Математическое и компьютерное моделирование процессов в полупро-водниковых преобразовательных системах электроснабжения тяговой подстанции

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Международный Научный Институт & quot-Educatio"- V (12), 2015
Частоты распределения отклонений замеров остаточных толщин от среднеарифметического значения являются функцией от возраста судна. Отклонения измеренных значений остаточных толщин элементов конструкций от средних с возрастом судна увеличиваются. При периоде эксплуатации судна близким или больше нормативного средние квадратичные отклонения для разности измеренных остаточных толщин элементов конструкций от их средних значений должны быть более 0.6 мм.
Для определения вероятностных характеристик отклонений измеренных остаточных толщин элементов конструкций от их средних значений для разных типов судов требуется выполнить углубленные исследования результатов дефектаций, в которых будут учтены: условия эксплуатации, возраст судна и другие факторы, в т. ч. ремонтно-восстановительные работы.
Список литературы
1. Правила классификации и постройки морских судов. Т.1. Российский морской регистр судоходства. Санкт-Петербург, 2015.
2. Правила классификационных освидетельствова-
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ний судов в эксплуатации. Российский морской регистр судоходства. Санкт-Петербург, 2015.
3. Инструкция по замерам толщин на судах Российский морской регистр судоходства. Санкт-Петербург, 2012.
4. Ефремов Л. В. Практика инженерного анализа судовой техники — Л.: Судостроение 1980, 176 с.
5. Кемниц Ю. В. Теория ошибок измерений Издательство геодезической литературы, Москва, 1961
6. Большаков В. Д. Теория ошибок наблюдений — М.: Недра, 1983 г — 223с
7. Кулеш В. А., Пичугин О. Г., Суров О. Э. Компьютерный банк данных и экспертиза технического состояния флота (DEFHULL) // Гос. Комитет по рыболовству РФ. Безопасность мореплавания и ведения промысла. — СПб., 1997. С. 57−61. Вып. 1 (105).
8. Кулеш В. А., Житников А. В., Суров О. Э. Система DEFHULL — инновационная технология в управлении технической эксплуатацией флота. Электронное периодическое издание & quot-Вестник Дальневосточного государственного технического университета& quot-, Научный журнал, № 3 (5), ДВГТУ- Владивосток- 2010. С. 23−34.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ
Кохреидзе Гиви Клементьевич
Доктор технических наук, профессор департамента электротехники и электроники Грузинского технического
университета (ГТУ), г. Тбилиси Прангишвили Григол Важаевич Докторант ГТУ, начальник департамента электроснабжения АО, Гоузинскаяжелезная дорога,
Курашвили Изольда Акакиевна Академический доктор энергетики и электроинженерии, ассистент профессор ГТУ
Тетунашвили Этер Роландиевна
Бакалавриат факультета энергетики и телекоммуникации Гоузинского технического университета
MATHEMATICAL AND COMPUTER MODELING OF PROCESSES IN SEMI-PERMEABLE CONVERTING SYSTEM FOR POWER SUPPLY OF LIFTING SUBSTATIONS
Kokhreidze Givi patronymic Kliment, Doctor of technical sciences- full professor of electrical engineering and electronics department of Georgian Technical University (GTU), Tbilisi City, Georgia
Prangishvili Grigol patronymic Vazha, Doctoral student of GTU, head ofpower supply department of Joint Stock Company «Georgian Railway»
Kurashvili Izolda patronymic Akaki, Academic doctor of electric engineering and energetic, assistant-professor of GTU Tetunashvili Eter patronymic Roland, Bachelor of the faculty of energetic and telecommunication of Georgian technical University
АННОТАЦИЯ
Целью настоящей работы является математическое и компьютерное моделирование электромагнитных переходных процессов в20. трехфазных управляемых выпрямительной и инверторной преобразовательной системе электроснабжения тяговой подстанции. Моделирование производится по методу комплексными преобразованиями пере-менных.В результате расчета и анализа полученны важнейщиезавысимостей между неизвестными электрическими величинами и построенны структурные схемы модели переходных процессов. Составленны комплексные уравнения преобразовательной системы относительно производных токов и полученны интегральные выражения этих токов, позволяющие произвести компьютерные моделирования процессов.
Ключевые слова: выпрямитель, инвертор, потокосцепление, комплексное преобразование, трансформатор, структурнаясхема, переходный процесс, моделирование.
ANNOTATION
Aim of the presented work is mathematical and computer modeling of electromagnetic transition processes in inverter converting system of power supply of lifting substations and in guided tripods tuners. Modeling takes place by the method of variables complex converting. As a result of calculation and analysis one has got very important attitudes among the searching electric values. One has set the structural schedules of the model of their transmission processes. One has done equations
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- V (12), 2015
63
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
towards the complex resulting variables of converting system, their integral images are gotten, which would support holding the computer modeling completely.
Key words: tuner, inverter, flow-connecting, complex converting, transformer, structural schedule, transition process, modeling.
Трехфазные мостовые управляемые выпрямители и инверторы ведомю трехфазной сети, питающие от силовых трансформаторов тяговой подстанции, представляют сложную нелинейную вентильных цепь.
Расчет и анализ электромагнитных переходных процессов производим по методу комплексных и спектрально-операторных преобразованиям электрических
величин. Разработанный метод дает возможность учитывать активные, омические сопротивления и индуктивности рассеяния обмоток силового трансформатора тяговой подстанции, а также возможные изменения параметров, вызванные несимметричности режимов [1,2]
Рис. 1. Схема Преобразователя с трехфазным управляемым выпрямителем.
В схеме рис. 1 Выпрямительной преобразовательной системы приняты следующие обозначения:
R1, R11, Lg, Lg- сопротивления и индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора- ЕПР, RH, LH- противно э.д. с, активное сопротивление и индуктивности нагрузки. г^, ijK, uK, ujK, (K = 1,2,3) — Фазные токи и напряжения первичных и вторичных обмоток, трех фазного силового тягового трансформатора- id, ud — ток и напряжение на выходе выпрямителя- M11, M22, M12 = M21- соответственно, максимальные значения взаимной индуктивности между двумя фазами как первичной, так и вторичной и между одной фазой первичной и одной фазой вторичной обмоток силового трансформатора.
При анализе приняты следующие допущения:
• вентили идеальные-
• коммутационные угли преобразователя у меняются в пределах 0 & lt- у & lt- П-
• при пуске преобразователя в переходном процессе угол регулирования вентилей постоянен («Р= const) —
• трехфазный силовой трансформатор подключен к источникам трехфазного напряжения:
uK = Umsin
., 2п
wt-(k-l) -+ %
,(k= 1,2,3.).
(1)
Физическое содержание комплексного преобразования переменных для выпрямительной преобразовательной системы заключается в представлении в поперечной пространственной плоскости силового трансформатора фазные токш^, ijK, напряжения uK, uj| и потокосцепления % 4 $, векторными величинами, модули которых определяются мгновенными значениями токов, напряжений и потокосцеплений, а направления магнитными осями фаз & lt-,<-, (k = 1,2,3.). Следовательно, для векторов токов, напряжении и потокосцеплений фаз обмоток первичной и вторичной стороны трансформатора будем иметь|1,2|
?! — - i
Ui
k
I — «I
ikejKk, TkI = ik'-e'-X
k
4Tk = ^eH,^ =kIeiKkI, J
UkeiKk, Uk
II
uj1, }k= 1,2,3
(2)
Для фаз обмоток первичной и вторичной стороны трансформатора имеем векторные уравнения электрического равновесия.
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- V (12), 2015
64
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
м d^k
U- = R^I +_^- k= 1,2,3.
dt d^k
II
-uk = RnT- + -7-- k = 1,2,3.
k k dt
Мгновенные значения потокосцеплений 4^, определяются как сумма проекций векторов потокосцеп-(3) лений от токов гП и i? на магнитную ось рассматриваемой
фазы
k = LSi- + ^[M11cos («-i-"k)ili + M12cos"-ak)in]-
n=1
3
ч? = L^ik1 + ^[M22cos («ni-KkI)ini + M12cos («n-KkI)in]-
(4)
Электромагнитный переходный процесс в трансформаторе определяется результирующими векторами токов, напряжений и потокосцеплений первичных и вторичных обмоток.
Л
(5)
Для результирующих векторов токов, напряжений и потокосцеплений имеем следующие уравнения (суммируя уравнения (3) по к):
3 3
i: 11 NX Y-X = 1®.
k=1 k=1
3 3
U1U11 = Ёя-1,
k=1 k=1
3 3
4/I = У?'-ч-11 и XI
k=1 k=1
U1 = R: i: + -U11 = Rnin +
d4d з
dt — d4/I1
(6)
dt '-J
Где в (6), учитывая (4), (5) для 4jI, 4jI1 получаем:
ч& gt-: = (lS + -M11)iI + -M12in, Ф11 = (lS + 3 m22) i11 + 3 M12iI, ]
22 Подставляя (7) в (6), окончательно получаем:
… i 3 M11 di: 3 di: i 1
= R: i: + (l s ±) -+ _ M1 12.
s 2) dt 2 dt-
= Rnin + (3 din 3 di1
lIs + -M 22) — + M12--
2) dt 2 dt J
(8)
Для контура нагрузки выпрямителя имеем:
did
ud = idRH + lh + ЕПР
(9)
Подставляя (1) в (2) и учитывая (5), для U1 полу-
чаем:
3
U1 = -Umei («t+^u)
(10)
Используя спектрально -операторную преобразованию переменных, для связывходного выходного электрических величин трехфазного выпрямителя имеем следующие уравнения:
ikI = PikCO^
ud = ^ Puk (t)uk1,
(11)
k=1
где pik (t), puk (t) — соответственно коммутационные функ-(7) ции по току и напряжений. При учитываний основных гармоник в коммутационных функциях для уравнения связи будем иметь уравнения:
2V3 sin2..
ik = ------у- • Msin
2
Y 2П
wt — ap — - - (k — 1) —
2n
3
2V3 y у ii.
ud = -cos2 Xu-Isi
k sin
k=1
wt-Op---(k-1) —
2n
л
-k= 1,2,3.
(12)
(13)
Операторное преобразование систем уравнения дает полную систему уравнений относительно результирующих электрических величин в операторной форме:
3 U ej^u 3
m — = ZI (P) • iI (P) + -M12Pin (P) —
2 p — jw
2
3
-UII (P) = ZII (P) •iII (P) + -M12Pi: (P) —
3J3 sinX /
i^^^eX
jn X
2
e-i (ap+2)id (p-jw)
(14)
(15)
(16)
V3
Ud (P) = -cos — [ei (ap+2+2,) • U: i (p + jw) + e i (ai n 2 L
i (ap+|+2)
Un (p-jw)] (17)
E
Ud (P) = ZH (P)id (P)±p
Где
ZI (P) = R1 + (lS ±M11)p-
ZII (P) = R11 + (lS ±M22) P- Zh (P) = Rh + LhP-
(18)
(19)
3
J
n=1
J
3
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- V (12), 2015
65
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Решение систем операторных уравнений (14−18) дает значения Ud (P^ Id (P)
Ud (P) =
Id (P) =
ak=0Pk (Umak + EnPbk) P^k=oAkPk '-
^k=0Pk (UmCk + Enpdk)
P3=oAkPk '-
3
(20)
(21)
Эквивалентные коэффициента^ bk, Ck, dk, Ak выражаются определенным образом черезь заданных параметров единой преобразовательной системы.
Полные уравнения всей цепи в матричной форме представляються в следующем виде:
— UmCos (wt + фи) — RIld — Xm • cos (^t — - - Op) id
UmSin (wt + Фи) — RIiq — xm • sin (wt — | - ap) id
L1
0
ЕПР + RHid
0
LI
MjdSin (wt — ap — |) M^cjcos (wt -ap — |)
ydcos (WL — ap — |) -M^sin (wt — ap — |)
-M^cos (wt — aj
-Ly
LH
4 dt
Х 4 dt
did dt
Решая (22) относительно производных токов, получаем:
4
dt
4
dt
did
dt
1
A (t)
— [Xmja1(t) + b2(t) X
-R1 • ai (t) R1 • bi (t) / Y bi (t) X cos (wt — ap — - + arctg--) + V 2 ai (t)/
+RH •ci (t)
-R1^) -R1 • a2(t) c2(t)
-R1 •bs (t) -R1 -csOO di
+
A (t)
-c1(t)
0
(LI)2
3 Um + 2A (t)
a2(t) + b2(t) • cos
a2 (t) + b2 (t) • sin
wt + фи + arctg wt + фи + arctg
bi (t)
ai (t)
b2(t)
a2(t)
(22)
(23)
Как из (22) выходит определитель A (t) не завыси
тот t,
A (t) = -(LI)2LyH
и никогда не равно нулю. Соответственно выражению (23) производные токов Id, iq, id никогда скачко- вре-менноне изменяються к бесконечным величинам.
Из (23) для каждых токов имеем следующие интегральные выражения, дающие возможность постройть структурную схему модели переходных процессов выпря-(24) мительной преобразовательной системы (Рис. 2):
13 Id00 = ^ J[-ad (t)ld (t) + aIq (t)iq (t) — adOOidOO — aE (t)EnpUmau (t) dt + ld (0)
0
t
13
Iq (t) = Щ J[-bd (t)Id (t) — bqooiqoo + bd (t)id (t) + -UmbuOO
0 t
13
id00 =щJ[-cd (t)ld (t) — cq (t)iq (t) + cdOOidOO + cE (t)Enp + -Um^OO
dt+ld (0)
dt + id (0)
В (12) введем обозначения
2V3 sin 2
PkOO = -
n Y 2
sin
wt-ap---(k-^ -
2n
1& quot-
(28)
тогда получаем:
ik (t) = id (t) • Pk (t), k= 1,2,3.
(25)
(26) (27)
(29)
2
X
E
ПР
X
a
3
t
0
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- V (12), 2015
66
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Рис. 2. Структурная схема модели переходных процессов выпрямительной преобразовательной системы
Используя комплексные и спектрально-оператор- для составляющих токов и напряжении по осям d и jq мат-
ные преобразования переменных для трехфазного инвер- ричной форме с целью дальнейшего решения задач на
тора ведомью сети (рис. 3) имеем скалярные уравнения компьютерной программе:
Ed — Riid
3wHM1sinwHt • id — R2lC -Umcos (wCt + ФЦ») + R^Id — 3wHM1sinwHt • id
2MiSinwMt -2MismwMt
0
-L
L,

did
dt
dlC
dt
dlC
dt
(30)
L
1
3M coswHt
X
1
0
0
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- V (12), 2015
67
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Рис. 1 Трехфазная шести пульсовая схема инвертирования с соответствующими заданными параметрами схемы (а) и графики напряжении и очередности одновременного протекания токов в тиристорах 7 + Т6.
Для определителя систем (30) получаем: Д (Е) = L^L^Ll — 6M2cos2wHt).
(31)
Исходя из (31), для надежного и устойчивого рекуперативного торможения черезинвертора напряжения ведомью сети, необходимым и достаточным условием является осуществление следующего неравенства:
ДО) & gt- 0, илиД (Е) & lt- 0.
(32)
В противном случае, когда ДО) = 0, в моментах времени t = t-(k = 1,2,3,… го) Д (^) = 0, значения производных всех токов становятся без конечно большими и соответственно в графиках фазных напряжении при t = t- появляются с плески, которые вызывают ухудшению качества и форму напряжения и увеличения потери энергии. Здесь i точка пересечения графика ДО) на оси времени.
Учитывая (31) в (32), после преобразовании получаем:
L & gt-_6(lh±M22)+ - - - ^p& gt-n2(Ls + 2M J + 2n2 —
(M12)2
3
или
Цр & lt-
6
(l» + 3m22)
+
Ls + LC +M11 27 (M12)2
2 } 2n2 Ls + Lc +3M11
(33)
Решение систем уравнении (30) относительно производных токов дают следующие выражения: did
dt
dlC
dt
dlC
dt
1
Д (t)
ai00 a2(t) -a3(t) id a0 a4(t) Fj
bi (t) -b2(t) 0 X C Id + 0 -Ьз (t) X Fd tjC
Ci (t) C2(t) -C3(t) IC Iq Co (t) C4 (t) Um
(34)
Интегрируя (34) от 0 до tk, получим следующие интегральные выражения для id, I^J, IC- токов:

Международный Научный Институт & quot-Educatio"- V (12), 2015
68
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
tk
И
^ a2(t) a3(t) an a4(t)
A (t) ld () + A (t) Id () A (t) Iq () + A (t) Ed + A (t)
tk
bi (t).
dt + ld (0) —
IC=
I
/
ld (t) —
tk
=/
Ci (t).
A (t)
C2 (t), C
b2(t), C A (t) d
iC (t) —
Ьз (t)
3 W-UC
A (t)
A (t)
id (t) ^^fid (t) — c^iC (t) +Ed + c^uC
dt+lC (0) —
C4 (t)
A (t)
A (t) d '- A (t)
dt+ IC (0) —
(35)
(36)
(37)
Из (35−37) получаем следующую структурную схему модели переходных процессов для инверторных преобразовательных систем (Рис. 4).
о
о
о
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- V (12), 2015
69
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Список литературы
1. Кохреидзе Г. К. Анализ коммутационных процессов в статическом регуляторе постоянного напря-жения: -Тр. ЭНИН Режимы и устойчивостьэлектро-машино — вентильных систем — 1974, вып. 21.
2. Лутидзе Ш. И. Основы теории электрических машин с управляемым полупроводниковым коммута-тором.м.: Наука, 1968.
3. Шелесть В. А. Компьютерное моделирование переходных процессов в электротехнических устройствах. Техническая электродинамика. Часть 8. Киев. 2000.
4. Л.О. Чуа- Пен -Мин Лин Машинный анализ электронных схем (алгоритмы и вычислительные методы). Пере
5. д с английского. М., Энергия» 1980.
6. СГ. Герман-Галкин. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем. МАТЛАВ 6.0 Корона принт, 2001.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ
В КАНАЛЕ ПЕРЕМЕННОЙ ВЫСОТЫ
Крестин Евгений Александрович
кандидат технических наук, профессор кафедры Общей и прикладной физики и химии Самарского государственного
архитектурно-строительного университета, г. Самара
DETERMINATION HYDRODYNAMIC CHARA CTERISTICS OF VISCOUS LIQ UID IN CHANNEL VARIABLE HEIGHT Krestin Evgeniy Aleksandrovich, Candidate of Technical Science, Professor of «General and applied physics and chemistry» department, Samara State architecture and construction university. Samara, Russia
АННОТАЦИЯ
Определены гидродинамические характеристики потока в канале с непараллельными стенками. При этом одна из стенок канала совершает произвольные периодические колебания в своей плоскости. Перепад давления на концах канала изменяется также по произвольному периодическому закону, но с некоторой другой частотой. Частоты колебаний стенки и давления не равны между собой, но соотносятся между собой как некоторое рациональное число. Определено поле скоростей и давлений в зазоре, а также интегральные характеристики: расход и сила трения на стенках. Рассмотрены предельные решения (высоко- и низкочастотных колебаний) движения стенки и пульсации давления. В первом предельном случае происходит отставание интегральных характеристик по фазе, а также изменение их амплитуды колебаний с ростом частоты. Второй предельный случай приводит к квазистационарному течению. ABSTRACT
Defined hydrodynamic characteristics of the flow in the channel with non-parallel walls. Wherein one of the walls of the channel performs arbitrary periodic fluctuations in its plane. The differential pressure at the ends of the channel also varies according to an arbitrary periodic law, but to some other frequency. The oscillation frequency of the wall and the pressure are not equal, but are related to each other as a rational number. Defined by the velocity and pressure in the gap, as well as integral characteristics: flow rate and the force of friction on the walls. The limiting solutions (high- and low-frequency oscillations-Cola) wall motion and pressure pulsations. In the first extreme case it occurs the lag phase integral characteristics, and change the vibration amplitude with increasing frequency. The second limiting case leads to a quasi-steady flow.
Ключевые слова: гидравлический привод, перекос плунжера, перепад давления, осцилляция стенки, расход утечек, сила вязкого трения.
Keywords: hydraulic drive, bias plunger pressure drop oscillation wall leakage flow, the force of viscous friction.
Гидравлический привод различных машин и механизмов достаточно широко используется в связи с присущими ему малой инерционностью подвижных частей, небольшими массой и габаритными размерами, а также долговечностью механизмов вследствие самосмазываемости, простоте и надежности конструкции [2, 10, 3, 5, 4].
При давлениях не более 60 МПа в агрегатах с возвратно-поступательным движением уплотняемых деталей целесообразно применение бесконтактных уплотнений
[9].
В работах [6, 7] рассмотрен вопрос об утечках через бесконтактные уплотнения поршня для случая зазора с параллельными стенками. Однако в реальных условиях работы прецизионных пар плунжеру в гильзе ничто не препятствует перемещаться и в радиальном направлении [9]. Поэтому плунжер может занять либо эксцентричное положение, либо установится с перекосом [8]. При эксцентричном расположении плунжера в обойме расход утечек через зазор увеличивается в 2,5 раза по сравнению с концентричным расположением [1].
В настоящей работе определяются гидродинамические характеристики потока в канале с непараллельными стенками. Одна из стенок канала совершает произвольные периодические движения в своей плоскости, а перепад давления на концах канала изменяется также по произвольному периодическому закону, но с некоторой другой частотой. Определено поле скоростей и давлений в зазоре, а также интегральные характеристики: расход и сила трения на стенках. Поскольку колебания верхней стенки не изменяют геометрии плоского диффузора, изображенного на рис. 1, то оптимальными являются полярные координаты.
Из геометрии зазора определим следующие пара-
метры:
Z = R1 — R2 —
R1 + R2 1
h = a--------= aR*- r = 1R + r2)
V2- 2 '- 2'- ~ & quot- (1)
В силу малой высоты зазора по сравнению с его
длиной и углом наклона ^ справедливы будут следующие неравенства:

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой