Разработка ветроэнергетической установки (стр. 12 из 13)
Графики результирующих внешних характеристик выпрямителя, нагруженного на противо-ЭДС, приведены на рис. 4.1. Показателен крутой спад характеристик в области прерывистого выпрямленного тока. Это обусловлено резкой зависимостью длительности протекания тока λ от изменения противо-ЭДС и ограничением величины импульса тока реактансами Ха и Хd. В режиме непрерывного тока это ограничение определяется процессом коммутации, в котором участвует только реактанс Ха.
Рисунок 4.1 – Семейство внешних характеристик
При конечном значении индуктивности в цепи нагрузки может возникнуть режим прерывистого выпрямленного тока. В этом режиме ток проводящего вентиля спадает до нуля раньше, чем импульс управления поступает на следующий вентиль и в выпрямленном токе образуется нулевая пауза. Прерывистый выпрямленный ток приводит к искажению всех основных характеристик выпрямителя и, как правило, является нежелательным. Для сокращения области его существования необходимо увеличить постоянную времени нагрузки за счет роста индуктивности фильтра Ld.
Следует отметить, что интервалы прерывистых токов в управляемых выпрямителях большой мощности при двигательной нагрузке характеризуются малыми величинами среднего значения выпрямленного тока (проценты или доли процента номинального значения).
Рисунок 4.2 – Модель СПП имитатора ВТ
После того, как построена принципиальная схема СПП в программе МС7, переходим к расчету характеристик, выбирая в меню Analysis вид анализа Transient (Alt+1) – расчет переходных процессов (рис. 4.3). Для построения внешних характеристик необходимо снять графики переходных процессов выпрямленного напряжения Ud и тока Id, изменяя значение протово-ЭДС (рис. 4.4).
Рисунок 4.3 – Окно задания параметров для анализа переходных процессов
Рисунок 4.4 – Графики переходных процессов Ud и Id
Для построения семейства внешних характеристик при определенных углах управления α необходимо в окне параметров источников V1, V2, V3 (рис. 4.2) изменять значение начальной фазы РН.
Рисунок 4.5 – Диаграммы сетевого напряжения V1, V2, V3 при α = 0
Рисунок 4.6 – Диаграммы сдвоенных управляющих импульсов
Результаты моделирования СПП представляем в виде таблице.
Таблица 4.1 – Зависимость Ud = f(Id)
| α, град. | Id, А | Ud, В | α, град. | Id, А | Ud, В |
| 21о | 0 | 255 | 60 о | 0,4 | 255,18 |
| 6,55 | 252,43 | 1,92 | 241,83 | ||
| 8,5 | 251,71 | 3,46 | 233,58 | ||
| 9,82 | 251,25 | 5,39 | 225,85 | ||
| 16,44 | 248,84 | 8 | 218,13 | ||
| 23,14 | 246,64 | 14,72 | 215,98 | ||
| 29,92 | 244,51 | 28,13 | 211,4 | ||
| 36,75 | 242,41 | 34,85 | 209,36 | ||
| 30 о | 1 | 256 | 75 о | 0,0278 | 250 |
| 3,36 | 253,78 | 0,69 | 230,55 | ||
| 6,65 | 252,6 | 1,44 | 220,66 | ||
| 9,98 | 251,42 | 2,5 | 212,22 | ||
| 16,72 | 249,27 | 5,47 | 195,9 | ||
| 23,5 | 247,11 | 7,39 | 187,8 | ||
| 30,3 | 244,97 | 9,6 | 180,6 | ||
| 37,125 | 242,86 | 13,4 | 175,93 | ||
| 45 о | 90 о | 0,0254 | 220 | ||
| 1,13 | 256,33 | 0,434 | 200 | ||
| 2 | 252,25 | 0,9 | 190,57 | ||
| 4,96 | 245,15 | 2,5 | 172 | ||
| 11,65 | 242,94 | 3,62 | 163,32 | ||
| 18,36 | 240,72 | 5 | 154,9 | ||
| 25 | 238,47 | 8,8 | 139,4 | ||
| 31,82 | 236,29 | 10,5 | 131,55 | ||
| 38,56 | 234,15 | 11 | 129,6 | ||
| 12,4 | 125 |
С помощью программы для работы с таблицами Microsoft Excel строим семейство внешних характеристик модели СПП (рис. 4.7).
Рисунок 4.7 – Семейство внешних характеристик СПП при Ld = 1,65 мГн
4.2 Построение оптимизированной модели СПП с выбором оптимальной индуктивности реактора
При решении реальных задач объект обычно характеризуется не одним, а несколькими показателями (критериями) функционирования. При оптимизации требования к ним могут быть противоречивыми, т. е. улучшая один показатель, неминуемо ухудшается часть остальных. Поэтому возникает задача определения некоторой компромиссной точки, в равной степени удовлетворяющей всем требованиям. Как правило, результаты по каждому отдельному показателю качества будут хуже, чем в случае однокритериальной оптимизации по этому параметру. [21]
Критерии – это показатели, по которым сравнивают оптимальное значение индуктивности. В качестве критериев сравнения выбираем:
1) быстродействие системы τ, которое определяется по формуле:
(4.4)где Lя – индуктивность обмотки якоря двигателя;
Rя – сопротивление обмоток якоря двигателя;
2) граничный прерывистый ток Idгр., значение которого определяется с помощью длительности протекания выпрямленного тока λ:
(4.5)3) масса сглаживающего реактора, которая определяется по методике, описанной в п. 3.2.5.
Далее необходимо определить значимость критериев с помощью весовых коэффициентов. Поскольку задача определения весовых коэффициентов значимости является очень сложной, используем субъективный выбор: для 1-го критерия весовой коэффициент а = 0,6; для 2 го критерия – а = 0,3; для 2-го критерия – а =0,1.
Тогда многокритериальный оптимум вычисляется по формуле:
(4.6)где аi – весовой коэффициент;
Qi – значение локального критерия;
Qmax – максимальное значение критерия.
Многокритериальный оптимум Q выбираем по минимальному значению. Алгоритм по нахождению многокритериального оптимума представлен на рис. 4.8. По данному алгоритму создана программа, которая была написана на языке Pascal. Программа представлена в Приложении А.
Рисунок 4.8 – Алгоритм оптимизации
Таблица 4.2 – Результаты многокритериальной оптимизации
| Ld,мГн | Id, A | τ,мс | m, г | Q(τ) | Q(Imax) | Q(m) | QΣ |
| 0,5 | 4 | 2,85 | 257,982 | 0,07651 | 0,3 | 0,007485 | 0,383995 |
| 1 | 3,67 | 3,35 | 361,1846 | 0,089933 | 0,27525 | 0,010479 | 0,375662 |
| 1,5 | 3,38 | 3,85 | 264 | 0,103356 | 0,2535 | 0,00766 | 0,364515 |
| 1,65 | 3,31 | 4 | 270 | 0,107383 | 0,24825 | 0,007834 | 0,363466 |
| 2 | 3,14 | 4,35 | 441 | 0,116779 | 0,2355 | 0,012795 | 0,365074 |
| 2,5 | 2,93 | 4,85 | 726 | 0,130201 | 0,21975 | 0,021064 | 0,371015 |
| 3 | 2,75 | 5,35 | 694 | 0,143624 | 0,20625 | 0,020135 | 0,37001 |
| 4 | 2,44 | 6,35 | 1031,038 | 0,17047 | 0,183 | 0,029914 | 0,383384 |
| 5 | 2,2 | 7,35 | 937,6657 | 0,197315 | 0,165 | 0,027205 | 0,38952 |
| 6 | 2 | 8,35 | 1192,461 | 0,224161 | 0,15 | 0,034598 | 0,408759 |
| 7 | 1,83 | 9,35 | 2275,516 | 0,251007 | 0,13725 | 0,066021 | 0,454278 |
| 8 | 1,68 | 10,35 | 2768,385 | 0,277852 | 0,126 | 0,080321 | 0,484173 |
| 9 | 1,56 | 11,35 | 1412,589 | 0,304698 | 0,117 | 0,040984 | 0,462682 |
| 10 | 1,46 | 12,35 | 1690,421 | 0,331544 | 0,1095 | 0,049045 | 0,490089 |
| 12,5 | 1,24 | 14,85 | 1869,887 | 0,398658 | 0,093 | 0,054252 | 0,54591 |
| 15 | 1,14 | 17,35 | 3446,665 | 0,465772 | 0,0855 | 0,1 | 0,651272 |
| 17,5 | 1,08 | 19,85 | 2799,638 | 0,532886 | 0,081 | 0,081227 | 0,695113 |
| 20 | 1,02 | 22,35 | 2927,753 | 0,6 | 0,0765 | 0,084945 | 0,761445 |
Рисунок 4.9 – Зависимость быстродействия от индуктивности τ = f(Ld)
Рисунок 4.10 – Зависимость массы от индуктивности m = f(Ld)
Рисунок 4.11 – Зависимость тока от индуктивности Id = f(Ld)
Рисунок 4.12 – График для определения оптимального значения индуктивности
Таким образом, оптимальное значение индуктивности будет определяться при минимальном значении оптимума, равное Qmin = 0,36: Ld опт. = 2 мГн. Данной индуктивности соответствует реактор со стержневым ленточным магнитопроводом типа ПЛ6,5х12,5х16 с такими расчетными параметрами: