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:
- Бражников А.В., Пантелеев В.И., Довженко Н.Н. Фазно-полюсное управление многофазными асинхронными инверторными электроприводами // Электрика, № 3, 2005. -С. 22-27.
- 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.
- 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).
- 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: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=1010 (дата обращения: 18.09.2024).