По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 519.8; 621.31

Безынерционный модуль расщепления фаз в схемах моделирования многофазных систем

Кинев Е. С. канд. техн. наук, директор, ООО «Тепловые электрические системы», г. Красноярск, e-mail: Kinev_ES@ontecom.com
Тяпин А. А. руководитель проектов, аспирант кафедры электроэнергетики, ООО «Тепловые электрические системы», г. Красноярск, Политехнический институт Сибирского федерального университета, г. Красноярск, e-mail: Mishinskaya_AS@tamerlan-krk.ru
Пантелеев В. И. д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой электроэнергетики, Политехнический институт Сибирского федерального университета, г. Красноярск, e-mail: vpanteleev@sfu-kras.ru
Первухин М. В. д-р техн. наук, профессор, директор, Политехнический институт Сибирского федерального университета, г. Красноярск, e-mail: mpervukhin@sfu-kras.ru

В статье предложена аналоговая схема для создания многофазной системы напряжений на базе трехфазной. Показаны модели и результаты схемотехнического моделирования многофазных устройств в установившихся режимах. Особенностью схемного решения является сохранение синхронизации многофазной системы с исходной. Применение стандартных виртуальных модулей обеспечивает возможность сопряжения предложенного решения с произвольными программно-аппаратными средами моделирования. Безреактивный характер звеньев обеспечивает безынерционость и точность устройства в широком частотном диапазоне. Режимы схемы исследованы в символической области и представлены на графиках мгновенных напряжений. На практике устройство может быть использовано для расщепления фаз в сигнальных и в силовых цепях.

Литература:

1. Тяпин А.А., Кинев Е.С. Численный анализ режимов индукционной установки по параметрическим моделям // В кн.: Сборник докладов ХII Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» ИТЭЭ2020. – Чебоксары: ФГБОУ ВО «Чуваш. гос. ун-т им. И.Н. Ульянова». – С. 107–111.

2. Kinev E.S., Tyapin A.A., Litovchenko A.V., Efimov S.N., Bezhitskiy S.S. Energy modes of a three-section inductor for heating aluminum. Journal of Physics: Conference Series. II International Scientific Conference on Applied Physics, Information Technologies and Engineering. – Krasnoyarsk: Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. – Рp. 52048. DOI: 10.1088/1742-6596/1679/5/052048

3. Tyapin A.A., Kinev E.S. Fundamentals of PWM Inverter Control Strategy of Linear Metallurgical MHD Machine. The scientific heritage. Budapest, 2020. – N 51-1. – Vol. 1. – Рp. 63–67. ISSN 9215-0365.

4. Williams B.W. Principles and Elements of Power Electronics. Devices, Drivers, Applications and Passive Components. Glasgow. United Kingdom. – 2006. – 1432 p. ISBN: 978-0-9553384-0-3.

5. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Высшая школа, 2005. – 583 с.

6. Бычков Ю.А., Золотницкий В.М., Чернышев Э.П., Белянин А.Н. Основы теоретической электротехники. – СПб.: Лань, 2008. – 592 с.

7. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.

8. Карпов Е.А., Тимофеев В.Н., Хацаюк М.Ю. Теоретические основы электротехники. Основы нелинейной электротехники в упражнениях и задачах. – Красноярск: Изд-во СФУ, 2017. – 181 с.

9. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2002. – 572 с.

10. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. – М.: Мир, 1998. – 704 с.

11. Тяпин А.А., Кинев Е.С., Байкова К.А., Литовченко А.В. Моделирование энергетических характеристик индукционных нагревателей // В кн.: Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности: Сборник научных статей VI междунар. науч. конф. 29–30 июня 2020 г. Ч. 1. – Казань: ООО «Конверт», 2020. – С. 83–88. ISBN 978-56044722-0-0.

12. Алиферов А.И., Лупи С., Форзан М. Электротехнологические установки и системы. Установки индукционного нагрева. – Новосибирск: НГТУ, 2017. – 160 с.

13. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7. – М.: Горячая линия-Телеком, 2003. – 368 с. ISBN: 5-93517-127-9

14. Kinev E.S., Tyapin A.A., Golovenko E.A., Avdulov A.A., Efimov S.N. Universal MHD Device For Automation Of Casting Control Of Aluminum. In the collection of articles: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. – Krasnoyarsk, 2020. – P. 32019.

15. Кинев Е.С., Тяпин А.А., Ефимов С.Н. Комбинированное включение обмоток при модернизации индукционного нагревателя // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2020. – № 4. – С. 39–48.

16. Герман-Галкин С.Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. – СПб.: Корона-Век, 2008. – 368 с.

17. Kinev E., Tyapin A. Three-phase inductor performance correction using local resonances. The Scientific Heritage. – 2020. – N 48-1 (48). – Рp. 36–44.

18. Shaffer R. Fundamentals of Power Electronics with MATLAB. Charles River Media. – Boston, Massachusetts, USA, 2007. – 401 p. ISBN: 1-58450-852-3.

19. Чуа Л.О. Машинный анализ электронных схем: алгоритмы и вычислительные методы, пер. с англ. / Л.О. Чуа, Лин Пен-Мин. – М.: Энергия, 1980. – 640 с.

20. Chua L.O, Desoer C., Kuh E. Linear and nonlinear circuits / McGraw-Hill. – New York, 1987. – 839 p. ISBN 0-07-010898-6.

21. Kinev E., Tyapin A., Litovchenko A. Analysis of the closed circuit network in the power supply system of a metallurgical enterprise // The Scientific Heritage. – 2020. – N 49-1 (49). – Рp. 69–74.

22. The Industrial Electronics Handbook. Power electronics and motor drives. B. M. Wilamowski and J. D. Irwin edition. Taylor and Francis Group, LLC. Boca Raton, London, New York. USA, 2011. – 974 p.

23. Кинев Е.С., Тяпин А.А., Ефимов С.Н. Оценка несимметрии индукционной машины с применением метода симметричных составляющих. Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2018. – Т. 14. – № 6. – С. 68–79.

24. Tyapin A.A., Kinev E.S. Application of the inductor modeling technique for designing a series of induction devices. The scientific heritage. Budapest, 2020. – N 50-1. – Vol. 1. – Рp. 61–65. ISSN 9215-0365.

25. Малышев И.В. Схемотехника импульсных и цифровых устройств. – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2014. – 397 с.

26. Королёв Г.В. Электронные устройства автоматики. – М.: Высшая школа, 1991. – 256 с.

27. Захаров В.К., Лыпарь Ю.И. Электронные устройства автоматики и телемеханики. – Л.: Энергоатомиздат, 1984. – 432 с.

28. Карпов Е.А., Тимофеев В.Н., Перфильев Ю.С., Хацаюк М.Ю., Первухин М.В. Моделирование переходных процессов в линейных и нелинейных электрических цепях. – Красноярск: СФУ, 2019. – 189 с. ISBN: 978-5-7638-4081-0.

29. Титов В.С., Иванов В.И., Бобырь М.В. Проектирование аналоговых и цифровых устройств. – М.: Инфра-М, 2014. – 143 с.

30. Tyapin A., Kinev E. A toothless inductor for the technology of MHD stirring of aluminum melt in furnaces. The scientific heritage. – Budapest, 2020. – N 55-1. – Vol. 1. – Рp. 67–71. ISSN 9215-0365. 31 Тяпин А.А., Кинев Е.С. Система электропитания МГД-перемешивателей расплава алюминия с IGBT-инверторами // САПР и моделирование в современной электронике: cб. науч. тр. IV Международной научно-практической конференции. – Брянск: БГТУ, 2020. – С. 190–195. DOI: 10.51932/9785907271739_190

32. Базаров А.А., Данилушкин А.И., Данилушкин В.А., Васильев И.В. Моделирование электромагнитных процессов в многослойной трехфазной индукционной цилиндрической системе // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Серия: Технические науки. – 2017. – № 3 (55). – С. 50–60.

33. Тяпин А.А., Литовченко А.В., Кинев Е.С. О стратегии пространственно-векторной ШИМ в инверторе несимметричной линейной МГД-машины // САПР и моделирование в современной электронике: cб. науч. тр. IV Международной научно-практической конференции. – Брянск: БГТУ, 2020. – С. 185–189. DOI: 10.51932/9785907271739_185.

При создании цифроаналоговых моделей электромеханических и электронных устройств в программных симуляторах возможны задачи, когда наряду с исходной трехфазной системой питания используют вспомогательные многофазные [1, 2]. При этом важным условием может быть схемная синхронизация фаз раздельных многофазных источников [3]. Построение многофазной системы напряжений возможно путем графического программирования новой системы или модификацией готовой схемотехники посредством расщепления каждой фазы трехфазного источника на несколько с применением идеализированного безынерционного электронного модуля [4]. В любом случае в выбранной среде моделирования создают связную систему векторов для источников, имитирующих синусоидальные функции времени [5, 6].

Для гармонических функций справедливы общие выражения, определяющие правила сложении и эквивалентных преобразований векторных величин [7, 8]. Для комплексных амплитуд напряжения в компактной форме можно записать:

Подобное суммирование гармоник и векторов в реальном времени можно обеспечить применением несложного схемотехнического решения в виде устройства на операционных усилителях (ОУ) [9, 10]. Рассмотрим схемное решение применительно к линейной цепи с ОУ, позволяющее получить многофазные системы напряжения с кратным числом фаз, например шестифазное напряжение от трехфазного первичного источника [11, 12]. Принципиальная схема устройства для расщепления фаз источника питания показана на рис. 1. Для условия сохранения ее полного функционала не имеет особого значения, в каком виде выполняется реализация схемы, в аналоговом исполнении из физических модулей, либо путем применения дискретных имитационных моделей в виртуальном пространстве симулятора [13].

Цепь реализована на трех инвертирующих сумматорах и позволяет получить из опорной системы трехфазных напряжений другую систему связных напряжений, при наличии фиксированного фазового сдвига ±π/6. Если на входах устройства действует трехфазная симметричная система ЭДС eA(t), eB (t), eC(t), моделируемых синусоидальными источниками Es1, Es2, Es3, то на выходах модели устройства (Out4, Out5, Out6) присутствует система напряжений uD(t), uE(t), uF(t). Эффект расщепления фаз достигается перекрестным суммированием нормированного напряжения одной фазы и части мгновенного напряжения другой фазы. Например, к входному мгновенному напряжению фазы А добавляется мгновенное напряжение фазы В от резистивного делителя R3/R4. Если указанные резисторы одинаковы, то коэффициент деления равен двум и с мгновенным напряжением источника eA(t) = EАm sinωt на входе первого ОУ суммируется синусоида напряжения фазы В:

Для Цитирования:
Кинев Е. С., Тяпин А. А., Пантелеев В. И., Первухин М. В., Безынерционный модуль расщепления фаз в схемах моделирования многофазных систем. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2021;8.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: