Аннотация: На современных энергоустановках автономных объектов применяются электромеханические преобразователи с хорошими массообъемными показателями. Однако проблема снижения удельных энергетических показателей электрических машин продолжает оставаться актуальной. В статье представлены новые технические решения и расчетные методики для нетрадиционных энергосберегающих машин с улучшенными массообъемными показателями. Электромагнитное ядро машин включает обмотку статора с активными и лобовыми проводниками прямоугольного сечения. Сечение перемычек для соединений активных и лобовых проводников уменьшено. Лобовые проводники обмотки статора не пересекаются. Этими мерами достигаются экономия меди и снижение длины электромагнитного ядра при сохранении высокого КПД. Показана возможность и перспективность выполнения такой обмотки в виде многослойной волновой. Рассмотрена конструкция асинхронного двигателя с обмоткой статора такого типа. Изложены особенности методики проектирования электрических машин с новой обмоткой статора. Приведена развернутая торцевая схема обмотки статора и схема последовательности соединений проводников этой обмотки. Даны выражения для расчета вылета лобовых частей обмотки. Приведены результаты сравнения нового и серийного двигателей мощностью 75 кВт.

Аннотация: Установлено, что при равенстве фазных токов трех- и пятифазной машин переменного тока, число витков в фазе пятифазной машины должно быть меньше в 5/3 раза. При выполнении этого условия трех- и пяти фазная обмотка создают равновеликую намагничивающую силу при одинаковом количестве меди. Индуктивность коммутируемых фаз пятифазной машины уменьшается, что упрощает коммутацию ключей. Уменьшение числа витков в фазе пятифазной обмотки также приводит к ослаблению реакции якоря, диапазон регулирования пятифазной машины по сравнению с трехфазной машиной увеличивается. Приведены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие теоретические исследования.

Аннотация: В статье рассматривается работа асинхронной машины с короткозамкнутым ротором при различных способах формирования электромагнитного момента. Нелинейность характеристики намагничивания модели двигателя учтена посредством степенного многочлена. В состав системы управления включены П-регуляторы токов и скорости, позволяя наглядно сравнить условия управления и полученные результаты. Сравниваются динамические и энергетические свойств асинхронного электропривода при двух различных способах векторного управления. Одно управление обеспечивает формирование электромагнитного момента при стабилизации потокосцепления ротора, осуществляя предварительного намагничивание двигателя. Другое управление, сформированное методом последовательного синтеза, не выполняя предварительного намагничивания, обеспечивает изменение электромагнитного момента при минимизации реактивной мощности. Путем структурно параметрической компенсации, организована линейная зависимость электромагнитного момента от задания, обеспечивая стандартный характер переходных процессов. Основные оценки качества сравниваются в статических режимах и переходных процессах электропривода переменного тока. Оценкой динамических свойств является время реакции системы на входные и возмущающие воздействия. Управление ограничено по модулю вектора напряжения, ограничена полоса пропускания регулируемых переменных.

Аннотация: Представлены результаты сравнительных испытаний вентильно-индукторного привода (ВИП, 15 кВт, 300 мин-1) и серийного асинхронного двигателя с аналогичными параметрами при питании от сети и от преобразователя частоты (ПЧ). Двигатели выполнены в одинаковом корпусе AИР160S2. Результаты испытаний, выполненных в Ярославле на специализированном оборудовании испытательного центра ОАО "ELDIN", показали, что применение электромеханической стали толщиной 0, 35 мм марки 2412 позволяет повысить КПД ВИП на 2, 5-3% в сравнении с аналогичным приводом, двигатель которого выполнен из стали толщиной 0, 5 мм марки 2212; КПД асинхронного привода при питании от ПЧ на 8-9% ниже по сравнению с КПД ВИП (сталь 2412, D = 0, 35 мм). При питании от ПЧ КПД асинхронного привода снижается на 3, 5% в сравнении с режимом работы непосредственно от сети 50 Гц.

Аннотация: Приведено обоснование одного из возможных способов управления линейным асинхронным двигателем (ЛАД) с контролем нормальной составляющей силы взаимодействия индуктора и реактивной шины. Показано, что нормальное усилие в одностороннем ЛАД может оказывать большое влияние на работу устройств и систем, на которых установлен двигатель. Эта нормальная сила может притягивать индуктор к реактивной шине, либо отталкивать его от шины. Для модели двигателя, представленного в виде четырех зон - индуктор, воздушный зазор, токопроводящая шина и стальной сердечник реактивной шины - получены аналитические выражения для расчета составляющих магнитного поля в воздушном зазоре. Влияние продольного и поперечного краевых эффектов в рассматриваемой плоской модели двигателя не учитывается. Получены выражения для определения удельных на единицу поверхности касательных и нормальных сил. Показано, что касательная сила при изменении скольжения от отрицательных до положительных значений изменяется подобно электромагнитному моменту обычного асинхронного двигателя с вращающимся ротором. Нормальная сила при изменении скольжения может притягивать индуктор к реактивной шине или отталкивать его от шины. Наибольшего значения сила притяжения достигает при нулевом скольжении. Скольжение, при котором нормальная сила равна нулю, определяется только полюсным делением и проводимостью материала реактивной шины и обеспечивает работу двигателя с наибольшим коэффициентом мощности. Предлагается измеренное значение нормальной силы использовать как параметр при построении системы управления тяговым ЛАД.

Аннотация: Рассмотрены пути повышения устойчивости синхронных машин большой мощности при стабилизации угла нагрузки в структуре системы автоматического регулирования возбуждения. Получена математическая модель электрической машины в разомкнутых и замкнутых системах автоматическогорегулирования, выполнены исследования электромагнитных процессов и анализ существующих и предлагаемых систем оптимального управления. Разработан бесконтактный датчик угла нагрузки синхронного двигателя, базирующийся на измерении доступных параметров синхронной машины и позволяющий вычислять угол нагрузки в статических и динамических режимах работы синхронного генератора, и совместимый с новой системой регулирования. Предложены системы регулирования возбуждения синхронной машины с датчиком измерения угла нагрузки, обеспечивающие более высокие показатели в динамических режимах и более быстродействующую защиту от выпадения из синхронизма, а также позволяющие стабилизировать реактивную мощность, коэффициент мощности и напряжение на статоре синхронной машины.

Аннотация: Решается проблема идентификации параметров эквивалентных схем замещения высоковольтных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в виде отсутствия значений указанных параметров в заводских каталогах. Предложен усовершенствованный метод определения параметров одноконтурной эквивалентной схемы замещения глубокопазных асинхронных двигателей по известным каталожным данным. Для устранения недостатков известных методов необходимо учитывать значения тока статора и вращающего момента в диапазоне значений скольжения от критического до равного единице. Работоспособность предложенного алгоритма идентификации параметров проверена при математическом моделировании статических и динамических характеристик на примере асинхронного двигателя мощностью 8000 кВт и напряжением статора 6 кВ.

Аннотация: Применение современных синхронных реактивных двигателей позволяет повысить энергоэффективность многих промышленных механизмов. Новые стандарты определяют пять классов энергоэффективности для электродвигателей от уровня IE1 до IE5. В статье рассматриваются вопросы математического моделирования и экспериментального исследования синхронного реактивного двигателя без магнитов самого высокого класса энергоэффективности IE5. Предложенная математическая модель позволяет рассчитать КПД, коэффициент мощности, пульсации момента, потери в обмотке, в сердечниках статора и ротора электродвигателя и другие рабочие характеристики синхронного реактивного двигателя в различных режимах работы. Экспериментальные исследования двигателя проведены на испытательном стенде с прямым измерением момента. Для измерения температуры обмоток использованы термопары и проведены замеры в установившемся температурном режиме. Опытный образец синхронного реактивного двигателя выполнен в корпусе того же габарита и высоты оси вращения, что и серийно производимый асинхронный двигатель класса энергоэффективности IE3 той же мощности. Представлены результаты экспериментального сравнения опытного образца двигателя без магнитов класса энергоэффективности IE5 и серийно производимого двигателя IE4.

Аннотация: Предложены алгоритмы расчета характеристик асинхронных двигателей (АД) для различных значений напряжения питания, его частоты и момента нагрузки без применения итерационных процедур, с использованием только каталожных данных; отпадает необходимость экспериментального определения характеристик АД. В предлагаемых алгоритмах предусматривается определение параметров схем замещения АД и учитывается нелинейная зависимость тока холостого хода от напряжения питания и его частоты. Учет нелинейной зависимости заключается в расчете относительного значения магнитного потока в магнитопроводе статора и определении относительного значения тока холостого хода по относительной характеристике намагничивания. При этом наибольший эффект достигается при расчете характеристик АД небольшой мощности (примерно до 5 кВт) и особенно асинхронных микродвигателей, у которых относительный ток холостого хода имеет повышенные значения. Приведены примеры расчетов характеристик АД по каталожным данным.

Аннотация: Зашумлённые переходные процессы (ПП) в обмотках статора синхронных машин (СМ) в опытах внезапного симметричного КЗ, гашения поля, восстановления напряжения, ударного возбуждения и других особенно уязвимы при их идентификации по результатам стендовых испытаний методами действующих стандартов на испытания синхронных машин. Методы обработки таких процессов в соответствии с отечественными и зарубежными стандартами перегружены трудоёмкими графическими процедурами и расчётами по данным осциллограмм. Эти методы до настоящего времени не позволяют достичь необходимой точности обработки ПП из-за значительного разброса результатов по их идентификации. Опыт внезапного КЗ является центральным из всех переходных процессов, так как он является асимметричным и содержит наибольшее количество составляющих токов в обмотках статора СМ. Следовательно, этот опыт потенциально перспективен для поиска путей обеспечения высокой точности и достоверности идентификации ПП. Другие перечисленные выше ПП являются симметричными, поэтому их точная идентификация достигается аналогично опыту внезапного КЗ. Разработанные вероятностно-статистические методы идентификации ПП во многом решают существующие проблемы. В статье рассмотрены новые возможности развития этих методов с эффективным использованием вариационных рядов случайного признака с обнаруженным ядром эффективных точечных выборок. Эти возможности повышают точность и достоверность результатов идентификации указанных ПП, снижают трудоёмкость исследований случайного признака в исследуемом диапазоне ПП с переходной составляющей при обработке длительных ПП мощных СМ.

Аннотация: Обосновывается перспективность применения инновационных электрических машин переменного тока с компактной обмоткой статора. Предложена методика расчета активных сопротивлений фаз машин, в которых прямоугольное сечение проводников обмотки статора изменяется. Применена кусочно-плоскопараллельная аппроксимация поля витков, сечение перемычек между активными и лобовыми проводниками которых уменьшено. Методика расчета базируется на уравнениях Лапласа для электростатических полей и методе конечных элементов, реализованных в среде ELCUT. Приведены результаты моделирования распределения плотности тока на участках витка с переменным сечением. Иллюстрируется применение методики поэтапного определения активного сопротивления фазы обмотки инновационной электрической машины. Обмотка выполнена из прямоугольного провода с циклически изменяющимся по длине провода сечением. Рассмотрена необходимость учета влияния неравномерного растекания тока в витках с изменяющимся сечением при расчете электрических машин с различными значениями соотношения длины и диаметра сердечника. Приведен пример оценки погрешностей при расчете активных сопротивлений фаз предлагаемой обмотки.

Аннотация: Суда являются автономными объектами, у которых мощность электростанции и объем помещений ограничены. Вентильные электрические машины, имеющие максимальный КПД и минимальные массу и габариты, могут найти на судах широкое применение, прежде всего в судовых системах большой мощности - генераторных агрегатах, гребных установках и подруливающих устройствах. Однако у вентильных электрических машин существует опасность возгорания при межвитковых замыканиях в обмотке статора. Если такое замыкание произойдет в рабочем режиме, то при вращении ротора по инерции или под действием набегающего на гребной винт потока воды в замкнутом контуре обмотки статора будет индуцироваться ЭДС, поскольку магнитное поле ротора сохраняется. Эта ЭДС создаст ток в замкнутом контуре и в зоне замыкания витков будет выделяться большое количество тепла, которое может привести к пожару на судне. В статье рассмотрен способ "гашения" магнитного поля ротора в аварийной ситуации. В соответствии с этим способом магнитная система ротора выполняется из двух частей, одна из которых неподвижно закреплена на роторе, а вторая установлена на поворотной втулке. В нормальном состоянии машины угловые положения одноименных полюсов, закрепленных на роторе и установленных на поворотной втулке, совпадают. В аварийном состоянии машины поворотная втулка разворачивается так, чтобы угловые положения разноименных полюсов ротора и втулки совпадали. В результате индукция магнитного поля в зазоре и ЭДС в обмотках статора в аварийном состоянии машины будут близки к нулю.

Аннотация: Рассмотрена математическая модель тяговой нагрузки, в основе которой принята нагрузка электровоза со схемой замещения из последовательно соединенных реактора и нелинейного резистора. Предложено вид аппроксимирующего выражения для нелинейного резистора и его параметры определять с использованием экспериментальных осциллограмм и аналитических выражений для цифровой модели электровоза. Показано что математическая модель тяговой нагрузки системы электроснабжения переменного тока, аппроксимирующее выражение для сопротивления нелинейного резистора этой модели и методика определения его коэффициентов позволяют наиболее точно отображать стационарные и нестационарные процессы в тяговой сети переменного тока с учетом тяговой нагрузки. Предложенная математическая модель электровоза переменного тока позволяет рассчитывать установившиеся и переходные электромагнитные процессы в тяговой сети с учетом реальной специфической тяговой нагрузки, которую создают электровозы, питающиеся от контактной сети.

Аннотация: Рассмотрен способ идентификации параметров асинхронного двигателя на основе алгоритма фазовой автоподстройки частоты. Выполнен анализ и классификация существующих способов идентификации параметров схемы замещения. Выделены методы, реализуемые в режиме реального времени и режиме адаптации электропривода, во время первого запуска привода в эксплуатацию. При этом применение методов активной идентификации, при которых в силовую цепь привода инжектируют дополнительный тестовый информационный сигнал, в процессе работы привода неприемлемы, и они используются во время предварительной настройки электропривода до ввода его в эксплуатацию или кратковременно для адаптации изменяющихся параметров. Предложен алгоритм оценки параметров двигателя и разработаны функциональная и структурная схемы параметрической идентификации. Разработанный метод идентификации на базе алгоритма фазовой автоподстройки частоты основан на нивелировании разности фаз реального (измеренного) и вычисленного по модели векторов тока статора. Представлены результаты имитационного моделирования реализованной системы параметрической идентификации. По результатам модельных экспериментов ошибка оценки идентифицированных параметров исследуемого двигателя составила менее 1%. Предложенная система параметрической идентификации может быть использована в составе систем векторного управления для определения коэффициентов внутренних регуляторов электропривода.

Аннотация: Частотно-регулируемый асинхронный электропривод занимает доминирующее положение среди регулируемых электроприводов. Поэтому важно рассмотреть рациональные способы управления асинхронными двигателями (АД) с точки зрения уменьшения энергопотребления. Таких способов управления два: по закону пропорционального регулирования частоты и напряжения на входе двигателя и по законам, обеспечивающим поддержание постоянства полных потокосцеплений статора, ротора и главного потокосцепления в воздушном зазоре. В статье предложена методика расчета энергетических показателей частотно-регулируемого АД для этих законов управления, которая позволяет сравнительно просто без итераций рассчитывать и проводить их сравнение. Расчетные формулы методики базируются на системе векторных уравнений для установившегося режима и полученной на их основе схемы замещения. Приведен пример расчета показателей асинхронных двигателей мощностью Р2=15 кВт при работе с постоянным моментом в заданном диапазоне скоростей вращения. Результаты расчета энергетических показателей двигателя при работе с постоянным моментом и при уменьшении напряжения показали, что закон управления, обеспечивающий постоянство потокосцепления ротора, дает более высокие значения КПД и коэффициента мощности. Именно этот закон предпочтителен для использования в системах управления частотно-регулируемого электропривода.

Аннотация: В статье представлены результаты исследований влияния способа аппроксимации кривой намагничивания электротехнической стали и частоты возбуждения асинхронизированного вентильного двигателя (АВД) на его энергетические характеристики при реализации экстремальных по критериям энергосбережения алгоритмов управления. АВД представляет собой вариант двигателя двойного питания со статическими преобразователями частоты в цепях статора и ротора, применение которого в регулируемом электроприводе в максимальной степени удовлетворяет основным требованиям к машине переменного тока в отношении регулирования скорости и обеспечения высоких энергетических показателей. Показано, что применение кусочно-линейной аппроксимации тремя участками и сплайн-функцией позволяет получить уточненные значения энергетических характеристик по сравнению с простейшим вариантом аппроксимации двумя линейными участками за счет приближения к реальной кривой намагничивания, что обеспечивает при равных значениях электромагнитного момента более высокие значения потокосцепления с уменьшением тока намагничивания. Управление частотой возбуждения асинхронизированного вентильного двигателя при этом оказывает значительное влияние на потери в стали машины, которые в области малых нагрузок имеют определяющее значение относительно активных потерь в обмотках двигателя.

Аннотация: Одной из актуальных задач при разработке электрооборудования автономных объектов является создание малогабаритной системы генерирования. В статье рассмотрены факторы, которые определяют принципы построения системы генерирования и возникающие при этом проблемы. Показано, что ключевым вопросом при определении концепции построения системы генерирования является выбор типа электромеханического преобразователя энергии - генератора. Его конструкция определяет массогабаритные и энергетические показатели всей системы, а блок управления - диапазон регулирования напряжения и уровень пульсаций. В ходе исследования была также рассмотрена надежность системы генерирования, состоящей из генератора и блока управления, в зависимости от концепции построения. В качестве наиболее перспективного варианта выбрана система генерирования на базе синхронного генератора с постоянными магнитами и блока управления на базе DC-DC-преобразователя.

Аннотация: Рассмотрены наиболее важные вопросы, возникающие при проектировании автономных малогабаритных систем генерирования постоянного тока, - анализ и численный расчет прочности конструкции. Одной из главных особенностей автономной малогабаритной системы генерирования постоянного тока являются высокие скорости вращающейся части генератора. В ходе проведенного исследования были рассмотрены основные возможные варианты концепций построения систем генерирования и соответствующих им конструкций генераторов. Определена связь прочностных характеристик генератора, зависящая от его конструкции в требуемых тепловых, скоростных режимах работы. Также были учтены собственные значения частоты колебаний генератора на предмет резонанса. Указаны главные цели прочностного расчета и рассмотрены расчеты на прочность, жесткость и вибрацию двух конструкций синхронных генераторов с внутренним и внешним роторами. Условия расчета задавались с учетом специфических особенностей данных конструкций. Моделирование проводилось методом конечных элементов с помощью специализированного пакета ANSYS.

Аннотация: Представлены требования, предъявляемые к автономным малогабаритным системам генерирования постоянного тока, рассмотрены основные особенности таких систем. Проанализировано несколько концепций построения рассматриваемых систем генерирования - на базе индукторного генератора, синхронного генератора с комбинированным возбуждением и синхронного генератора с постоянными магнитами. По результатам анализа были выявлены достоинства и недостатки каждой из рассмотренных систем и выбрана концепция на базе синхронного генератора с постоянными магнитами с внешним ротором и повышенным напряжением. Одной из основных составных частей блока регулирования является DC-DC-преобразователь. Он позволяет регулировать напряжение при изменении частоты генератора в широком диапазоне и значительно снизить пульсации выходного напряжения. Для определения особенностей моделирования автономной малогабаритной системы генерирования с помощью системы ANSYS рассматривались две конструкции генератора: с внутренним и внешним ротором. С помощью моделирования дана оценка качества работы каждой конструкции генератора и подтверждена отдаваемая мощность системы генерирования.

Аннотация: Более двух десятилетий задача по исключению датчиков положения ротора в приводах переменного тока остается актуальной. Среди ожидаемых преимуществ от ее решения - снижение стоимости и размеров привода, а также повышение надежности. Методы, разработанные для достижения этой цели, обычно называются бездатчиковым управлением. Для машин переменного тока эти методы обеспечивают высокую производительность в диапазоне средних и высоких скоростей, однако их эффективность падает с уменьшением скорости, а управление положением на низких и близких к нулю скоростях не представляется возможным. Для преодоления этого ограничения были предложены методы бездатчикового управления, основанные на отслеживании положения асимметрии ротора. Эти методы измеряют реакцию машины на высокочастотную составляющую сигнала возбуждения. Одно из наиболее привлекательных свойств этого метода - отсутствие ограничении при работе на низких или близких к нулю скоростях, что позволяет управлять положением ротора. В статье представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований метода определения индуктивностей Ld и Lq синхронной реактивной машины (СРМ) с применением инжекции высокочастотной составляющей в напряжение статора. Рассмотрены принципы работы данного метода и его применение на математической модели СРМ и двигателе M3AL 90LDA 4 компании АВВ. Определение этих параметров необходимо для реализации систем бездатчикового управления электроприводом.