Электротехнические комплексы и системы. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Статья научная
Резюме: Simulink - это хорошо известное программное обеспечение для моделирования электрооборудования, широко используемое при изучении электрических машин. Однако оно ограничено в предоставлении результатов и не способно отобразить реальные эффекты движения физических двигателей. В данной работе разработана система математического моделирования в Simulink и система виртуального 3D-моделирования в Unity3D для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, основанная на концепции цифровых двойников. Ввиду сложности межсистемной передачи данных предлагается кроссплатформенный модульный метод взаимодействия данных на основе протокола связи UDP, модули связи могут независимо получать и отправлять данные, гарантируя плавное взаимодействие между ними. В ходе эксперимента по моделированию двигателя виртуальная экспериментальная платформа демонстрирует высокую скорость реакции и точность. Система виртуального 3D-моделирования может принимать входные данные из модели двигателя Simulink и получать результаты расчетов в реальном времени. Эти результаты затем загружаются в 3D-модель двигателя для визуализации соответствующих движений. Пользователи могут настраивать модели Simulink в соответствии со своими конкретными требованиями и использовать разработанную систему передачи данных для отображения соответствующих рабочих эффектов через виртуальную трехмерную систему. Виртуальная экспериментальная платформа использует 3D-модель для воспроизведения рабочего состояния двигателя и интуитивного трехмерного представления экспериментальных результатов. Это позволяет преодолеть ограничения по времени и доступному оборудованию.
Бесплатно
Статья научная
В работе выполнен спектральный анализ пульсаций магнитной индукции в воздушном зазоре и электромагнитного момента асинхронного двигателя с фазным ротором при ортогональном управлении. Цель исследования состоит в установлении закономерностей формирования гармонического состава указанных сигналов в реальной зубцово-пазовой магнитной системе машины. Исследование проведено на основе двухмерной конечно-элементной электромагнитной модели двигателя 4АК160М4У3, реализованной в среде COMSOL Multiphysics. Рассмотрены четыре характерных режима работы при различных сочетаниях частоты питания статора, частоты тока ротора и нагрузки. Для анализа использованы временные зависимости радиальной и тангенциальной составляющих магнитной индукции в фиксированной точке воздушного зазора, а также электромагнитного момента; спектры получены методом дискретного преобразования Фурье. Установлено, что выполнение условий ортогонального управления в среднем за период не устраняет конструктивно обусловленные пульсации, связанные с зубцово-пазовой модуляцией магнитной проводимости зазора. Показано, что спектральная структура исследуемых сигналов формируется устойчивыми семействами несущих частот и боковых полос, положение которых определяется механической скоростью вращения, частотой питания статора и конструктивными параметрами машины. Полученные результаты могут быть использованы при разработке алгоритмов компенсации пульсаций момента и поля, а также при оценке дополнительных потерь и теплового состояния двигателя
Бесплатно
Статья научная
Проведен анализ современных конструкций систем автоматической сортировки твердых бытовых отходов, выявлены недостатки. Предложен оригинальный способ электродинамической сепарации электропроводящих материалов с использованием одного или нескольких индукторов с переменным числом пар полюсов, создающих бегущее электромагнитное поле, которым воздействуют на электропроводящие фрагменты твердых бытовых отходов. Обмотки индукторов при сепарации переключаются так, что полюсное деление изменяется дискретно от максимального до минимального или наоборот, с определенным интервалом времени переключения, определяемым максимальным значением инерции электропроводящих фрагментов с размером, близким к значению полюсного деления. Приводится описание способа электродинамической сепарации, а также блока управления системой электродинамической сепарации. Предлагаемый способ позволит расширить функциональные возможности автоматизированных систем сортировки и переработки электропроводящих твердых бытовых отходов и повысить производительность сепарации.
Бесплатно
Статья научная
В данной научной статье рассматривается оптимизация структуры управления преобразователем частоты в современном электроприводе и проводится сравнительный анализ исходной и оптимизированной системы векторного управления с использованием компьютерного моделирования. В качестве метода оптимизации выбрано поддержание угла между током статора и потокосцеплением ротора на таком значении, которое будет соответствовать численной близости значений моментообразующей и намагничивающей составляющих статорного тока. Приводятся характеристики асинхронного двигателя, структура модели ПЧ-АД, имитирующей работу грузоподъемного устройства (привода подъема крана), графики момента, тока, скорости, потребления активной и реактивной энергии, tg φ′. Примечательно, что преобразователь частоты, применяющийся при моделировании, является обратимым, то есть допускает двусторонний обмен энергией с сетью. Это обстоятельство предоставляет возможность исследовать систему в момент рекуперации энергии, что является к моменту написания статьи областью, не освещенной в научных трудах, и подчеркивает важность исследования. Исследуется эффективность оптимизации системы векторного управления, в частности по параметру энергопотребления электродвигателя. Результаты показывают, что оптимизированная система векторного управления обеспечивает более высокую энергоэффективность по сравнению с исходной системой. Приводятся численные данные.
Бесплатно
Сравнительная оценка способов питания СДПМ в режиме вентильного двигателя
Статья научная
В статье даётся сравнительная оценка различных способов питания синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) в режиме вентильного двигателя (ВД). Численно на аналитических и на компьютерных моделях рассчитаны механические ω = f(M), зависимость скорости от электромагнитного момента и энергетические ηэ = f(M), зависимость электромагнитного КПД от момента, характеристики двигателя при синусоидальном питании и дискретной коммутации с различными значениями относительной индуктивности обмотки. Исследованы пульсации момента. Рассмотрено три наиболее распространённых способа дискретной коммутации: 120-, 180- и 150-градусная. Показано, что дискретная 120-градусная коммутация обеспечивает наибольшее, по сравнению с другими способами, значение ηэ, а механические характеристики по виду примерно одинаковы при различных способах питания. Исследование пульсаций момента показало, что дискретная коммутация без дополнительных мероприятий не может конкурировать по этому показателю со случаем синусоидального питания, который теоретически имеет нулевые пульсации момента. Однако использование 150-градусной коммутации позволяет значительно их уменьшить, приблизив к 2…3 %. Приведены кривые, позволяющие приближённо оценить ожидаемые пульсации момента для всех дискретных способов коммутации. Даны практические рекомендации по выбору способа питания СДПМ.
Бесплатно
Стабилизаторы напряжения автономных ветроэнергетических установок малой мощности
Статья научная
Показано, что одним из способов, улучшающих энергетические характеристики ветроэнергетических установок (ВЭУ) малой мощности, является подключение их непосредственно к потребителям электроэнергии через распределительное устройство. В этом случае необходимо стабилизировать не только напряжение источника электроэнергии из-за изменения величины и характера нагрузки, но и частоту тока из-за переменной частоты вращения ветроколеса. Приведены структурно-схемные решения стабилизаторов параметров электроэнергии ВЭУ малой мощности, выполненные с использованием современной элементной базы, и раскрыты особенности их работы, преимущества и недостатки. Предложена функциональная схема стабилизатора напряжения и частоты синхронного генератора с постоянными магнитами, содержащая неуправляемый трехфазный выпрямитель, однофазный инвертор напряжения и однофазно-трехфазный трансформатор с вращающимся магнитным полем. Раскрыт принцип работы автоматической системы управления по стабилизации параметров электроэнергии. Предложенное структурно-схемное решение позволяет улучшить КПД, показатели надежности и повысить быстродействие системы управления по стабилизации напряжения и частоты генератора электроэнергии ВЭУ. Результаты исследования повысят эффективность предпроектных работ по разработке энергоэффективных стабилизаторов параметров электроэнергии автономных ВЭУ малой мощности.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены проблемы реализации энергоэффективного управления электроприводом по схеме двигателя двойного питания с двумя преобразователями частоты в статоре и роторе с позиций теории принятия решений. Наличие двух преобразователей позволяет реализовать большое количество экстремальных по энергетической эффективности алгоритмов при значительных изменениях скоростей и нагрузок на валу. Важное значение для электропривода имеет и соблюдение температурных режимов его элементов во всех режимах работы. Определенные разработчиком стратегия ШИМ и алгоритм энергоэффективного управления оказывают взаимное влияние как на температуру силовых ключей инверторов преобразователей частоты, фазных обмоток двигателя и его элементов, так и на потери в этих частях привода. Обозначенная проблема проектирования электропривода с двигателем двойного питания может быть отнесена к классу многокритериальных детерминированных статических задач теории принятия решений. В статье осуществлена обобщенная постановка задачи поиска наилучшего решения и обозначены основные проблемы этой процедуры, имеющие концептуальный характер - необходимость нормализации локальных критериев, определение области компромисса, выбор схемы компромисса и соответствующего ей принципа оптимальности, учет приоритета критериев.
Бесплатно
