Автореферат (Разработка методов и средств компьютерного моделирования асинхронных двигателей с учётом динамики), страница 2

Вьетнам.Апробация работы. Основные положения работы, результатытеоретическихирасчетныхисследованийдокладывалисьиобсуждались на XVII-XVIII международных научно-техническихконференцияхстудентовиаспирантов«Радиоэлектроника,электротехника и энергетика» (Москва, 2011-2012 гг.); на XIVмеждународной конференции «Электромеханика, электротехнологии,электротехнические материалы и компоненты». Программа МКЭЭЭ2012, 23 сентября – 29 сентября 2012, Крым - Алушта.Публикации.Материалы,отражающиесодержаниедиссертационной работы и полученные в ходе ее выполнения,представлены в 6 публикациях, в том числе в трёх статьях,опубликованных в журналах рекомендуемых ВАК РФ и в трёх тезисахдокладов на конференциях.Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 6глав, заключения и 4 приложений. Основной текст диссертацииизложен на 152 страницах машинописного текста, который содержит80 рисунков, 14 таблиц и список литературы, включающий 62наименований. Общий объём работы составляет 188 страниц.9КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы, сформулированацель работы, определены основные задачи исследований, показана ихнаучная новизна и практическая значимость.В первой главе по данным литературных источников проводитсяобзор состояния вопроса по моделированию динамических режимовасинхронных двигателей с постоянными и переменными параметрамипри синусоидальном и несинусоидальном питании.Даётся краткий обзор численных методов решения задач,связанных с переходными процессами в электрических машинах слинейными и нелинейными параметрами.В большинстве работ авторы приходят к выводу, что удобноймоделью для исследования динамических режимов асинхронныхмашин является обобщённый электромеханический преобразовательэнергии.Динамические режимы работы в обобщённой электрическоймашинеописываютсясистемойдифференциальныхуравнений,которая состоит из уравнений напряжений и уравнения движения.Для учёта эффекта вытеснения тока в обмотке ротора и вихревыхтоков в магнитопроводах статора и ротора, необходимо решать такжеуравнения, отражающие электромагнитные процессы.В ряде работ контуры вихревых токов эквивалентируютсякороткозамкнутымиобмотками-контурами.Вэтомслучаеэлектрическая машина рассматривается как многоконтурная система иприводятся методы расчётного и экспериментального определенияпараметров, характеризующих работу машины.10Математические модели асинхронной машины (АМ) с учётомдинамики, разрабатываются с применением различных координатныхсистем.

Показано, что для исследования динамических режимов АМс учётом насыщения магнитопроводов, статорных и роторныхвихревыхтоков,несинусоидальностивытеснениятоканапряжениявстержняхпитанияротора,целесообразноиспользование математической модели в фазных заторможенныхкоординатах.При рассмотрении АМ как элемента электромеханическойсистемы, при комплексной разработке системы, можно избавиться отусложнения схемы управления за счёт проектирования машины сзаданными динамическими свойствами.Решение этой задачи возможно на основе регрессионногомоделирования и применения оптимизационных методов.Разделы главы посвящены методу планирования эксперимента имногокритериальной оптимизации.Показано,чтодлярешенияоптимизационныхзадачвмногокритериальной постановке хорошо зарекомендовал себя методмногокритериальнойпоисковойоптимизации,основанныйнаиспользовании ЛП-последовательности.

Метод хорошо согласуется сконцепцией экспертных систем.Вторая глава посвящена реализации моделей многоконтурныхАМ в системе координат (,) в программном пакете MATLABSimulink.В главе приводятся уравнения динамики и приведённые кнормальному виду Коши уравнения АД с одним контуром на статореи с двумя контурами на роторе, расположенными по одной оси, и сдвумя контурами на статоре и роторе, расположенными по одной осив системе координат (,).11На основе стандартных блоков пакета Simulink, разработаныблоки преобразования систем координат и блоки питания, с учётомнесинусоидальности питания, режимов включения и чередования фазпитающего напряжения.

Блокивключены в библиотеку программпакета.В главе приводятся структурные схемы реализации моделей всреде Simulink. Разработка иллюстрируется тестовым примером,подтверждающим адекватность моделирования.БиблиотекастандартныхмодулейMATLAB-Simulinkвпополнена блоками анализа динамических режимов электрическихмашин.Третьяглавапосвященаразработкемакромоделеймногоконтурных АМ на основе S-функции в программной средеMATLAB. Разработан набор моделей динамики АМ в двухфазной ифазнойзаторможеннойпеременнымисистемепараметраминакоординатосновеспостояннымитехнологиииS-функции.Технология основана на описании блоков уравнений электрическогоравновесия (БЭУ) на языке программирования «С» с последующимвзаимодействием с блоками Simulink, обеспечивающими связи саппаратными средствами компьютера. Такая технология позволяетреализовать сложные модели и повысить быстродействие решения.НаосноветехнологииS-функцииразработанышестьмногоконтурных моделей с постоянными параметрами в системекоординат (,) и фазной заторможенной системе координат и на ихосновеуниверсальнаяРазработанодвигателейдевятьвфазноймодельспостояннымимногоконтурныхзаторможеннойнепостоянными параметрами.моделейсистемепараметрами.асинхронныхкоординатс12Длямоделиспеременнымипараметрамиструктурноепредставление блока электрического равновесия приводится на рис.

1.Модели включены в библиотеку стандартных модулей MATLAB.A-фазный ток первого контурастатораA-фазное напряжениеB-фазный ток первого контурастатораC-фазный ток первого контурастатораB-фазное напряжениеC-фазное напряжениеA-фазный ток второго контурастатораB-фазный ток второго контурастатораC-фазный ток второго контурастатораиндуктивность рассеяния первогоконтура статораиндуктивность рассеяния первогоконтура ротораактивное сопротивление первогоконтура ротора, зависящее отвытеснения токавзаимная индуктивностьконтуровэлектрическая угловаяскорость вращения ротораток первого контура роторапо оси a~ток первого контура ротора~по оси bток первого контура роторапо оси c~ток второго контура роторапо оси a~ток второго контура ротора~по оси bток второго контура роторапо оси ~cсоставляющая электромагнитногомомента от токов i1s и i1rсоставляющая электромагнитногомомента от токов i1s и i1rсоставляющая электромагнитногомомента от токов i2 s и i1rсоставляющая электромагнитногомомента от токов i2 s и i2 rРис.1.

БЭУ АМ с двумя контурами на статоре и роторе,расположенными по одной оси, в трёхфазной заторможенной системекоординат, с учётом эффекта вытеснения тока в стержнях ротора и сучётом насыщения магнитопроводов по главному магнитному пути ипутям потоков рассеяния.13Четвертая глава посвящена созданию полиномиальной моделиобъекта методом планирования эксперимента.

При решении задачдинамики существенную роль может играть применение методапланирования эксперимента. Разработаны алгоритм и программныйпродукт, позволяющие в автоматизированном режиме создаватьрегрессионные модели как первого порядка (ПФЭ), так второгопорядка (ОЦКП).Числоварьируемыхпараметров(количествоэкспериментальных точек) и выходных показателей может меняться вшироких пределах.Алгоритм предполагает два варианта решения задачи: принепосредственной связи с моделью динамики и для независимогорасчёта, что позволяет расширить в общем случае круг объектовмоделирования.Блок-схема алгоритма созданияобъекта представлена на рис.2.полиномиальноймодели14Рис. 2. Алгоритм создания полиномиальной модели объекта методомпланирования экспериментаАлгоритм универсален, применим для любого типа устройств,реализован в среде MATLAB и не требует от пользователя навыков впрограммировании.Разработанная методика и алгоритм подтверждены численнымипримерами с доказательством адекватности регрессионных моделей.Пятая глава посвящена многокритериальной оптимизацииасинхронных двигателей с учётом динамики в программной средеMАTLAB.15С учётом возможностей современной вычислительной техники исредствпрограммирования,предлагаетсяреализацияоптимиза-ционного метода ЛПτ в программной среде MATLAB, где созданпрограммный комплекс на основе моделей динамики асинхронныхдвигателей.Метод заключается в зондировании пространства параметров,которыйназываютЛПτ–поиском.Вкачествепробныхточекиспользуются точки ЛПτ–последовательности, которые являютсянаиболее равномерно распределёнными среди всех известных внастоящее время последовательностей.Ключевым звеном создания алгоритма ЛП-последовательностиявляется разработка модуля (geLPtPoint) генератора ЛП-последовательности, в котором используется арифметический алгоритм,содержащий таблицу направляющих числителей.Точки Ai с декартовыми координатами  i ,1 ,... i ,n  в n-мерномпространстве параметров вычисляются следующим образом: i , j   *j   *j*   *j  qi , j , где i  1,2,..., N - номер пробной точки; j  1,2,..., n -номер параметра; n  количество параметров; N  количество пробныхточек;  *j  нижний предел значения параметра j ;  *j  верхний пределзначения параметра j .Созданный модуль genLPtPoint используется для созданиямножества пробных точек ЛП последовательности с максимальнымколичествомпробныхточек2 20 (1 048 576)имаксимальнымколичеством варьируемых параметров 51.Учитывая, что оптимизационный метод ЛПτ предполагает создание в каждом случае для модели оптимизируемого объекта программы связи модели объекта с алгоритмом оптимизационногометода,разработанаподсистемаоптимизационногорасчётного16проектирования АД на основе динамической модели.

С цельюуниверсального использования оптимизационного алгоритма разработана подсистема на основе связи оптимизационного метода с регрессионной моделью, получаемой методом планирования эксперимента.Подобный подход позволяет решать оптимизационные задачи сиспользованием ЛПτ–последовательности для любого типа устройств,имеющих регрессионные модели, без предварительного созданияпрограммы связи с методом.В качестве примера приводятся результаты оптимизационногорасчёта на основе разработанных программных средств для двигателямощностью 3кВт (4A100S4Y3).Числоварьируемыхпараметров10;диапазонизмененияварьируемых параметров 20% от заданных значений; числоиспытаний 64; число критериев 8; число решающих критериев 2.На основе выбранных критериальных ограничений определялисьпараметры Парето-оптимальных моделей.Для решающих критериев: времени разбега - 0,114с, и максимального мгновенного значения А-фазного тока первого контурастатора – 53,56А получены следующие значения параметров:R1 s  1,67 Ом ; R 2 s  150 ,375 Ом ; l1 s  0 ,01 Гн ; l 2  s  0 , 0018 Гн ;M  M s  M r  0 , 2241 Гн ;R1 r  1,0001 Ом ; R 2 r  37 , 0088 Ом ; l1 r  0 , 0106 Гн ; l 2 r  0 , 0632 Гн ; J  0 , 0203 кГм 2 .Шестая глава посвящена анализу динамических режимов АДсредней мощности на основе разработанных программных средств.Исследовались степень влияния насыщения магнитопроводов,роторных вихревых токов, вытеснения тока в стержнях ротора напереходные процессы при различных формах напряжения питания.Для АД, мощностью 3кВт, приводятся динамические показателипри двенадцати различных вариантах моделирования, что позволяетвыбрать оптимальную модель для конкретной задачи анализа.17Результаты численных экспериментов не противоречат выводамдругих исследователей, а сравнение с результатами экспериментальных исследований для АД мощностью 3кВт режимов пуска ипуска с реверсом показывают большую сходимость результатов, 10%,при учёте многообразия физических процессов.Результаты моде-лирования пуска двигателя мощностью 3кВт (4A100S4Y3) приведенына рис.3.