Анотація до роботи:

Клюєв О.В. Багатоканальна система розривного векторного керування асинхронним вентильним каскадом (синтез і дослідження). – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – Електротехнічні комплекси і системи. – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2009.

Дисертацію присвячено розв'язанню науково-практичної задачі підвищення регулювальних і енергетичних показників асинхронно-вентильних каскадів (АВК) в електроприводах турбомеханізмів.

Для регулювання в АВК швидкості і реактивної потужності пропонується в одній системі реалізувати принципи оптимального й екстремального керування. Для цього з застосуванням модифікованого принципу симетрії, заснованого на концепціях зворотних задач динаміки і збуреного - незбуреного руху, здійснена побудова релейно-векторної системи підпорядкованого керування АВК, до якої додано контур екстремального регулювання з заданими цільовими функціями й алгоритмом роботи екстремального регулятора.

Отримано цільові функції, що характеризують розподіл реактивних потужностей між статорним і роторним колами АВК, спираючись на їх екстремальні властивості побудовані алгоритми екстремального керування.

Розроблено взаємозалежну багатоканальну систему керування у вигляді дворівневої конструкції. Нижній рівень являє собою первинні контури стабілізації змінних у ковзних режимах релейних регуляторів, оптимальних у сенсі мінімізації квадратичних функціоналів якості. Вони підпорядковані верхньому рівню, реалізованому в класі аналітичних екстремальних систем.

Проведено аналіз різних структур векторних систем керування АВК при генеруванні реактивної потужності у мережу, досліджена стійкість АВК у цьому режимі, визначена границя стійкості по реактивному струму ротора і запропонований спосіб усунення автоколивань опорного вектору потокозчеплення.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій розв’язана актуальна наукова задача синтезу законів керування АВК як багатозв’язного нелінійного об'єкта керування з урахуванням розподілу реактивної потужності між статорним і роторним ланцюгами АМ і впливу її на стійкість електропривода по системі АВК, що забезпечує підвищення його енергетичної ефективності і керованості. Найбільш суттєві наукові і прикладні результати, висновки і рекомендації полягають у наступному.

1. Аналіз задачі побудови ЕП за схемою АВК з високими регулювальними й енергетичними показниками дозволив висунути ідею об'єднання в одній електромеханічній системі принципів оптимального й екстремального керування.

2. У підсумку дослідження рівнянь динаміки АВК складена його математична модель в осях координат, орієнтованих за вектором потокозчеплення статора, що має просту структуру в порівнянні з моделями в інших осях координат і слабкі перехресні зв'язки між каналами керування. Одночасно в цій структурі САК ефективно реалізувати оптимізацію АВК за запропонованими в роботі енергетичними показниками.

3. Реалізація в багатоканальній релейно-векторній системі керування АВК багатовимірних ковзних режимів дозволила створити контури оптимального за точністю регулювання змінних з компенсацією внутрішніх перехресних зв'язків між каналами керування, широким діапазоном регулювання швидкості при низькій чутливості до координатних та параметричних збурень.

4. Властивість екстремальності енергетичних характеристик АВК у сталих режимах обумовила ефективність застосування принципів екстремального керування для підвищення енергетичних показників при одночасному регулюванні швидкості АВК, що досягається системою взаємозалежного регулювання змінних у загальному випадку за трьома каналами керування: двома по роторному колу й одним по статорному.

5. У триканальній системі взаємозалежного керування змінними АВК забезпечується режим максимального використання габаритної потужності АМ, що відповідає найменшій завантаженості її реактивною потужністю. Для цього екстремальне регулювання збудження АВК з боку ротора здійснюється за критерієм мінімуму модуля струму статора. Контур екстремального керування за енергетичними показниками роторного ланцюга реалізується по статору АВК регулюванням величини його потокозчеплення при зменшенні моменту статичного навантаження.

6. У діапазоні швидкостей нижче синхронної за цільову функцію контуру екстремального керування потокозчеплення статора необхідно приймати величину коефіцієнта потужності роторного ланцюга, у той час як при двозонном регулюванні швидкості АВК потрібно оптимізувати систему за мінімумом реактивної потужності ротора.

7. Для обчислення цільових функцій в екстремальному регуляторі потрібно застосувати модальний спостерігач стану, що оцінює момент статичного навантаження й інші координати АВК. Запропоновано використовувати розподіл коренів характеристичного рівняння спостерігача за Батервортом, що забезпечує достатній запас стійкості і задовільну швидкодію спостерігача.

8. Установлено, що сумарна реактивна потужність ланцюгів статора і ротора АВК є екстремальною функцією реактивного струму ротора, екстремальне значення якого при постійному потокозчепленні статора визначається швидкістю ротора і не залежить від моменту навантаження. Як наслідок, систему екстремального регулювання реактивної потужності АВК за критерієм енергетичної ефективності доцільно формувати в контурі керування реактивним струмом ротора при безпосередньому підключенні статора до мережі.

9. Енергетичні характеристики АВК з векторним керуванням не інваріантні до орієнтації координатного базису. Структури векторних систем керування АВК, орієнтованих за векторами потокозчеплення і напруги статора, рівноцінні та ефективніші за критерієм енергетичної ефективності порівняно з іншими дослідженими структурами.

10. Статична стійкість АВК залежить головним чином від потоків його реактивної потужності. АВК з ємнісною реактивною потужністю статора доцільно використовувати як засіб поліпшення коефіцієнта потужності електроенергії в місцях її споживання. При цьому для підвищення стійкості замкненої системи необхідно регулювати струм намагнічування.

11. Результати математичного моделювання на ЕОМ й експериментальних досліджень на стендовому обладнанні підтвердили сформульовані в роботі основні теоретичні положення і можливість практичної реалізації синтезованих законів керування з застосуванням сучасної елементної бази силової електроніки і мікропроцесорної техніки.

Основні положення і результати дисертації опубліковано

у наступних роботах

1. Клюев О.В. Построение релейной системы подчинённого управления асинхронным вентильным каскадом / О. В. Клюев, А.В. Садовой // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ.- Кременчук: КДПУ, 2000.- Вип.2(9).-С.61-64.

2. Клюев О.В. Формирование электромагнитного момента релейной системой управления асинхронным вентильным каскадом / О.В. Клюев, А.В. Садовой // Вестник ХГПУ. Серия: электротехника, электроника и электропривод, Т1. - Харьков: ХГПУ, 2001. – Спец. вып.10– С. 115-116.

3. Клюев О.В. Одноканальная релейная система управления асинхронным вентильным каскадом / О.В. Клюев // Вестник ХГПУ. Серия: электротехника, электроника и электропривод. - Харьков: ХГПУ, 2004. - Вып. 43. – С.107-108.

4. Клюев О.В. Техническая реализация релейных систем управления асинхронным вентильным каскадом / О. В. Клюев // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ.- Кременчук: КДПУ, 2005.-Вип.3(32).-C.100-104.

5. Клюев О.В. Асинхронный вентильный каскад как объект экстремального управления /О.В. Клюев, А.В. Садовой // Національний гірничий університет: Матеріали міжнародної конференції – Форум гірників, Том 2. – Дніпропетровськ, 2005.- С.212-225.

6. Клюев О.В. Техническая реализация системы экстремального управления асинхронным вентильным каскадом / О. В. Клюев, А.В. Садовой // Збірник наукових праць Дніпродзержинського державного технічного університету. – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2006.-С.164-178.

7. Клюев О.В. О компенсации реактивной мощности асинхронным каскадным электроприводом с векторным управлением / О.В. Клюев, А.В. Садовой // Одеський національний політехнічний університет. Електромашинобудування та електрообладнання. Серія: проблеми автоматизованого електропривода. – Київ: Техніка, 2006.- Вип. 66. – С. 329-332.

8. Клюев О.В. Анализ устойчивости асинхронного вентильного каскада в режиме генерации реактивной мощности / О. В. Клюев, А.В. Садовой // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ.- Кременчук: КДПУ, 2007. - Вип. 3 (44), ч.2. –C. 17-21.

9. Клюев О.В. Идентификация координат и параметров асинхронной машины при векторном управлении по цепи ротора / О. В. Клюев, А.В. Садовой, Ю.В. Сохина // Збірник наукових праць Дніпродзержинського державного технічного університету. – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2007.-С.361-365.

10. Клюев О.В. Синтез контура регулирования потокосцепления по цепи статора в асинхронном вентильном каскаде / О. В. Клюев, А.В. Садовой // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ.- Кременчук: КДПУ, 2008.-Вип.4(51), ч. 2. – С. 24-28.

11. Клюев О.В. Частотные характеристики в исследовании свойств асинхронного вентильного каскада / О. В. Клюев // Збірник наукових праць Дніпродзержинського державного технічного університету. – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2008.-С. 190-196.