Моделирование и анализ электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат наук Палилов Илья Аркадьевич

• Палилов Илья Аркадьевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Палилов Илья Аркадьевич

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАБОТЫ АСИНХРОННЫХ МАШИН

С ОБЩИМ ВАЛОМ И МЕТОДОВ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В НИХ

1.1. Параллельная работа электродвигателей на общую механическую нагрузку. Работа асинхронных машин, связанных общим валом

1.2. Энергоэффективные методы испытаний асинхронных машин 18 1.3 Применяемые методы моделирования асинхронных машин с

общим валом и их ограничения

1.4. Способы повышения точности расчетного анализа

электромеханических процессов в асинхронных машинах, работающих с общим валом

ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В АСИНХРОННЫХ МАШИНАХ С ОБЩИМ ВАЛОМ НА ОСНОВЕ ЦЕПНЫХ МОДЕЛЕЙ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

2.1. Математическая модель асинхронной машины в фазовой системе координат

2.2. Математическая модель двух соединенных валами асинхронных машин в фазовой системе координат

2.3. Матричная модель двух асинхронных машин с общим валом

2.4. Моделирование асинхронных машин с общим валом на основе

схем замещения с уточнением параметров из проектных методик 53 2.4.1. Учет влияния насыщения главных магнитных цепей на

индуктивные сопротивления взаимоиндукции машин

2.4.2. Учет влияния насыщения коронок зубцов статора и ротора, эффекта вытеснения токов ротора в обеих машинах на их индуктивные и активные сопротивления

2.5. Моделирование асинхронных машин с общим валом на основе схем замещения с предварительно определенным изменением параметров по полевым моделям

2.5.1. Учет насыщения магнитной цепи с помощью вспомогательных расчетов стационарных магнитных полей

2.5.2. Учет насыщения коронок и действия поверхностного эффекта с помощью вспомогательных расчетов квазистационарных магнитных полей

2.6. Сравнительный анализ электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом, рассчитанных на основе моделей с разными способами уточнения параметров

ВЫВОДЫ

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В АСИНХРОННЫХ МАШИНАХ С ОБЩИМ ВАЛОМ НА ОСНОВЕ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ МАШИН

3.1. Конечно-элементный подход к описанию взаимосвязанных электромагнитных полей, одновременно возникающих в асинхронном двигателе и асинхронном генераторе с соединенными валами

3.2. Моделирование электромеханических процессов в асинхронном двигателе и асинхронном генераторе с общим валом на основе взаимосвязанных полевых моделей обеих машин

3.3. Алгоритм взаимной увязки полевых моделей асинхронных

машин с общим валом 3.4. Анализ электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом, рассчитанных на основе взаимосвязанных полевых моделей машин

ВЫВОДЫ

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ В АСИНХРОННЫХ МАШИНАХ С ОБЩИМ ВАЛОМ

4.1. Разработка стенда, методики и интерфейсной системы автоматизированных экспериментальных исследований электромеханических процессов в асинхронном двигателе и асинхронном генераторе с общим валом при испытаниях

методом взаимной нагрузки

4.2. Экспериментальные и расчетные исследования электромеханических процессов и характеристик двух асинхронных машин с общим валом

4.3. Сравнительный анализ результатов методик расчетного анализа взаимосвязанных электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом

ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование и анализ электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Трудоемкость испытаний электрических машин может достигать 13 % трудоемкости их изготовления, а затраты электроэнергии на испытания мощных асинхронных машин могут составить сотни тысяч кВт*ч. Поэтому исследование энергосберегающих методов испытаний асинхронных машин является актуальным. В энергоэффективном методе испытаний машин по способу взаимной нагрузки с рекуперацией энергии в сеть используется работа машин с соединенными валами, когда одна асинхронная машина работает в режиме двигателя, а вторая, соединенная с первой общим валом, - в режиме генератора. Двигатель запитывается от источника повышенной частоты, например, от преобразователя частоты (ПЧ), а генератор, соединенный с двигателем общим валом, работает на сеть меньшей частоты. Испытываются одновременно обе машины. Потребленная из сети энергия возвращается обратно в сеть, за вычетом потерь в самих машинах. К настоящему времени созданных установок для испытаний мощных асинхронных электродвигателей с рекуперацией энергии в сеть немного, в том числе и из-за недостаточной проработанности способов прогнозирования электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом. Большой вклад в развитие методов испытания электрических машин внесли Гольдберг О.Д., Жерве Г.К., Котеленец Н.Ф., Кузнецов Н.Л., Кравчик А.Э., Андрианов М.В., Родионов Р.В., Рапопорт О.Л. и другие.

Может применяться работа нескольких асинхронных двигателей на

общий вал - общую механическую нагрузку. Например, в ленточных

транспортерах, прокатных станах. В мощных судовых электродвигателях

используют двухмашинный агрегат (двухдвигательное исполнение) с одним

общим валом. Такой прием повышает надежность работы установки - при

выходе одного из двигателей из строя другой продолжает нести механическую

нагрузку, хоть и в меньшем объеме. Сокращается требуемый аварийный запас

по мощности электродвигателей, возможна экономия электроэнергии при

5

малых механических нагрузках за счет отключения некоторых электродвигателей и достижение других известных преимуществ параллельной работы электрических машин. В системах транспорта, особенно в гибридных электромеханических трансмиссиях, перспективно применение комплекса тяговых асинхронных машин. В электромеханических трансмиссиях транспорта асинхронные двигатели мотор-колес несут каждый свою часть механической нагрузки. При определенных условиях некоторые из параллельно работающих на общий вал электродвигателей могут быть перегружены, а другие перейти в генераторный режим или режим электромагнитного тормоза.

Можно предположить, что для машин с общим валом электромеханические процессы в отдельных машинах будут взаимосвязанными, так как моменты машин на валу взаимосвязаны. В настоящее время моделирование асинхронных машин с общим валом проводится на основе стандартных, но не связанных схем замещения машин, без взаимной увязки процессов в разных машинах, учета насыщения, изменения параметров обмоток машин с изменением режима работы, несинусоидальности питающего двигатель напряжения от ПЧ. Ошибка в расчетном определении электромеханических процессов в динамических режимах работы асинхронных машин с общим валом при использовании упрощенных моделей может достигать десятков процентов. В то же время моделирование электромеханических процессов в отдельных электрических машинах в работах Иванов-Смоленского А.В., Копылова И.П., Беспалова В.Я., Макарова Л.Н. и других развито с учетом различных особенностей конструкций машин и физических явлений. Для многомашинных агрегатов подобного нет. Таким образом, корректное взаимосвязанное моделирование электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом не получило требуемого развития.

Уточненное моделирование электромеханических процессов в

асинхронных машинах с общим валом затруднено усложненным

математическим описанием одновременно всех машин, разным уровнем

насыщения магнитной цепи разных машин, наличием уравнения взаимосвязи моментов машин, необходимостью одновременного учета изменения параметров обмоток всех машин при изменении режимов работы агрегата, возможной работой одной машины от ПЧ с несинусоидальностью выходного напряжения, а другой машины - на сеть синусоидального напряжения. Необходимо иметь корректные методы анализа электромеханических процессов при пуске, испытаниях, нагружении асинхронных машин с общим валом, прогнозирования опасных режимов работы, обусловленных возможным переходом части машин в режим электромагнитного тормоза, ударными токами при пуске агрегатов, особенно при значительной мощности машин. Поэтому разработка корректных методик исследования асинхронных машин с общим валом, является актуальной научно-технической задачей.

Диссертация подготовлена в соответствии с НИОКТР «Разработка и исследование энергоэффективных тяговых электрических машин для перспективных транспортных силовых установок», выполненной по контракту X202.G25.31.0049 в рамках Постановления Правительства РФ №218.

Цель диссертационной работы - повышение энергетической эффективности и эксплуатационной безопасности асинхронных машин с общим валом на основе уточненного анализа электромеханических процессов.

Предмет исследования: Взаимосвязанные электромеханические процессы в асинхронных машинах с общим валом.

Объект исследования: Многомашинный, в частном случае двухмашинный, агрегат из асинхронных машин, связанных общим валом.

Задачи исследования:

1. Разработка математических моделей электромеханических процессов в двух асинхронных машинах с общим валом на основе системы интегро-дифференциальных уравнений обеих машин в фазовой системе координат, общей матричной электромеханической модели машин, связанных электрических схем замещения.

2. Разработка математических моделей электромеханических процессов в переходных и установившихся режимах объединенных общим валом асинхронных машинах с одновременно уточняемыми на основе расчетов электромагнитных полей параметрами схем замещения каждой машины.

3. Разработка методик расчета электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом на основе взаимосвязанных численных моделей электромагнитных полей машин.

4. Расчетные исследования электромеханических процессов и характеристик асинхронных машин с общим валом.

5. Разработка опытного стенда и экспериментальные исследования электромеханических процессов в асинхронном двигателе и асинхронном генераторе с соединенными валами при испытаниях методом взаимной нагрузки.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием общей теории электромеханического преобразования энергии, математических методов моделирования электромагнитных процессов в электрических машинах, численных методов расчетов электромагнитных полей на основе метода конечных элементов, экспериментальные исследования выполнены с использованием методов физического моделирования и эксперимента.

Научная новизна:

1. Установлена взаимная связь электромагнитных полей и электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом через взаимосвязь моментов машин на валу.

2. Разработаны математические модели взаимосвязанных электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом, отличающиеся расширенной системой интегро-дифференциальных уравнений машин в фазовой системе координат, общей матричной электромеханической моделью машин, связанностью электрических схем замещения машин,

одновременным учетом изменения их параметров с изменением режима работы.

3. Разработаны методики численных расчетов электромагнитных полей и электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом, отличающиеся взаимной увязкой полевых моделей обеих машин по электромагнитному моменту на основе системной минимизации электромагнитных «энергетических» функционалов в машинах.

4. Разработаны алгоритмы и программы расчета переходных и установившихся режимов в асинхронных машинах с общим валом, отличающиеся прямыми расчетами взаимосвязанных электромагнитных полей в обеих машинах с возможностью исследования электромеханических процессов с учетом частоты и формы питающего напряжения.

Практическая значимость работы:

1. Разработанные методики, математические модели, алгоритмы и программы анализа электромеханических процессов, полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют определять уточненные характеристики асинхронных машин с общим валом.

2. Разработанный автоматизированный программный комплекс расчета переходных и установившихся режимов в асинхронных машинах с общим валом имеет практическую ценность при разработке и совершенствовании программ испытаний асинхронных машин, расчетном анализе режимов работы многомашинных агрегатов, прогнозирования опасных ситуаций, в учебном процессе ВУЗов при подготовке специалистов по электромеханике.

3. Применение разработанных методик анализа электромеханических процессов асинхронных машин с использованием взаимосвязанных полевых моделей позволяет оценить влияние преобразователя частоты на энергетическую эффективность работы асинхронных машин с общим валом.

Положения, выносимые на защиту

1. Математические модели взаимосвязанных электромеханических

процессов в асинхронных машинах с общим валом на основе расширенной

9

системы интегро-дифференциальных уравнений для машин в фазовой системе координат, общей матричной электромеханической модели машин, взаимосвязанных электрических схем замещения машин, с одновременным учетом изменения параметров их обмоток с изменением режимов работы.

2. Методики численных расчетов переходных и установившихся режимов в асинхронных машинах с общим валом на основе прямых расчетов электромагнитных полей в машинах, с взаимной увязкой полевых моделей машин через взаимосвязь моментов машин на валу.

3. Результаты вычислительных экспериментов, теоретических и экспериментальных исследований электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом при испытаниях методом взаимной нагрузки с учетом частоты и формы питающего напряжения.

Соответствие паспорту специальности: в части формулы специальности - «Научная специальность, объединяющая исследования по физическим и техническим принципам создания и совершенствования силовых ... устройств для взаимного преобразования электрической и механической энергии... . Исследования научно-технических ... проблем проводятся с целью повышения энергетической эффективности . и эксплуатационной безопасности преобразователей ...»; в части области исследования - пункту 1: «Анализ и исследование физических явлений, лежащих в основе функционирования ... электромеханических преобразователей энергии.»; пункту 3: «Разработка методов анализа . преобразователей электрической и механической энергии»; пункту 5: «Разработка подходов, методов, алгоритмов и программ, обеспечивающих . контроль и диагностику функционирования . электромеханических преобразователей ... в процессе эксплуатации, в составе рабочих комплексов».

Обоснованность и достоверность результатов и выводов диссертации

обеспечена строгим выполнением математических преобразований, принятием признанных допущений, использованием современных математических

моделей и пакетов программ, изготовлением и испытанием опытной установки.

10

Адекватность разработанных математических моделей подтверждается удовлетворительным совпадением данных моделирования с экспериментальными результатами исследований работы двухмашинного агрегата асинхронный двигатель - асинхронный генератор в статических и динамических режимах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях: «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Иваново, ИГЭУ, 2011, 2015 гг..), «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, МЭИ, 2012, 2013 гг.), «Энергия инновации» (Иваново, ИГЭУ, 2014 г.), «Энергия» (Иваново, ИГЭУ, 2011, 2012 гг.), «Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах» (Севастополь, СНТУ, 2015 г.), «Электромеханика, Электротехнологии, Электротехнические материалы и Компоненты (МКЭЭЭ-2014)» (Алушта, МЭИ, 2014), «Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике» (Пермь, ПНИПУ, 2015).

Внедрение результатов работы. Основные положения, выводы и рекомендации нашли применение в ПАО «НИПТИЭМ», в учебном процессе ИГЭУ по дисциплинам профиля «Электромеханика».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 работ, 3 из которых входят в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК России, 1 - в международную базу цитирования Scopus.

1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАБОТЫ АСИНХРОННЫХ МАШИН С ОБЩИМ ВАЛОМ И МЕТОДОВ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В НИХ

1.1. Параллельная работа электродвигателей на общую механическую нагрузку. Работа асинхронных машин, связанных общим валом

В электромеханических преобразователях энергии широко применяется параллельная работа на общую нагрузку [12, 20]. Например, в электрических машинах и трансформаторах часто используются параллельные ветви при выполнении обмоток, когда разные ветви обмотки работают параллельно и каждая из них несет свою часть электрической нагрузки. Широко применяется параллельная работа трансформаторов, часто отличающихся мощностей. В этом случае общая электрическая нагрузка распределяется между разными трансформаторами. То же происходит и при параллельной работе генераторов. Во всех этих случаях реализуется параллельная работа электромеханических преобразователей энергии на общую электрическую нагрузку.

Для распределения механической нагрузки между электромеханическими преобразователями энергии с целью повышения их надежности может осуществляться параллельная работа на общую механическую нагрузку нескольких электродвигателей, возможно отличающихся мощностей, когда каждый из электродвигателей несет свою часть механической нагрузки. Это нашло применение, например, в ленточных транспортерах, прокатных станах и др. (фото 1.1).

Фото 1.1. Работа нескольких электродвигателей на общую механическую нагрузку

Работа нескольких электродвигателей на общую механическую нагрузку осуществляется и при реализации мощных судовых электродвигателей. Так гребной электродвигатель ГЭД-2х10000-3-167 ОМ5 состоит из двух частотно-регулируемых, каждый мощностью по 10 МВт, асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и общим валом, приводящих в движение гребной винт электрифицированного судна.

Статор такого электродвигателя содержит два закрепленных на одном основании соосных, близко расположенных, сердечника с трехфазными обмотками (рисунок 1.2, а).

б)

Рис. 1.2. Сердечники статора (а) и ротора с общим валом (б) ГЭД-2х10000-3-167 ОМ5

Ротор такого электродвигателя состоит из двух короткозамкнутых роторов со сварной клеткой, посаженных на один вал (рис. 1.2, б).

На фото 1.3 представлен изготовленный гребной электродвигатель ГЭД-2х10000-3-167 ОМ5.

Фото 1.3. Гребной электродвигатель ГЭД-2х10000-3-167 ОМ5

Такое исполнение двигателя повышает надежность работы установки -при выходе одного из двигателей из строя другой продолжает нести механическую нагрузку, хоть и в меньшем объеме. Сокращается требуемый аварийный запас по мощности электродвигателей, возможна экономия электроэнергии при малых механических нагрузках за счет отключения одного из электродвигателей и достижение других известных преимуществ параллельной работы электрических машин. Также, формирование гребной установки из двух машин вызвано невозможностью создания в приемлемых для транспортировки и установки габаритах асинхронного двигателя такой мощности (до 20 МВт) из-за низкой номинальной частоты питания, равной 1216 Гц.

Такой двухмашинный агрегат, состоя из машин с различными механическими характеристиками, имеет механическую характеристику,

являющуюся суммой характеристик отдельных двигателей в составе агрегата (рисунок 1.4).

- 1 двигатель 1 — — * двигатель 2 ■ ■ ■ ■ двигатель п - • —• суммарный момент на валу ! Я

\

+ ** * „ - - - I

1 ............Л|______

(> -тгагр

0 1 30 2 30 3 30 \ 4 К 00 5 30 6 00 7

* *1 > — > ^ * *

» 1 ** У У У

ч /*

Скорость, рад/с

Рис 1.4. Механические характеристики М=Дю) асинхронных машин в составе многомашинного агрегата при параллельной работе на нагрузку

В системах транспорта, особенно в гибридных электромеханических трансмиссиях, перспективно применение комплекса тяговых асинхронных машин. Современный электрифицированный энергоэффективный промышленный транспорт комплектуется мотор - колесами, каждое из которых представляет собой тяговую асинхронную машину, приводящее в движение свое колесо. На рисунке 1.5 показан колесный трактор «Кировец-9450» мощностью 455 л.с. с такой реализацией электромеханической трансмиссии. Дизельный двигатель вращает мотор-генератор, электрическая энергия которого через преобразователи частоты подается на каждое мотор-колесо.

Преобразователи частоты управляются контроллером и реализуют заданную программу движения [116].

Рис. 1.5. Колесный трактор «Кировец-9450» мощностью 455 л.с. с электромеханической трансмиссией

Так как колеса при движении работают по одной плоскости и при отсутствии пробуксовок вращаются с одинаковой линейной скоростью, то можно говорить о связи между ними, а, следовательно, и о механической связи между двигателями.

Очевидно, что электромеханические процессы в машинах, работающих параллельно и, возможно, с общим валом, будут взаимосвязанными, так как будут взаимосвязаны моменты машин, действующие на общую механическую нагрузку, на один вал, и уравновешиваемые моментом сопротивления. При определенных условиях некоторые из параллельно работающих на общий вал электродвигателей могут быть перегружены, а другие через общую нагрузку могут перейти в генераторный режим.

Для эффективной параллельной работы разных элементов во всех этих

случаях необходимо соблюдение условий параллельной работы. И если для

эффективной параллельной работы разных ветвей обмоток, трансформаторов и

17

генераторов выработаны такие условия [24], то для эффективной параллельной работы разных электродвигателей на общую механическую нагрузку такие условия требуют проработки.

1.2. Энергоэффективные методы испытаний асинхронных машин

Выпуск новых энергоэффективных тяговых асинхронных машин [27, 28], оценка качества ремонта эксплуатируемых машин, требуют применения поверенных и эффективных систем испытаний. Трудоемкость испытаний электрических машин достигает 13 % затрат на их изготовление. Затраты электроэнергии на испытания мощных асинхронных машин могут составить сотни тысяч кВт*ч. Поэтому исследование и применение энергосберегающих методов и установок испытаний асинхронных машин является актуальным. Большой вклад в развитие методов испытания электрических машин внесли Гольдберг О.Д., Жерве Г.К., Котеленец Н.Ф., Кузнецов Н.Л., Кравчик А.Э., Андрианов М.В., Родионов Р.В., Рапопорт О.Л. и другие.

В настоящее время целесообразно проведение испытаний мощных асинхронных машин с рекуперацией энергии в сеть [22, 94, 106]. Реализация подобных схем на практике предполагает наличие в составе систем испытаний устройств, позволяющих механическую энергию, переданную в нагрузку испытуемой машине, преобразовать в электрическую и отдать в сеть. Такие схемы разрабатывались первоначально для испытаний тяговых двигателей электровозов и описаны в [31, 105].

Для нагрузки машины в таких схемах использовались либо синхронный генератор, либо генератор постоянного тока. Пример данной схемы испытаний показан на рисунке 1.6. Испытуемая асинхронная машина (АМ) нагружается генератором постоянного тока (Г), которой, в свою очередь, отдает энергию постоянного тока двигателю постоянного тока (ЭД 3). Двигатель ЭД 3 вращает ротор трехфазного синхронного генератора (СГ), который, будучи

соединенным с сетью, отдает энергию трехфазного тока в сеть. Вспомогательный двигатель ЭД 5 служит для запуска агрегата в работу.

Анализ подобных схем испытания показывает, что энергоэффективность испытаний тем ниже, чем больше ступеней преобразования энергии из одного рода в другой. Данная схема, как и подобные ей, описанные в [9, 26, 58, 61, 62, 106], с модификациями может быть использована и для испытаний электрических машин переменного тока от источника синусоидального напряжения.

СЕТЬ

Рис. 1.6. Схема испытаний асинхронных электродвигателей с рекуперацией энергии в сеть

Сделанный в работах [8, 9] анализ различных схем испытаний тяговых

электродвигателей позволили предложить схему испытаний методом взаимной

нагрузки [9, 10]. Такая схема испытаний асинхронных машин, в противовес

19

рассмотренной выше, состоит только из двух машин - испытуемой и нагрузочной, что уменьшает требуемые площади для испытаний и потери электроэнергии. При такой технологии испытаний первая асинхронная машина (М1) питается от источника напряжения с регулированием частоты вверх, например от преобразователя частоты (ПЧ), и работает в режиме двигателя, а вторая (М2), соединенная с первой общим валом, - работает на сеть постоянной частоты в режиме генератора, нагружая первую машину механически (рис. 1.7) [89]. Поскольку при реализации данной схемы машины соединены валами, то и скорости вращения машин будут одинаковы. При определенном подборе мощностей и параметров машин испытываются одновременно обе машины в полном объеме.

/=уаг f=const

0

двигатель генератор

Рис. 1.7. Схема испытаний асинхронных машин методом взаимной нагрузки

Потребленная из сети испытуемым двигателем М1 энергия возвращается обратно в сеть генератором М2, за вычетом потерь в самих машинах. Компенсация потерь в машинах осуществляется из сети. Поскольку частотно-регулируемые электрические машины зачастую питаются от ПЧ с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) напряжения, то и стендовые испытания необходимо проводить при питании их от реальных источников напряжения, так как потери в двигателе при питании от источника синусоидального напряжения и от ПЧ различны [3, 15, 19, 30, 41, 49].

Так как принципиально машины в составе системы испытаний могут быть

разными (по номинальной скорости, напряжению, мощности), то и амплитуды

20

механических характеристик они будут иметь разные (рис. 1.8). Примем, что электромагнитные моменты машин М1, работающей в двигательном режиме, и М2, работающей в генераторном режиме, противонаправлены, а их механические характеристики обратные.

двигатель — — * генератор (1 >0 П 1м

1 1 / ч ч ч ч

— ^......'^нагр

Л 1 \ 1 1

0 1 зо г 00 3 1 оц 1 1 \ 4 00 5 00 6 Э0 7

/

Скорость, рад/с

Рис. 1.8. Совмещенные механические характеристики машин в системе испытаний

асинхронный генератор -двигатель

С увеличением частоты питающего напряжения первая испытуемая

машина начинает работать в двигательном режиме, происходит ее нагружение.

Механическая характеристика двигателя сдвигается вправо с изменением

синхронной скорости и несколько меняется по форме при изменении

индуктивных сопротивлений [34]. Механическая характеристика машины,

работающей в генераторном режиме, не изменяется, так как машина работает

при постоянном номинальном напряжении и частоте.

Поскольку машины связаны между собой через общий вал, то очевидно,

что пересечение характеристик является точкой устойчивой работы агрегата и

отражает нагрузочные моменты обеих машин.

Так как скорости машин одинаковы и при испытаниях они должны

работать в номинальном режиме, то приравняв частоты вращения машин

21

(, _ ) _ о _ ,0),

Рм Ро

можно определить частоту напряжения, которую необходимо подать от ПЧ на двигатель [9, 55, 85] для заданных нагрузок, определяемых скольжениями

двигателя $м и генератора %.

г _ г 1 ~

]М ~ У О 1 .

1 _ 8М

Установок для испытаний мощных асинхронных тяговых электродвигателей с реализацией энергосберегающей технологии испытаний и рекуперацией энергии в сеть немного. Одна из современных автоматизированных установок создана в ПАО «НИПТИЭМ» (фото 1.9).

Фото 1.9. Автоматизированный стенд для испытаний асинхронных машин мощностью до 400 кВт методом взаимной нагрузки

Учитывая возможную большую мощность испытуемых машин, которая, например, на испытательном стенде ПАО «НИПТИЭМ» при реализации данной схемы, может достигать 400 кВт [18, 47, 48], необходимо иметь возможность прогнозирования характера электромеханических переходных процессов, проходящих в асинхронных машинах в процессе испытаний, пуска,

нагружения машин в составе агрегата, опасных режимов работы, обусловленных возможным переходом части машин в режим электромагнитного тормоза, ударными токами при пуске агрегатов. Это позволяет дать заключение о характеристиках машин, об энергоэффективности испытаний с возможностью учета частоты и формы питающего напряжения, выработать рекомендации по совершенствованию систем испытаний асинхронных машин.

1.3. Применяемые методы моделирования асинхронных машин с общим валом и их ограничения

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Палилов Илья Аркадьевич, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев В.В. Моделирование электрических машин приводов горного оборудования: Учеб. пособие / В.В. Алексеев. А.Е. Козярук, Э.А. Загривный. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2006. - 58 с.

2. Ан П. Сопряжение ПК с внешними устройствами: Пер. с англ. - М.: ДМК пресс, 2001. - 320 с.

3. Андрианов М.В. Экспериментальные исследования энергетических показателей частотно-регулируемых асинхронных двигателей, работающих от полигармонических источников напряжения / М.В. Андрианов, Р.В. Родионов // Электротехника. — 2006. — №11. — С.15—22.

4. Антонец И.В., Еремин Н.В. Математическая обработка результатов эксперимента / Антонец И.В., Еремин Н.В. — Ульяновск: УлГТУ, 2004. - 21 с.

5. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Нелинейные электрические цепи. Электромагнитное поле: учебное пособие / Атабеков Г.И., Купалян С.Д., Тимофеев А.Б., Хухриков С.С. — М.: Лань, 2010. - 432 с.

6. Батрак А.П. Планирование и организация эксперимента: Учебное пособие к изучению теоретического курса для студентов направления 220500. / А.П. Батрак - Красноярск: ИПЦ СФУ, 2010. - 60 с.

7. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. - 632 с.

8. Бейерлейн Е.В. Обоснование применения энергосберегающей схемы испытаний крупных асинхронных электродвигателей // Известия Томского политехнического университета. - 2009. - Т. 3 15. - № 4. - С. 69-73.

9. Бейерлейн Е.В. Энергосберегающие технологии испытаний машин переменного тока средних и больших мощностей. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / ФГБОУ ВО «Томский политехнический институт». - Томск, 2010. - 136 C.

10.Бейерлейн Е.В., Цукублин А.В., Рапопорт О.Л. Схема испытания тяговых частотно регулируемых асинхронных электродвигателей // Известия вузов. Электромеханика. - 2006. - №3, - С. 46-48.

11.Беляев Е.Ф., Шулаков Н.В. Дискретно-полевые модели электрических машин: учеб. пособие ч.1, II. - Пермь: Изд-во Пермского гос. Технического университета, 2009. - 457 с.

12.Беспалов В.Я. Электрические машины: учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / В.Я.Беспалов, Н.Ф.Котеленец. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2013. — 320 с.

13.Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле: Учебник. — 10-е изд., стереотипное. — М.: Гардарики, 2003. — 317 с.: ил.

14.Брынский Е.А., Данилевич Я.Б., Яковлев В.И. Электромагнитные поля в электрических машинах. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-е, 1979. - 176 с.

15.Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными двигателями / А.А. Булгаков. - 3-е изд., перераб. - М.: Энергоиздат, 1982. - 216 с.

16.Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов: Магнитные цепи, поля и программа FEMM: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О.Б. Буль. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 336 с.

17.Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока / А.И. Важнов. — Л.: Энергия, 1980. — 256 с.

18.Вершинин А.В. Разработка специальных конструктивных исполнений частотно-регулируемых асинхронных двигателей / А.В. Вершинин, М.С. Драгомиров, М.А. Зайцев, О.В. Кругликов // Электротехника. -2008 .- №11. - С. 46 - 49.

19.Волков А.В. Потери мощности асинхронного двигателя в частотно-управляемом электроприводе с широтно-импульсной модуляцией. // Электротехника - 2002. - N» 8. - С. 2-9.

20.Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Машины переменного тока. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений / А.И. Вольдек, В.В. Попов - Л.: Питер, 2008. - 350 с. : ил.

21.Гаврилова С.В., Байрамов Н.В. Моделирование согласованной системы вращения асинхронных двигателей. / Матер. I Межд. научн.-техн. конф. «Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике» // Пермский национальный исследовательский политехнический университет. Пермь: ПНИПУ, 2015. - С. 84-88.

22.Гольдберг О.Д. Испытания электрических машин: учебное пособие / О.Д. Гольдберг. — М.: МГОУ, 2001. —221 с.

23.Гольдберг О.Д. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования: учебное пособие / О.Д. Гольдберг, О.Б. Буль, И.С. Свириденко, С.П. Хелемская; Под ред. О.Д. Гольдберга. — М.: Высшая школа, 2001. —512 с.

24.Гольдберг О.Д. Электромеханика: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ О.Д. Гольдберг, С.М. Хелемская; под ред. О.Д. Гольдберга. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 512 с.

25.Горзунов А.С., Купцов В.В., Сарваров А.С. Разработка методики токовой диагностики асинхронных двигателей по осциллограммам нестационарных режимов работы // Вестник ЮУрГУ. № 34, 2009. - с. 60-67.

26.ГОСТ 11828-86. Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний.

27.ГОСТ 183-74 (СТ СЭВ 1346-78). Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия (с Изменениями N 1,2)

28.ГОСТ 2582-81. Машины электрические вращающиеся тяговые. Общие технические условия.

29.ГОСТ 25941-83. Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия.

30.Г0СТ 26567-85. Преобразователи частоты полупроводниковые. Методы электрических испытаний.

31.Грищенко А.В. Электрические машины и преобразователи подвижного состава: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / Л.В. Грищенко. В.В. Стрекопытов. — М.: Издательский центр «Академия». 2005. — 320 с.

32.Демирчан К.С., Чечурин В.Л. Машинные методы расчета электромагнитных полей. Учеб. пособ. для эл.тех. и энерг. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1986. - 240 с.

33.Домбровский В.В. Справочное пособие по расчету электромагнитного поля в электрических машинах. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 256 с.

34.Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. В 2-х т.: учебник для вузов. Т. 2 / А.В. Иванов-Смоленский. - 3-е изд., перераб. и доп. -Москва: МЭИ, 2006.

35.Иванов-Смоленский А.В. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и их физическое моделирование: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1969. - 304 с.

36.Иванов-Смоленский А.В. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах: Учеб. пособие для вузов по спец. «Электромеханика». — М.: Высш. шк., 1989.—312 с: ил.

37.Каган А.В. Математическое моделирование в электромеханике. ч.2: Письменные лекции. - СПб.: СЗТУ. 2002. - 73 с.

38.Казаков Ю.Б. Автоматизированные системы испытаний электрических машин / Иван. гос. энерг. ун-т. - Иваново, 2002. - 84 с.

39.Казаков Ю.Б. Конечно-элементное моделирование физических полей в электрических машинах / Ю.Б. Казаков, Ю.Я. Щелыкалов; Иван. гос. энерг. ун-т им. В.И. Ленина. - Иваново, 2001. - 100 с.

40.Казаков Ю.Б., Андреев В.А. Влияние несимметрии напряжения на энергетические показатели асинхронного двигателя // Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2007. №9-10. - С. 73-79.

41.Казаков Ю.Б., Андреев В.Л. Влияние параметров широтно-импульсного регулирования напряжения на добавочные потери в асинхронных двигателях // Электричество. - 2008. - №9. - С. 39-44.

42.Казаков Ю.Б., Палилов И.А. Исследование взаимосвязанных электромеханических процессов в системе тяговый асинхронный двигатель - асинхронный генератор с общим валом на основе полевых моделей» // Вестник ИГЭУ. № 2, 2015. - С. 42-46.

43.Казаков Ю.Б., Палилов И.А. Исследование взаимосвязанных электромеханических процессов в системе асинхронный двигатель -генератор с общим валом // Сб. научн. тр. Междун. научн.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии» / Иван. гос. энерг. ун-т. - Иваново, 2015. Т.3. - С.139-141.

44.Казаков Ю.Б., Палилов И.А. Моделирование системы асинхронный двигатель - асинхронный генератор с общим валом с использованием полевых моделей // Труды XV Междун. конф. «Электромеханика, Электротехнологии, Электротехнические материалы и Компоненты (МКЭЭЭ-2014)». - МЭИ, Алушта, 2014. - С. 85-86.

45.Казаков Ю.Б., Палилов И.А. Моделирование электромеханических процессов в однофазном асинхронном двигателе с магнитопроводом из порошкового материала <^отаПоу» // Вестник ИГЭУ. № 1, 2013. - С. 32-36.

46.Казаков Ю.Б., Палилов И.А. Моделирование энергоэффективной автоматизированной системы испытаний тяговых электрических машин с использованием полевых моделей / Матер. I Межд. научн.-техн. конф. «Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике» // Пермский национальный исследовательский политехнический

университет. Пермь: ПНИПУ, 2015. - С. 133-139.

130

47.Казаков Ю.Б., Палилов И.А., Пискунов С.В., Драгомиров М.С., Кобелев А.С. Разработка и исследование энергоэффективных тяговых электрических машин для перспективных транспортных силовых установок // Матер. XII межд. научн.-техн. конф.: Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах / Севастопольский национальный технический университет. Севастополь, 2013 г. - С. 40-41.

48.Казаков Ю.Б., Палилов И.А., Швецов Н.К., Драгомиров М.С. Создание тяговых электрических машин для электромеханических трансмиссий гибридного транспорта // Матер. Межд. научн.-техн. конф.: Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах / ФГАОУВО «Севастопольский государственный университет» Севастополь, 2015 г. - С. 20-23.

49.Казаков Ю.Б., Швецов Н.К., Палилов И.А. Анализ электромагнитных процессов в тяговых асинхронных двигателях при питании от преобразователей частоты с несинусоидальным выходным напряжением // Науч.-техн. конф. «Актуальные вопросы и перспективы развития электромашиностроения» / АЭН РФ. - М.: ОАО «ВНИИКП», 2015. - С.124-133.

50.Калиткин Н.Н. Численные методы. 2-е изд, СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 2014. - 592 с.

51.Караулов В.Н, Палилов И.А. Моделирование электромеханических процессов в асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором на основе расчетов электромагнитного поля // Сб. научн. тр. Междун. науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии» / Иван. гос. энерг. ун-т. - Иваново, 2011. - С. 141145.

52.Караулов В.Н., Палилов И.А. Параметрическая модель асинхронного двигателя с массивным ротором в установившихся и переходных

режимах // Вестник ИГЭУ. - № 4, 2012. - С. 39-42.

131

53.Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам: учеб. пособие для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / М.М. Кацман. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 480с.

54.Кацман М.М. Электрические машины: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / М.М. Кацман. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 496 с.

55.Ключев В.И. Теория электропривода / В.И. Ключев. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

56.Коварский Е.М. Испытание электрических машин / Е.М. Коварский, Ю.И. Янко. — М.: Энергоатомиздат, 1990. - 319 с.

57.Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. М.-Л-. Госэнергоиздат. 1963. - 744 стр.

58.Кокорев А.С. Контроль и испытание электрических машин, аппаратов и приборов. М.: Высшая школа, 1990. - 271 с.

59.Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин / И.В.Копылов. - М.: Высшая школа, 2001. - 274 с.

60.Копылов И.П. Проектирование электрических машин: учеб. для вузов / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; под ред. И.П. Копылова. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк., 2002. - 757 с. : ил.

61.Котеленец Н.Ф., Сентюрихин Н.И. Испытание электрических машин. — М.: Изд-во МЭИ, 2000.

62.Котеленец Н.Ф. Испытания, эксплуатация и ремонт электрических машин: учебник / Н.Ф. Котеленец, Н.А. Акимова, М.В. Антонов; Под ред. Н.Ф. Котеленца. — М: Академия, 2003. - 384 с.

63.Купцов В.В., Петушков М.Ю., Сарваров А.С. Метод расчета электромагнитного момента для задач конечно-элементного моделирования асинхронного двигателя. // Вестник ЮУрГУ. №14, 2010. - С. 57-60.

64.Лазовский Э.Н. Математические модели асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в цилиндрической (полярной) системе координат/ А.А. Федоренко, Э.Н. Лазовский // Изв. вузов. Электромеханика. - 2012. - № 5. - С. 29-35.

65.Лазовский Э.Н. Уравнения динамики асинхронной машины, инвариантные к скорости вращения системы координат/ А.А. Федоренко, Э.П. Лазовский, М.А. Печатнов // Известия Томского политехнического университета. - 2012. - Т.320, № 4. - С. 142-146.

66.Лейтман М.Б. Автоматическое измерение выходных параметров электродвигателей: Методы и аппаратура / М.Б. Лейтман. — М.: Энергоатомиздат, 1983. - 152 с.

67.Лихачев В.Л. Электродвигатели асинхронные / В.Л. Лихачев. — ГЛ.: СОЛОН-Р, 2002. - 304с.

68.Мартынов В.А. Современные модели и методы расчета нелинейных электромеханических устройств / Иван. гос. энерг. ун-т. - Иваново, 2000. - 140 с.

69.Масандилов Л.Б. Учет насыщения магнитной цепи при расчете характеристик асинхронного электропривода / Л.Б. Масандилов, С.Е. Новиков. А.Т.Тепляков // Электропривод и системы управления: Труды МЭИ. - М.: Издательский дом Мос. энерг. ин-та, 2010. - Вып. 686. - С.

39-53.

70.Милых В.И., Полякова Н.В. Определение электромагнитных параметров электрических машин на основе численных расчетов магнитных полей // Електротехшка i Електромехашка. №2, 2006. - С.

40-46.

71.Нейман Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники: В 2-х т. Учебник для вузов. Том 1. - 3-изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1981. - 536 с.

72.Омельченко Е.Я. Математическая модель асинхронного электродвигателя с фазным ротором / Е.Я. Омельченко // Электротехника. — 2007. -№11. - С. 19-24.

73.Омельченко Е.Я. Математическая модель трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором // Вестник ЮУрГУ. № 15, 2011. - с. 49-53.

74.Панев Б.И. Электрические измерения: справочник в вопросах и ответах / Б.И. Панев. — М.: Агропромиздат, 1987. — 224 с.

75.Персова М.Г. Численное моделирование электромагнитных процессов в электродвигателях с учетом движения ротора / М.Г. Персова //Электричество - 2007 г. - №8. - С. 54-58.

76.Радин В.И. Электрические машины: Асинхронные машины: учебник / В.И. Радин, Д.Э. Брускин. Л.Б. Зорохович; Под ред. И.П. Копылова. -VI.: Высшая школа. 1988. — 328 с.

77.Раннев Г.Г. Интеллектуальные средства измерений: учебник для студ. высш. учеб. заведений. - М.: Академия, 2011. - 272 с.

78.Сабоннадьер Ж.-К. Метод конечных элементов и САПР: пер. с франц. / Ж.-К. Сабоннадьер, Ж.-Л. Кулон. - М.: Мир, 1989. - 190 с.

79.Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2014663172 «Автоматизированный комплекс расчета переходных и установившихся режимов системы асинхронный генератор -асинхронный двигатель» / Палилов И.А. // ФГБОУ ВПО ИГЭУ -Заявка № 2014663172 от 23.10.2014 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 18.12.2014 г.

80.Сидоров О.Ю., Сарапулов Ф.Н., Сарапулов С.Ф. Методы конечных элементов и конечных разностей в электромеханике и электротехнологии. - М.: Энергоатомиздат, 2010. - 331 с.

81.Сильвестер П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков. Пер. с англ. - М.: Мир, 1986. - 229с.: ил.

82.Сипайлов Г.А. Электрические машины (Спец. курс): Учеб. для вузов по спец "Эл. маш." / Сипайлов Г.А. и др. - М.: Высш. шк., 1987. - 287 с.

83.Скубов Д.Ю., Ходжаев К.Ш. Нелинейная электромеханика. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 360 с.

84.Смирнов А.Ю. Применение сеточных моделей для расчёта электромагнитного момента асинхронных двигателей. // Электротехника и электроэнергетика. - 2010. - №1. - С.185-191.

85.Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. вузов. - М.: Академия, 2006. - 272 с.

86.Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т. 2/ Под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 688 с: ил.

87.Страдомский Ю.И., Казаков Ю.Б. Расчет электромагнитных полей в электромеханических преобразователях энергии: учебное пособие / Страдомский Ю.И, Казаков Ю.Б. - Иваново: ИГЭУ, 2010. - 100с.

88.Стренг Г. Теория метода конечных элементов / Г. Стренг, Дж. Фикс. -М.: Мир, 1977. - 349 с.

89.Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / И.А. Сыромятников; Под ред. Л.Г. Мамиконянца. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 240 с.

90.Тамм И.Е. Основы теории электричества: учеб. пособие для вузов. — 11-е изд., - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 616 с.

91.Тарасевич Ю.Ю. Численные методы на МаШса^е. - Астраханский гос. пед. ун-т: Астрахань, 2000.

92.Татур Т.А. Основы теории электромагнитного поля: Справочн. пособие для электротехн. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1989. - 271 с.

93.Тихонов А.И., Казаков Ю.Б. Методы анализа и синтеза электромеханических устройств на основе компонентной интеграции моделей / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический

университет имени В.И. Ленина». - Иваново, 2008. - 80 с.

135

94.Трефилов В.А. Статические характеристики двухмашинного агрегата нагрузочного устройства с рекуперацией энергии в сеть для испытаний синхронных машин. / Матер. I Межд. научн.-техн. конф. «Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике» // Пермский национальный исследовательский политехнический университет. Пермь: ПНИПУ, 2015. - С. 147-152.

95.Трефилов В.А. Установившийся режим работы электромашинной системы с двухмашинным агрегатом. Электрические машины и электромашинные агрегаты // Сб. науч. тр. ПГТУ. - Пермь, 2003. - С. 61-66.

96.Трещёв И.И. Электромеханические процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, 1980. - 344с.

97.Туровский Я. Электромагнитные расчеты элементов электрических машин: Пер. с польск. — М.: Энергоатомиздат, 1986. —200 с. : ил.

98.Тюков В.А., Пастухов В.В., Корнеев К.В. Трехпазовая модель для определения параметров стержня короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя // Известия Томского политехнического университета. 2011 Т. 319 №4. - С.99-102.

99.Фаддеев М.Л. Элементарная обработка результатов эксперимента учебное пособие для вузов. - Лань, 2008. - 128 с.

100. Фильц Р.В. Математические основы теории электромеханических преобразователей. - Киев: Наук. думка, 1979. - 208 с.

101. Фисенко В.Г. Численные расчеты электромагнитных полей в электрических машинах на основе метода конечных элементов: учебное пособие по курсу «Электромагнитные расчеты», по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» / В.Г. Фисенко; Моск. энерг. ин-т (МЭИ ТУ). - М.: Изд-во МЭИ, 2002. - 44 с.

102. Фриск В.В. Основы теории цепей. Расчеты и моделирование с помощью пакета компьютерной математики Malhcad. — М.; СОЛОН-Пресс, 2006. - 88 с.

103. Хромоин П.К. Электротехнические измерения: учебное пособие / П.К.Хромоин. - М.: Форум, 2008. - 288 с

104. Черных И.В. Конспект лекций по дисциплине «Методы расчета электрических и магнитных полей». - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. - 37 с.

105. Щербаков В.Г. Тяговые электродвигатели электровозов. -Новочеркасск: Агентство Наутилус, 1998. - 672 с.

106. Щукин О.С. Испытание электрических машин: учеб. пособие // О.С. Щукин. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. - 123с.

107. Arkkio A, Finite element analysis of cage induction motors fed by static frequency converters, IEEE Transactions on Magnetics, 1990

108. Bhagat Komal Vipinchandra, Patel Hiren C. Electromagnetic analysis of Induction motor using FEM // Journal of Emerging Technologies and Innovative Research / Dec 2014 (Volume 1 Issue 7), p. 903-909

109. Boglietti A, Cavagnino A, Lazzari M, "Computational Algorithms for induction motor equivalent circuit parameter determination —Part I," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58, no 9, September 2011.

110. Cismaru D.C., Nicola D.A., Manolea G., Drighiciu A., Bulucea C.A.( 2008), Mathematical Models of High-Speed Trains Movement, WSEAS TRANSACTIONS on CIRCUITS and SYSTEMS, Issue 2, Volume 7, February, ISSN 1109-2734, pp.379-388.

111. Dolinar D., De Weerdt R., Belmans R, Freeman E.M., Calculation of two-axis induction motor model parameters using finite elements, // IEEE Trans. on Energy Conversion., vol.12, no.2, June 1997.

112. Doru Adrian Nicola, Cornelia Aida Bulucea, Daniel Cristian Cismaru,

Constantin Brandusa, Gheorghe Manolea, Marius Constantin Popescu.

Energy Saving in Electric Trains with Traction Induction Motors //

137

Proceedings of the 4th IASME / WSEAS International Conference on ENERGY & ENVIRONMENT (EE'09), 2009, p.226-231

113. Gyselink J., Sprooten J., Vandevelde L., Lopez-Fernandez X, Multi-Slice Finite Element Modelling of Induction Motors Considering Broken Bars and Inter-Bar Currents, Proc. of ISEF 2005, Baiona, Spain, 12 MMT -SA (19), pp. 1 - 6.

114. Kazakov Yu., Palilov I. Research Related Electromechanical Processes in an Asynchronous Traction Motor - Asynchronous Generator with Common Shaft Based on Field Model // Advances in Electrical and Electronic Engineering. Vol 13, No 5 (2015). P. 442-446. D0I:10.15598/aeee.V13i5. 1388.

115. Mayukh Bose, Anshuman Bhattacharjee, Sudha R. Calculation of Induction Motor Model Parameters Using Finite Element Method // International Journal of Soft Computing and Engineering (IJSCE), Volume №2, Issue №3, July 2012, pp 41-43.

116. Weida Xie, "Electric traction and control", Beijing, China, China Railway Publishing House, 2010.

117. Xiang Zhao, Huijuan Liu, Zhongfeng Zuo, Haijiao Zhang, Yiduan Chen. Co-Simulation of 600KW Traction Induction Motor Fed by PWM Inverter // 2nd International Conference on Electronic & Mechanical Engineering and Information Technology (EMEIT-2012) / China, 2012

118. Zaixun Ling, Libing Zhou, Siyuan Guo, Yi Zhang. Equivalent Circuit Parameters Calculation of Induction Motor by Finite Element Analysis // IEEE Transactions on Magnetics, Volume:50 , Issue: 2

119. Zhou P., Fu W. N., Lin D., Stanton S., Csendes Z. J. and Longya Xu: Numerical Modeling of Electrical Machines and Its Application. 37th IAS, Industry Applications Conference, vol. 3, 2002, pp. 1936-1942.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Протокол проведения испытаний двигателя 7ТАД250-260У2

ff о ,

M

Г

. 3 i

■ ?T."éî

• *

УТВЕРЖДАЮ

ОАО «НИПТИЭМ» _Кругликов O.B.

«23» октября 2014г.

1 Троректор

4

УТВЕРЖДАЮ

1учной работе ИГЭУ Тюти ко в В. В. «23» октября 2014г.

р.: -

ПРОТОКОЛ

'■4-, ""'гону"11" .■>'

испытаний универсального стенда для испытаний КТЭМ в составе тягового электропривода, выполненных по разделу 4.2 этапа № 4 Договора на выполнение НИОКТР между ИГЭУ и ОАО «НИПТИЭМ» от «19» ноября 2012 г. № 280/12

г. Владимир «23» октября 2014 г.

1. Объект первичной аттестации: универсальный стенд для испытаний комплектов тяговых электрических машин и комплектов тягового электрооборудования, в состав которого входят: асинхронные двигатели Leroy Somer серии CPLS mod. CPLS 250L № 1420М30452, mod. CPLS 250S № 1420M30450; mod. CPLS 200S №№ 142IM30451, 1421M30448! 142IM30449, измеритель мощности H10K.I 3390 (с поверкой), HIOKI совмещенный модуль для проверки электродвигателей и вывода цифрового сигнала, датчик крутящего момента М40-5к-Т25 (с поверкой), муфта дисковая компенсационная, блок индикации Т40, электронные рекуперативные регуляторы скорости MDR600 ТН 450 кВт, MDR400 ТН 315 кВт и MDR270 ТН 200 кВт.

2. Цель испытания: проверка соответствия объекта испытания требованиям технического задания.

3. Дата начала испытания: 23 октября 2014 г.

4. Дата окончания испытания: 23 октября 2014 г.

5. Место проведения испытания: Испытательный центр ОАО НИПТИЭМ

6. Средства проведения испытаний:_

Наименование СИ, тип, марка

Датчик крутящего момента М40-5К

Датчик крутящего момента М40-2К

Датчик крутящего момента М40-1 К

Магазин сопротивлений Р

Секундомер СДСпп-1-2-000

механический

Термогигрометр Center - 310

Количество

Основные характеристики

Мнон =5000 Нм, IW =10000 об/мин, класс точности 0,2

М„ом =2000 Нм, Птах =12000 Об/мин класс точности 0,2

М,юм =1000 Нм, Птах = 16000 Об/мИН класс точности 0,2

0-9999 Ом, Класс точности 0,2

Класс точности 2

Класс точности 2

Обозначение

ГОСТ 12.2.007.0-75

Перечень ссылочн ых документов

Наименование

ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безо-

пасности

ГОСТ 12.2.007.11-75 ССБТ. Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Требования безопасности

ГОСТ 12,3.019-80 ССБТ. Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности

ГОСТ 24607-88 Преобразователи частоты полупроводниковые. Общие технические требования

ГОСТ 26567-85 Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Методы испытаний

ПОТ Р М-016-2001 РД 153-34.0-03.150-00 Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок

ПУЭ Правила устройства электроустановок

Регистрационный № 4145 от 22.01.03 Минюста РФ Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей

ГОСТ Р 8.568-98 Государственная система обеспечения единства измерений. Аттестация испытательного оборудования. Основные положения

ГОСТ Р 8.563-96 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений

ГОСТ Р 51672-2000 Метрологическое обеспечение испытаний продукции для целей подтверждения соответствия. Основные положения

7. Результаты испытания

Пункт ПИ Наименование показателя Вд. изм. Номинальное значение Измеренное значение

4.1. Проверка технической документации на соответствие установленной комплектности и оценка её качества. соответствует соответствует

4.2 Проверка показателей назначения

4.2.1 Проверка диапазона регули- Об/мин 30±1 29

рования и точности измере- 100(Ь:6 1000

ния скорости вращения приводной машины 2000±11 3000±16 4000±21 2000 3000 4000

4.2.2 Проверка диапазона регули- Об/мин 30±1 29

рования и точности измере- 1000±6 1000

ния скорости вращения нагрузочных машин 3000±16 6000±31 8000±41 3000 6002 8004

4.2.3 Проверка нагрузочного момента приводной машины Нм

при частоте вращения: -1500 об/мин 575±61 1150±61 1725±61 580 1150 1740

-2200 об/мин 2300±61 2290

575±61 575

1150±61 1145

1725±61 1715

2300±61 2290

4.2.4 Проверка нагрузочного мо- Нм

мента нагрузочных машин

при частоте вращения:

(250 кВт/1500 об/мин)

-120 об/мин 325±41 331

650±41 655

975±41 974

1300±41 1297

-1500 об/мин 325±41 324

650±41 655

975±41 984

1300±41 1297

-3000 об/мин 325±41 316

650±41 628

975±41 970

1300±41 1310

(160 кВт/3000 об/мин)

-250 об/мин 125±21 123

250±21 250

375±21 375

500±21 500

-3000 об/мин 125±21 124

250±21 260

375±21 374

500±21 500

-6000 об/мин 125±21 125

250±21 250

375±21 373

500±21 502

4.2.5 Проверка системы управле- П,а.,± 2% соответствует

ния нагрузочных машин в М1ад± 5% соответствует

типовом режиме тягового

двигателя

4.2.6 Проверка работоспособности соответствует соответствует

системы управления

4.2.7 Проверка срабатывания за- Ом

щиты:

-от перегрева обмотки при-

водной машины 1650-4000 3500

-от перегрева обмотки нагру-

зочных машин:

№1 1650-4000 3500

№2 1650-4000 3500

№3 1650-4000 3500

№4 1650-4000 3500

-от перегрева подшипников 133±1 соотв.

приводной машины

-от перегрева подшипников 140±1 соотв.

нагрузочных машин:

№1 предупреждение 133±1 соотв.

отключение 140±1 соотв.

№2 предупреждение 133±1 соотв.

отключение 140*1 соотв.

№3 предупреждение 133±1 соотв.

отключение 140±1 соотв.

№4 предупреждение 133±1 соотв.

отключение 140±1 соотв.

4.2.8 Проверка выполнения тре- соответствует соответствует

бований, удобства техниче-

ского обслуживания и ре-

монтопригодности

8. Замечания п рекомендации: Замечаний нет.

9. Выводы:

9.1 Универсальный стенд для испытаний комплектов тяговых электрических машин выдержал испытание в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.568-98.

9.2 Универсальный стенд для испытаний комплектов тяговых электрических машин соответствует требованиям технического задания.

Испытания проводили

Начальник испытательного центра ОАО «11ИПТИЭМ»

Начальник отдела метрологии испытательного центра ОАО «НИПТИЭМ»

Заведующий кафедрой электромеханики ИГЭУ

Профессор кафедры электромеханики ИГЭУ

Инженер кафедры электромеханики ИГЭУ

Малышев Э.Е.

Чихачев В.Ю. Казаков Ю.Б. Шишкин В.П. Палилов И. А.

Приложение 2. Справка о результатах совместной научно - исследовательской работы

СОГЛАСОВАНО

Упрар/щю щи ¡^директор ПАО «НИПТИЭМ»

J I ..... /

O.B. Кругликов 2015 г.

Ы г. -А, у.

1" -»^Ч..

П ИГЭУ

ГРЧяШде? Pü*

ютиков 15 г.

м.пЦ^.

« • ф

J

Ч ,/ч ■ ; СПРАВКА

■ о результатах совместной научно-исследовательской работы

В периоде 2014 г. по 2015 г. ПАО «Научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электромашиностроения» (НИПТИЭМ) г. Владимир и ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина» (ИГЭУ) г. Иваново в составе рабочей группы:

1. Казаков Ю.Б. (заведующий кафедрой Электромеханики ИГЭУ),

2. Шишкин В.П. (профессор кафедры Электромеханики ИГЭУ),

3. Тихонов А.И. (профессор кафедры Электромеханики ИГЭУ),

4. Палилов И.А. (аспирант кафедры Электромеханики ИГЭУ),

5. Швецов Н-К. (аспирант кафедры Электромеханики ИГЭУ),

6. Зайцев A.M. (главный конструктор НИПТИЭМ),

7. Журавлев С,А. (начальник бюро НИПТИЭМ),

8. Драгомиров М.С. (ведущий специалист НИПТИЭМ),

9. Захаров A.B. (ведущий специалист НИПТИЭМ)

провели совместные инициативные работы по исследованию характеристик асинхронных и синхронно-реактивных электродвигателей в рамках выполнения договора №280/12 от 19.11.12 г. Целью проведенных работ было определение перспектив использования приводов на основе зеинхронных и синхронно-реактивных двигателей в качестве силовых установок гибридного и электротранспорта, системах электродвижения судов. Были рассмотрены двигатели с конструкциями ротора имеющие продольную (ALA - Axially Laminated Anisotropic) и поперечную шихтовку (TLA - Transversally Laminated Anisotropic). Рассмотрены электродвигатели с мощностями 20-500 кВт.

В ходе проведения работ ПАО НИПТИЭМ передало кафедре электромеханики ИГЭУ основные параметры активных частей (статора и ротора) исследуемых электродвигателей, а также данны,ё-'для расчетного уточнения. Кафедра электромеханики, со своей стороны, провела уточненное моделирование магнитного поля и передала результаты и рекомендации ПАО «НИПТИЭМ».

В результате обсуждения результатов работы принято решение:

1. Продолжить совместные работы по исследованию асинхронных и синхронно-реактивных электродвигателей. Продолжить выполнение расчетных работ по схеме: НИПТИЭМ предоставляет кафедре электромеханики разработанный вариант активных частей. ИГЭУ проводит уточняющие расчеты, как этап инициативной научно-исследовательской работы, знакомит НИПТИЭМ с результатами,

2. Запланировать совместное написание научных статей, в ведущих журналах, по результатам исследований. Принять совместное участие в научных конференциях.

3. Считать полученные в результате работы результаты совместными. Разрешить публикацию результатов при взаимном согласии сторон (НИПТИЭМ, ИГЭУ).

Рабочая группа:

/

от НИПТИЭМ: Зайцев A.M. Журавлев С.А. Драгомиров М.С. (--'i Захаров A.B.

Ж

от ИГЭУ: Казаков Ю.6. Шишкин В.П. Тихонов А.И. Палилов И.А. Швецое Н.К.

~7Ту,

....

Приложение 3. Свидетельство о регистрации программного продукта «Автоматизированный комплекс расчета переходных и установившихся режимов системы асинхронный двигатель - асинхронный генератор»

Приложение 4. Акт об использовании результатов диссертационной работы в ИГЭУ

«УТВЕРЖДАЮ» ной работе ИГЭУ

Гусенков А.В. 1Х> 2016 г.

внедрения результатов диссертационной работы Палилова Ильи Аркадьевича в учебный процесс Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина» (ИГЭУ)

Удостоверяем, что результаты диссертационной работы Палилова И.А. «Моделирование и анализ электромеханических процессов в асинхронны* машинах с общим валом» используются в материалах занятий со студентами по направлениям подготовки 13.03.02 - «Электроэнергетика и электротехника» (бакалавриат) профиль «Электромеханика» в дисциплине «Испытание, эксплуатация и ремонт электрических машин» и 13.04.02 - «Электроэнергетика и электротехника» (магистратура) профиль «Электромеханика» в дисциплинах «Компьютерная реализация методов расчета физических полей в электромеханике» и «Компьютерные методы анализа электромагнитных процессов в электрических машинах».

Заведующий кафедрой электромеханики д.т.н. профессор

к.т.н., декан

электромеханического факультета

Старший Преподаватель кафедры электромеханики

Казаков Ю.Ь.

Егоров В.[ 1.

Филиппов В.А.