.

Объект исследования. Процессы функционирования ПВ-АТ в электроприводе сельскохозяйственных электрифицированных машин с трехфазными и двухфазными АДКР.

Предмет исследований. Трехфазный и двухфазный электропривод сложных систем сельскохозяйственных электрифицированных машин с ПВ-АТ.

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи. предложить наиболее энергоэффективный метод управления трехфазными и двухфазными АДКР сельскохозяйственных электрифицированных машин, при их питании от однофазной сети переменного тока;

- разработать силовые электрические схемы ПВ-АТ для трехфазного и двухфазного АДКР, питание которых осуществляется от однофазной сети, с требуемыми технико-эксплуатационными характеристиками;

разработать математическую модель асинхронного ЭП сложных систем электрифицированных машин объектов АПК в среде имитационного моделирования (ИМ);

разработать методику построения статических и динамических характеристик трехфазного и двухфазного АД, питание которых осуществляется от однофазной сети переменного тока, посредством разработанных ПВ-АТ, а также разработать программное обеспечение (ПО) для автоматизации расчетов;

- выполнить практическую апробацию предлагаемых решений, оценить экономическую эффективность применения ПВ-АТ и рассчитать показатели энергоэффективности предлагаемого метода управления трехфазными и

двухфазными АДКР сложных систем сельскохозяйственных электрифицированных машин.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

предложена методология анализа ЭП сложных систем электрифицированных машин объектов аграрно-промышленного комплекса (АПК), позволившая выявить пути повышения энергоэффективности;

- разработаны решения, относящиеся к ЭП, включающие разработку энергоэффективного метода управления трехфазными и двухфазными АДКР сложных систем сельскохозяйственных электрифицированных машин, позволяющего обеспечить регулирование угловой скорости и повышение энергетических показателей трехфазного и двухфазного асинхронных электродвигателей при питании от однофазной сети.

- предложены новые схемы силовых частей ПВ-АТ, позволяющие осуществить запуск, работу и регулирование скорости трехфазного и двухфазного АДКР, при питании от однофазной сети переменного тока;

реализована оригинальная математическая модель асинхронного ЭП сложных систем электрифицированных машин объектов АПК в среде ИМ, позволяющая изучать и исследовать различные режимы работы трехфазных и двухфазных АДКР при векторно-алгоритмическом управлении (В-АУ):

- предложена методика построения статических и динамических характеристик трехфазного и двухфазного АД, учитывающая особенности работы от однофазной сети, обеспечивающая получение требуемых параметров ЭП с ПВ-АТ;

- разработаны теоретические основы ПВ-АТ, реализующих разработанный метод В-АУ асинхронными электродвигателями, для электроприводов сложных систем электрифицированных машин объектов АПК, обеспечивающие возможность запуска от однофазной сети. а также повышения энергоэффективности.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что в ней:

1. Обеспечивается применение методологии системного подхода к повышению эффективности ЭП сложных систем электрифицированных машин объектов АЛ К.

2. Сформулирован метод В-АУ трехфазными и двухфазными АДКР сельскохозяйственных электрифицированных машин, при их питании от однофазной сети переменного тока.

3. Разработаны преобразователи и коммутаторы векторно-алгоритмического типа для ЭП сложных систем электрифицированных машин объектов АПК с использованием трехфазного и двухфазного АД, запуск и работа которых осуществляется от однофазной сети, при соединении обмоток статора по схемам «треугольник», «звезда», «звезда с выводом нулевой точки» и «разорванная звезда».

4. Использована оригинальная математическая ИМ, позволяющая исследовать статические и динамические характеристик трехфазных и двухфазных электроприводов сложных систем электрифицированных машин объектов АПК.

5. Получены статические и динамические характеристики трехфазного и двухфазного АД с различными ПВ-АТ, которые свидетельствуют о целесообразности их использования в ЭП различных сельскохозяйственных электрифицированных машин объектов АПК.

6. Разработаны ПО для управления пуском, работой, регулировкой скорости и для построения механических характеристик электродвигателя при В-АУ (свидетельства о Государственной регистрации программ для ЭВМ № 2014615239, 2014615240, 2014619743).

7. Приведено экономическое обоснование, с расчетом показателей энергоэффективности, использования разработанных трехфазных и двухфазных электроприводов с ПВ-АТ.

8. Даны научно-методические и практические рекомендации по применению разработанных ПВ-АТ типа в ЭП сложных систем сельскохозяйственных электрифицированных машин.

9. Результаты работы могут быть использованы: в учебном процессе при подготовке инженеров, бакалавров и магистров технических направления; при проектировании систем электроснабжения объектов АПК, использующих трехфазные и двухфазные ЭП; предприятиями, частными и фермерскими хозяйствами, коммунальными и производственными предприятиями для обеспечения эффективной работы используемых трехфазных и двухфазных АДКР.

Методология и методы исследований. В основу методологии положено применение основных положений теоретических основ электротехники, теории сложных систем, электроники, численных методов математического анализа, математическое моделирования, разделы аналитической геометрии и высшей математики.

Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась на персональной ЭВМ с использованием программ SiminTech, MatLab (Simulink), MathCAD, языков программирования С++ и Java, современных контрольно-измерительных приборов.

Степень достоверности и апробация результатов работы Достоверность результатов работы обеспечивалась применением современных методов сбора и обработки информации, программных средств и сертифицированного контрольно-измерительного оборудования.

Достоверность подтверждена сходимостью результатов теоретических и экспериментапьных исследований характеристик ЭП, полученных в результате моделирования с использованием средств компьютерного имитационного проектирования и на опытных образцах ПВ-АТ, а также соответствием полученных результатов с данными, представленными в независимых источниках.

Основные результаты работы были представлены и обсуждались на I Форуме молодых ученых Шанхайской организации сотрудничества (ШОС) (Хайдарабат (Индия), 2020); V Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития электроэнергетики и электротехники» (Казань, 2023); Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (Барнаул, 2019-2024); XVII Международной

научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение в машиностроении, энергетике и на транспорте» (Вологда, 2021, 2023); Международной научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока» (Екатеринбург, 2012, 2015, 2018, 2021); VII Международной конференции технических и физических проблем электроэнергетики (Лефкоза, Республика Кипр, 2011): VIII Международной конференции технических и физических проблем электроэнергетики (Фредрикстад. Норвегия, 2012); Международной научно-практической конференции «Энергетика и энергосбережение: теория и практика» (Кемерово, 2023 2024); Международной научно-практической конференции «Эиерго- и ресурсосбережение - XXI век» (Орел, 2017, 2020, 2022); XVIII Международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (Барнаул, 2017); Международной научно-технической конференции «Научно-техническое обеспечение АПК Сибири» (Краснообск, 2021); Международной научно-техническая конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Новосибирск, 2018, 2021).

Выполненные исследования соответствуют:

- концепции развития аграрной науки и научного обеспечения АПК России до 2025 года (МСХ РФ, приказ от 25 июня 2007 года №342);

- стратегии устойчивого развития сельских территорий Российской Федерации на период до 2030 года (МСХ РФ, распоряжение от 2 февраля 2015 года №151-р);

- государственной программе Российской Федерации "Развитие энергетики" (Постановление Правительства РФ от 15 апреля 2014 г. N 321);

- федеральной программе «Устойчивое развитие сельских территорий на 2014 2017 годы и на период до 2020 года»;

государственной программе .Алтайского края «Развитие сельского хозяйства Алтайского края» на 2013 2020 годы, подпрограмме «Техническая и технологическая модернизация, инновационное развитие агропромышленного

комплекса» (в редакции постановления Администрации края от 5 октября 2012 г., №523);

- тематическому плану НИОКР «Разработка и исследование опытного образца полупроводникового устройства запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети переменного тока» (Проект № 57524, заявка С1 -66622), выполненному по программе «СТАРТ» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Научные положения, результаты исследований, выводы и рекомендации диссертации:

использованы при разработке практических и методических рекомендаций, принятых Министерством сельского хозяйства Алтайского края;

включены в образовательные стандарты учебных дисциплин «Электрический привод», «Системы автоматического управления бытовыми приборами», «Системы автоматического управления подъемно-транспортного оборудования» и «Системы автоматического управления электроприводом общепромышленных механизмов», «Синтез систем автоматического управления электроприводами» по направлениям подготовки 13.03.02 и 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» в ФГБОУ ВО "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова";

- применяются в агропромышленном комплексе (АО "Птицефабрика "Молодежная", ООО «ВелКен», КФХ «Ривьера»), энергетических объектах филиала ПАО «Россети Сибирь»-«Алтайэнерго», ООО СК «Электромонтаж-Алтай», коммунальных предприятиях МУП г. Новоалтайска «Новоалтайские тепловые сети», ООО «Новоалтайскводоканап», производственном процессе ООО «Топ Смарт», учитываются при проектировании систем электроснабжения объектов АПК (акт ООО "Союзэнергопроект"), о чем свидетельствуют акты о внедрении.

На разработанное полупроводниковое устройство запуска асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети переменного тока, модель: УЗ-ЗД. v. 1.0-12 получена декларация о соответствии требованиям технического

регламента Евразийский экономический союз (ТР ТС 004/2011, 020/2011, протокола испытаний № 04932-МС-2021 от 16.12.2021 года).

Личный вклад автора. Результаты исследований, представленные в диссертации, получены лично автором и при непосредственном его участии. Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве, заключается в непосредственном руководстве, в обсуждении и постановке задач на этапах научных исследований, в получении, анализе, оформлении и внедрении полученных результатов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Применение методологии системного подхода к повышению эффективности ЭП сложных систем электрифицированных машин объектов АПК.

2. Концепция применения ПВ-АТ с трехфазными и двухфазными АДКР в ЭП сложных систем сельскохозяйственных электрифицированных машин, при питании от однофазной сети, учитывающая особенности их работы.

3. Новые схемные решения силовых частей ПВ-АТ для двухфазных и трехфазных (для соединения обмоток статора по схемам «треугольник», «звезда», «звезда с выводом нулевой точки» и «разорванная звезда») АДКР, питание которых осуществляется от однофазной сети переменного тока.

4. Энергоэффективный метод управления трехфазными и двухфазными АДКР сложных систем сельскохозяйственных электрифицированных машин, при их питании от однофазной сети переменного тока.

5. Применение математической модели асинхронного ЭП сложных систем электрифицированных машин объектов АПК в среде ИМ для исследования статических и динамических характеристик грехфазных и двухфазных АДКР при В-АУ.

6. Методика построения статических и динамических характеристик трехфазного и двухфазного электропривода с ПВ-АТ, при питании от однофазной сети переменного тока.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Научные результаты диссертации соответствуют специальности 4.3.2 Элекгротехнологии, электрооборудование и энергоснабжение

агропромышленного комплекса, в области исследования: «Имитационное моделирование, информационные и автоматизированные системы контроля и управления электрооборудованием и технологическими процессами АПК, включая электрифицированные бытовые процессы. Электрооборудование, системы электроснабжения, автоматизированный электропривод, автоматизированный контроль и управление для мобильных установок, беспилотных аппаратов, технологических машин и поточных линий в АПК. Прогноз потребности, развития и состояния энергоресурсов и их потребителей в АПК, мероприятия по их рациональному использованию. Анализ эволюции технических средств и электротехнологий в энергообеспечении АПК. Технико-экономические основы стандартизации по энергообеспечению объектов АПК и социальной сферы на селе».

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Еремочкин Сергей Юрьевич, 2025 год

Источник на

пряже

Вольт

Амперметр идеальный ння

ф

мперметр идеальный

четр идеальным

©НМ

им

Временной график

1М

ЗО Г-

Временной ррафик|

Двигатель асинхронный однофазный

Ж-

1А

I * \/

ил

Вольтметр идеальный Временной график

Временной график

Рисунок 4.21 - Модуль для измерения токов и напряжений

Измерение тока производится при помощи блока «Амперметр идеальный» из

библиотеки блоков «ЭЦ - Динамика». Измерение напряжения производится при

помощи блока «Вольтметр идеальный» из библиотеки «ЭЦ - Динамика». Сигналы

с выходов вольтметров и амперметров поступают на вход блока «Временной

график» из библиотеки «Вывод данных», который предоставляет возможность

графического отображения результатов измерений в зависимости от времени [75].

На рисунке 4.22 представлен модуль для вычисления активной, реактивной и

полной мощностей, потребляемых двухфазным электродвигателем [74]. Вычисление_мощности_(Р_(3_гт$)

ид

гтв

им

1М

Ж

1А

р.<г

ГП15

V у

Сумматор-* ха

Степеннан_функция

| Сумматор

И

Сум м атор Коре 1! ь_квадарт! I ы и Степенная_функция

Вычисление_мо1цности_(Р_0_г1пяЗ

Рисунок 4.22 - Модуль вычисления активной, реактивной и полной мощностей

Расчет полной ($) мощности производится по следующей формуле:

5 = ^рг + О*. (4.1)

На рисунке 4.23 представлена модель для вычисления угловой скорости (со) и крутящего момента (А4) на валу электродвигателя [74, 75, 78].

Рисунок 4.23 - Модель для вычисления угловой скорости и момента

Расчет угловой скорости и момента производится блоком АД, затем сигнал с выходного порта раскладывается на составляющие блоком «Демульгиплексор» из библиотеки векторных сигналов [74, 75, 781.

На рисунке 4.24 приведен модуль вычисления активной мощности (Л?) на валу электродвигателя [74, 75. 78).

Рисунок 4.24 - Модуль вычисления активной мощности на валу

Расчет активной мощности на валу производится по следующей формуле:

Р2 = со • М, (4.2)

На рисунке 4.25 приведен модуль для вычисления КПД исследуемого ЭП [74, 75,78].

Рисунок 4.25 - Модуль вычисления коэффициента полезного действия

Определение коэффициента полезного действия (;/) основывается на следующем соотношении (3.145):

Рг

Г] =

Рх

При помощи блока «Делитель» из библиотеки «Операторы» находится отношение вычисленного значения активной мощности на валу к активной мощности (Pf), потребляемой двигателем из сети [74, 75, 78]. Построение модулей для определения мощностей было описано ранее.

На рисунке 4.26 представлен модуль для определения coscp исследуемого ЭП [74, 75,78].

Вычислен Hc.MouiHocTM_(F_Q_rrns)

P.Q

Ш

Ж

ÜA

IA

P.Q

Сумматор

4я-1

Степенна|_функцня

-j- у ►) cos phi Делитель

ürö

_| Сумматор Степснная.функция

4i

Сумматор Корень.квадартный

Вычнсление_мощности_(Р_0_гтз)

Рисунок 4.26 - Модуль для определения коэффициента мощности

Определение сояср путем вычисления разности фаз напряжения и тока, в случае использования ПВ-АТ в ЭП, невозможно из-за несинусоидальности питающего напряжения. Поэтому вычисление соБср основывается на по следующей формуле:

СОБСр =

(4.3)

При помощи блока «Делитель» из библиотеки «Операторы», находится отношение вычисленного значения активной мощности (Р/)? потребляемой двигателем из сети, к полной (5) мощности.

На рисунке 4.27 приведено содержимое субмодели дня определения характеристик двухфазного ЭП [74, 75, 78].

Р_01К

у/

:*

Демультиплексор Перемножитель

р2

Вычисление мощности (Р, О гпю)

Р,<1

им

1М —^

ГШ 5

ид

1А

Ц^ОН

-Ыппз -

Суммато

> кпд

Делитель

♦ГрТ

Степенная функция

12

Сумматор

сое рЫ

Делитель

Степенная функция

<орень квадартный

Сумматор

Вычисление мощности (Р, (} гтя)

Рисунок 4.27 - Содержимое субмодели для определения характеристик

двухфазного ЭП

4.2 Проектирование моделей, разработанных ПВ-АТ для АДКР, в среде

компьютерного ИМ

На следующем этапе, выполнено построение компьютерных ИМ разработанных ПВ-АТ типа для двухфазных и трехфазных электродвигателей.

Разработанные ИМ ЭП состоят из различных модулей, выделяемых на основе выполняемых ими функций. Часть модулей являются общими для всех ИМ. В частности, модуль задания нагрузки на электродвигатель, модуль для измерения токов и напряжений в обмотках статора, модуль вычисления электромеханических характеристик ЭП.

4.2.1 Проектирование моделей преобразователей для трехфазных двигателей

На основе принципиальной электрической схемы однофазно-трехфазного широкополосного транзисторного преобразователя частоты, ведомого однофазной сетью (рисунок 2.16 а) и алгоритма работы транзисторов была создана ИМ устройства, которая представлена на рисунке 4.28.

ib EhJI

Jf тЩ т

VT1

щ ш

oí У * М

р rio

2 "u 3 ™ 3

•0

0-

cfce

сЬ<

Г'.'1 '

Рисунок 4.28 - Схема модели разработанного широкополосного трехфазного

преобразователя в среде Ма1ЬаЬ

На рисунке 4.28, блоки G J - G4, G9 - G12 являются генераторами прямоугольных импульсов. Настройка генераторов произведена в соответствии с алгоритмом. Блок Controlled Voltage Source является контролируемым источником напряжения, на его вход подается синусоидальный сигнал с блока Sine Wave. С блока Controlled Voltage Source, напряжение подается на блоки VT1 -VT12. Данные блоки являются моделями идеальных ключей и эмитируют работу транзисторов. Выходы блоков соединены с клеммами Cl - С6 в соответствии со схемой. Блоки Outl - подсистемы, состоящие из нескольких генераторов импульсов (рисунок 4.29), предназначены для управления идеальными ключами.

ж

G13

ж -► OR

MjD

G14 Logics Out1

G16

Рисунок 4.29 - Схема подсистемы блока Out

Далее представлены ИМ асинхронных ЭП с трехфазным АДКР и ПВ-АТ, такими как полупроводниковое устройство запуска, однофазный частотный регулятор скорости, регулируемый транзисторный редуктор широкого диапазона, однофазно-трёхфазный транзисторный преобразователь частоты. Для других схем Г1В-АТ, представленных во второй главе, построение ИМ в среде MATLAB SIMULINK выполняется аналогичным образом.

На основании принципиальной электрической схемы полупроводникового устройства запуска (рисунок 2.22а), выполнено построение ИМ асинхронного ЭП с данным устройством. На рисунке 4.30 представлена ИМ асинхронного ЭП с трехфазным АДКР и полупроводниковым устройством запуска, созданная в среде «Simulink».

II—i

-залгпч»« ei

Ш—

l.U»"'!« HI

КЗ—1=3

Вращающий woMsn

Мсагл В|>л«91в1Ц1«й

ш

апагтерисшна Mcj'i Анивиап мощное it> «а валу средняп

г! i- I_I

j_I > « »irrean r»opoc n

Меш<| Vmceaüc«p«tb

статора

0-, а шарик

MeA'i2 <OW»HlllfMT

голяиого

□

пей(твм» .{«»МНИ

«ОфОКЛЕЦ-

мошикти

-Q-H

Mean' Кэффицми» мощно: ?м средний

Рисунок 4.30 - ИМ асинхронного электропривода с полупроводниковым устройством запуска в среде «Simulink»

В ИМ модели п-р-п биполярных транзисторов и их управление представлены упрощённо, а их работа моделируется с использованием управляемых источников переменного напряжения «Controller Voltage Source», доступных в стандартной библиотеке «Power Electronics», которая входит в состав библиотеки для моделирования электрических устройств и энергетических систем «SimPowcrSystems» [283].

Переключатели «В» и «С» дают возможность изменять алгоритм управления источником напряжения и, таким образом, изменять направление вращения двигателя.

Управляющие импульсы, поступающие на источники напряжения в модели, подаются через генераторы «Pulse Generator» и синусоидальных сигналов «Sine Wave, которые позволяют настроить выдачу команд управления с требуемой частотой и амплитудой.

Настройка генераторов произведена в соответствии с алгоритмом. На рисунке 4.31 показаны настройки амплитуды, периода, длительности относительно периода, задержки начала следования.

9 Soi.re* Hint* l'A^mrÍP".- Cl fulàu lyp» d«Kerrntr«ib Ihtt cQiuputdttundl U«<*inii|u« usa il.

Tfirm-ЬлыМ игнч1.1.->1«1и1»о for us* «.Л ri variable яьр v-Ы-

Sampic-ftescd is rewnmcn^ed for use witti a яер solver o» wiw o dlscrvU portion of л mode- using о variable step selver

rarsmewrs

ил» type 11 ime based Tlnie ft): Use simulation ti-fc Amplitud«: 1

l'eriod (яеаз):

0.01 г

M» vi <A)nûh (4». of pennrj).

r+inw delay (secs; 0.02/6

? mierprot vector parsmoUrfR «í t-C-

• I *i' »

2* i £ance4

Рисунок 4.31 - Параметры настройки генератора прямоугольных импульсов

На основании принципиальной электрической схемы однофазного частотного регулятора скорости (рисунок 2.25а) выполнено построение ИМ асинхронного ЭП с данным устройством. На рисунке 4.32 представлена ИМ асинхронного электропривода с трехфазным АДКР и однофазным частотным регулятором скорости, созданная в среде «ЗтшПпк».

CONfigo ЗвдапМ А |

в- -^^Ь

Р И1 AiUkkl' c'0diclb

'iiUiT Hl AiM>K

Ш

. АЛ1-ЛМ Aiv»>V5

ib— ЗйДсГП.1» А

в

Задами» в -]

IPd—""Н

Ш«0«я Bienjl --

Ш-Ij-, Г А^,

задами* ь* -2

Н-1 РгоАлв:

"ТГЧ-i

задами» аг -И ' I

|fVj Proöud'

Bisnia

ииитч1чСЗ Г*1- '

зслдг+л вгмна

И-Ц-,

IQ-—P-odut» з>арчшвгм\7

Ica-

Ыела-Il. и*. агвгтти-ттд

Чвап дниви-лаиощиггт» -

на «япу цщумп -

углсюя [годач "'W*» сюрсгтъ

аФИ»

■ татр»

О

■Сюффицмн-.lertrrcua

МеагГ йслффшм-чт (сипэнаг

(Созфямигент илииогтп

AlEeil1 К0Фв»«ИИ«Г

ИОД1СГ1И

(Р9ДЧНИ

Рисунок 4.32 — ИМ асинхронного ЭП с однофазным частотным регулятором

скорости в среде «81тиНпк»

В представленной ИМ система управления выполнена аналогичным способом, как и в предыдущей. Переключатели «В/Н1» и «В/Н2» позволяют менять алгоритм управления источника напряжения, тем самым изменяя направление вращение двигателя.

На основании принципиальной электрической схемы регулируемого транзисторного редуктора широкого диапазона, выполнено построение ИМ асинхронного ЭП с данным устройством. На рисунке 4.33 представлена ИМ асинхронного ЭП с трехфазным АДКР и регулируемым транзисторным редуктором широкого диапазона, созданная в среде «Simulink».

Рисунок 4.33 — ИМ асинхронного ЭП с регулируемым транзисторным редуктором широкого диапазона в среде «БпттНпк»

В данной ИМ «р-п-р» биполярные транзисторы и их управление представлены упрощённо, а их работа моделируется с использованием идеальных ключей «Ideal Switch», источника постоянного напряжения «DC Voltage Source», доступных в стандартной библиотеке «Power Electronics», которая входит в состав библиотеки для моделирования электрических устройств и энергетических систем «SimPowerSystems» [283].

Подача управляющий сигналов на идеальные ключи в модели осуществляется с помощью генераторов импульсов «Pulse Generator» и произведена в соответствии с алгоритмом работы устройства. Переключатели «B/Hl», «В/Н2», «В/НЗ», «В/Ы4» позволяют менять алгоритм управления источника напряжения, тем самым изменяя направление вращение двигателя.

На основании принципиальной электрической схемы однофазно-трёхфазного гранзисторного преобразователя частоты (рисунок 2.18), выполнено построение ИМ асинхронного ЭП с данным устройством. На рисунке 4.34 представлена ИМ асинхронного ЭП с трехфазным АДКР и однофазно-трёхфазным транзисторным преобразователем частоты, реализованная в среде «Simulink».

m—»

is—

| Л<ми

и—

папы. II

В-1

эмз-чии Б№л

-О-

Produt»

m -\

jacarm» С

-bC-j

©J

Шл"чил С ieli'i

гь—. ai й

'-

"1 й

1L

1©

Л0»ффцц*еит ГОЛЙ*1ЯО

действий

-О—сиз

Mean! «ЮвФйииеит I .хпезио-с

I | I ДС»-Т»1»Я

1 :эса»«н»|

Meant Кзффмцивит

МиЩНШЛИ

Рисунок 4.34 —ИМ асинхронного ЭП с однофазно-трёхфазным транзисторным преобразователем частоты в среде «Simulink»

В данной ИМ, «n-канальные» полевые транзисторы с управляемым «р-п» переходом и их управляющая система представлены упрощённо с использованием управляемых источников переменного напряжения из библиотеки «Power Electronics» [283].

Подача управляющий сигналов на управляемые источники напряжения в модели произведена в соответствии с алгоритмом работы устройства. Переключатели «В1» и «В2» позволяют менять алгоритм управления источника напряжения, тем самым изменяя направление вращение двигателя.

4.2.2 Проектирование моделей преобразователей для двухфазных двигателей

Также созданы ИМ асинхронных ЭП с двухфазным АДКР и преобразователями и коммутаторами векторно-алгоритмического типа, такими как устройство бесконденсаторного запуска и полупроводниковое устройство бескондеисаторного запуска. Также представлены имитационные модели при конденсаторном запуске двухфазного асинхронного двигателя. Для других схем

преобразователей и коммутаторов, представленных во второй главе, построение ИМ в среде 81ш1пТесЬ выполняется аналогичным образом. Также разработана ИМ двухфазного асинхронного электропривода с пусковым конденсатором в одной из обмоток электродвигателя.

На рисунке 4.35 представлена ИМ асинхронного электропривода с пусковым конденсатором и асинхронным электродвигателем марки ДАК110-90-1.5, созданная в среде ЗшПпТесЬ.

Рисунок 4.35 - ИМ питания двухфазного АДКР с пусковым конденсатором

В данной ИМ питающее напряжение имитируется при помощи блока «Синусоида», выходной сигнал которого подается на входной порт блока «Источник напряжения». Параметры, заданные для блоков, указаны на рисунке 4.36. Синусоидальный сигнал с выходных портов «Источника напряжения» поступает на входные порты блока АД, которые имитируют выводы статорных обмогок двигателя. Первая обмотка подключена напрямую к источнику напряжения, в цепь второй обмотки последовательно включен блок «ЯЬС-цепь», в

параметрах которого задан вид цепи «С». Данный блок имитирует пусковой конденсатор [74, 75, 78, 80].

¡Св<у-с.-м: 0(>*|1Ч Порть. в«»та1м<м> авди

Название А»гшктуя4 «гтота

Имя

Фор*)-™

ГЭЮ)

131*1*]

№)

' Ч* Н А £1 у

Рисунок 4.36 Окно задания параметров блока «Синусоида»

На рисунке 4.37 приведено окно задания параметров блока «ЯЬС-цепь», имитирующего работу пускового конденсатора в ИМ. Для отключения пусковой конденсатор при достижении двигателем 75 % от своей номинальной скорости, последовательно с конденсатором используется однополюсный выключатель переменного тока. ИМ двухфазного асинхронного электропривода с пусковым и рабочим конденсаторами в одной из обмоток электродвигателя представлена на рисунке 4.38 [74, 75,78].

3 шин - у

СаоЛт-г П«к.м<лр* ООигс Пдрпи

Название Ичя Фм^уга Змэадние

- (1смо>><ме псрп»цгр*)

ЦШШ ГУР« С

ЁМКОСТЬ. Ф С

Дополнительна пвряибтэм

Мня иа о®»«

Поиэьелтъ ет« цепи Мие»«оема

Парожнр* ■ЫМО/РС**« • мрр|»| <М_0ОП1

- ИачоИаНк!« уСниик*

Начальное напряжение н>(ДО>£ ис_0 Ев]

: 14 А Ё У •

Рисунок 4.37 - Окно задания параметров блока «ШХ-цепь», имитирующего

работу пускового конденсатора

Синусоида

МЕНЬШЕ ПЛИ РАВНО

Выключатель

Ш-С-цепь

<5

Амперметр идеальный

КН. цепь

(I)

Источник напряжения

Ступекькл

Амперметр идеальный

Вольтметр идеальный

Вольтметр идеальный

Ю

1'Ш, В

•т. А

1а, В

к». А Р ОМ

[СО, ралс|

О

о

и 5

I 5

II

Линейный источник

Ключ управляемый перекидной

-ЙТ

Ступенька

Двигатель ¿синхронный 1-фйзныП

Рисунок 4.38 - ИП питания двухфазною АДКР с пусковым и рабочим

конденсаторами

В данной ИМ питающее напряжение имитируется при помощи блока «Симусоида», выходной сигнал которого подается на входной порт блока «Источник напряжения». Синусоидальный сигнал с выходных портов «Источника напряжения» подается на входные порты блока АД, которые имитируют выводы статорных обмоток двигателя. Первая обмотка подключена напрямую к источнику напряжения, в цепь второй обмотки последовательно включены блоки «ЯЬС-цепь», в параметрах которых задан вид цепи «С». Данные блоки имитируют пусковой и рабочий конденсатор [75, 78].

На рисунке 4.39 приведено окно задания параметров блоков «ШХ-цепь», имитирующий работу пускового (а) и рабочего (б) конденсаторов.

23 — 2ШЛЯ ¡ЗВИД □ У

Сос^с!=а Паоометрм ООтие Порты Виз»а/**ч*е спои С ее Ас* ас ¡Ъраг-епа* Оэдс Поитр В.«:,лл|.т« слои

ннмню IV (Р 1<ор«ул» НвЗОЫпС Ммч Формуя*

— ОС«1ЫКЫО»1<11М»*»Ьи СО1О0НЬЧ> (х1рв«М' IX»'

- од дети Туре С ВН11МП4 гур« С

СмКйСТа, С С [6.3Е 6] ЕнСОСТс, ф С рЛтб}

ЛСОЛН.Т« "ЯрГМ'ТПН ЛОЛОПЧИТСПЬНН* параметры

Имянаооже 5Е_П91Г№ Пня НЛ ГЖ»Ч€< Ес.'вте

'ЪКОЗЬ'ЗАТЪ В'Д цепи ПвММйМт. сил иопи &|Ц1ШООМ1>

паре потри сисод.нио о порти ош_ропс Пересе три аивОД|«'(ио о порти бУ1_рогв

- Чаааяыые условия Нацаяьиие уи*»»я

ИйЧОЛьчОе нО||ряЛ«*о^ и»ие... ис^о Ю] Мачзлено* напряжение <оп&е... от

' Ч* М А Ь£ ё! .

а) б)

Рисунок 4.39 - Окно задания параметров блоков «ЯЬС-цепь», имитирующих работу пускового (а) и рабочего (б) конденсаторов

На рисунке 4.40 представлена ИМ асинхронного ЭП с устройством бесконденсаторного запуска, созданная в среде 81ш1пТесЬ. В данной ИМ питающее напряжение имитируется отдельно для каждой обмотки статора. Для первой обмотки при помощи блоков «Синусоида» и «Источник напряжения» создается синусоидальный сигнал с частотой 50 Гц и амплитудой 310 В.

Для второй обмотки, сигналы с блоков «Меандр» и «Синусоида» перемножаются при помощи блока «Перемножитель», затем складываются блоком «Сумматор» и подаются на входной порт блока «Источник напряжения». Затем получившийся выходной сигнал подается на входные порты второй обмотки статора блока АД |74].

Амперметр

Рисунок 4.40 - ИМ асинхронного ЭП с устройством бесконденсаторного запуска

На рисунке 4.41 показано окно настройки параметров блока «Синусоида», который имитирует питающее напряжение для первой статорной обмотки двухфазного АД.

'^гсплтоа ОЬ^.г Пор «п. Нвзявние Амплитуда '»ьстота

ФЛЗЛ

оорчула значение (310)

Г01

^ Л

А § Е -

Рисунок 4.41 Окно задания параметров блока «Синусоида», имитирующего питающее напряжение для первой статорной обмотки

На рисунке 4.42 показаны окна настройки параметров блоков «Синусоида» и «Меандр», которые имитируют питающее напряжение для второй статорной обмотки двухфазного АД.

О X

(.««мьчья Оли «С Птети Еиз?алы1ыс елг* СЪшло Повти Вчэтолсны! ело*

Назван»*» Имя Форчуда Зивадние назван*? кНя Формула Знамение

У'фяшттин« ч«г,г» тр Акпшп-удо - [310]

Длительность 110 О.г/ньриидо, с 11 [о.ооЯ Частоте £314.1«]

Значения 1-го го/гормода а ш ФВ9в Г [0]

Дяктельюсгь 2-го полупермодэ, с а [0.005]

Зьлче*ше 2-го палупериоол /2 (01

Упрэвлеже фамй м ■•астотоЛ

оам (опережение), с № [О.иОЫ

КмОфиииеш уморения счет... К_гре*о щ

(Н»и : А ы & | и • ^ а А Ё а | 0

п .......... .III»!« ■• а *

Соойс'оэ 1>_>цн' Пор1Ы Бмз?апьиь«;слс«1 Сос*«тос Общ-* Гкцяы Виэ,-сшы4ые с/юя

название имя Фор'тула Начете название Имя Формула змгчемне

Управлявшие вход» юр Амплитуда а ГЗЮ]

Ипктелкюсгь 1-го полупериода, с И [о.иоя Частого * 1314.10]

Значение 1-го погуяериода у1 №1 Фаае | Э.И16)

Лпительюгтт, ?-го полутериодп. г к? 10 005]

Значения ?-го лпграряфа у2 [1]

Угравлвш» саз»1 к >.дпатоЛ

Фазе (опережение), с [0 005]

КОйО&иииент укорена счет... к. йреев [11

ь.а н > 1 А ЬЙ! ^ Ф м А М *

Рисунок 4.42 - Окна задания параметров блоков «Синусоида» и «Меандр», имитирующих питающее напряжения для второй статорной обмотки

На рисунке 4.43 представлена ИМ асинхронного электропривода с полупроводниковым устройством бесконденсаторного запуска однофазного двухобмоточного асинхронного двигателя, созданная в среде 81ш1пТесЬ.

В данной ИМ питающее напряжение создастся отдельно для каждой обмотки статора аналогичным предыдущей модели способом.