Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,686

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ОБЛАСТИ МНОГОФАЗНЫХ ИНВЕРТОРНЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Бражников А.В. Белозеров И.Р.
Среди всего многообразия существующих в настоящее время электромеханических систем (ЭМС) в отдельный класс можно выделить ин-верторные ЭМС переменного тока. В частности, к данному классу ЭМС относятся синхронные и асинхронные частотно-регулируемые инвертор-ные электроприводы, металлургические магни-тогидродинамические (МГД) системы, осущест­вляющие электромагнитное перемешивание жидких металлов в печах, ковшах и пр., а так­же другие системы. Исполнительными устрой­ствами (ИУ) в ЭМС этого класса являются элек­тродвигатели переменного тока (в инверторных электроприводах), электромагнитные вращате­ли жидкого металла (в МГД системах) и т. д., питание которых осуществляется от преобразо­вателей частоты. Чаще всего в качестве послед­них в ЭМС рассматриваемого класса применя­ются преобразователи частоты со звеном посто­янного тока, построенные на базе автономных инверторов напряжения.

Изучение инверторных ЭМС указанного класса (в дальнейшем - ИЭМС) при числах m фаз этих систем, равных пяти и более, позволя­ет выявить некоторые фундаментальные законо­мерности, характерные для ИЭМС, но не прояв­ляющиеся при числах их фаз, равных трем и че­тырем. Знание этих специфических закономер­ностей имеет не только чисто научное (позна­вательное), но и важное практическое значение, поскольку игнорирование упомянутых законо­мерностей неизбежно приводит к снижению ко­эффициента полезного действия (КПД) ИЭМС при увеличении числа m фаз последних более четырех. Кроме того, исследование ИЭМС при m ≥ 5 позволяет уточнить и даже изменить неко­торые (ставшие уже традиционными) представ­ления об оптимальной конструкции отдельных элементов ИЭМС.

На сегодняшний день авторами этой ра­боты в результате проведения соответствующих исследований установлены два описанных ниже, неизвестных ранее закона пространственно-временных спектральных соответствий, относя­щиеся к разряду фундаментальных законов для ЭМС рассматриваемого класса и справедливые для случая симметричных статорных обмоток ИУ и установившихся режимов работы ИЭМС.

Первый из этих законов связывает меж­ду собой КПД η ИЭМС и относительные ампли­тудные спектры U*(c) и B*(n) соответственно выходного фазного напряжения u(t) инвертора и периодической функции b(γ) , описывающей в пределах протяженности одного полюсного деления магнитопровода статора ИУ распреде­ление в пространстве рабочей зоны исполни­тельного устройства ИЭМС магнитной индук­ции, создаваемой каждой фазной обмоткой ста­тора ИУ где U*(c) - относительный амплитуд­ный спектр напряжения u(t), являющегося од­новременно и фазным напряжением исполни­тельного устройства ИЭМС; U*(c) = U(c)/U(1); U(c) - амплитудный спектр напряжения u(t); c - порядки (номера) гармоник напряжения u(t); U(1) - амплитуда основной (первой) гармони­ки напряжения u(t); B*(n) - относительный ам­плитудный спектр функции b(γ); B*(n) = B(n)/ B(1); B(n) - амплитудный спектр функции b(γ);

n - порядки (номера) гармоник функции b(γ); B(1) - амплитуда основной (первой) гармони­ки функции b(γ); t - время; γ- пространствен­ная координатная ось, проходящая вдоль рабо­чей зоны ИУ (расточки статора); γ € [0; 2π].

Под рабочей зоной исполнительного устройства ИЭМС, в частности, подразумева­ются: воздушный зазор между статором и рото­ром синхронного или асинхронного электродви­гателя (в случае инверторного электропривода), часть массива жидкого металла, примыкающая непосредственно к стенке металлургической печи, ковша и т.п. (в случае электромагнитного перемешивателя жидкого металла) и т.д.

Величины U*(c) и B*(n) - безразмерные. Их огибающие могут быть построены на одной координатной плоскости kOd (в ортогональных по отношению друг другу координатных осях: горизонтальной Ok и вертикальной Od) графи­ков функций, описывающих огибающие спек­тров U*(c) и B*(n), где k = c для U*(c); k ≡ n для B*(n). При построении названных графиков зна­чения амплитуд соответствующих частотных составляющих (гармоник) U*(k) и B*(k) откла­дываются по вертикальной оси Od.

Упомянутый выше закон получил название «закона m-инвариантности КПД ИЭМС» (или, более кратко, - «закон m-инвариантности») и формулируется следующим образом: для обе­спечения инвариантности КПД п ИЭМС по от­ношению к числу m ее фаз огибающая спектра U*(k) должна проходить ниже огибающей спек­тра B*(k) на координатной плоскости kOd; при этом спектральный состав функции Ь(у) должен быть (как минимум) идентичен спектральному составу функции u(t) или (как максимум) шире последнего.

Второй закон касается области фазно-полюсного управления (ФПУ) [1, 4] много­фазными ИЭМС и связывает между собой КПД η ИЭМС, спектр U*(c) и B*(n), а также цело­численный параметр ФПУ H ≥ 1, показываю­щий, во сколько раз при ФПУ фазовое смеще­ние между выходными напряжениями сосед­них фаз инвертора больше, чем при обычном (традиционном) управлении многофазным ин­вертором. Этот закон получил название «зако­на Я-инвариантности КПД ИЭМС» (или, более кратко, - «закон Я-инвариантности»). Он фор­мулируется следующим образом: для обеспече­ния инвариантности КПД п ИЭМС по отноше­нию к параметру H в процессе фазно-полюсного управления ИЭМС должно обеспечиваться тож­дество B*(n) = B*(Я • n); при этом при всех зна­чениях параметра Я для спектра U*(c) должен выполняться закон m-инвариантности.

Обеспечение выполнения закона Я-инвариантности достигается за счет применения специальных конструкций статоров многофаз­ных ИЭМС, описанных, например, в [1, 3].

При нарушении описанных выше зако­нов КПД п ИЭМС уменьшается при увеличе­нии числа ее фаз, а также при переходе от тра­диционного управления к ФПУ. В основе этого явления лежит, в частности, эффект компенса­ционной фильтрации, возникающий в процессе обмена энергией между отдельными звеньями ИЭМС и описанный в [2].

Список литературы:

  1. Бражников А.В., Пантелеев В.И., Довженко Н.Н. Фазно-полюсное управление многофазными асинхронными инверторными электроприводами // Электрика, № 3, 2005. -С. 22-27.
  2. Бражников А.В., Гилев А.В., Белозеров И.Р., Хомич Л.В. Явление и метод компенсационной фильтрации полигармонических компонент периодических сигналов // Современные наукоемкие технологии. - № 10, 2009. -С. 17-25.
  3. Бражников А.В., Белозеров И.Р. Мно­гофазный асинхронный инверторный электро­привод с фазно-полюсным управлением / Реше­ние от 13.09.2010 г. о выдаче патента по заявке № 2010130384/07(043129).
  4. Brazhnikov, A.V., and Dovzhenko, N.N. Control Potentials and Advantages of Multiphase AC Drives // Proceedings of 29th IEEE International Conference on Power Electronics "PESC´ 98". - Fukuoka, Japan, 17-22 May 1998. - Vol. 2. - Pp. 2108-2114.

Библиографическая ссылка

Бражников А.В., Белозеров И.Р. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ОБЛАСТИ МНОГОФАЗНЫХ ИНВЕРТОРНЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2010. – № 12. – С. 104-106;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=1010 (дата обращения: 17.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252