авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
-- [ Страница 1 ] --

7.2.2014 Антиплагиат

Преподаватель: Григорьев Максим

Анатольевич Завершить сеанс Главная Информационные материалы Наши клиенты Форум Кабинет пользователя Руководство пользователя Проверить текст Отчет о проверке Вернуться в кабинет Уважаемый пользователь!

Обращаем ваше внимание, что система Антиплагиат отвечает на вопрос, является ли тот или иной фрагмент текста заимствованным или нет.

Ответ на вопрос, является ли заимствованный фрагмент именно плагиатом, а не законной цитатой, система оставляет на ваше усмотрение.

Также важно отметить, что система находит источник заимствования в своей базе, но не определяет, является ли он первоисточником.

Информация о документе:

Имя исходного файла: DisertProverka.docx Тип документа: Прочее Имя документа: DisertProverka.docx Текстовые статистики:

Индекс читаемости: сложный Неизвестные слова: не определено Макс. длина слова: не определено Большие слова: в пределах нормы Оценка: Оценить Тип отчета: Многоцветный О типах отчетов Доля в Доля в Блоков в Блоков в Сохраненная копия Ссылка на источник Хранилище отчёте тексте отчёте тексте РГБ, диссертации 11,48% [1] rsl01002623811.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01002000000/rsl01002623000/rsl01002623... 11,48% 429 [2] rsl01003027029.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01003000000/rsl01003027000/rsl01003027... РГБ, диссертации 0,19% 4,51% 43 Южно-Уральский [3] АктивныйПрицепАмерик... государственный 3% 3,04% 47 университет Южно-Уральский [4] Диссертация без титу... государственный 1,31% 2,05% 71 университет Южно-Уральский [5] СтатьяЭлектротехника... государственный 1,02% 1,84% 35 университет Южно-Уральский [6] ГригорьевСтатьяЭлект... государственный 0,69% 1,75% 44 университет Южно-Уральский [7] СУЭП_УсынинГлава6.DO... государственный 0,15% 0,89% 17 университет Южно-Уральский [8] Дудкин_ГрантФЦП2этап... государственный 0,67% 0,76% 38 университет http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 1/ 7.2.2014 Антиплагиат университет [9] rsl01004879751.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01004000000/rsl01004879000/rsl01004879... РГБ, диссертации 0,14% 0,63% 8 Интернет [10] Вентильный электропр... http://www.dslib.net/elektrotex-kompleksy/grigorev-ventilnyj... 0% 0,29% 0 (Антиплагиат) Интернет [11] сборник. автоматизир... http://inethub.olvi.net.ua/ftp/library/share/homelib/spec212... 0,06% 0,26% 6 (Антиплагиат) Интернет [12] Автореферат http://oldvak.ed.gov.ru/common/img/uploaded/files/vak/announ... 0,25% 0,26% 10 (Антиплагиат) [13] rsl01004659360.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01004000000/rsl01004659000/rsl01004659... РГБ, диссертации 0,01% 0,26% 2 [14] rsl01004382558.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01004000000/rsl01004382000/rsl01004382... РГБ, диссертации 0,02% 0,17% 2 Южно-Уральский [15] 2013575TeterinIV_Dip... государственный 0% 0,1% 0 университет Южно-Уральский [16] СУЭП_УсынинГлава5.do... государственный 0% 0,06% 1 университет [17] rsl01002636334.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01002000000/rsl01002636000/rsl01002636... РГБ, диссертации 0% 0,03% 1 [18] rsl01002328531.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01002000000/rsl01002328000/rsl01002328... РГБ, диссертации 0% 0,03% 0 РГБ, диссертации 0,01% 0,03% 1 [19] rsl01002802971.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01002000000/rsl01002802000/rsl01002802...

[20] rsl01005089202.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005089000/rsl01005089... РГБ, диссертации 0% 0,02% 0 Интернет [21]... http://inethub.olvi.net.ua/ftp/library/share/homelib/spec140... 0% 0,02% 0 (Антиплагиат) [22] rsl01005086687.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005086000/rsl01005086... РГБ, диссертации 0% 0,02% 0 Интернет [23]... http://inethub.olvi.net.ua/ftp/library/share/homelib/spec096... 0,02% 0,02% 3 (Антиплагиат) [24] rsl01005085280.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01005000000/rsl01005085000/rsl01005085... РГБ, диссертации 0% 0,02% 0 [25] rsl01004421188.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01004000000/rsl01004421000/rsl01004421... РГБ, диссертации 0,01% 0,01% 1 Интернет [26] Источник 26 http://bib.convdocs.org/v40250/?download=file 0% 0,01% 0 (Антиплагиат) [27] rsl01003368969.txt http://dlib.rsl.ru/rsl01003000000/rsl01003368000/rsl01003368... РГБ, диссертации 0% 0,01% 0 Интернет [28] герасимов в.г. (ред)... http://inethub.olvi.net.ua/ftp/library/share/homelib/spec253... 0,01% 0,01% 2 (Антиплагиат) Интернет [29] герасимов в.г. элект... http://inethub.olvi.net.ua/ftp/library/share/homelib/spec233... 0% 0,01% 0 (Антиплагиат) Интернет [30] ehlektropodvizhnojj_... http://inethub.olvi.net.ua/ftp/library/share/ehlektropodvizh... 0% 0,01% 0 (Антиплагиат) [31] Риянова Фина Газизян... Академия ВЭГУ 0% 0,01% 0 Интернет [32] terehov v.m., osipov... http://inethub.olvi.net.ua/ftp/library/share/homelib/spec087... 0,01% 0,01% 2 (Антиплагиат) Частично оригинальные блоки: 0% Пересчитать Другие действ ия Оригинальные блоки: 80,95% Заимствование из "белых" источников: 0% Итоговая оценка оригинальности: 80,95% Страницы: 1 2 3 4 5 Все Введение Актуальность работы. Появление новых технологий и совершенствование сущ ествующ их не только повышает требования к э лектроприводу, но и требует реализац ии нового характера движ ения.

Привычные требования к э лектроприводу: диапазон регулирования скорости и момента, полоса пропускания частот э лектропривода, э нергоэ ффективность, – резко увеличиваются.

В настоящ ее время наибольший прогресс в современных регулируемых э лектроприводах наблюдается в приводах переменного тока и идет он за счет комплексного подхода, который учитывает особенности совместной работы полупроводникового преобразователя и э лектрической машины. Так, если обратить большее внимание на новые типы э лектрических машин и в комплексе “преобразователь – двигатель” проектировать не преобразователь под традиц ионный двигатель с синусоидальным напряж ением на статоре, а попытаться при конструировании э лектропривода учесть особенности совместной работы э лектродвигателя с преобразователем, то мож но добиться высоких результатов.

http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 2/ 7.2.2014 Антиплагиат учесть особенности совместной работы э лектродвигателя с преобразователем, то мож но добиться высоких результатов.

Электроприводы, работающ ие в э кстремальных условиях, требуют нетрадиц ионного исполнения и сочетания параметров всего силового э лектрооборудования, так как сущ ествующ ие типовые решения при всех их достоинствах: высокой э нергоэ ффективности, интенсивном использовании активных материалов, технологичности изготовления, – не способны обеспечить в полной мере требования современных и будущ их технологий.

В э том случае необходимо по-иному формулировать критерии э ффективности работы э лектропривода. Перечень требований, который не отвергает сущ ествующ ие показатели (cos, КПД), необходимо дополнять критериями и показателями, непосредственно влияющ ими на качество ведения технологического проц есса (М/м, М/J), где М, м, J – момент, масса, момент инерц ии двигателя.

Степень научной разработанности проблемы. Новый подход к разработке э лектроприводов коснулся как традиц ионных решений, например, на базе синхронных э лектрических машин (Вейнгер А.М., Lipo T.), асинхронных э лектроприводов с векторным управлением (Бродовский В.Н., Дартау В.А., Шрейнер Р.Т., Панкратов В.В., Макаров Л.Н., Дементьев Ю.Н., Поляков В.Н.), с DTC-управлением (Рудаков В.В., Козярук А.Е.), линейных асинхронных э лектроприводов (Сарапулов Ф.Н., Сарапулов С.Ф.), так и приводов, получивших своё развитие только в последнее время, например, вентильно- индукторных э лектроприводов (Чиликин М.Г., Ильинский Н.Ф., Ивоботенко Б.А., Lawrenson P., Садовский Л.А, Бычков М.Г., Красовский А.Б., Козаченко В.Ф.), синхронных реактивных э лектроприводов (Vagati А., Francecchini G., Беспалов В.Я.). Особое место в э том ряду занимают синхронные реактивные э лектроприводы с независимым управлением по каналу возбуж дения (СРМНВ) (по английской терминологии –Field Regulated Reluctance Machine) (Weh H., Lipo Т., Law J., BuschT.).

Основы теории э лектроприводов, реализующ их предельные реж имы работы на базе спец иальных машин постоянного тока малой мощ ности, были предлож ены проф. Каганом В.Г.

Меж ду тем, высокие удельные показатели, близкие к предельным, мож но обеспечить и в рамках традиц ионных конструкц ий и технологий изготовления э лектрических машин и полупроводниковых преобразователей, если обратить внимание и воспользоваться принц ипиально новыми возмож ностями, которые появились в конц е ХХ века благодаря прогрессу силовой э лектроники и микропроц ессорных устройств.

Объект исследования – синхронные реактивные э лектроприводы с независимым управлением по каналу возбуж дения с предельными по быстродействию и перегрузкам характеристиками.

Предмет исследования – э лектромагнитные, э лектромеханические проц ессы в синхронном реактивном э лектроприводе с независимым управлением по каналам возбуж дения и якоря.

Целью диссертац ионной работы является создание теории, системы управления синхронных реактивных э лектроприводов, которые отличаются предельными показателями по быстродействию и перегрузкам, улучшенными массогабаритными и э ксплуатац ионными характеристиками, что достигается за счёт учёта совместной работы источника питания и двигателя.

Идея работы заключается в том, что благодаря уровню развития силовой полупроводниковой и ц ифровой измерительной техники удаётся пересмотреть принц ипы согласования силовых э лементов (э лектродвигателя, источника питания и рабочего органа) и добиться сущ ественного улучшения потребительских свойств э лектромеханических преобразователей и э лектротехнических комплексов с единой позиц ии – обеспечения предельных характеристик по быстродействию и перегрузочной способности.

Достиж ение поставленной ц ели потребовало решения следующ их задач:

– анализа предельных возмож ностей э лектропривода с СРМНВ и результатов э кспериментальных исследований на физическом образц е, подтверж дающ их актуальность дальнейших исследований;

– синтеза и обоснования обобщ ённой математической модели э лектропривода, включающ ей описание э лектромеханического преобразователя, полупроводникового преобразователя, учитывающ ей особенности их совместной работы;

– анализа результатов исследования на обобщ ённой математической модели э лектропривода и обоснования высоких удельных показателей и перегрузочной способности э лектропривода;

– синтеза алгоритма поэ тапной оптимизац ии э лектропривода с СРМНВ;

– создания алгоритмов и структур управления э лектроприводом;

– синтеза методики последовательной частной оптимизац ии для позиц ионных э лектроприводов с СРМНВ.

Методы исследований. В работе использовались методы теоретического и э кспериментального исследования.

Теоретические методы исследования: основные полож ения теории э лектромеханического преобразования э нергии, теории э лектропривода и полупроводниковой преобразовательной техники, частотные методы теории регулирования, метод конечных э лементов, методы теории вариац ионного исчисления, методы математического моделирования систем на ЭВМ.

Методы э кспериментального исследования: наблюдение, измерение, – которые проводились на э кспериментальных образц ах и технологических объектах и были необходимы для получения исходных данных, проверки и уточнения результатов теоретического анализа.

Достоверность полученных результатов. Достоверность научных результатов определяется корректностью постановок задач, обоснованностью принятых допущ ений, использованием апробированных математических и численных методов, а такж е э кспериментальным подтверж дением основных теоретических выводов при достаточном для инж енерной практики совпадении результатов теории, компьютерного моделирования и физического э ксперимента.

Научные полож ения, выносимые на защ иту и их научная новизна 1. Предлож ена обобщ ённая математическая модель э лектроприводов переменного тока с э лектродвигателями, имеющ ими произвольную конфигурац ию магнитной ц епи, в которой параметры полупроводникового преобразователя в диапазоне частот д половины от несущ ей аппроксимированы непрерывными динамическими звеньями, параметры э лектрической машины представлены как распределённые, и отличающ аяся тем, что алгоритм параллельного вычисления обобщ ен для класса э лектроприводов переменного тока, а в основу построения модели полож ен критерий минимума расчетного времени.

2. Дана теория и определены предельные возмож ности объекта управления – нового класса синхронных реактивных э лектроприводов с сущ ественно улучшенными техническими показателями:

возмож ностью реализац ии весьма значительных перегрузок по моменту без увеличения габаритов двигателя и услож нения системы управления, благоприятными массогабаритными показателями, сверхвысокими угловыми скоростями. Синергетический э ффект достигался за счет перехода к многофазным схемам силовых ц епей, а такж е раздельного и независимого управления по каналам возбуж дения и якоря.

3. Методом поэ тапной многокритериальной оптимизац ии показано, что улучшение удельных показателей в э лектроприводах с предельными характеристиками мож но добиться, если учитывать взаимное влияние звеньев э лектротехнического комплекса. На начальном э тапе минимизировались удельные затраты на компоненты э лектромеханического преобразователя путем их перераспределения меж ду активными частями двигателя и полупроводникового преобразователя, далее достигались максимальные удельные моменты за счет изменения геометрии машины и с учётом совместной работы преобразователя и двигателя, наконец, на последнем э тапе оптимизировались структура и параметры силовых ц епей по критерию минимума суммарных затрат.

http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 3/ 7.2.2014 Антиплагиат учётом совместной работы преобразователя и двигателя, наконец, на последнем э тапе оптимизировались структура и параметры силовых ц епей по критерию минимума суммарных затрат.

4. С позиц ий системного подхода предлож ены и обоснованы алгоритмы управления э лектроприводом с СРМНВ, реализующ ие реж имы работы с предельными возмож ностями по перегрузкам и быстродействию. При э том поскольку число степеней свободы управляющ их воздействий в многомерной системе управления э лектроприводом с СРМНВ увеличено, оказывается ц елесообразным отказаться от стратегии векторного управления э лектроприводом переменного тока в пользу системы управления, аналогичной обращ енной многофазной машине постоянного тока.

5. Показано, что в э лектроприводах реальных производственных механизмов, работающ их в э кстремальных условиях э ксплуатац ии, оптимальная траектория движ ения сшивается из отдельных отрезков, которые складывались из нескольких фазовых траекторий с различным набором ц елевых функц ий.

Практическое значение работы заключается в следующ ем:

Разработанная обобщ ённая математическая модель э лектропривода позволила сформулировать методы решения следующ их практических задач: учёта динамических свойств э лектропривода при проверке двигателя по нагреву и перегрузочной способности, расчета запаса по току и напряж ению преобразователя, оц енки э ффекта от внедрения э лектропривода с СРМНВ по сравнению с традиц ионными решениями, что необходимо на э тапе выбора системы привода. Разработанные методы приняты к использованию на ОАО “Челябгипромез”;

Методика синтеза замкнутых многосвязных э лектроприводов переменного тока с амплитудной модуляц ией сигнала в контуре регулирования момента позволяет выполнять синтез корректирующ их устройств и мож ет быть использована для высокоскоростных э лектроприводов, например, турбокомпрессоров;

Методика последовательной частной оптимизац ии комплекса “Регулируемый э лектропривод – рабочая машина” мож ет быть использована в инж енерных методах проектирования э лектроприводов, работающ их в тяж ёлых реж имах работы с предельными требованиями по перегрузкам и динамическим характеристикам. В частности, методика успешно применялась при разработке э лектропривода подачи стана холодной прокатки труб: синтез параметров контура регулирования тока, передаточного числа редуктора, кинематической передачи, отношения длины ротора двигателя к его диаметру, параметров регулятора, – с позиц ии единого критерия – минимального времени позиц ионирования рабочего органа;

Предлож ены структуры импульсно-векторного управления э лектроприводов с СРМНВ, питающ ихся от тиристорных коммутаторов и отличающ ихся умеренными показателями регулирования, что позволяет снизить затраты на компоненты э лектропривода. Эти структуры приняты для реализац ии на механизмах с вентиляторным характером нагрузки ОАО ЧТПЗ, ОАО ЧЦЗ, ООО НТЦ “Приводная техника”.

Реализац ия результатов диссертац ионной работы Результаты диссертац ионной работы использованы в производственной и научно-исследовательской деятельности:

– ОАО “ Челябинский трубопрокатный завод” при модернизац ии э лектропривода подачи стана холодной прокатки труб;

– ФГУП “Усть-Катавский вагоностроительный завод” при создании перспективных тяговых э лектроприводов трамваев с низким уровнем пола;

– ОАО “Челябинский ц инковый завод” при модернизац ии э лектроприводов механизмов с вентиляторным характером нагрузки;

– ООО “Научно-технический ц ентр “Приводная техника” (г. Челябинск) при разработке тяговых э лектроприводов тракторов ДЭТ-400 и при производстве новых типов синхронных реактивных машин;

– ОАО “Челябинский металлургический комбинат” при синтезе и наладке универсального рельсобалочного стана;

– ОАО “Ашинский металлургический завод” при наладке э лектропривода наж имного устройства стана 2850 Прокатного ц еха №1;

– ОАО “ЧЕЛЯБГИПРОМЕЗ” (г. Челябинск) при разработке перспективных типов э лектроприводов различного назначения от простых с вентиляторным характером нагрузки до слож ных технологических объектов металлургического производства с тяж ёлыми и крайне тяж ёлыми условиями э ксплуатац ии.

Результаты работы нашли применение в учебном проц ессе и отраж ены в учебных программах по направлению подготовки бакалавров и магистров “Электроэ нергетика и э лектротехника” (учебные курсы: “Теория э лектропривода”, “Системы управления э лектроприводов”, “Следящ ие э лектроприводы”) в ФГБОУ ВПО “Юж но-Уральский государственный университет”, в АНО Учебный ц ентр “МОМЕНТУМ” (г. Челябинск).

Диссертац ионная работа подготовлена в рамках реализац ии федеральных ц елевых программ:

– ФЦП “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники” на 2002-2006 годы” по проблеме “Разработка основ теории э нергосберегающ его вентильного э лектропривода на базе синхронного реактивного двигателя независимого возбуж дения” (госконтракт № 02.442.11.7281 от 28.02.2006);

– ФЦП “ Научные и научно-педагогические кадры инновац ионной России” в рамках мероприятия 1.2.2 по проблеме “Энергосберегающ ие э лектроприводы на основе новых типов э лектрических машин и вентильных преобразователей” (госконтракт № П1442 от 03.09.2009);

– ФЦП “ Научные и научно-педагогические кадры инновац ионной России” в рамках мероприятия 1.2.2 по проблеме “Высоконадёж ные э нергосберегающ ие комплексы на основе новых типов вентильных э лектроприводов и обеспечение их безопасности” (госконтракт № П 1135 от 02.06.2010);

– ФЦП “Научные и научно-педагогические кадры инновац ионной России” в рамках мероприятия 1.2.2 по проблеме “ Энергоэ ффективные э лектроприводы нового поколения для объектов с тяж елыми условиями э ксплуатац ии” ( госконтракт № 14.740.11.1100 от 24.05.2011);

– ФЦП “ Научные и научно-педагогические кадры инновац ионной России” в рамках мероприятия 1.3.1 по проблеме “Энергосберегающ ие решения на основе традиц ионных и новых типов э лектроприводов для городского э лектротранспорта” (госконтракт 14.B37.21.1503 от 21.09.2012 г);

– ФЦП “ Научные и научно-педагогические кадры инновац ионной России” в рамках мероприятия 1.3.2 по проблеме “Энергосберегающ ие тяговые э лектроприводы э лектровозов” (госконтракт 14.132.21.1754 от 2012 г);

– гранта президента РФ (договор № 16.120.11.6780-МК от 01.02.2012).

Апробац ия работы. В полном объёме работа докладывалась и обсуж далась на заседаниях кафедр:

– “Электропривод и автоматизац ия промышленных установок” ФГБОУ ВПО Юж но-Уральского государственного университета, г. Челябинск;

– “ Робототехника и автоматизац ия производстенных систем” ФГБОУ ВПО “ Санкт-Петербургский государственный э лектротехнический университет “ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина), г.

Санкт-Петербург”;

– “Электрооборудование судов” ФГБОУ ВПО “Ниж егородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева”, г. Н. Новгород;

– “Электропривод и э лектрооборудование” ФГБОУ ВПО “ Нац иональный исследовательский Томский политехнический университет”;

http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 4/ 7.2.2014 Антиплагиат – “Электропривод и э лектрооборудование” ФГБОУ ВПО “ Нац иональный исследовательский Томский политехнический университет”;

– “ Автоматизированный э лектропривод и мехатроника” ФГБОУ ВПО “ Магнитогорский государственный технический университет им.

Г.И. Носова”, г. Магнитогорск.

Основные полож ения и результаты диссертац ионной работы докладывались и обсуж дались на конференц иях и семинарах, в том числе на: 3…7-ой Меж дународных (14-18 Всероссийских) научно технических конференц иях по автоматизированному э лектроприводу (АЭП) (г. Н. Новгород, 2001, г. Магнитогорск – 2004;

г. С.-Петербург – 2007;

г. Тула – 2010, г. Иваново – 2012);

на всемирных конгрессах SAE 2007,…SAE 2011, 2013, SAE 2013 Commercial Vehicle Engineering Congress United States Rosemont, Ill, World Congress, Detroit, MI (20072011);

на всемирном конгрессе International Powertrains, Fuels and Lubricants Congress, Shanghai, CHINA (2008), всемирном конгрессе Powertrains, Fuels and Lubricants Meeting, Florence, ITALY (2009);

на 12…15 научно-технических конференц иях “Электроприводы переменного тока” (г. Екатеринбург – 2001…2012);

11…13 Меж дународных конференц иях “Электромеханика, э лектротехнологии, э лектротехнические материалы и компоненты” (г. Алушта – 2006, 2008 – 2012);

15 – 16 Меж дународных научно-технических конференц иях “Бенардосовские чтения” (г. Иваново – 2009, 2011);

Нац иональном симпозиуме Russian National Symposium On Power Engineering (г. Казань – 2001), Нац иональном симпозиуме XXVIII, XXIX Российской школы, РАН (г. Миасс – 2008, 2009);

меж дународной конференц ии "Электроэ нергетика и автоматизац ия в металлургии и машиностроении” (г. Магнитогорск – 2008).

Публикац ии. По теме диссертац ии опубликовано более 70 печатных работ, в том числе 2 монографии, 30 научных статей (из них – 24 в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ), докладов на конференц иях, 6 патентов РФ на изобретение, 8 свидетельств РФ об офиц иальной регистрац ии программ для ЭВМ.

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, в разработке методов исследования и в обобщ ении результатов исследований. Все научные полож ения разработаны автором лично. В работах, выполненных в соавторстве со своим научным консультантом Усыниным Ю.С., автору принадлеж ат результаты, относящ иеся к разработке конц епц ии исследования, постановке задач оптимизац ии, построения обобщ ённых моделей э лектропр ивода. В работах, выполненных совместно с аспирантами А.Е. Бычковым и Е.В.Белоусовым, автор осущ ествлял постановку задач и научное консультирование. В разработках с другими соавторами автору принадлеж ит ведущ ая роль в постановке задач исследования, обосновании математических моделей и методов решения.

Структура и объём работы. Диссертац ия состоит из введения, шести глав и заключения, излож енных на 305 страниц ах машинописного текста, содерж ит 110 рисунков, 15 таблиц, список используемой литературы из 214 наименования.

Соответствие научной спец иальности: исследование, проводимое в рамках диссертац ионной работы, полностью соответствует формуле и области исследования, приведённой в паспорте спец иальности 05.09.03, в частности:

– первое, второе научные полож ения соответствуют п. 1;

– третье, четвертое, пятое полож ения соответствуют п. 3.

В первой главе обобщ ены требования со стороны технологических объектов, которые характеризуются э кстремальными реж имами работы по быстродействию, перегрузочной способности. Была сформулирована конц епц ия синтеза (проектирования) э лектротехнических комплексов, в которых обеспечиваются предельные по возмож ностям характеристики.

Во второй главе выполнен обзор основных подходов к синтезу математических моделей. Сформулировано первое научное полож ение и представлено его доказательство. Выполнено сопоставление результатов расчета с общ епринятыми методиками.

В третьей главе выполнялось сопоставление э лектроприводов с СРМНВ, асинхронных и синхронных э лектроприводов по функц иональным признакам, удельным и перегрузочным показателям. На основании теоретических и э кспериментальных исследований представлены доказательства второго научного полож ения.

Вчетвертой главе сформулированы требования к э тапам оптимального проектирования э лектропривода с позиц ии обеспечения предельных характеристик э лектропривода, сформулирована задача оптимизац ии, рассмотрено доказательство третьего научного полож ения и даны результаты оптимизац ии.

В пятой главе дана классификац ия сущ ествующ их структур управления э лектроприводами переменного тока. Рассмотрено доказательство четвертого научного полож ения. Приведены результаты э кспериментальных исследований на опытных образц ах э лектропривода.

В шестой главе представлено доказательство пятого научного полож ения. Приведены примеры внедрений э лектропривода с СРМНВ реальных производственных механизмов. Дан расчет ож идаемого э кономического э ффекта.

В заключении даны основные научные результаты работы.

В прилож ении приведены результаты расчетов технико-э кономического э ффекта и акты внедрения результатов диссертац ионной работы в организац иях.

Глава 1. ОЦЕНКА ВОЗМОЖ НОСТЕЙ РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С ПОЗИЦИЙ РЕАЛИЗАЦИИ ПРЕДЕЛЬНЫХ РЕЖ ИМОВ 1.1. Обобщ енные требования технологического проц есса к э лектроприводам, реализующ им предельные реж имы работы по быстродействию и перегрузочной способности Появление новых технологий и совершенствование сущ ествующ их не только повышает требования к э лектроприводу, но и требует реализац ии нового характера движ ения. Привычные требования к э лектроприводу: диапазон регулирования скорости и момента, полоса пропускания частот э лектропривода, э нергоэ ффективность, – резко увеличиваются.

В табл. 1.1 систематизированы требования к регулируемому э лектроприводу со стороны ряда технологических объектов, в которых наиболее остро проявляются э ти требования. В качестве технологических объектов были взяты объекты металлургического производства и тяговые механизмы. Развитие э тих объектов является наиболее актуальным для Уральского региона в силу исторических причин и с учетом приоритетных направлений развития Юж но-Уральского региона.

Анализ э той таблиц ы показал, что при сохранившихся требованиях к диапазону регулирования скорости наиболее актуальными становятся показатели расширения диапазона регулирования момента (до 1:10 в тяговых механизмах), максимальной скорости (до 10:1) и предельных перегрузок по моменту (до 4МН).

Поэ тому для дальнейшего анализа были отобраны две группы механизмов. Первая – те механизмы, в которых наиболее важ ными являются рассматриваемые показатели: э лектроприводы станов холодной прокатки труб, тяговые механизмы городского э лектротранспорта и промышленных тракторов, которые характеризуются э кстремальными реж имами работы по быстродействию и перегрузочной способности. Вторая группа – объекты технологического производства, к которым предъявляются умеренные требования по регулированию координат э лектропривода, но которые работают в агрессивных, а следовательно, тяж елых технологических условиях.

Электропривод подачи станов холодной прокатки труб Станы холодной прокатки труб предназначены для получения бесшовных труб переменного или постоянного сечения, используемых в оборонной промышленности из труднопрокатываемых http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 5/ 7.2.2014 Антиплагиат Станы холодной прокатки труб предназначены для получения бесшовных труб переменного или постоянного сечения, используемых в оборонной промышленности из труднопрокатываемых легированных сталей. В настоящ ее время в России э ксплуатируется более 200 таких станов. В Челябинске установлено два стана ХПТ 450 в ц ехе №5 ОАО Челябинского трубопрокатного завода.

Реж имы работы станов детально рассмотрены в [87, 153]. На основании исследований показано, что в многосвязной системе стана наиболее “слабым” звеном является э лектропривод подачи стана, который на сегодняшний день определяет быстродействие системы в ц елом. Поэ тому отдельно остановимся на анализе технологических требований к э тому объекту.

На рис. 1.1 дана пространственная модель стана, которая была реализована в программе Solid Works. Электропривод подачи (на рис. 1.1 – механизм 4) работает в позиц ионном реж име. Анализ технологических требований (табл. 1.2) к механизму подачи показывает, что э лектропривод долж ен реализовывать предельные характеристики по быстродействию и точности: перемещ ение заготовки и механизма подачи общ ей массой более 15 т за время позиц ионирования около 100 мс;

при срыве трубы с оправки э лектропривод долж ен кратковременно развивать момент, больший (3–4)МН.

Указанные требования мож но считать предельными. Последнее требование реализуется увеличением габарита э лектрической машины, что ведет к ухудшению добротности э лектропривода (М/J), так как в традиц ионных асинхронных э лектроприводах и приводах постоянного тока предельное значение момента не превышает (2–2,5) Мн. Сущ ествующ ая система, предлож енная в 80-х годах проф. Вейнгером А.М. [18], построена по схеме синхронного э лектропривода с частотно-токовым регулированием. Схема силовых ц епей, выполненная на базе тиристорных преобразователей частоты (НПЧ) [45], ограничивает предельные возмож ности э лектропривода, так как система импульсно-фазового управления имеет раздельное управление вентильными группами. В общ ем случае система мож ет быть аппроксимирована как двухмассовая при следующ их соотношениях обобщ енных параметров ТСТРМТКРС.

Тяговый э лектропривод городского э лектротранспорта Следующ ая группа механизмов: тяговые э лектроприводы тракторов, городского э лектротранспорта, – имеет спец ифические требования, которые определяются автономным располож ением э лектрооборудования. В табл. 1.3 даны обобщ енные требования к э лектроприводу трамвая. Среди э тих требований следует выделить: расширенный диапазон регулирования по моменту;

возмож ность реализац ии трамвая с низким уровнем пола [108, 140].

Таблиц а 1. Обобщ енные технические требования к тяговым механизмам Показатель Значение Единиц ы измерения Номинальная мощ ность тягового привода Диапазон регулирования по моменту Рном= (160–240) 1: кВт Число тяговых двигателей Удельное э нергопотребление на тягу Скорость движ ения Высота тележ ки трамвая Высота сверхнизкого пола Доля низкого пола в сущ ествующ их трамваях 2– vдвиж = h = h = шт.

Втч/тыс. км км/ч мм мм % Первоочередная задача реализац ии 100% низкого пола (при высоте h250мм) мож ет быть решена только при комплексном подходе к проектированию механо- и э лектрооборудования. На рис.

1.2 в программе Solid Works была выполнена модель модернизированной тележ ки трамвая 71-619А [108]. На схеме показан один из вариантов компоновки тягового э лектропривода: в э том случае размещ ение э лементов тележ ки не претерпевает значительных изменений, однако к тяговому э лектроприводу 1 (см. рис. 1.2) предъявляются требования сниж ения высоты оси вращ ения э лектрической машины. Сущ ествующ ая схема асинхронного частотнорегулируемого э лектропривода не позволяет решить поставленную Рис 1.2. Модернизированная модель тележ ки 71-619А с установочными предельными габаритами для размещ ения э лектрооборудования:

1 – тяговый двигатель;

2 – ось колесной пары;

3 – колесо;

4 – рельсовый тормоз;

5 – листовой рессор;

6 – редуктор;

7 – шкворная балка http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 6/ 7.2.2014 Антиплагиат Рис 1.2. Модернизированная модель тележ ки 71-619А с установочными предельными габаритами для размещ ения э лектрооборудования:

1 – тяговый двигатель;

2 – колесной пары;

3 – колесо;

4 – рельсовый тормоз;

ось 5 – листовой рессор;

6 – редуктор;

7 – шкворная балка задачу, поэ тому требуется переход к новым (нетрадиц ионным) э лектромеханическим преобразователям. Второй вариант модернизац ии тележ ки (на рис. не показан) предполагает отказ от механической передачи и размещ ения двигателя непосредственно на приводной оси. В э том случае требования низкой высоты оси вращ ения приводного двигателя сохраняются, но они дополняются необходимостью установки спец иальных упругих муфт [144]. Из модели тележ ки видно (рис. 1.2), что проект реализац ии трамвая со “сверхнизким полом” (при высоте h100 мм) мож ет быть осущ ествлен только при конструировании э лектрических машин со спец иальной формой геометрии статора. Одним из примеров рассмотрен в [96].

Научный коллектив совместно с автором, решая задачу сниж ения обрези э лектротехнической стали при изготовлении магнитопровода э лектрической машины предлож или вариант конструкц ии статора синхронной реактивной машины прямоугольного сечения.

1.2. Новые подходы к синтезу современных регулируемых э лектроприводов переменного тока Совершенствование технологии производства предъявляет новые требования к современному регулируемому э лектроприводу, которые могут быть обеспечены только при системном подходе к синтезу э лектротехнического комплекса. Этот подход требует обязательного учета совместной работы полупроводникового преобразователя и двигателя. В современной технической литературе появился новый технический термин Converter Fed Machine [192] (э лектрические машины, запитываемые от э лектрического преобразователя). На сегодняшний день при проектировании сформировались два основных направления.

Первое направление [5, 6, 7, 68, 83] предполагает проектирование так называемых э нергосберегающ их двигателей, в которые закладывается больше активной меди и э лектротехнической стали.

За счет э того достигаются повышенные технические показатели системы, такие как КПД и cos. Электрические машины могут проектироваться для работы как от питающ ей сети, так и от полупроводникового преобразователя. Сущ ественный э ффект и окупаемость капитальных затрат на э лектропривод достигается, если график нагрузки рабочего механизма носит ровный характер, а э лектропривод подобран по мощ ности наиболее правильно. Этот подход нашел применение при проектировании систем общ епромышленных механизмов с вентиляторным характером нагрузки.

Второй подход [25, 77, 85, 204 – 208] предусматривает больший учет особенностей совместной работы преобразователя и двигателя и обусловлено э то тем, что в э том случае э лектропривод работает в тяж елых условиях э ксплуатац ии с «рваным» характером нагрузки, либо (и) к э лектрооборудованию предъявляются ж есткие требования по массогабаритным показателям. Добиться интенсивного использования активных материалов мож но только при обязательном учете совместной работы всего комплекса. При э том такие привычные требования, как трехфазность, синусоидальность не являются обязательными. Наиболее полное использование активных материалов мож ет быть реализовано только при учете возмож ностей всех компонентов э лектропривода и требований технологического проц есса: от графика нагрузки и силовых э лементов э лектропривода и заканчивая микропроц ессорными устройствами управления.

Уровень развития современной э лементной базы э лектропривода напрямую влияет на возмож ности системы и качества реализац ии движ ения рабочего органа. Принятие технических решений ж естко связано не только с техническими возмож ностями современной э лементной базы, но и предусматривает э кономическое обоснование.

Технико-э кономические показатели полупроводниковой техники В начале 21 века проф. Ильинский Н.Ф. отметил, что бурный рост силовой полупроводниковой техники приведет к тому, что соотношение в ц ене меж ду полупроводниковым преобразователем и двигателем изменится от 1:5 к соотношению 1:1 [53]. На рис. 1.3 показаны удельные ц ены на полупроводниковые преобразователи с разными типами конфигурац ии силовой ц епи. Интересен тот факт, что в диапазоне малых мощ ностей (до 10 кВт) мостовой преобразователь постоянного тока (Mentor II) имеет наибольшую стоимость по сравнению с преобразователями частоты (для наглядности на рис. 1.3 проведена поперечная плоскость, пересекающ ая стоимость других типов преобразователей частоты). В области больших мощ ностей (при РН1 МВт) лидерство по условиям наименьшей ц ены остается за тиристорными преобразователями. Средняя стоимость преобразователя частоты леж ит в диапазоне (50–100) долларов за 1 А.

Рис. 1.4 позволяет дать э кономическую оц енку э лектромеханических преобразователей. Во всем диапазоне изменения номинального тока стоимость двигателя практически не изменяется и приближ енно равна (15–25) долларам за 1А. Наибольшую стоимость имеют э лектрические машины с большим числом пар Рис.1.3. Зависимость удельных ц ен на полупроводниковые преобразователи от тока и схем силовых ц епей Altistart, Mentor, Softstarter, ACS550-01, ACS800-07, ACS550-02, SE, ComSX, ACS800-02, UnidriveSP Рис. 1.3. Зависимость удельных ц ен на полупроводниковые преобразователи от тока и схем силовых ц епей Altistart, Mentor, Softstarter, ACS550-01, ACS800-07, ACS550-02, SE, ComSX, ACS800-02, UnidriveSP полюсов, так как она зависит от массы активных материалов. В свою очередь, объем активных материалов, затрачиваемый на изготовление двигателя, зависит не от мощ ности, а от номинального момента, поэ тому в двигателях на большее число пар полюсов при той ж е величине токовой нагрузки приходится закладывать большее количество обмоточной меди и э лектротехнической стали.

Технико-э кономические показатели э лектромеханических преобразователей Удельные массогабаритные показатели современных э лектромеханических преобразователей, используемых в регулируемом э лектроприводе, мож но оц енить по рис. 1.5. Здесь по вертикальной оси отлож ены удельные показатели по моменту (М/м), которые вычислялись в функц ии номинального момента МН и типа э лектромеханического преобразователя (асинхронный,синхронный с э лектромагнитным возбуж дением, синхронный с постоянными магнитами Рис. 1.4. Зависимость удельных ц ен на э лектромеханические преобразователи от тока I и количества полюсов машин Рис. 1.4. Зависимость удельных ц ен на э лектромеханические преобразователи от тока I и количества полюсов машин (на рис. 1.5 отмечен, как серво). Как и ож идалось, наилучшие удельные показатели среди асинхронных машин имеют двигатели с числом полюсов 2p=6, наихудшие – двухполюсные машины, имеющ ие увеличенное сечение “спинки” магнитопровода статора. В диапазоне малых мощ ностей наилучшие удельные показатели имеют двигатели с постоянными магнитами, так как высокоэ нергетические магниты обеспечивают относительно большие значения индукц ии в зазоре, даж е в малых машинах, в которых доля зазора оказывается сущ ественной [48]. Наилучшие показатели имеют прокатные синхронные двигатели с э лектромагнитным возбуж дением (до 8–10 Нм/кг). Эти двигатели работают в замкнутой системе с частотнотоковым управлением на знаковых технологических объектах Челябинской области: универсальном рельсобалочном стане (ОАО ЧМК);

стане 5000 (ОАО ММК). Улучшенные удельные показатели в э тих э лектроприводах достигнуты за счет следующ их факторов: работы э лектрической машины в замкнутой системе, когда нет необходимости иметь относительно большой зазор с ц елью обеспечения устойчивой работы http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 7/ 7.2.2014 Антиплагиат за счет следующ их факторов: работы э лектрической машины в замкнутой системе, когда нет необходимости иметь относительно большой зазор с ц елью обеспечения устойчивой работы синхронного двигателя;

применения ж идкостного охлаж дения, что позволило поднять э лектромагнитные нагрузки примерно на (20–30)%;

построения структуры управления по схеме с последовательным возбуж дением для улучшения перегрузочной способности системы.

Рис. 1.5. Зависимости удельного значения момента двигателя от номинального значения момента для АД 2p=2, 2p=4, 2p=6, СД и сервопривода Рис. 1.5. Зависимости удельного значения момента двигателя от номинального значения момента для АД 2p=2, 2p=4, 2p=6, СД и сервопривода Технико-э кономические показатели микропроц ессорной техники Возмож ности полупроводниковой техники и современного э лектропривода значительно недоиспользовались, если бы гибкие устройства управления на базе микропроц ессорных устройств управления отсутствовали или находились бы на начальной ступени развития. В современных системах э лектропривода применяются ц ифровые сигнальные проц ессоры, выполненные по Гарвардской архитектуре [58]. Несмотря на то, что различия меж ду архитектурами Фон Неймана Гарвардской постепенно исчезают, но за последней сохраняется ряд обязательных функц ий:

и аппаратная организац ия работы узлов ШИМ и ц ифровых фильтров. За счет увеличения быстродействия тактовой частоты проц ессора, увеличения объема памяти программ и данных, увеличения скорости доступа к системной шине данных удалось сущ ественно снизить время расчета одного скана программы. При э том на несущ их частотах до1кГц время задерж ки в контуре регулирования оц енивается величиной 0,1 мс. На микроконтроллеры накладываются не только функц ии управления, но и задачи диагностики э лементов системы управления э лектроприводом.

Решение задач управления технологическими координатами (регулирование натяж ения на станах холодной прокатки, синхронизац ия движ ения транспортных средств) мож ет реализовываться на спец иальных технологических контроллерах, которые синхронизируются по быстродействующ им последовательным шинам данных [197, 209]. Эти контроллеры имеют достаточный набор программных инструментов, позволяющ их реализовывать соответствующ ие функц ии автоматического регулирования и управления.

В тех случаях, когда необходимо решать задачи регулирования координат э лектропривода по напряж ению, току, лектромагнитному моменту рекомендуется некоторые блоки и узлы э программировать на “низком” уровне. Наиболее э ффективно данная задача мож ет быть решена на базе менее мощ ных, но более простых в программировании микропроц ессорных систем, например, “Atmega” [14], и именно э тим устройствам нуж но в первую очередь отдавать предпочтение. При э том снизить время расчета скана одной программы мож но за счет параллельного включения нескольких проц ессоров. В э лектроприводах, работающ их в функц ии полож ения ротора, синхронизац ия проц ессоров, включенных параллельно, решается очень просто по сигналам с выхода датчика полож ения ротора. Реализац ия ж е слож ных алгоритмов управления э лектроприводом (пространственной векторной ШИМ-модуляц ии, быстродействующ их векторных систем управления э лектроприводами) возмож на только на базе мощ ных сигнальных ц ифровых проц ессоров (DSP) [206]. Примеры реализац ии таких слож ных алгоритмов представлены и в отечественной школе э лектропривода [50, 58, 60].

Энергоэ ффективные э лектромеханические преобразователи При ровном графике нагрузки рабочего механизма рац ионально применять технические решения на базе э нергосберегающ их двигателей. Идея проектирования э лектроприводов э том случае в проста – в асинхронный двигатель закладывают в ротор медь, ж естче выдерж ивают допуски, формулируют новые критерии качества с учетом особенностей работы от полупроводникового преобразователя [5, 6, 7, 137].

На рис. 1.6 представлены э нергетические показатели асинхронных э нергоэ ффективных двигателей разных стандартов. Из рис. 1.6 следует, что в двигателях класса IE4 э лектрические потери сниж ены примерно на 30 %. Как обращ ают внимание авторы [5, 174], даром такое улучшение э нергетических показателей не дается. На рис. 1.6 (кривые 2, 3, 4) видно, что э нергоэ ффективные двигатели имеют не самые лучшие массогабаритные показатели. Ротор таких э лектрических машин оказывается тяж елее, что ограничивает использование э тих типов двигателей для механизмов, работающ их с резкопеременным графиком нагрузки.

Рис. 1.6. Удельные массогабаритные показатели синхронных реактивных (СРД АВВ) (1), новых э нергоэ ффективных асинхронных э лектроприводов серии IE2 (2), IE3 (3), IE4 (4), КПД асинхронных э лектроприводов серии IE2 (5), IE3(6), IE4(7) Рис. 1.6. Удельные массогабаритные показатели синхронных реактивных (СРД АВВ) (1), новых э нергоэ ффективных асинхронных э лектроприводов серии IE2 (2), IE3 (3), IE4 (4), КПД асинхронных э лектроприводов серии IE2 (5), IE3(6), IE4(7) 1.3. Новые типы э лектроприводов Новые подходы к синтезу э лектроприводов коснулись и “новых” типов э лектромеханических преобразователей. Идея и принц ипы работы э тих типов э лектродвигателей были известны давно, однако реальное развитие они получили относительно недавно, только благодаря уровню развития полупроводниковой и микропроц ессорной техники. Примерами таких типов э лектроприводов являются: усовершенствованные синхронные реактивные двигатели (СРД), вентильно-индукторные э лектроприводы (ВИП), синхронные реактивные э лектроприводы с независимым управлением по каналу возбуж дения (СРМНВ).

В классических реактивных машинах удельные показатели улучшали за счет услож нения конструкц ии э лектрической машины, добиваясь максимального значения Ld/Lq [64].

В частности, совсем недавно компания АВВ заявила о выходе в свет новых э нергоэ ффективных э лектроприводов на базе синхронных реактивных машин, имеющ их повышенный КПД при относительно улучшенных массогабаритных показателях. На рис. 1.6 (кривая 1) даны удельные показатели, которые рассчитаны по данным фирмы-производителя [199].Предлож енные технические решения позволили улучшить массогабаритные характеристики синхронного реактивного э лектропривода примерно на (10–20) % при тех ж е э нергетических показателях.

1.3.1. Вентильно-индукторные э лектроприводы Особое место в классе реактивных э лектроприводов занимают вентильно-индукторные э лектроприводы ВИП (SRD – Switched Reluctance Drive). Идея работы э лектропривода была озвучена ещ е в 70-е годы 20 века, но силовая версия э лектропривода была впервые реализована в 90-е годы прошлого столетия.

Большое количество публикац ий, касающ ихся разработки и внедрения э тих э лектроприводов [15, 16, 36, 66,147, 117], говорит о перспективах его использования в промышленности.

Основные преимущ ества и недостатки э лектропривода определяются принц ипом работы системы.

На рис. 1.7 даны сечения э лектрической машины и осц иллограммы токов обмоток, поясняющ ие идею работы э лектропривода на примере трехфазной машины.

Рис. 1.7. Индукторный двигатель с числом полюсов 6/4 (а) и диаграмма токов фаз статора (б) Рис. 1.7. Индукторный двигатель с числом полюсов 6/4 (а) и диаграмма токов фаз статора (б) Электрический ц икл управления э лектроприводом, который включает в себя поочередное подключение к источнику питания всех трех обмоток статора приводит к вращ ению вала двигателя.

Причем направление вращ ения будет зависеть не только от порядка чередования питающ их фаз, но и от соотношения количества полюсов ротора и статора [16].

http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 8/ 7.2.2014 Антиплагиат Причем направление вращ ения будет зависеть не только от порядка чередования питающ их фаз, но и от соотношения количества полюсов ротора и статора [16].

Главные преимущ ества э тих э лектроприводов: простота конструкц ии э лектрической машины (по технологии изготовления прощ е асинхронного двигателя);

меньшее количество вентилей силового полупроводникового преобразователя частоты;

улучшенные удельные массогабаритные показатели, которые получаются при больших отношениях Ld/Lq;

бесконтактность;

пониж енный расход меди [16].

Недостатки э лектрического привода на базе вентильно-индукторной машины связаны с конструктивными особенностями машины и принц ипом работы э лектропривода, а именно, большими пульсац иями э лектромагнитного момента и повышенным шумом, которые обусловлены “двойной зубчатостью” машины.

1.3.2. Синхронные реактивные э лектроприводы с независимым управлением по каналу возбуж дения Другим примером нетрадиц ионного перспективного э лектропривода является синхронный реактивный э лектропривод с независимым управлением по каналу возбуж дения [85, 180, 182] (FRRM – Field Regulated Reluctance Machine) [204, 205, 207, 208]. В э той бесконтактной машине роль обмотки возбуж дения мож ет выполнять и обмотка, размещ енная на статоре, если, во-первых, ее витки располагаются в меж полюсном промеж утке и, во-вторых, э та обмотка имеет полный шаг. Такой двигатель работает как обращ енная машина постоянного тока (рис. 1.8), ее фазные обмотки статора могут питаться как от независимых индивидуальных источников, так и от традиц ионных многофазных управляемых преобразователей, выполненных, например, по мостовой схеме. Так как ротор мож ет Рис. 1.8. Сечение СРМНВ (а) и идеальные диаграммы (б), поясняющ ие принц ип работы э лектропривода с СРМНВ Рис. 1.8. Сечение СРМНВ (а) и идеальные диаграммы (б), поясняющ ие принц ип работы э лектропривода с СРМНВ выполняться массивным, то достигается высокая механическая ж есткость вала. Двигатель мож ет быть выполнен в том ж е корпусе и с тем ж е пакетом ж елеза статора, что и у асинхронных двигателей, а при той ж е токовой линейной нагрузке статора развивает момент на 20...35 % больше. Благодаря умышленному смещ ению физической нейтрали на край полюса двигатель мож ет развивать большие (до 4...10 номиналов) перегрузочные моменты.


В описываемом реактивном (с явно выраж енными полюсами) двигателе при вращ ении ротора каж дая обмотка (пара диаметрально располож енных проводников) работает попеременно или как обмотка возбуж дения, или как обмотка якоря (создает вращ ающ ий момент). Токи в обмотках возбуж дения, располож енных над меж полюсными промеж утками ротора, и токи в якорных обмотках, располож енных над полюсами ротора, могут регулироваться независимо и переключаться в функц ии полож ения ротора. По э тим обмоткам нет необходимости пропускать синусоидальный ток.

Более э ффективной оказывается прямоугольная форма тока, как в секц иях обмотки двигателя постоянного тока. Двигатель работает как многофазный, ток и ЭДС каж дой последующ ей фазы сдвинуты на м э лектрических градусов, где м – число фаз двигателя. Так, на рис.1.8 м=6.

При вращ ении вала реально работающ его шестифазного двигателя через каж дые 30, соответствующ ие ширине его фазной зоны, происходит переключение знака тока в одной из фазных обмоток, переходящ ей из зоны возбуж дения в зону якоря ( рис. 1.8, б).

1.4. Этапы синтеза регулируемых э лектроприводов, реализующ их предельные реж имы работы Рассмотренные частные случаи э лектроприводов (п.1.3.1, п. 1.3.2), реализованные с использованием новых подходов, показали, что за счет перераспределения активных материалов удается достигнуть улучшенных показателей при простоте конструкц ии э лектромеханического преобразователя. В связи с э тим актуальной является задача систематизац ии э тапов проектирования э лектроприводов, в которых реализуются предельные реж имы работы для технологических механизмов, отличающ ихся тяж елыми и сверхтяж елыми условиями э ксплуатац ии.

Была сформулирована конц епц ия синтеза (проектирования) э лектротехнических комплексов, в которых обеспечиваются предельные по возмож ностям характеристики (см. рис. 1.9).

Рис. 1.9. Конц епц ия синтеза э лектротехнических комплексов, реализующ их предельные реж имы работы Рис. 1.9. Конц епц ия синтеза э лектротехнических комплексов, реализующ их предельные реж имы работы Первый э тап синтеза является обязательным, так как сущ ествующ ие математические модели, как правило, описывают системы с сосредоточенными параметрами и не учитывают особенности конфигурац ии э лектромеханических преобразователей. Более того, ц енность э того э тапа в том, что с использованием обобщ енной математической модели удается обосновать упрощ енные расчетные схемы.

На втором э тапе выполняется оц енка предельных показателей, системы. На э том э тапе осущ ествляется выбор системы э лектропривода, которая способна решать конкретные технологические задачи в части обеспечения э лектроприводом конкретной траектории движ ения.

Рац иональный выбор соотношения активных материалов в э лектроприводе мож ет быть решен на э тапе параметрической оптимизац ии э лектропривода. На э том э тапе получают ответ, могут ли применяться традиц ионные подходы к выбору габаритных размеров э лектромеханических преобразователей или требуются уточнения, если в качестве критерия э ффективности выступает показатель минимума массы системы (или максимума перегрузочного момента).

Выбор структур и параметров корректирующ их связей требует предварительной оц енки принятой упрощ енной модели э лектропривода (э тапы 4 и 5).

Оптимальные траектории движ ения рабочего органа могут быть сформулированы после детального изучения технологического проц есса. Результат, полученный на 6 э тапе дает ответ, насколько успешным является решение.При необходимости выполняется возврат к предыдущ ему э тапу. Как правило, приходится уточнять показатели э ффективности и снова решать задачу параметрической оптимизац ии (3 э тап).

1.5. Оц енка возмож ностей каж дого из э тапов разработки Дадим предварительную оц енку возмож ностей 3 и 6 э тапов, которые являются наиболее трудозатратными. Расчет выполним на примере э лектропривода с СРМНВ.

На уровне принц ипа действия э ффективность конструкц ии ротора и формы фазного тока мож но пояснить следующ им образом [19]. Пусть в исходном варианте (рис. 1.10, а) ротор имеет идеальную неявнополюсную конструкц ию и не содерж ит обмоток. На статоре равномерно по всей окруж ности размещ ено бесконечно большое число проводников, которые создают равномерную линейную нагрузку идеальной двухполюсной обмотки с полным шагом. Пусть токи в проводниках, располож енных вдоль дуги полуокруж ности, текут “от нас”, а в проводниках, располож енных вдоль дуги полуокруж ности – “к нам”. Разобьем окруж ность всей расточки статора на четыре равные дуги: и. Тогда проводники, принадлеж ащ ие дугам и, создадут МДС возбуж дения, Рис 1.10. Варианты поперечного разреза э лектрической машины с неявнополюсным (а) и явнополюсным (б) ротором http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 9/ 7.2.2014 Антиплагиат и явнополюсным (б) ротором Рис 1.10. Варианты поперечного разреза э лектрической машины с неявнополюсным (а) и явнополюсным (б) ротором направление которой удобно показать вектором, а проводники, располож енные вдоль и, – вектором. Проводники, леж ащ ие вдоль дуг и, взаимодействуя с потоком, создаваемым МДС, создают в роторе момент, направленный против часовой стрелки. Аналогично, проводники, располож енные вдоль дуг и, взаимодействуя с потоком возбуж дения, создаваемым МДС, заставляют ротор создавать момент, действующ ий по часовой стрелке. В силу симметрии машины обе составляющ ие и равны по величине и противополож ны по знаку, поэ тому двигатель момента не развивает.

Теперь выреж ем на роторе пазы шириной, соответствующ ей дугам и (рис. 1.10, б). Тем самым двигатель приобретает явнополюсную конструкц ию без обмоток на роторе. В э том случае составляющ ую потока, создаваемую МДС, мож но принять неизменной, но составляющ ая потока, создаваемая, уменьшится. По э той причине момент мож но принять преж ним, но из-за сниж ения его потока возбуж дения понизится. В итоге результирующ ий момент двигателя будет отличен от нуля.

В функц ии перемещ ения вдоль расточки статора построим диаграммы распределения линейной нагрузки, МДС, индукц ии, удельного касательного усилия (см. левую часть рис. 1.11 и 1.12) и дадим аналитические выраж ения э тих зависимостей (см. правую часть рис. 1.11 и 1.12). Радиус расточки статора примем равным, тогда линейное смещ ение и угловое вдоль расточки статора численно совпадают:.

Рис. 1.11. Диаграммы распределения вдоль окруж ности расточки статора линейной нагрузки (а), МДС (б), магнитной индукц ии в зазоре (в) и удельного касательного усилия (г) при заданном полож ении ротора (д) и прямоугольном графике линейной нагрузки Рис. 1.11. Диаграммы распределения вдоль окруж ности расточки статора линейной нагрузки (а), МДС (б), магнитной индукц ии в зазоре (в) и удельного касательного усилия (г) при заданном полож ении ротора (д) и прямоугольном графике линейной нагрузки Приведенные зависимости получены при следующ ей идеализац ии э лектрической машины: магнитная ц епь линейна, отсутствуют поля рассеяния, магнитное сопротивление меж полюсного промеж утка бесконечно большое.

Если пространственную волну линейной нагрузки принять идеальной прямоугольной формы (рис. 1.11, а), то зависимость МДС опишется ломаной (рис. 1.11, б), индукц ия в воздушном зазоре – дискретной кривой (рис. 1.11, в), а удельная касательная сила – кривой (рис. 1.11, г). Эти зависимости изображ ены, когда ротор двигателя занимает полож ение, соответствующ ее максимальному э лектромагнитному моменту (рис. 1.11, д).

Рис. 1.12. Диаграммы распределения вдоль окруж ности расточки статора линейной нагрузки (а), МДС (б), магнитной индукц ии в зазоре (в) и удельного касательного усилия (г) при заданном полож ении ротора (д) и синусоидальном графике линейной нагрузки Рис. 1.12. Диаграммы распределения вдоль окруж ности расточки статора линейной нагрузки (а), МДС (б), магнитной индукц ии в зазоре (в) и удельного касательного усилия (г) при заданном полож ении ротора (д) и синусоидальном графике линейной нагрузки Примем величину линейной нагрузки, тогда среднее и среднеквадратичное значения тока, потребляемого э лектродвигателем от источника питания,. Примем максимальное значение МДС, наблюдаемое при, (рис. 1.11, б). Тогда в аналитических выраж ениях для МДС и индукц ии конструктивный коэ ффиц иент для двигателя. В относительных единиц ах кривая индукц ии (рис. 1.11, в) повторяет кривую на участках, располож енных напротив полюса, и на участках, принадлеж ащ их меж полюсному промеж утку.

Электромагнитный момент.

Здесь – окруж ное э лектромагнитное усилие;

– продольная длина ротора.

Когда пространственная волна линейной нагрузки имеет синусоидальную форму (рис. 1.12, а), то зависимость МДС описывается косинусоидой (рис. 1.12, б), индукц ия в воздушном зазоре – дискретной кривой (рис. 1.12, в) и удельная касательная сила – кривой (рис. 1.12, г).

Если в э том случае величину среднеквадратичного тока принять такой ж е, как в первом случае, т.е., то амплитуда линейной нагрузки (рис. 1.12, а), амплитуда МДС (рис. 1.12, б), амплитуда индукц ии (рис. 1.12, в). Удельные касательные э лектромагнитные усилия, которые развивает двигатель по краям полюсов, оказываются чрезмерно малыми, т.к. у одного края мала индукц ия в зазоре, а у другого – линейная нагрузка (рис. 1.12, г). Кроме того, среднеквадратичное значение линейной нагрузки больше его среднего значения в. В результате при равных среднеквадратичных токах э лектродвигатель с синусоидальной формой линейной нагрузки развивает меньший э лектромагнитный момент:


.

Сопоставляя величины э лектромагнитного момента при прямоугольной пространственной волне линейной нагрузки и синусоидальной, видим, что в первом случае э лектродвигатель развивает удельный э лектромагнитный момент больше в раза.

На последнем э тапе (рис. 1.9, 6 э тап) оц енка возмож ностей оптимизац ии траектории движ ения э лектропривода выполнялась на примере позиц ионного э лектропривода подачи стана холодной прокатки труб. В э том случае э лектропривод был представлен на рис. 1.13 в виде двухмассовой системы, на котором первый контур – контур регулирования скорости;

второй контур – контур, учитывающ ий наличие упругого звена с крутильной ж есткостью C1. Контур 3, учитывает наличие э лектромеханического влияния упругих колебаний на работу контура Рис. 1.13. Обобщ енная структурная схема станов ХПТ http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 10/ 7.2.2014 Антиплагиат Рис. 1.13. Обобщ енная структурная схема станов ХПТ Рис. 1.13. Обобщ енная структурная схема станов ХПТ Рис. 1.14 Кривые, поясняющ ие выбор оптимального передаточного числа редуктора Рис. 1.14 Кривые, поясняющ ие выбор оптимального передаточного числа редуктора регулирования скорости. Идея выбора передаточного числа редуктора сводится к точностному критерию, который в свое время был предлож ен проф. Усыниным Ю.С. [144].

На рис. 1.14 представлены зависимости, заимствованные из [144]. Рис. 1.14, а, показывает, как зависит амплитудный резонансный максимум от передаточного числа редуктора, а на рис. 1.14, б учитывается, как увеличиваются нагрузки э лектропривода при изменении параметров механического преобразователя. Если в качестве критерия выбирать передаточное число j по критерию обеспечения минимума амплитудного максимума частотной характеристики, то мож но увеличить быстродействие э лектропривода примерно в два раза.

Выводы по главе 1. Бурный рост силовой э лектроники и вычислительной техники в последние десятилетия привел к пересмотру традиц ионных решений в регулируемых э лектроприводах, например, стали необязательными такие традиц ионные решения, как трёхфазность, синусоидальность токов в многофазных э лектроприводах, а э то, с одной стороны,открыло новые возмож ности, а с другой стороны, потребовало пересмотра многих привычных взглядов на проектирование регулируемого э лектропривода. Примером такого решения является э лектропривод с СРМНВ, который следует рассматривать как отдельный класс э лектроприводов, предназначенный, в первую очередь, для производственных механизмов с тяж елыми и особо тяж елыми условиями э ксплуатац ии, имеющ их повышенные диапазоны изменения моментов нагрузки и скоростей. При э том расширение указанных возмож ностей достигается без увеличения номинальной мощ ности э лектропривода и дает сущ ественное улучшение качества технологических реж имов.

2. Предлож ена конц епц ия синтеза регулируемых э лектроприводов, реализующ их предельные реж имы работы по быстродействию и перегрузочной способности, которая с позиц ии системного подхода содерж ит ряд э тапов:

– синтез обобщ енных математических моделей объекта, учитывающ их детальное описание системы, реализующ ей предельные реж имы работы;

– оц енку предельных возмож ностей объекта управления;

– параметрическую оптимизац ию э лектротехнического комплекса с позиц ии обеспечения предельных характеристик;

– выбор упрощ енных математических моделей э лектропривода;

– синтез структур и системы управления, реализующ их предельные реж имы работы;

– поиск фазовых траекторий движ ения системы “Электропривод рабочий орган”, реализующ их э кстремальные реж имы работы. Предлагаемый алгоритм представляет собой ряд взаимосвязанных э тапов, на каж дом из которых возмож но уточнение по результатам последующ их, например, детализац ия требований технологического проц есса на последнем э тапе поиска фазовых траекторий предусматривает возврат к э тапу параметрической оптимизац ии э лектропривода.

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОМПЛЕКСА “ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ – ДВИГАТЕЛЬ” 2.1. Предварительная оц енка возмож ностей сущ ествующ их математических моделей э лектроприводов переменного тока Анализ проц ессов в регулируемых э лектроприводах переменного тока, а такж е совершенствование э лектротехнических комплексов невозмож но проводить без детализированного описания проц ессов в системе. Электроприводы, выполненные на базе э лектрических машин с нетрадиц ионной конструкц ией, требуют обязательного учета распределенного характера параметров магнитной системы, что невозмож но без знания подробной картины распределения магнитного поля в активных частях э лектромеханического преобразователя. Указанное требование распространяется и на традиц ионные э лектроприводы с “простой” конфигурац ией магнитной системы (асинхронные э лектроприводы, синхронные э лектроприводы с неявнополюсным ротором), если э лектропривод работает в зоне перегрузок. Как правило, в математическом описании обычно ограничиваются введением кривой намагничивания. В ряде исследований [129] показано, что неучет характера перераспределения магнитных полей при перегрузках приводит к сущ ественным расхож дениям расчетных и э кспериментальных кривых не только в динамике, но и в установившихся реж имах работы. Это, в свою очередь, затрудняет выбор силового оборудования для технологических проц ессов, которые характеризуются большими перегрузками по моменту.

Поэ тому задача синтеза обобщ енной математической модели э лектротехнического комплекса на базе э лектропривода переменного тока, которая бы учитывала особенности совместной работы полупроводникового преобразователя и двигателя, а именно, периодическую произвольную (несинусоидальную) форму фазного тока, распределенный характер магнитной системы, является актуальной.

Классифиц ировать сущ ествующ ие математические модели мож но на следующ ие укрупненные группы: с сосредоточенными и с распределенными параметрами. Математические модели с распределенными параметрами обладают наибольшей наглядностью и простотой настройки, более того, за последние десятилетия они были детально отработаны при описании серийных э лектроприводов (в части э мпирических коэ ффиц иентов). При описании ж е э лектроприводов с новыми типами э лектрических машин приходится учитывать особенности конфигурац ии магнитной системы, чтобы найти и обосновать новые коэ ффиц иенты в сущ ествующ их моделях с сосредоточенными параметрами. Поэ тому в новых типах э лектроприводов наиболее естественными решениями являются те, что выполнены при распределенном представлении параметров э лектропривода и, в первую очередь, э лектромеханического преобразователя. Но возмож ности первой группы моделей пока не исчерпаны.

Дадим предварительную оц енку возмож ностям сущ ествующ их математических моделей с позиц ии описания объектов с нетрадиц ионными э лектромеханическими преобразователямии реализующ ими предельные реж имы работы э лектроприводов. В качестве критериев такой оц енки выберем: точностные показатели, набор исходных данных, требуемый объем вычислительных возмож ностей ЭВМ, область применения. Для анализа выберем модели, основанные на э лектрической схеме замещ ения (очень часто ее называет Т-образной схемой замещ ения [18, 111, 56, 57]), на э нергетическом методе ко-э нергии [163], в виде обращ енной машины постоянного тока (аналогичной машине постоянного тока) [132]. Последняя модель чащ е используется в векторных схемах регулирования при наладке системы э лектропривода. Ниж е дадим краткую характеристику каж дой из моделей на примере э лектропривода с СРМНВ и сопоставим указанные модели.

Математическая модель на основе э лектрической схемы замещ ения Простейший вариант математической модели СРМНВ рассматривается в [189]. Авторы принимают следующ ие допущ ения:

–магнитная прониц аемость стали ротора и статора равна бесконечности, насыщ ение отсутствует;

–зубчатый магнитопровод является гладким;

http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 11/ 7.2.2014 Антиплагиат –реальный пазовый ток распределён в виде тонкого слоя;

–питание обмотки осущ ествляется от источника тока;

–поле реакц ии якоря не влияет на форму магнитного поля в зазоре;

–число фаз двигателя равно бесконечности.

Электромагнитный момент предлагается рассчитывать через выраж ение для э лектромагнитной мощ ности Мэ м=Pэ м 0, (2.1) где 0 – частота вращ ения ротора.

Электромагнитная мощ ность определяется по аналогии с двигателем постоянного тока как произведение тока якоря на ЭДС вращ ения двигателя. Учитывая то, что фазы обмоток статора СРМНВ получают питание от индивидуальных источников, выраж ение для э лектромагнитной мощ ности авторы записывают в виде суммы [189]:

Рэ м=i=1mqEiIai, (2.2) где Ei – ЭДС вращ ения;

Iai – якорный ток в -ой фазе, располож енной над полюсом.

В случае полной симметрии фазных токов величина э лектрической мощ ности, преобразуемая в механическую (для двигательного реж има), мож ет быть определена из выраж ения:

Рэ м=mqE Ia, (2.3) где mq–число фаз, приходящ ихся на якорную обмотку;

E, Ia – амплитуды ЭДС и тока фазы якорной обмотки.

Токи якоря СРМНВ в [189] выраж аются через линейную нагрузку, а для оптимальной связи преобразователя с э лектрической машиной предлагается прямоугольная форма тока статора, поэ тому Ia=D2мwфmmq+mdКв2A, (2.4) где D – диаметр внутренней поверхности статора;

м – число фаз двигателя;

wф – число витков, приходящ ихся на фазу;

mq, md – число фаз, приходящ ихся на якорь и на возбуж дение соответственно;

Кв – отношение величины тока возбуж дения к величине тока якоря;

A – линейная токовая нагрузка машины, определяемая соотношением A=2мwфDIср.кв;

Iср. кв – действующ ее значение тока фазы, определяемое согласно выраж ению Iср.кв=mq+mdКв2м.

ЭДС якорной обмотки (в каж дой из фаз, располож енных над полюсом) определяется согласно [56] E=ddt.

Если пренебречь потоками рассеяния и полями, образованными магнитными линиями выпучивания, а такж е принять число фаз машины равным бесконечности, то потокосц епление с отдельной фазой будет изменяться в функц ии полож ения ротора линейно, при э том максимальное значение потокосц епления будет наблюдаться при нахож дении фазы в меж полюсном промеж утке:

max=ВсрDlmqm12p, где Вср – среднее значение индукц ии в зазоре;

l – длина ротора;

p–число пар полюсов.

Учитывая линейный закон изменения потокосц епления фазной обмотки во времени, амплитуда ЭДС будет иметь значение:

E=2 maxmmqp мех=ВсрwфDl мех.

Полученное значение ЭДС вращ ения СРМНВ аналогично выраж ению для противо-ЭДС двигателя постоянного тока [109] и отличается лишь коэ ффиц иентом = mqm.

Величину э лектромагнитного момента авторы получают подстановкой в (2.1) выраж ений для э лектромагнитной мощ ности (2.3), тока якоря (2.4) и ЭДС двигателя:

Мэ м=mqmmmq+mdКв2ВсрAD22l= =kiВсрAD22l=кр.я.ВмахAD22l, где кр.я. – коэ ффиц иент, учитывающ ий реакц ию якоря;

ki=mqmmmq+mdКв2 – коэ ффиц иент использования по току [189].

Выраж ение (3.9) позволяет выполнить анализ влияния параметров идеализированной машины на величину э лектромагнитного момента, значение которого зависит от коэ ффиц иента использования по току ki. Этот коэ ффиц иент показывает, какая часть линейной нагрузки машины приходится на якорный ток, и всегда меньше единиц ы. По аналогии с машинами переменного тока ki э квивалентен коэ ффиц иенту мощ ности асинхронного двигателя. Если ki представить в виде произведения двух коэ ффиц иентов ki1, ki2:

ki1=mqm,ki2=mmq+mdКв2, то ki1 аналогичен коэ ффиц иенту полюсной дуги в э лектрических машинах постоянного тока, а ki2 определяет отношение тока и числа фаз, приходящ ихся на возбуж дение, к току и числу фаз, приходящ ихся на якорь.

В [189] высказывается мнение, что оптимальное удельное усилие в э лектрической машине достигается при равенстве амплитуды тока якоря и тока возбуж дения, что соответствует ki2=1. Но э то утверж дение требует обоснования.

Коэ ффиц иент кр.я. учитывает размагничивающ ее влияние реакц ии якоря следующ им выраж ением кр.я.=ВсрВмах, где Вср – индукц ия под полюсом машины на холостом ходу – была представлена в виде [189] http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 12/ 7.2.2014 Антиплагиат Вср=mmq2pDl1wфmdLdIвоз;

Ld– индуктивность одной фазы в направлении оси d;

Iвоз – ток обмотки возбуж дения.

В нагруж енной машине возникает поле реакц ии якоря, которое искаж ает картину магнитного поля в зазоре, увеличивая индукц ию под одним краем полюса и уменьшая под другим. С учётом э того максимальное значение индукц ии Вмах предполагалось определять из выраж ения:

Вмах=mmq2pDl1wфmdLdIвоз+12mqLqIa, где Lq–индуктивное сопротивление катушки фазы в направлении оси q.

В итоге кр.я.=2mdКв2mdКв+mqLqLd.

Рассмотренное описание СРМНВ, несмотря на ряд принятых допущ ений, позволяет определить главные размеры машины по э лектромагнитным нагрузкам, высказать предполож ения по выбору оптимального значения полюсной дуги. Однако линейная модель машины приводит к искаж ённым характеристикам машины (например, зависимости э лектромагнитного момента от тока получаются квадратичными). Представление физической модели машины с бесконечным числом фаз приводит к завышенным расчётным значениям э лектромагнитного момента.

Вывод. Анализ предлож енной математической модели показывает, что на ее основе удобно выполнять выбор главных размеров э лектромеханического преобразователя, давать первую (очень приближ енную) оц енку по оптимальным соотношениям геометрических параметров э лектрической машины, но предлож енная модель содерж ит большое количество коэ ффиц иентов, получение которых возмож но либо э кспериментальным путем, либо при детализированном математическом моделировании магнитной системы э лектромеханического преобразователя. Необходимо отметить, что полупроводниковый преобразователь в данном случае рассматривается как идеальный безынерц ионный узел.

Математическая модель, полученная э нергетическим методом на основе ко-э нергии С другой стороны, СРМНВ мож ет рассматриваться как обобщ ённый э лектромеханический преобразователь [57, 141]. В данном случае исходными данными для математического описания являются уравнения э лектрического равновесия для статорных обмоток. Переход к двухфазной модели значительно минимизирует число уравнений, описывающ их динамику и статику обобщ ённой машины, и ограничивает их четырьмя уравнениями э лектрического равновесия в ц епях её обмоток и уравнением э лектромеханического преобразования э нергии. Однако математическая модель простейшей э лектрической машины не учитывает наличия многих контуров на статоре и роторе, а такж е бесконечного спектра гармоник поля в воздушном зазоре реальной э лектрической машины. Поэ тому для описания реальных проц ессов преобразования э нергии в машине следует обращ аться к моделям многофазной машины.

Так, в [190] предлож ено рассчитывать СРДНВ методом контурных потоков, что позволяет представить всю магнитную систему в виде одного э квивалентного полюса. После определённых математических преобразований выполнялся переход от реальных значений потоков к контурным. Далее по заданным начальным значениям тока, угла полож ения ротора и скорости определялась матриц а напряж ений. На основании уравнений э лектрического равновесия вычислялись потоки отдельных фаз. Электромагнитный момент рассчитывался по известному из теории обобщ ённой машины выраж ению:

М= dWмехdWмех, где Wмех – приращ ение механической э нергии при изменении угла ротора на величину.

Приращ ение механической э нергии определялось из соотношения Wмех=Wэ л-Wэ м, где Wэ л=к=1nkik – э нергия, потребляемая от источника питания, за вычетом потерь в меди;

Wэ м=12j=1mVjBj20+i=1lViw – запасённая э нергия магнитного поля.

Здесь n–число фаз машины;

k – приращ ение потока в фазе к;

Vj, – объём э лемента зазора;

Vi – объём э лемента магнитопровода;

м, l – число э лементарных частей, на которые разбиты соответственно зазор и магнитопровод;

w– плотность э нергии магнитного поля.

В [191] развивалась описанная модель машины, где выполнялся учёт вихревых токов введением э квивалентного замкнутого витка.

В работе приведены расчётные угловая характеристика машины, зависимость э лектромагнитного момента от тока. После сопоставления расчётных и э кспериментальных характеристик утверж дается, что выбранная математическая модель позволяет с достаточной точностью выполнять расчёт СРМНВ.

Вывод. Предлагаемая модель э лектропривода позволяет оц енивать интегральные показатели э лектропривода и, в частности, учитывать насыщ ение магнитной системы, сопоставлять возмож ности э лектромеханических преобразователей с нетрадиц ионной конструкц ией э лектрической машины.

Представление СРМНВ обращ ённой машиной постоянного тока Описание машины на основе уравнений э лектрического равновесия и э лектромеханического преобразования э нергии позволяет весьма продуктивно выполнить анализ проц ессов, протекающ их в СРМНВ. Однако, когда речь заходит о проектировании системы э лектропривода, необходимо учитывать особенности совместной работы преобразователя и двигателя. А э то долж но быть учтено в модели СРМНВ.

Величину э лектромагнитного момента любой обобщ ённой э лектрической машины мож но определить из выраж ения [23]:

М=lD202fdx=lD202AxBxdx.

Здесь l, D– активная длина и диаметр статора;

x–текущ ее значение линейной координаты вдоль развёртки окруж ности ротора;

– полюсное деление;

Ах – линейная плотность поверхностного тока в точке x;

Bx –индукц ия в зазоре в точке x;

f=AxBx –удельная касательная сила.

В частном случае, если принять токи всех фаз равными меж ду собой (как в двигателе постоянного тока), а реальный пазовый ток представить в виде непрерывного слоя, то линейная плотность поверхностного тока вдоль окруж ности воздушного зазора постоянна по величине и имеет прямоугольную форму (рис.2.1, б) http://susu.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.4647249&repNumb=1&type=3&page=0 13/ 7.2.2014 Антиплагиат поверхностного тока вдоль окруж ности воздушного зазора постоянна по величине и имеет прямоугольную форму (рис.2.1, б) A=IпzD, где Iп – суммарный ток проводников в пазу;

z – число пазов на статоре.

МДС, создаваемая токами статора, мож ет быть получена на основании выраж ения [109] (рис.2.1, в) F=02Adx.

При равномерной линейной плотности поверхностного тока её максимальное значение Fm=A2.

Для определения напряж ённости магнитного поля в зазоре мож но воспользоваться законом полного тока F=Hili=Hl+Hспlсп+Hzlz+ Hрlр.

Если считать магнитную систему э лектродвигателя ненасыщ енной и принять приближ ённо, что величины Hi напряж ённости магнитного поля на отдельных участках li магнитопровода (в спинке и зубц ах статора Hсп и Hz, в роторе Hр) много меньше, чем в воздушном зазоре H, то HFL, где L – расчётная длина воздушного зазора.

Магнитная индукц ия связана с напряж ённостью выраж ением B=0H, где 0= 410–7 Гн/м – магнитная прониц аемость воздушного промеж утка.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.