Главная » 2014»Август»1 » Скачать Разработка методов структурного синтеза широкополосных фазовращающих цепей для применения в электротехнических комплексах бесплатно
07:58
Скачать Разработка методов структурного синтеза широкополосных фазовращающих цепей для применения в электротехнических комплексах бесплатно
Разработка методов структурного синтеза широкополосных фазовращающих цепей для применения в электротехнических комплексах и системах с первичной обработкой сигналов
Диссертация
Автор: Вербова, Наталья Михайловна
Название: Разработка методов структурного синтеза широкополосных фазовращающих цепей для применения в электротехнических комплексах и системах с первичной обработкой сигналов
Справка: Вербова, Наталья Михайловна. Разработка методов структурного синтеза широкополосных фазовращающих цепей для применения в электротехнических комплексах и системах с первичной обработкой сигналов : диссертация кандидата технических наук : 05.09.03 / Вербова Наталья Михайловна; [Место защиты: С.-Петерб. гос. мор. техн. ун-т] - Санкт-Петербург, 2009 - Количество страниц: 121 с. ил. Санкт-Петербург, 2009 121 c. :
Объем: 121 стр.
Информация: Санкт-Петербург, 2009
Содержание:
Введение
Глава 1 Формирование управления фильтрокомпен-сирующими устройствами и средства для его реализации
11 Общие принципы функционирования фильтроком-пенсирующих устройств
12 Широкополосные аналоговые квадратурные схемы
13 Постановка задачи
Выводы
Глава 2 Широкополосный фазовращатель Принципы построения
21 Широкополосные фазовращатели Общее представление
22 Широкополосный квадратурный разностный фазовращатель
Преобразователь Гильберта) Принципы работы
Выводы
Глава 3 Широкополосный квадратурный разностный фазовращатель и его компоненты
31 Аналитическое описание широкополосного квадратурного разностного фазовращателя
32 Требования к передаточной характеристике элементарного фазового контура
33 Элементарный фазовый контур Физические реализации
331 Кабельные линии задержки
332 Искусственные линии задержки
333 Ультразвуковые линии задержки
334 Приборы с зарядовой связью
335 Фазовые фильтры
34 Сумматор
Выводы
Глава 4 Синтез широкополосного квадратурного разностного фазовращателя
41 Процедура синтеза широкополосного квадратурного разностного фазовращателя
42 Синтез широкополосного квадратурного разностного фазовращателя с пассивными фазовыми контурами
43 Синтез широкополосного квадратурного разностного фазовращателя с активными фазовыми контурами
Выводы
Глава 5 Техническая реализация широкополосного квадратурного разностного фазовращателя
51 Моделирование широкополосного квадратурного разностного фазовращателя
52 Широкополосный квадратурный разностный фазовращатель и его технические характеристики
Выводы
Введение:
Актуальность проблемы. Требования повышения экономичности и надежности электроснабжения судового электрооборудования заставляют искать новые методы и средства эффективного управления режимами работы современных судовых электроэнергетических систем (СЭЭС). С этой точки зрения разработка новых средств автоматики не исчерпывает проблемы, поскольку все большие ограничения на ее действия накладывает недостаточная управляемость основных элементов СЭЭС.
Эти факторы побудили повышенный интерес к так называемым статическим компенсаторам реактивной мощности и силовым активным фильтрам, то есть фильтрам не содержащим пассивных L-C цепей, в которых устранение нежелательных искажений напряжения или тока достигается за счет принудительной инжекции в противофазе подавляемых гармоник.
Силовая часть таких устройств представляет собой инвертор напряжения или тока коммутируемый с помощью методов широтно-импульсной модуляции или релейным способом.
Для управления инвертором в современных устройствах используются методы цифровой обработки сигналов (ЦОС), которые реализуются с помощью сигнального микропроцессора, обладающего развитой системой команд и имеющего встроенные периферийные модули широтно-импульсной модуляции (ШИМ), аналого-цифровых преобразователей (АЦП), цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП), таймеров и др.
Наличие средств вычислительной техники в системе управления позволяет использовать достаточно сложные и эффективные алгоритмы численной обработки сигналов и значительно увеличить точность коррекции режимов и возмущений в энергосистеме. Кроме того, рабочие характеристики силовых исполнительных органов активных фильтров во многом определяются способом управления ими. С другой стороны, схемотехнические и конструктивные особенности силовых исполнительных органов определяют пределы применимости того или иного микропроцессорного способа управления.
На сегодняшнем этапе развития определяющим для микропроцессорной системы управления является её реальное быстродействие. Последнее объясняется тем, что система должна работать в реальном режиме времени.
Поскольку возможности существующей цифровой элементной базы по быстродействию ограничены, повышение быстродействия системы управления можно обеспечить за счет первичной обработки поступающих в эту систему измеренных значений напряжения и тока с помощью аналоговых устройств. Это позволяет также обойти некоторые трудности, связанные с программным исполнением отдельных операций обработки. Разумное сочетание аналоговых и цифровых операций позволяет снизить требования к элементной базе и значительно упростить реализацию всего устройства управления.
Методом первичной обработки сигналов заслуживающим особого внимания является преобразование Гильберта. Преобразование Гильберта не только позволяет микропроцессорной системе управления получить больший объем информации, но и что самое существенное, синтезировать ортогональный базис для случая несинусоидальных напряжения и тока судовой электроэнергетической системы.
Работы по созданию аналоговых электронных схем первичной обработки сигналов реализующих преобразование Гильберта ведутся достаточно интенсивно как в нашей стране, так и за рубежом. Этим вопросам посвящен ряд работ отечественных и зарубежных авторов:. Авраменко B.JL, Галямичева Ю.П., Ланнэ А.А., Агунова А.В., Агунова М.В., Bedrosian S.D., Gingell М. J., Webb J., Kelly M.W. и др.
Специфика работы схем реализующих преобразование Гильберта, требует проведения исследований по поиску оптимальных для конкретных условий новых схемных решений, призванных обеспечить их эффективное применение в устройствах управления статическими компенсаторами реактивной мощности и силовыми активными фильтрами.
Диссертационная работа выполнялась в рамках г/б НИР № 06534 "Исследование составляющих электрического сопротивления в нелинейных и параметрических электрических цепях и их математическое моделирование (гос. per. № 01.9.90002321).
Цель исследований. Создание новой беспричинной широкополосной квадратурной фазовращающей аналоговой схемы реализующей преобразование Гильберта.
Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи: нахождение новой топологии беспричинной широкополосной квадратурной фазовращающей цепи на основе её целевого назначения в соответствии с преобразованием Гильберта; нахождение передаточной характеристики для новой структурной схемы широкополосного квадратурного разностного фазовращателя (преобразователя Гильберта); разработка процедуры синтеза широкополосного квадратурного разностного фазовращателя; анализ адекватности технических реализаций предложенных решений; разработка инженерного метода расчета беспричинной схемы широкополосного квадратурного разностного фазовращателя.
Методы исследований. При решении поставленных в диссертационной работе задач использовались дифференциальное и интегральное исчисления, функции комплексного переменного, операторные методы, в частности, преобразование Лапласа, методы теории линейных электрических цепей, элементы численных методов и методов моделирования.
Достоверность исследований и методов расчета проверялась сопоставлением результатов расчетов по аналитическим соотношениям с результатами экспериментов на опытном образце реально действующего устройства.
Научная новизна. В диссертационной работе получены и выносятся на защиту следующие новые научные результаты:
1. Беспричинная структурная схема широкополосного квадратурного разностного фазовращателя (преобразователя Гильберта), отличающаяся наличием двух последовательно соединенных групп фазовых контуров, двух многовходовых сумматоров со схемой вычитания, в которой ортогональные копии входного сигнала снимаются с соединения, осуществляющего связь двух групп фазовых контуров и с выхода схемы вычитания, что позволяет решать задачи одновременной аппроксимации желаемых амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик.
2. Процедура синтеза беспричинного широкополосного квадратурного разностного фазовращателя позволяющая определять параметры его фазовых контуров для заданных нормированных частот.
3. Инженерный метод расчета активного широкополосного квадратурного разностного фазовращателя позволяющий определять параметры составляющих фазовращатель активных фазовых фильтров первого порядка.
Рекомендации по использованию полученных результатов (практическая значимость и реализация). Доказана принципиальная возможность построения беспричинных электронных аналоговых схем. Разработан и испытан опытный образец такой схемы. Разработанный широкополосный квадратурный разностный фазовращатель (преобразователь Гильберта) позволяет синтезировать ортогональный базис для случая несинусоидальных напряжения и тока судовой электроэнергетической системы, что позволяет по новому подойти к проектированию систем управления силовыми активными фильтрами для электроэнергетических систем судов и кораблей.
Предложенная структурная схема широкополосного квадратурного разностного фазовращателя (преобразователя Гильберта) может использоваться при измерении составляющих электрической мощности в цепях с несинусоидальным напряжением и током, моделировании аналитических сигналов, формировании однополосного сигнала в передающей радио аппаратуре.
Основные научные результаты диссертационной работы внедрены в производственный процесс Санкт-Петербург - Московской дистанции электроснабжения Октябрьской железной дороги в составе первого уровня автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ) тяговых подстанций для преобразования первичных значений входных электрических величин (при несинусоидальных режимах) в цепях измерения в точке учета * электроэнергии и могут быть использованы для аналогичных преобразований в таких же процессах при работе гребных электродвигателей и якорно- , швартовных механизмов.
Разработанные методики нахождения огибающей и мгновенной фазы сигналов как комплексного аналитического сигнала используются в ООО "ВИП - Телеком" г. Санкт-Петербурга при настройке ВЧ - трактов каналов связи объектов электроэнергетики в системе АО "Ленэнерго" для нахождения огибающей и мгновенной фазы сигналов ВЧ - блокировки постов релейной защиты и автоматики (РЗ и А). Использование материалов диссертации повышает достоверность передаваемой информации* по каналам связи и снижает количество ложных срабатываний защит.
Результаты работы используются в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного морского технического университета.
Апробация работы. Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено на:
II-й международный симпозиум Eltrans' 2003 (Санкт-Петербург,
П-я студенческая научно-учебная конференция "Моделирование явлений в технических и гуманитарных науках" (Санкт-Петербург, 2004);
VIII-я научно-техническая конференция "Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность" (Санкт-Петербург, 2004);
ТХ-я научно-техническая конференция "Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность" (Санкт-Петербург, 2006);
Х-й Московский международный салон промышленной собственности "Архимед" (Москва, 2007);
П-я Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием "Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии" (Тольятти, 2007);
Международная научно-техническая конференция "Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии" (Тольятти, 2009)
Публикации. По теме диссертации опубликованы 17 работ, в том числе 4 статьи, 9 тезисов докладов на научно-технических конференциях, 4 описания изобретений. В личном авторстве опубликовано 3 работы, доля автора в остальных работах от 20 до 50%. В изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК, опубликовано 2 статьи, выполненные в соавторстве, доля автора в каждой из которых составляет 25%.
Личный вклад. Решение поставленных в диссертационной работе задач найдено лично автором. Методы измерения, и оценки электроэнергетических характеристик системы "поставщик электроэнергии — потребитель электроэнергии", работающей при несинусоидальных режимах, а также исследования фильтрующей способности активного фильтра разработаны и осуществлены совместно с А.В. Агуновым. Реализация экспериментальной модели широкополосного квадратурного разностного фазовращателя выполнена совместно с М.В. Агуновым.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 124 наименований и приложения. Диссертация изложена на 121 странице машинописного текста, иллюстрации на 24 страницах.
