автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Электромеханотронная система с асинхронным двигателем и автогенераторным управлением

Г Г 3 од

На правах рукописи

МИЛЯШОВ НИКОЛАЙ ФЕДОРОВИЧ

ЭЛЕКТРОМЕХАНОТРОННАЯ СИСТЕМА С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ И АВТОГЕНЕРАТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Специальность 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат Диссертацйи на соискание ученой степени доктора технических наук

На правах рукописи

МИЛЯШОВ НИКОЛАЙ ФЕДОРОВИЧ

ЭЛЕКТРОМЕХАНОТРОННАЯ СИСТЕМА С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ И АВТОГЕНЕРАТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Специальность 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы, включая их управление н регулирование

Автореферат Диссертации па соискание ученой степени доктора технических наук

Работа выполнена в Казанском государственном технологическом

университете

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор доктор технических наук, с. и. с.

ЕРЕМЕНКО В. Г. БОРОВИКОВ М. А. ИВАНОВ А.Г.

Ведущая организация: Всероссийский электротехнический институт им. В. И. Ленина, г. Москва

Научный консультант

Защита состоится " 28 " января 2000 г. в 14-00 часоя на заседании диссерт; ннониого совета Д.064.15.03 Чувашского государственного университета имен И. Н. Ульянова по адресу: 428015, Чебоксары, Московский просп., 15, ЧП аудитория В-310.

Отзьшы на автореферат диссертации с двух экземплярах с подписям! чаяереиными печатью учреждения, просим присылать по указанному адресу и имя ученого секретаря диссертационного совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан декабря 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к. т. п., доцент Г. П. Охоткин

доктор технических наук, профессор

ЗИННЕР Л.Я.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Технический прогресс в различных отраслях про-шленноети и науки невозможен без широкого применения электротехнических нем и комплексов (ЭТС и К). Чаею их силовой основой является электропривод ггоянного или переменного тока. Для современных ЭТС и К характерна тесная щмосвязь электромеханической части с цепями ее питания и регулирования, [¡чем часто отдельные узлы схемы способны функционировать только в виде шой системы привода. Подобные устройства с -электромеханическим приводом пучили название электромеханотронных систем (ЭМТС), и их все чаще рассмат-вают как единый элемент электротехнической системы.

Среди различных структур ЭМТС определенными преимуществами оолала-транзисторные инверторы с асинхронными двигателями (АД) и явно раженным звеном постоянного тока (ЗПТ). Они сочетают в себе высокие регу-роваиные характеристики привода постоянного тока с хорошими лтлуатацпонкыми CBOiicTEa.Mii машин переменного тока. АД здесь не ограниче-сверху по частоте вращения параметрами питающей сети и могут выполниться меньшей массой и габаритами. Современная элемешная база силовой нолунро-дниковон техники позволяет реатнзовать схемы ЭМТС с АД на транзисторах в апазоне малой, средней и даже большой мощности.

Характеристики ЭМТС во многом определяются параметрами примененной стсмы управления транзисторами в силовой части электропривода. Для ЭТС и К, соторых не требуется широкого регулирования производительности, рилом нре-¡уществ обладают аналоговые системы управления па многофазных гогенераторах с магнитными связями. Автогенераторы обладают способностью повременно изменять частоту и амплитуду выходного напряжения при регулн-вапии уровня постоянного напряжения на их входе, что тлноляег относительно осто реализовать основной закон частотного управления АД. Сами по себе схе-! автогенераторов с управлением на многообмоточных трансформаторах просты, дежны в работе, невосприимчивы к внешним возмущающим факторам и позео-ют использовать при конструировании только отечественные комплектующие, о является важным для ЭТС и К специальной техники.

Наиболее полно достоинства ЭМТС с АД и автогенераторными управлением' «являются в устройствах бытовой электротехники, где, прежде всего, нсобходн-* такие качества электропривода как простота и надежность конструкции, зможность изготовления на повышенные частоты вращения, приемлемая стоп-ють и относительно небольшие масса и габариты изделия. Перевод бытезых тройств с универсального коллекторного привода па управляемый аси:гхро!пп.:Г; >зволяет увеличить степень их комфортности (отсутствует "пмленке" щеток, ижшотся уровни шума, радиопомех и т.д.), чю влияет на потреби! ельскис евон-ва всего изделия. Так как для большинства бытовых устройств не требуются ожные законы н глубокий диапазон регулирования, то применение снеге»! давления электроприводом на автогенераторах также достаточно нерснек-тиаио.

ЭМТС с АД и ивтогинсраторным системам управления посвящено болы число работ, в которых описаны конструкции, функциональные и принцшшалы электрические схемы отдельных звеньев и всего устройства в целом, привелс методики проектирования и расчета характеристик, алгоритмы управления и м; магическое описание. Решению задач анализа и синтеза автогенераторных с: ЭМТС с АД посвящены труды Афанасьева А.Ю., Булгакова A.A., Глазснко Т. Грузопа В.Л., Домбровского В.В., Еременко В.Г., Зиннера Л.Я., Зорина С.М., И нова-Смолснского A.B., Ильинского П.Ф., Копылова И.П., Коссова О. Костырева Е.Г., Кузнецова В.А., Ловушкина В.Н., Лопухиной Е.М., Лутидзе Ш. Моииа B.C., Овчинникова И.Е., Плахтыпы Е.Г., Поздеева А.Д., Сипайлова Г. Скороспешкипа А.И., Столова JI.И., Фильца Р.В., Чвапова В.А., Шорохова Б. Хасаева О.И. и других.

Однако ряд проблем остается нерешенным или требует доработки. При а лизе сложных ЭТС и К с нелинейными характеристиками важен комплскси подход, позволяющий исследовать их как одно единое устройство. Традициони методы исследования различных структур ЭМТС чаще всего рассматривают состоящими из отдельных, линейно независимых звеньев, характеристики котор при определенных допущешшх могут быть найдены по отдельности. Гораздо ре ЭМТС рассматривают как единое устройство, но и в этом случае прибегают принципу линеаризации eö математической модели и к применению известных j нейнмх преобразований в электромеханической части. Наличие в транзисторн схеме ЭМТС явно выраженного ЗПТ делает невозможным при исследовании ei целом применение метода гармонического баланса, на котором основаны класс ческие методики проектирования АД. Так как часто мощность исполнительно механизма и источника питания ЭМТС соизмеримы, а ЗПТ трудно или нецеле< образно выполнять с идеальными сглаживающими характеристиками, достаточно хорошо изученное представление ЭМТС в виде системы преобразос тел!, частоты - асинхронный двигатель (Г1Ч-АД) становится неправомочшл Численные методы анализа позволяют снять многие допущения аналитических м годов исследования ЭМ'ГС, но и в этом случае успех результата во мног< заиисш от принципов реализации этих методов. Изнестные вычислительные си темы на основе методов прямого программирования, САПР и экспертных систем своем большинстве являются проблемно-ориентированными и не всегда соотве ствуют задачам исследования процесса электромеханического преобразован) энергии в ЭМТС с АД.

Появление мощных высоковольтных транзисторов резко повысило внимаш к разработке и внедрению эффективных систем управления преобразователя.\ частоты в схемах ЭМТС. Совершенствование известных и разработка новых си тем управления на многофазных автогенераторах открывает широкие возможное! по созданию ЭМТС с АД с улучшенными энергетическими массогабаритными стоимостными показателями. Наконец, необходима адаптация современных мет< доа математического анализа к специфике ЭТС и К на основе ЭМТС с АД.

Целью работы является математическое и компьютерное моделирование, ис-едование и создание ЭТС и К на основе автогенераторних схем ЭМТС с АД, ладаюших повышенными энергетическими характеристиками, простой и иадеж-¡1 конструкцией, а также ни соки ми потребительскими свойствами.

Проблема научного исследования, Теоретическое обобщение и развитие нпенций и методологии анализа ЭМТС с АД и авгогенераторпым управлением, лючая разработку струтстуры и схемы ЭМТС, математических моделей и меток их исследования на основе современных аналитических и численных методой.

Данная проблема была решена в следующих направлениях:

- проведение анализа конструкций, функциональных схем и характеристик шествующих ЭТС и К на основе ЭМТС с АД и автогеиераториым управлением, нцепций их развития н совсршснствовання, современных методов их анализа н нтеза, формулировка задач исследования и общих путей их решения;

- разработка обобщенных математических моделей отдельных звеньев и всей ИТС с АД в целом во временной области и естественной системе координат с пользованием понятий переключающих функций полупроводниковых вентилей я целей численного и аналитического исследования процесса электромехаиичс-ого преобразования энергии в них;

- разработка нового подхода к имитационному моделированию ЭТС и К с по-тфспо/шиковыми коммутаторами, при котором на основе схемы замещения и ей :раметров вычислительная машина самостоятельно составляет и решает систему [фференцналышх уравнений электромагнитных процессоп в цепи с учетом со-ояння коммутаторов для каждого расчетного момента времени с помощью ециального пакета машинных программ;

- создание рада имитационных моделей ЭТС и К с различной структурой сн-1И0Й части, формулировка основных принципов задания параметров, законов менеиия и взаимосвязи писавших, активных и управляющих компонент моде-Гг, анализ особенностей эффективного построения н исследования имитациои-¿х моделей; ' ..

- исследование переходных электромагнитных процессов в имитационной )дели ЭМТС с АД, в результате которого определены еС основные дифференцн-■ьнме и шгтегральные характеристики и проанализировано влияние цепей гтаипя и законов управления па процесс электромеханического преобразования ¡ергии в системе; %

- разработка аналитической модели системы ПЧ-АД при произвольной форме одного напряжения на основе понятий о переключающих функциях вентилей и шожений теории обобщенных функций, определение аналитических выражений тювенпых электромагшгтиых характеристик, исследование с их помощью провеса электромеханического преобразования энергии в системе;

- аналга влияния пульсации напряжения в ЗПТ'иа процессы и ЭМТС с АД на попе теории модулированных колебаний и метода гармонического баланса, ис-едованне основных закономерностей этого процесса, определение допустимой

величины пульсаций и выдача рекомендаций по расчету, проектированию и р циональному выбору параметров 3!ГГ;

- анализ основных схем систем управления на основе автогенераторов с ма нигными связями, процесса их развития и совершенствования, разработка новь принцнпод синхронизации фаз и расширения диапазона регулирования выходнь характеристик многофазных автогенераторов с управлением на многообмоточнь трансформаторах, создание ряда простых, надежных и экономичных схем;

- создание математической модели переходных электромеханических проце сов в ЭМТС с АД в фазной системе координат и исследование ее методом прямо] программирования на языке TurboPascal 6.0, анализ результатов численного аналитического моделирования, макетирования н внедрения.

Методы исследования базировались на теории дифференциальных ура нении, аналитических методах мгновенных значений, гармонического баланса модулированных колебаний, теории обобщенных функций, численных метод: анализа с использованием специальных имитационных моделей и метода прямо! программирования на языке Паскаль. При экспериментальном исследован!: использовано ос i Ц i л я о гр;; ф и р о;; a ¡ u ¡ с токов и напряжений, определены среди! электромагнитный момент и энергетические характеристики системы.

Научная нотпна. В процессе исследований получены следующие новь научные результаты, выносимые па защиту:

1. Сформулированы подлежащие решению актуальные задачи и намечен общие пути из решения, разработаны нопые принципы анализа ЭМТС с АД и яш: выраженным ЗПТ, в результате чего созданы эффективные численные и аналип ческне модели системы во временной области и естественной системе коордана позволяющие точно определить характеристики процесса элсктромехш;;гческо; преобразования энергии в пей.

2. Определены достоинства системы имитационного шшелиршшшя ЭТС и с полупроводниковыми пптгилями, сформулированы принципы и методики т строения имитационной модели ЭМТС с АД, способы задания пассивны; активных н управляющих компонент модели с использованием персключающи функций вентилей и параметров, хараздагрнык для вращающихся электроыехзш ческих преобразователей.

3. Исследован процесс электромеханического преобразования энергий, имитационной модели ЭМ'ГС с АД, определены основные его .характеристики да ряда конкретных тинономипалов системы, проанализировано влиял; х адеяе управления и питания на эти характеристики, обоснованы границы применим ост модели.

4. Проанализированы переходные олсктромагшгтные процессы в систем аналитическим методом мгновенных значений с использованием персключаюши функций вентилей и положений теории обобщенных функций, в результате чег получены аналитические выражения для мгновенных электромагнитных характе рпстик системы ПЧ-АД с учетом пульсации в ее входном напряжении, создан

подика исследования процесса электромеханического преобразования энергии и К с учетом параметров цепей питания и законов упраллепчя.

5. На основе теории модулированных колебаний и метода гармонического ланса проанализировано влияние значительной пульсации напряжения п ЗПТ па новные характеристики ЭМТС с АД. выработаны основные требования к проск-рованию системы и рациональному выбору параметров ЗПТ в данном случае.

6. Проведен анализ схем систем управления на основе автогенераторов с 1ГШГГНЫМИ связями, разработаны новые принципы надежной синхронизации фаз расширения диапазона регулирования выходных параметров многофазных авто-нерагоров на основе специальных обмоток управляющих трансформаторов, ализованные в схемах двух и трехфазных автогенераторов, которые отличаются (остотой, надежностью в работе и относительно низкой стоимостью.

7. Разработана и исследована математическая модель переходных хзсктро-¡ханических процессов в ЭМТС с АД во временной области и естественной стеме координат методом прямого программирования на языке ТигЬоРазса! 6.0. и 1а оценка результатов исследований численными и аналитическими мегодами, всстирования и внедрения ряда тнпономиналоя ЭМТС с АД.

Обоснованность и достоверность полученных результатов и вытекающих из к выводов обеспечена в рамках принятых математических моделей использова-1ем современных аналитических и численных методов математики, механики, ектротехники н автоматического управления, расчетами одних и тех же процес-в различными методами, а также проверкой результатов многочисленными спернмснтами. Математическое моделирование основано на общепринятых авнениях электротехники, электромеханики, электроники, численных методах, ггодах программирования на алгоритмических языках экспертных систем г.ысо-го уровня.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Разработанный и обоснованный комплексный подход к проектированию и счету характеристик ЭМТС с АД в виде единой электротехнической системы по-оляет значительно повысить точность и досговерносгь получаемых результатов, здать эффективные методики проектирования отдельных звеньев и всей ЭМТС п лом, с помощью которых можно быстро сконструировать систему с рациональ-¡ыи параметрами и рассчитать основные характеристики процесса электро-•ханического преобразования энергии в ней.

2. Разработанные оригинальные схемы одно- и многофазных систем уираз-нпя ЭТС и К на основе автогенераторов с магнитными связями с улучшенной нхрошгзацией и расширенным диапазоном регулирования выходных параметров лнчаются простотой схемы, экономичностью и надежностью в работе, относи-льно низкой стоимостью; составленные для тех методики проектиронанит и счета характеристик реашповшш в виде программ САПР на ПЭВМ типа РС

М- '

3. Разработанная методика исследования и расчета процесса электромехани-ского преобразования энергии в ЭМТС с АД на основе аналитических и

численных методой высокого уровня и созданные по ней машинные нрофамь расчета позволяют точно определить широкий класс электрических и механич ских характеристик системы.

4. Выполнен анализ количественного влияния параметров пеней питания законов управления ЭМТС на электрические и механические характеристики А, позволивший дать практические рекомендации по выбору и проектированию п раметров отдельных элементов системы с учетом влияния их друг па друга д создания систем с рациональными структурой и характеристиками.

5. Главным практическим итогом работы следует считать создание цело класса Э'ГС и К на основе автогенераторных ЭМТС с высокоскоростными ЛД д. устройств автоматики, специальной, общей и, что особенно важно, бытовой техн. кн. Разработано и внедрено в. промышленность более 10 различных макетных опытных образной ЭМТС с АД мощностью от 8 до Ч2.П0 Rt и частотой кращеш от 3000 до 32000 об/мин. Созданы инженерные методики, профаммы расчета конструирования, типовые технические задания и требования на разработку bci системы и отдельных ей частей. Все разработанные ЭМТС с ЛД объединяет вые кие .энергетические показатели, надежность, простота конструкции, малый вес габариты, относительно невысокая стоимость.

Реализация результатов. Разработанные методы, алгор1тгмы, расчетные м толики и устройства использовались: в Мнпэлектротехпрпборе и НТА "ílpi фссеэлектро" г. Москва, во НМИИМЭМ и ЦНИИСЭТ г. Сапкт-i 1етербург, в К "Электроприбор" г. Саратов, в НПО "Кнрпголектродвигатель" и 1-1И110Т "Электромашиностроения" г. Нишкск, на заводе "АктюЗннсксельмаш", г. Актн бинек, на заводе "Авгопрпбор" г. Октябрьский, на заводе "Электродвигатель", : Красногорский Республики Марий Эл. па Альметьевском заводе погружных нас« сов (АЗПМ), на Казанском заводе точного машиностроения, в НП "Мединсфумснт", в КПО ВС, в КП-КБ "Электроприбор", АО "Эка" и КГТУ г. К; зань.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладыв; лись и обсуждались на Республиканской научно-технической конференции п коммутации электрических машин (г. Харьков, 1984 г.), на Республиканской нау» но-тсхпическон конференции по электромашшшым и машинно-вентильньг источникам импульсной мощности (г. Томск, 1986 г.), на Региональной паучне технической конференции по управляемым электромеханическим системам (г. Ki ров, 1990 г.), на Межвузовской научно-технической конференции по динамик нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем (г. Чебоксарь 1995 г.), на международной научно-технической конференции по актуальным пр< блемам математического моделирования н автоматизированного проектирования машиностроении (Модель-проект 95) (г. Казань, 1995 г.), на 3-й Межвузовско конференции но компькл еритации учебного процесса но электротехническим дис цинлипам (г. Асфачань, 1995 г.), на научно-технической конференции международным участием по проблемам промышленных эле^фомеханнчески систем и перспективам их развития (г. Ульяновск, 1996 г.), на Республиканско

аучно-технической конференции по проблемам энергетики (г7. Казань, 1996, 1997 1998 годы), на 10-ом научно-техническом семинаре но внутрикамерным ироцес-ам п энергетических установках (г. Казань, 1998 г.), на 16-ой военно-технической опференнин по вопросам совершенствования боевого применения и разработок ртнллерийского вооружения и военной техники (г. Казань, 1999 г.), на междуна-однон научно-практической конференции по технологии, инновации и качеству г. Казань, 1999 г.), на научно-технических и учебпо-методлческнх конференциях семинарах К1ТУ (КХ'ГИ) г. Казань.

Публикации по работе: Результаты опубликованы в 49 статьях н тезисах окладов, получены 7 авторских евнлетельегв на изобретения и патентов. Имеются 4 отчета по ПИР по теме диссертации.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состот- из введения, сми глав, заключения, списка литературы, включающего 220 источников. Работа одержи! 406 страниц основного текста, 147 рисунков к 9 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во «веден и и обоснована актуальность проблемы, определена мель, пачкая проблема и задачи исследования, изложены основные научные результаты, ыносимые на защиту, практическая ценность работы, апробация и реализация [>е-ультатов, определены се структура, объем и содержание, принятые сокращения.

Первая глава "Автогенераторные ЭМТС с АД, постановка задачи исследования'" посвящена анализу современного этапа развития теории и практики лектромеханотронпых систем, постановке задач теоретического исследования и [рактической разработки ЭМ'ГС с АД.

Отмечено, что наличие полупроводниковых вентилей, обладающих в большинстве случаев кусочно-линейными характеристиками, делает систему дифференциальных уравнений силовой основы ЭМТС - электрической машины (ЭМ) так те кусочно-линейной. Определена роль и возможности численных, аналитических I комбинированных методов анализа процесса электромеханического нреобраэо-■анич энергии в ЭМТС с АД.

Показаны значительные достижения в разработке различных по сложности и [оставленным задачам математических моделей ЭТС и К с полупроводниковыми (спями управления а питания. Выделен ряд эффективных аналитических, числсн-¡ых и комбтзировагпшх методов исследования математических моделей, юзволяющпх учесть- специфические условия работы ЭМ в составе ЭМТС. Сделай ывод о том, что для сложных, структур современных ЭМТС теоретическое исследование зжжграысхатсческих процессов в них стало практически невозможным 1ез примененного: отдельных этапах средств современной вычислительной техни-31. Отмечена, что пе достаточно изучен ряд теоретических вопросов, связанных с [роцессои преобразования энергии в ЭМТС, мощность которых соизмерима с клцностыо псточщпса питания. Не определены однозначные требования и рско-(ендации по проектированию и расчету схемы и конструкции отдельных

элементов, а также всей ЭМТС в целом, позволяющие создавать системы с высокими техническими характеристиками. Не реализованы до конца достоинства' и преимущества аналоговых систем управления в силовых полупроводниковых це-няхЭМТС.

Проанализировано состояние (фактической разработки машинно-вентильных систем с АД. Отмечено, что ЭМТС с АД веб чаще используются в качестве привода ЭТС и К общей, специальной и, что является чрезвычайно актуальным, бытовой техники. Разработка и производство мощных биполярных транзисторов, транзисторных модулей по схеме Дарлингтона и транзисторов с изолированным затвором (ЮИТ), а также одно-, двух- и трехфазных сборок на их основе позволяют уже в настоящее время заменить силовые тиристоры цепях питания и управления ЭМТС при напряжении до 0,4 кВ.

В настоящее ярсмя-наиболее широкое применение ЭМТС с АД нашли в электроприводе малой и средней мониинтгн спецнальных и <оГ>щнх ¡видов техники, где регулирование частоты вращения исполнительного механизма 'необходимо по технологическим причинам »щи дает шшчигельпую шономию энергии и ресурса. В то же время, применение ЭМТС с АД малой мощности го ¡каодстне ¡привода устройств бытовой электротехники, механизмов сельского подворья и т.д. ограничено, что связано, прежде всего, с относа гтельно высокой стоимостью таких систем. Учитывая тенденцию снижения цены на силовую полупроводниковую технику, а также результаты разработки простых и надежных систем управления транзисторами ] 14, в частности, па основе схемАвтогенераторов, можно прогнозировать тенденцию возрастающего внедрения ЭМТС с АД в {различные промышленные, бытовыеисельскохозяйстве!и1ыеустро11ствамалой1и;сред11еймо1ш1ости.

Втор а я глава "Математическая :модсль ЭМТ.С с АД" посвящена вопросам разработки математической модели «отдельных звеньев ;и всей системы в целом во временной' области и фазной системе координш1. 'Определяющее ¡влияние ш построение математической модели ЭМТС оказал выбор методики сё исследования, а так же используемые при этом математические методы и нрофаммные средства ГЗ предлагаемой работе в качестве базового инструмента численного исследования выбран пакет машинных программ по имитационному моделированию переходных процессов в машинно-вентильных системах, представляющий исследователю ряд новых возможностей в процессе построения математической модели. Так задачи составления системы дифференциальных уравнений, описывающих электрическое состояние ЭМТС на каждом из интервалов постоянства структуры цепи, определение длительности и количества этих интервалов в зависимости от состояния полупроводниковых воггипей схемы возлагаются здесь на вычислительную машину. Пакет программ автоматически синтсзируст структуры цепи, как вводимые пользователем, так и получаемые в процессе моделирования, в зависимости от залинного_рсжмма раб«кгм,сижшых коммутагоров схемы. Это позволяет исследователю уделить основное внимание задаче разработки математической ¿модели ЭМТС, максимально адекватной ироисшхшицим л лей электромагнитным явлениям. и свести до необходимого минимума процесс :их ¡аналитического

[реобразования с целью упрощения и подготовки к решению па ЭВМ. Важную оль здесь шраег выбор аппарата записи параметров отдельных элементов мате-1атической модели, который должен быть максимально согласован со способом ведения информации в ЭВМ в используемом программном средстве.

И ^УВ= Ф = ПЧ = АД- М

Рис. К Блок схема ЭМТС

На рис.1 представлена блок-схема двух наиболее распространенного вариан-а силовой части, ЭМТС с ЛД разомкнутого типа. Трехфазный или однофазный сточник питания:И;подключается к управляемому выпрям1ггелю УВ. Выирямлен-ое напряжение сглаживается с помощью фильтра Ф и поступает на вход рехфазного преобразователя частоты ПЧ. К выходу последнего подключен трех-»азный АД с короткозамкнутым ротором, приводящий в действие сполнительный механизм М.

Эффективность моделирования электромагнитных процессов в схеме ЭМТС aero определяется способом задания ей параметров и законов их изменении. Эде-енты электрической схемы замещения ЭМТС по способу воздействия на грукгуру. цепи! в>. работе; подразделены на три группы: управляющие, активные и ассивные.'.ПЬд1управляющими элементами (или коммутаторами) здесь понимают олупроводниковыс; элементы, задающие структуру, электрической цени для каж-ого момента времени и определяющие длительность интервала неизменности' гой структуры. К активным и пассивным относятся все остальные элементы схе-ы замещения цепи, определяющие характер протекания: электромагнитных роцессов в ней под воздействием силовых коммутаторов.

Основные трудности возникают при моделировании управляющих элсмсп-эв. Выбор типа модели полупроводникового коммутатора определяется соотпо-icmtcM постоянной времени переходных процессов в силовой части вентильиой <емы и длительности собственных переходных процессов применяемых я ЭМТС олупроводниковых элементов, Для современных высокочастотных вентилей при зечетах электромагнитных процессов допустимо ограничиться классом статиче-шх моделей, которые не учитывают физические процессы в р-п переходе, рименсние динамических моделей вентилей резко усложнило бы моделирование тсктромагнитных процессов в силовой части ЭМТС без заметного повышения >чности. В электрических схемах замещения управляющие элементы цслесооб-131Ю представлять, через их внутренние электрические и логические параметры, оследние часто называют переключающими или коммутационными функциями.

Электрические параметры вентилей характеризуют соотношение между током ! напряжением на их зажимах и различных режимах работы в зависимости от их со стояния. Логические параметры задают интервалы времени длительности каждог из этих состояний и условия возникновения этих интервалов.

В схемах ЭМТС могут встречаться несколько типов полупроводниковы вентилей (диоды, тиристоры, транзисторы), которые обладают различными логи ческими характеристиками в соответствии с принципом их работы. Эги логически характеристики нельзя однозначно описать только с номощыо одних переклю чающих функций, так как состояние полупроводниковых коммутаторов зависят о протекания электромагнитных процессов в схеме (полярности приложенного на пряжения, его величины и т.д.).

Каждый транзисторный коммутатор в работе определен логической характе рнстикой - переключающей функцией (Г1Ф), содержащей три временных Парамет

ра: время включения /ок, время отключения и период повторяемости процесс

коммутации Тк, где индекс к определяет номер рассматриваемого вентиля. Перс

ключаюшую функцию Ьк {(}, можно записать с помощью единичных фупкцш Хевисайда:

00

К{1Ньж{1}-}1к{1}=2{1[1-«пк+п Тк)]-1[1-(1хк+п Тк)]} . (1)

п-0

В формуле (1) периодические единичные функции начала и конца интервала

включения вентиля Иок{1} и Итк{[} записаны в виде временных рядов

00 00

И[1-0оЛп Т*)] и II[(-Ок+пТМ .'

п О п О

Независимым параметром в формуле (I) является время /. Номер рассматрт васмого периода изменения переменной ..П определяется как целая част отношения текущего времени t к величине периода повторяемости коммутаци Тк, т.е. И =[// Тк].

В результате аналитического исследования электромагнитных процессов 1 типовых структурах отдельных звеньев ЭМТС на рис.1 была получена, так назы ваемая, расчетная схема замещения системы, показанная на рис.2. В схеме можш выделить три характерных звена: эквивалентного И, ПЧ и АД. Для каждого эле мента схемы рис. 2 в диссертации определены его параметры и законы ш изменения. Так для случая питания ЭМТС от однофазной сети промышленной час тоты через управляемый мостовой выпрямитель с Г- образным фильтром н< выходе параметры звена эквивалентного источника можно рассчитать по форму лам:

еа(0

А®

/ь2(»)

/ь3(0

1В©

£

МО

а« П 4| ^

>ис. 2. Расчетная схема замещения ЭМТС

<

е/() = \ еО)\ = Ет\со^ ;

00

Ш = ЪиМ*гпТс/2)]- 1[(-(п+1)То/2]}-;

п=0

(2)

В (2) как 1у обозначено время управления тиристором УЯ регулятора в ЗПТ, ге и 0)с - период и угловая частота напряжения промышленной сети. Гак как я иобой момент времени в схеме мостового выпрямителя с регулятором в ЗПТ ока-ываютея включенными последовательно два диода и один тиристор, то п{х:м:«

г

задержки включения коммутатора hj{t} при нулевом сигнале управления {tv =КУ равняется наибольшему времени задержки I, одного их этих элементов. Величннь ИУ!h Rw представляют в (2) впуфеннее сопротивление диодов и тиристора в схем« ЗПТ, Ru v активное сопротивление и индуктивность цепи источника, Лф> L4 и С с, - активное сопротивление, индуктивность и емкость ч звене фильтра.

Трехфазный мостовой ПЧ с 180 законом управления силовыми трл!пасторами показан на рис.2 в виде безиперционного звена и представлен в схеме замещения только логическими параметрами - ПФ его вентилей. Внутреннее сопротивление транзисторов Rir вынесено в цепь переменного тока и просуммировано с активным сопротивлением7?v обмотки статора АД, т.е. R's = Rs + Rn-

Наиболее сложной является расчетная схема замещения звена переменного тока. Для построения схемы замещения трехфазного АД была использована его математическая модель в фазной системе координат, что позволило исключить m общепринятых в таких случаях допущений требование о лннернзации параметров двигателя. Схема замещения АД на рис.2 соответствует системе дифференциальных уравнений электрического равновесия напряжении на обмотках статора и ротора, которая может быть записана в виде уравнений Максвелла в матричной форме:

U = Ri+plF = Ri+p [L-i] = R i + Lpi + ip L , (3)

где p - d^dt - оператор дифференцирования, U и / - матрицы-столбцы фазных напряжений и токов, R - диагональная матрица активных сопротивлений обмоток ротора и статора, L - квадратная мафнца собственных и взаимных индуктивностей обмоток.

Матрицы - столбцы трехфазных токов и напряжений имеют вид:

Г и - Ua Un Uc Ua Uh Uc

-<

1 - ¡А in ic ia ib ic

У симметричного трехфазного АД с приведенной вторичной цепью активные и индуктивные параметры обмоток статора и ротора равны:

Г RA~Rl¡ = Rc = Rx;R<, = Rь = Rc = R'r;

1А ^¿д -£<: -Ь 5£г+ М- Ь5; Ьа =£/> -Ьс =Ь 'га+М=Ь \ . (5)

При определении амплитудных значений собственных индуктивиостсй учено, что при равномерном воздушном зазоре их величина не зависит ог юложспия ротора, а число витков обмотки ротора приведено к числу витков об-WTKH статора, т.е. Msr - Mrs ~ M.

Диагональная матрица активных сопротивлений R и квадратная матрица обствеппых ir взаимных нндуктиш¡остей L имеют известный из классической еории электрических машин вит. Так как трехфазные обмотки статора и ротора

Ш смешены в пространстве на электрический угол (9=120°, то взаимные нндук-ивностн между обмотками на одной и той же части машины равны:

Г Мап = M на = M cos 12(f = -0.5 M -, J Мел = Млс = Mcos24(f =-0.5 M: (6)

[ Мне = Мсн = M cos ¡2d' =-0.5 M.

Аналогичные 'зависимости имеются и между взаимными индуктивностями le пи ротора. Взаимные индуктивности между обмотками статора и ротора являют-

я функциями угла в и, соответственно, времени. Эти функции изменяются с пе-шодом, равным одному обороту ротора, причем характер их изменения является армоиическим только в случае, когда обмотки статора и ротора синусоидально '■•¡определены вдоль равномерного воздушного зазора. В этом случае взаимные ¡ндуктивности равны:

МАа = Mai = Мвь = MhB = M Ce ~ Mec = м cos 0 ;

; MAh = MbA = Men = M,!c - Mco ~ Mac = M cos (0+120") ; (7)

MAc = McA = Mria = Man = Mch = Mbc = M cos (0+24(f).

B (7) электрический угол поворота ротора равен: &~Щ> t, где (Пр -угловая астота вращения ротора. С учетом (6) и (7) для случая синусоидального распреде-ення обмоток матрица собственных и взаимных индуктивностеи L и производная т нес по времени pL примут вид выражений (8) и (9).

Матричное уравнение равновесия напряжений на обмотках АД (3) иеобхо-имо дополнить уравнением электромагнитного момента:

Mosf(t) = (1/2J ■ п • (I/O) •irpL'i , (10)

ne и - число пар полюсов машины, 8=d&dt~ï3r, a/t - транспонированная матица токоо. Уравнение электромагнитного момента (10) входит в уравнение дви-гения ротора АД,- которое вместе с уравнением (3) характеризует процесс пеетромехиннческого преобразования энергии в системе.

15 " '

А В С а Ъ с

А -0.5М -0.5М Мсозв Мсов(0+ +120°) Мсоа((Ь +■240°)

В . -0.5 М к •0.5 М Мсоз(0+ +240") Mco.se Мсоа(0+ + 120")

С -0.5М -0.5М ¿.v Мсо$(&+ + 120°) Мсоз(0+ +240 У МсовО

а Мсовв МСО5(0± ¡240°) Мсоз(в± 1120 V -0.5М -0.5М

Ь Мсоь((Ь + 120°) Мсозв Мсо.ч(0+ +240°) -0.5 М V -0.5М

с Мсо$(&+ +240°) Мсо$(0+ +120 МсозО -0.5 М -0.5М 1г

А В С а Ь с

рЬ- - С0рМ

ятО ¿т(9+ +120°) +240°)

$т(в± +240°) ьтв +120°)

51П(0+ +120°) +240°) ьтв

лтв 5Ш(&+ +240°) +120°)

+120°) зтв ¡¡п(0± +240°)

+240°) 5т(е+ + 120°)

•(8)

•(9)

В схеме рис. 2 взаимные индуктивности между обмотками на разных частях АД для симметричной машины с синусоидально распределительными обмотками на стагоре и роторе равны:

М/ = М (созв р-щ, ятв) ;

МУ= М[соз( 0+12ОР) р.- шр -зт (в+12СР)] ;

М3 = М[со$(, О +24(/') р - хпр *т (в +240?)].

(И)

Взаимные индуктивности между обмотками на одной и той же части маши-.1, равные -0.5А/, на рис.2 не обозначены.

При раскрытии матриц в (10) для целей практических вычислений мгновений электромагнитный момент можно рассчитать по формуле:

Мэм(!) =-пМ[(7.4-ia+ÍB-ib+ic-ic)•sinOf- (iл•ib+ifí-ic+ic-ia)-sin((?+ 120+ +(iA "iс+in -¡a I- 1С "ib) •Sin((h240°)]. (12)

Определив значения Мэм({), можно наследовать величину пульсаций мо-:нта во времени. Кроме того, мгновенные характеристики ЭМТС (токи, пряжения, момент) являются основой для определения интегральных показате-й работы системы (энергетических и механической характеристик). В [ссертации показана методика и приведены расчетные формулы для определения •новеиных и интегральных характеристик ЭМТС, а также обоснованы границы емеппых интервалов их расчета (периоды процессов в эквивалентном источнике, аторе и роторе АД в исследуемой модели не совпадают).

В третьей главе "Имитационное моделирование переходных процессов в ЛТС с АД на ЭВМ" обоснован выбор стратегии, метода и средств численного |делироваиия. Проанализирован современный уровень и перспективы развития ямых методов программирования на алгоритмических языках, подходов методов ШР и методов экспертных систем. Изложен принцип функционирования сиеге-j имитационного моделирования (СИМ) переходных процессов в гктромехаиичсских системах с полупроводниковы,ми коммутаторами, которая ладаег характеристиками экспертного уровня. СИМ разработана в КП'У, г. Ка-ib и обладает рядом достоинств. Основным из них является то, что она гоматичеекк синтезирует системы дифференциальных уравнений для каждою мента времени в зависимости от состояния коммутаторов в цени, причем по-:дние могут быть представлены п виде прерывателей. Подобный подход зволяет значительно снизить порядок системы уравнений цепи без потерн ин-рмацнн и уменьшения точности вычислении. Формируемые системы фференциалышх уравнений устойчивы в процессе их решения, так как в их эуктуре отсутствуют разреженные матрицы, а матрицы коэффициентов не имс-различающихся на несколько порядков собственных значений.

В основу СИМ положены методы матричной алгебры и теории нппраялен-х графов, которые позволяют придерживаться строгой и систематичной годики формирования математической модели, что гарантирует эффективность зцссса численного исследования процессов в ЭМТС. В главе подробно описан герфейс общения между пользователем и ЭВМ и дана методика «вода данных о >уктуре и параметрах ряда вентильных цепей. С помощью СИМ проанализиро-!ы переходные электромагнитные процессы в Э'ГС и К различной структуры, ледовано влияние цепей питания и законов управления на характеристики от-

дельных звеньев и всей системы п целом. Основное внимание уделено исследованию квшиустановившихся электромагнитных процессов в расчетной схеме ЭМТС с АД на рис.2. С этой целью была разработана специальная схема замещения снс-темы для СИМ, показанная на рис.3. В цепь статора и ротора здесь введены две дополнительные всгви с последовательно соединенными резистором и индуктивностью. Величины параметров этих дополнительных ветвей во много ра< превышают значения аналогичных элементов других ветвей схемы замещения, не постоянные времени их имеют тот же порядок. В этом случае картина электромагнитных процессов в ЭМТС с АД практически не меняется, но подобное изменение

Рис, 3. Схема замещения ЭМТС с трехфазным АД в СИМ

;хсмы позволило однозначно определить для ЭВМ алгоритм составления и записи (ифферепциальных уравнении цени. Сфуктура этих уравнений имеет простую :хему регулярности, <гго положительно влияет на устойчивость процесса их решетя.

1. У1 и1 У7 10. У6 У6 У7

2. У1 VI ' У2 И. У4 1*2 12 У8

3. У2 1*1 Ы УЗ 12. У5 КЗ ьз У8

4. УЗ С1 У7 13. У6 114 Ь4 У8

5. УЗ VI У4 14. У9 Я8 Ь8 У0

5. УЗ УЗ У5 15. У9 1*5 Ь5 У0

7. УЗ У5 У6 16. У9 Кб Ь6 У0

3. У4 У2 У7 17. У9 К7 L7 У0

У5 У4 У7 18. У8 К11 Ь11 У7

9. 81 4 . 0,05724 0,0051 0 0

0. 82 4 0,05724 0,0051 0,0017 0

1. 83 4 0,05724 0,0051 0,0034 0

2. Б4 3 -0,05724 0,0051 0 0

3. Б5 3 -0,05724 0,0051 0,0017 0

4. 86 3 -0,05724 0,0051 0,0034 0

5. Ш 2 311 0,02 0,001 0

6. К1= =1, и< =5, С1=1000, Х2=60,89, L3=60,89, 14=60,89, К?.

13=2,16, 114=2,16, Ь5»63,68, Ь6~63,68, Ь7=63,68, 1*5=1,81, Н 6-1,31, 17-1,81, Ь2ЬЗ-28,62, Ь2Ь4-28.62, 1.3Ь4-28,62, L5L.6~28.62, L5I.7-28.62, ,6Ь7=28,62, Ь5Ь2=81, Ь4Ь7=Я1, Ь2Ь6=82, ЬЗЬ7=Б2, 1.41-6-83,

,21.7=83, 1.31,5=83, Ки=0,1, КР^2, Р8Т=11,7, РХХ=10,1.5=1000000, 118=® 1000000, ,11=1000000, 1=1000000.

7 VI 0 0,0024 0,0024 0,0048 УТ

8 V2 0 0 0.0024 0,0048 УТ

9 УЗ 0 -0,0008 0,0024 0,0048 УТ

0 У4 0 0,0016 0,0024 0,0048 у?

1 У5 0 0,0008 0,0024 0,0048 уТ

2 Уб 0 -0,0016 0,0024 0,0048 УТ

3 У7 1 ■ 0,003 0,000015 0,01 УЗ

Рис. 4. Распечатка вводя информации в ЭВМ о схеме цепи но рис 4 и ее »«растрах для ЭМТС с АД мощностью 750 Вт и частотой вращения 6000 об/шш

В качестве примера на рис.4 показано распечатка ввода информации » СММ структуре и параметрах схемы рис.З. На рис.4 строки 1-18 занимает информации схеме электрической цени, в строках 19-26 дана информация об активных и пж> тных параметрах и законах их изменения, а в строках 27-33 - об управляющих

компонентах V1-V7 цепи. Потенциалы узлов схемы рис. 3 обозначены Y0-Y9, bi личины пассивных компонент цепи заданы в Ом, шГн и мкФ. Генераторы S1-S задают закон изменения взаимных индуктивностей (например, L5L2=S1) меад обмотками статора и ротора ЛД (цифра 3 - закон синуса, 4 - косинуса). Гармонич* ские функции S1-S6 имеют амплитуду 0,05724 шГн, период 0,0051 с соответствующий уравнению (11) сдвиг по фазе. Управляющие компоненты транзисторы V1-V6 и тиристор V7 моделируются схемой включения в ветвь (0 -прямом, 1 - в обратном направлениях), моментом времени включена длитсл&юстмо работы и периодом коммутации (например, в строке 27 рис.' соответственно, цифры 0.0024, 0.0024 и 0.0048 е.). Распечатка ввода информации схеме и параметрах ЭМТС свидетельствует о простых и удобных интерфейсе алгоритме общения между пользователем и ЭВМ в СИМ, что позволяет быстр приступить к решению поставленной задачи.

Имнташюнаому моделированию были подвергнуты расчетные схемы дву ЭМТС с АД мощностью 100 и 750 ВТ. ЭМТС получали питание от однофазной с< тп 220 В, 50 Гц и содержали в своем составе все звенья структурной схемы i рис.1. Силовой основой ЭМТС 100 Вт служил серийный трехфазный двигатс: ДАТ-100-8, предназначенный для питания от трехфазной сети 220 В, 400 П ЭМТС 750 Вт была реализована на трехфазном ЛД с частотой вращения 60С об/мин, который был выполнен на конструктивной основе и магнитопроводе серийной машины КД-180 с »вменением обмоточных данных статора. Параметр « схемы замещения ЭМТС-750 приведены в распечатке рис.4.

В ходе численного моделирования были определены мгновенные и инт< тральные характеристики ЭМТС-100 и ЭМТС-750 в квазипереходном режим работы для наиболее характерных точек на механической характеристике АД. H рис.5 аДв показаны результаты расчета и осциллограммы основных мгновении , характеристик ЭМТС с АД мощностью 100 Вт в номинальном режиме: напряж< ния на конденсаторе звена фильтра — Uc, фазного напряжения обмотки статор двигателя - Ыф, тока цени источника - 1а, тока фазной обмотки статора - 1„ ток приведенной обмотки ротора - 1,. Характеристики рис. 5 были определены пр наиболее оптимальных для звена эквивалентного источника рис. 2 параметра: С<г=Сф=200 мкФ, Цг=1.ф =5 шГн и Rj=l Ом. На рис.5 приняты следующие масшт; бы по оси ординат: для напряжений - ! :2, для токов - 1:20. На рис.6 а,б,в показ ант те же мгновенные электромагнитные характеристики ЭМТС 100 Вт в номинально режиме, но при значительно уменьшенных параметрах звена эквивалентного и< точиика: Cd=25 мкФ и Ld=2 шГн.

Сравнивая характеристики на рис.5 и рис.6, можно сделать вывод о высоко степени точности расчетов с помощью СИМ, причем процессы в имитационно модели полностью адекватны физическим процессам в схеме реальной ЭМТС. ' мгновенных электромагнитных характеристик совпадает не только закон измен* ния их во времени, но и численные значения в любой рассматриваемой точке.

1С. 5. Расчетные к экспериментальные Рис. 6. Расчетные и эксперимс5ггадьиыс рактеристики ЭМТС-100 при , характеристики ЭМТС-100 при

=5 шГн и Са =200 мкФ ЬЛ=2 шГн и <^=25 мкФ

a) f- 300 Гц б) f= 400 Гц

Рис. 7. Сравнение экспериментальных и расчетных рабочих характсристи! двигателя ДАТ-100-8 ¿ф = 1 тГн и Сф =25 мкФ

Результаты исследования согласуются с известными данными об электрома! нитных процессах с подобных системах. Как показал сравнительный аиали расчетных и экспсримспгальиых кривых, усредненная точность определения мгне венных электромагнитных характеристик с Помощью СИМ не шгже 8% (п относительной нофсшности).

На рис.7 показаны основные, интефальные характеристики ЭМТС-100, оирг деленные расчетным путем (с помощью СИМ) и в результате экспериментально!" исследования. Сравнение этих характеристик свидетельствуют об их хорошем coi падении (о нос11Тсльная пофсш!Гость в номинальном режиме 5-7%). Следуе отметить, что для эффективного функционирования СИМ необходимы средств современной высокоскоростной вычислительной техники.. В связи с этим для и< следования переходных электромеханических-процессов в ЭМТС с АД, которо связано со значительным объемом вычислении, было признано целесообразны! применить метод прямого профаммнрования на языке TurboPascal 6.0.

В ч с т в с р т о Й главе диссертации "Аналитическое исследование электро магнитных гроцессов в ЭМТС с АД малой и средней мощности" использоват метод расчета по шпгервштм и математический аппарат теории обобщенные функций (ТОФ). Отмечено, что ряд структур ЭМТС с АД, у которых параметрь эквисалентного источника энергии близки к параметрам идеального источника напряжения, целесообразно рассматривать как систему ПЧ-АД и исследовать < помощью точных аналитических методов мгновенных значений. Рассмотрена линейная модель АД, что позволило применить широко используемый мето/ 1феобразования координат. В основу, исследования положено комплексное вращающееся преобразование уравнений движения АД к осям +, -, 0 статора и /,&,(

ггора, что значительно упростило аналитическое решение системы уравнений [скзрического равновесия двигателя. Применение аппарата ТОФ позволило магматически строго и с общих позиций исследовать -электромагнитные процессы в !ектрической цени с дискретно меняющейся структурой, что гарантировало дос-1верность и точность полученных, результатов.

Аналитическое исследование процессов и системе ПЧ-ЛД проведено для |учая, когда входное напряжение представляет собой произвольную пернодиче-:ую функцию, выраженную в виде следующего ряда Фурье:

unurrfO = U0\]+ f (mkcos(vkt+<pk)) , (13)

V к=1 J

te: и пит (0~Uq+и,т (()- входное напряжение звена ПЧ, состоящее из постоян-)й составляющей входного напряжения Uq и иульсационной составляющей iyi(t), m к- коэффициент, характеризующий амплитуду к - ой гармоники, СО к и ¡с- соответственно круговая частота и угловая фаза к - ой гармоники.

Одним из основных принципов линеаризации математической модели ПЧ мяется представление силовых ключей сто схемы в виде идеальных переклю-iioiiuix элементов, которые мгновенно коммутируют ток из одной ветви схемы в )угую. Одним из основных параметров идеального коммутатора является его подключающая функция. В этом случае электрические величины (токи и тряжения на выходе преобразователя) описываются разрывными, скачкообраз-,1ми функциями. Закон изменения этих функций определяется, как ПФ силовых [ементов преобразователя, так и величиной непрерывной входной функции (тока напряжения). При исследовании электромагнитных процессов в схемах со стати-:скимн ПЧ оказывается удобным записывать электрические величины как чмннедеиие некоторой гладкой функции на соответствующую скачкообразную исключающую функцию. Подобным функционалам в диссертации придавался шел сложной обобщенной функции тока или напряжения, а анализ был проведен помощью методов и приемов ТОФ. .

Решение матричного уравнения равновесия напряжений на обмотках АД (3) эжно записать в виде следующих обобщенных функций:

-sr 1abc

= hamb'c(t} m—I

¡sr 1abc

4IW';1

■sr abc

(14)

В уравнении (3) непрерывные функции j¡ и |J

записаны под знз-

iM дифференцирования. При переходе к записи уравнений в пространстве

обобщенных функций необходимо операцию дифференцирования понимать так > в обобщенном смысле. Соответствие между простой и обобщенной производи« сложной функции устанавливается по следующему соотношению:

рь{о/ю=кото+8{1}К1)

(15)

где 8(1} = рИ{I}- импульсная функция Дирака, символ р обозначает операци дифференцирования в обычном смысле, ар - в обобщенном.

Уравнение замены простой производной на обобщенную, имеет вид:

(16)

В соответствии с (16) уравнение равновесия на обмотках асинхронного дв1 гателя (3) в пространстве обобщенных функций примет вид:

II 1

1'' аЬс\\

^аьЛ

^ЬсГ^! 1оЬс

А

и

'аЬс\\

1аЬс\ ^аЬсЫ^

аЪс\

-.5 1

1аЬс\

X

1 ~г '

|| 1аЪс\

(17)

Матрица возмущающих функций для асинхронного двигателя с короткс замкнутым ротором имеет вид:

^ аЬс \

гг I

'' аЬс

иаьЛ + 3{1}

г я

1аЬс

. пч JаЬс

иаЬс

г Г

аЬс

-л

1аЬс

-.г I 1аЬс

(18)

где 8/1} - импульсная функция Дирака от ПФ фазного напряжения АД.

11аиболес эффективным линейным преобразованием при исследовании асин хронных машин является комплексное вращающееся преобразование 1 переменным 0, статора и /,Ь,0 ротора, которое не только позволяет избавить ся от переменных коэффициентов, но и приводит матричное уравнение (3) к тре» независимым системам первого порядка с двумя неизвестными каждая. В иссле дуемой схеме ЭМТС напряжение нулевой последовательности равно нулю, < напряжения прямой и обратной последовательностей являются комплексно сопря женнымн величинами. Поэтому для определения токов достаточно решить тольк« одну систему напряжений прямой последовательности:

х

Мр

Л/(Р~]пф) яг+1г(р-]пф)

ЩО то

г/о Г/О

В алгебре со сверткой обобщенных функций на от-ом интервале постояиегва структуры цепи уравнение (19) записывается как:

016{1}*1+т{1}=р1{1} ;

(20)

Определитель системы (19) в ТОФ часто представляют как некоторый дифференциальный токовый оператор,/)/, а мафица возмущающих функций прямой последовательности на «1-ом интервале имеет вид:

(21)

После решения системы уравнений (19) в алгебре со сверткой обобщенных функций были получены аналитические выражения для токов статора и ротора на /л~ом интервале в преобразовашпых осях АД:

+ ¿5 М X ^ от 1% от Зпп1+Т7п

Ггтю 0 м 1г

Г

г -*от Л

00

Ж°(/>'0 | £ I $к>1, *3 к=1 . к=1 к-1

(22)

'Wfi

от

4з

Vi ы к—1 к=1

ч.

В выражениях (22) и (23) комплексные коэффициенты к с различшши индексами однозначно определяются параметрами обмоток статора и ротора АД, величиной напряжения питания и режимом работы двигателя.

Воспользовавшись правилом обратного преобразования к неподвижным осям, можно легко записать уравнения (22) и (23) в действительной.области. Учитывая сложный вид полученных аналитических выражений, было признано наиболее целесообразным далее вести исследование процессов в системе в численном виде по интервально на ЭВМ. Так как наиболее просто определить интегральные характеристики системы в преобразованной системе координат, то была создана методика расчета энергетических и механической характеристик АД с использованием выражений (22) и (23). Разработана также простая методика определения параметров пульсирующего напряжения в формуле (13). На рис.8 приведены результаты аналитического расчета мгновенных электромагнитных процессии в схеме ЭМТС с АД мощностью 100 Вт, которые адекватно отражают физику протекания процессов и хорошо согласуются с данными имитационного исследования и эксперимента на рис.5 и рис.6.

и

Ч: - V»

г i г

, м! * / >r \ J v, K'1,

с/V 1 \J \ J\ r V

15 «U i „ *

' 1 . т - -

«cd

/ /

А IT

\ \

X V 1 V,

Рис.8. Расчетные кривые фазных токов и напряжений, тока фильтра и входного на.' .пряжения ЭМТС с АД 100 Вт при емкости Сф "=25 мкФ, индуктивности ¿ф=1 шГн, *400 Гц и.скольжении s я 0.1 o.e.

В п я т о й главе " Процессы в ЭМТС с высокоскоростными АД при значительных пульсациях в звене постоянного тока" проанализированы причины появления низших временных гармоник поля в воздушном зазоре электродвигателя. Даже если параметры самого источника энергии близки к идеальным, практически невозможно, а в большинстве случаев и нецелесообразно, выполнить звено Ф с высоким коэффициентом сглаживания. В этом случае в фазных напряжениях на обмотках АД всегда будет присутствовать амплитудная модуляция с частотой выпрямленного напряжения па выходе звена УВ. Гармонический состав кривой напряжения на входе Г1Ч зависит от многих параметров (закона управления вентилями Г1Ч, параметров звена Ф, режима работы двигателя) и может быть с высокой точностью определен только путем численного моделирования.

Обязательным условием начального этапа проектирования ЭМТС является применение упрощенных аналитических методов, а так же инженерных методик расчета на их основе. Численное исследование обычно выполняет роль поверочного расчета характеристик проектируемой ЭМТС и базируется па данных предварительного расчета еО параметров. Часто сложные методики и программы численного исследования процессов в ЭМТС являются или недоступными для исследователя-проектировщика, или он не обладает необходимыми знаниями и навыками по их применению. Кроме того, только аналитические методы позволяют с общих позиций исследовать физику электромеханических процессов в электрической машине. По перечисленным выше причинам было признано целесообразным провести аналитическое исследование влияния модуляции фазных напряжений АД на его характеристики, линергаируя параметры рассматриваемой системы и используя прекрасно зарекомендовавшей себя метод гармонического баланса.

При качественном анализе физики электромеханических процессов в АД достаточно ограничится рассмотрением только основных гармоник в кривых фаз-. ного и модулирующего напряжений. В этом случае модулированное напряжение на обмотке статора примет вид:

Цф(0 = и!т (1 + т $т 2(0$ ь'т аЛ, (24)

где Ш - частичный коэффициент модуляции основной гармоники, II¡т - амплитуда основной гармоники в выходном напряжении ПЧ, СОс и СО- угловые частоты основных гармоник сети однофазного тока и генерации ПЧ.

В радиотехнике кривые, описываемые уравнением (24), нссят название ам-плитудно-модулированных колебаний. В линейных электрических цепях принято разделять их на три независимых процесса, происходящих, соответственно, с несущей частотой СО и двумя боковыми частотами: разностной СО. — СО - 2СОс и

суммарной (О у — СО + 2СОс. В ЭМТС с трехфазными АД частота фазных напряжений (несущая частота) и частота пульсации напряжения эквивалентного источника энергии (модулирующая частота) имеют одцн порядок. Поэтому трех-

фазные системы напряжений разностной и суммарной частот способны создавать, как система напряжений несущей частоты, значительные вращающие электромагнитные поля и момсщ-ы. Напряжения на обмотках статора трехфазного ЛД при учете только основных гармоник модулирующего и несущего сигнала имеют вид:

r UA(t) - U¡„sin ох + mUjmCOS cot/2~mU¡mcos coj/2-, Un(t) = UiKs¡n(cot-12Ú>) + mUlmcos(eoJ-l 20" )/2-

-mUimCOs(a), t-12(f')/2- (25)

Uc(t) = UimSm(áX+120") + m Ulmcos(o}J+120°)/2--mU¡mCos((ú. t +120° )/2.

Модуляция высших временных гармоник в кривой напряжения на двигателе так же приводэт к появлению напряжений разностной и суммарной с ними частоты, По отношению к основной частоте генерации f¡ эти боковые частоты являются тоже высшими и значительного интереса при исследовании не представляют.

Вторые и третьи слагаемые в правой части (25) создают, соответственно,

трехфазные системы напряжений суммарной СО, и разностной СО. частот. Первая

создает в воздушном зазоре машины вращающееся магнитное поле с частотой О),, которая больше, чем частота вращения основной гармоники, и является по отношению к ней высшей временной. Учет влияния поля суммарной частоты на характеристики АД аналогичен анализу воздействия высших гармоник напряжения. Однако тюле суммарной частоты имеет частоту вращения более близкую к частоте вращения поля основной гармоники, удельный вес его выше и воздействие на характеристики ЛД, соответственно, будет более значительно.

Система трехфазных напряжений разностной частоты создаст в воздушном

зазоре машины вращающееся поле частоты tí)., которая всегда ннже (tí, т.е. является полем низшей временной гармоники. Система напряжения разностной частоты может иметь прямую или обратную последовательность чередования фаз и создает в машине поля, вращающиеся, соответственно, согласно или встречно с полем основной гармоники. Так как поля разностной частоты образуются только в определенных схемах ЭМТС с ЛД при соответствующем выборе их параметров, то до настоящего времени исследование влияния их по характеристики ЛД глубоко не изучалось.

В диссертации проведен анализ влияния полей разностной и суммарной частот на характеристики АД при различных частотах генерации для ряда характерных поддиапазонов еС изменения. Так дня случая однофазного выпрямления выявлено три таких поддиапазона и одна характерная точка:

1. со» 4(ос или/»200 Гц;

2. 2сос < о) < 4 сос или 100 </< 200 Гц;

3. со =2 со,- или/= 100 Гц;

4. СО <2 6)с или/< 100 Гц.

характеристики ЭМТС с ЛД 100 Вт. характеристики ЭМТС с ЛД 750 Вт

Рис. 11. Расчетные механические характеристики АДдля частот генерации 125,150 и 200 Гц: а) ЭМТС 100 Вт, б) ЭМТС 750 Вт

Па рис.9 и рис. 10 построены расчетные механические характеристики ЭМ'ГС с ЛД мощностью, соответственно, 100 и 750 Вт при частотах генерации 114 300, 400 и 500 Гц. При расчете было принято, что ЛД подключен к источнику синусоидального трехфанюго напряжения, модулированного но амплитуде гармоническим сигналом с частотой 2/^=100 Гц при неизменном коэффициенте модуляции 0,2 о.е. Гак как параметры обмоток АД выбраны ю условия его работы на основной гармонике поля, то кривая моме»гга М. от поля разностной частоты более полога, чем кривая момента М). С уменьшением мощности наклон механической характеристики увеличивается, поэтому расчетная кривая суммарного момента Ы^ на

рис.9 не имеет характерного дня па рис. 10 прогиба на рабочем участке.

На рис. 11 а,б показаны результаты расчета механических характеристик ЭМ'ГС во втором поддиапазоне изменения частоты генерации. Характерной осо-. бепностыо этого здесь является то, что разностная частота /. является положительной и монотонно убывает до нуля при снижении частоты генерации У до значения 2/^ =100 Гц. При приближении частоты генерации /к значению 2/с =100 Гц влияние момента разностной частоты М. на результирующий момент машины

Мг возрастает. 'Это связано с тем, что резко уменьшаются значения индуктивных сопротивлений обмоток АД, и даже при относительно небольшой удельной доле напряжения разностной частоты в величине фазного напряжения АД момент М. может оказывать существенное влияние на результирующий момент машины. Основное воздействие М. на кривую результирующего момента происходит в зоне разгона АД, т.е. за критической точкой для момента основной гармоники М\. В кривых момента Л/гпояпляются "провалы", причем их глубина тем больше, чем ближе значение частоты генерации /к величине 2/^100 Гц. Это может привести к застреванию ротора АД на промежуточной частоте вращения при его разгоне. В рабочем диапазоне изменения вращающего момента М двигателя искажения минимальны, т.е. механические процессы АД в номинальном режиме с достаточной степенью точности характеризуются моментом основной гармоники М/.

В особой точке диапазона изменения частоты генерации, когда./"2/^=100 Гц, в соответствии с формулой (25), составляющие фазного напряжения разностной частоты /Ч) будут величинами постоянными. Эти напряжения образуют в воздушном зазоре машины постоянные во времени магнитные поля, направленные но осям фаз. Гак как амплитуда этих нолей различна, то они создадут во всем диапазоне изменения частоты вращения ротора АД тормозной момент. Даже при палых пульсациях величина тормозного момента может быть значительна и существенно повлиять на ход результирующей механической характеристики. Поэтому

при проектировании ЭМТС с ЛД на частоты генерации, близкие к 100 Гц, возрастают требования к выходным параметрам звена Ф.

В последнем из поддиапазонов изменения частоты генерации (/<100 Гц) разностная частота f. имеет отрицательное значение. Система напряжении разностной частоты в (25) является в этом случае будет имегь обратную последовательность н создаст в воздушном зпюре машины ма/ шгпше поле разностной частоты, вращающееся навстречу ротору. Электромагнитный момент А/, будет иметь нулевое значение в области тормозного режима работы ЛД, т.е. при отрицательных значениях Q/fÍ¡. Как показали исследования, при частот;« генерации /<50 Гц добавочный момент М. практически не искажает формы кривой момента M¡, так как основное воздействие М. приходится на область тормозного режима работы АД. При частотах f> 50 Гц дополптельный момент А/, оказывает влияние только на пусковые характеристики двигателя, уменьшая величину пускового момента.

На этапе начального проектирования ЭМТС чаще всего неизвестны параметры элементов схем замещения отдельных ее звеньев, а определена лини, система исходных данных тля разработки изделия. В этом случае желательно заранее знать параметры модулированного напряжения на обмотках АД и оценить их влияние на характеристики системы, Для этого целесообразно разработать и использовать специальные эмпирические зависимости. Точно такая же ситуация складывается, если у разработчика сложных ЭМТС пет специальных пакетов »¡ад-грамм по расчету переходных электромагнитных процессов, или известные пакеты не позволяют учесть всю специфику конкретной схемы. В этом случае всю конструкторскую разработку можно выполнить на основе схемы замещения АД для первой гармоники с учетом параметров модулированного напряжения, а доводку изделия провести на основе результатов экспериментальных исследований. Подобный процесс разработки доступен для исследователя и не требует специальной подготовки в области вычислительной техники. В связи с этим в диссертации разработана инженерная методика определения параметров модулированного напряжения па статорных обмотках АД. В результате обобщения экспериментальных и расчетных данных построены 2 универсальные кривые, которые позволяют определить параметры пульсирующего напряжения на обмотках высокоскоростного АД по данным на его проектирование. Составлена методика уточнения параметров этого напряжения методом послсдов-тгсльных приближений с малым числом итераций.

В расчетных механических характеристиках на рис.9, рис, 10 и рис.11 а,б не учитывалась зависимость коэффициента модуляции m от режима работы АД, что позволило исследовать только качественную сторону процессов. При уточненном расчете механических и энергетических характеристик АД необходимо согласовать значение коэффициента модуляции пульсирующего напряжения с нагрузкпЦ

на валу ЛД, т.е. использовать при численном исследовании 2 универсальные кривые диссертации. Так с их помощью были рассчитаны механические характеристики ЭМТС 8 Вт при частотах генерации 300 и 400 Гц, показанные на рис.12 а,б. Характеристики построены в относительных единицах, за значение базового момента принята его величина в номинальном режиме при отсутствии пульсации в кривой выпрямленного напряжения.

а) Г» 300 Гц б) Г-400 Гц

Рис.12. Расчетные и экспериментальные механические характеристики ЭМТС 8 Вт с учетом только первых гармотгк в пульсирующем н фазном напряжении при м—уаг и Сф=25 мкФ

Результаты численного исследования механической характеристики, приведенные на рнс.12 а,б, хорошо согласуются с данными эксперимента ( кривая экспериментального момента - Мо). Так в режиме х.х. коэффициент модуляции т близок к нулю, и добавочные момсты Л/^ и М. не возникают, а кривая суммарного момента Мпроходит через точку с координатой о.е. В пусковом режи-

ме моменты Л-//, Ми М. претерпевают соответствующие текущему значению т изменения, и расчетный пусковой момент АД совпадает с экспериментальным. Таким образом, постоянная корректировка значения т позволяет обеспечить соответствие расчетных и экспериментальных кривых М во всем диапазоне изменения относительных скоростей. Исследования показали, что расчет энергетических характеристик АД без учета высших гармоник в модулируемом и модулирующем нанряжсиинх также обладает достаточной степенью точности. Так при определении КПД и коэффициента мощности двигателя относительная погрешность во всем диапазоне изменения нагрузки не превышает 10%.

На стадии проектирования ЭМТС часто необходимо определить рациональное значение параметров звена фильтра и оценить влияние этого значения на

частоты вращения Он/i^i

в) критической частоты вращенияг) коэффициента пульсаций и кратности максимального момента Ки

ц) КПД и Cos ф АД е) КПД и Cos 9 всей-ЭМТС в целом

Рис. 13. Экспериментальные механические и рабочие характеристики от емкости фильтра Сф при частотах генерации 100 Гц (кривая 1), 200 Гц (кривая 2), 300 Гц (кривая 3) и 400 Гц (кривая 4) ' •

интегральные характеристики ЛД. Результаты исследования диссертации показали, что определяющее влияние здесь оказывает величина емкости в ЗПТ. На рис. 13 в,б,в показаны зависимости oeuynuUK параметров механической характеристики АД, па рис. 13 г - коэффициент пульсации и на рис. 13 д,е - КПД и коэффициента мощности АД и псе« ЭМТС в исдом от емкости фильтра Сф при частотах генерации i 00, 200, 300 и 400 Гц, Кривые на рис. 13 позволяют уже на стадии проектирования ЭМТС рационально выбрать, значения параметров элементов ЗПТ, которые в рамках технического задания на разработку обеспечат харастернстаки системы, близкие к оптимальным.

.4 ш е с т о f¡ главе диссертации " Результаты разработки автогенераторных схем управления ЭМТС" проведено обоснование выбора структуры силовой части и дама классификация ЭМТС с АД, применяемых в специальной, общей и бытовой технике. Ьыл сделан вывод об увеличивающейся конкурентной способности ЭМТС с АД, особенно на повышенных частотах вращения. Предложена классификация, в которой но принципу выполнения системы управления силовыми вентилями вес ЭМТС с АД подразделяются на три группы: с зависимой, с независимой и с полу зависимой коммут ац'-й.

Основное внимание уделено ЭМТС с полузависимой коммутацией, для которой, несмотря на отсутствие прямой связи между частотой переключения вентилей 114 и режимом работы АД, характерно косвенное влияние исполнительного силового механизма привода на его цепи питания. К данному типу ЭМТС от носятся вее те, у которых система управления силовыми ключами ПЧ выполнена по аналоговому, чаще всего автогенераторному принципу. Основной особенностью большинства схем автогенераторов является то, что напряжение на их г.хo/te и частота напряжения на выходе жестко связаны соотношением U/f-const. Часто аш «генераторные схемы преобразователей, исходя из принципа формирования управляющих импульсов, называют инверторами с самовозбуждсннисм. В автогенераторах для формирования управляющих импульсов транзисторов используются внутренние обратные связи, которые, как правило, реализуются на основе многообмоточных трансформаторов, выполненных на магнитных сердечниках; с прямоугольной петлей гистерезиса. Обмотки управления автогенераторов чаше всего подключаются параллельно нагрглсе Г1Ч, и напряжение на них повторяет фазное напряжение АД. 1

Главным достоинством большинства схем автогенераторов и систем управления на их основе является совмещение нескольких различных функций в одном элементе, «по значительно упрощает схему ПЧ в целом. Таким элементом служит переключающий трансформатор, который является задатчиком частоты переключений транзисторов, одновременно формирует управляющие импульсы необходимой формы и амплитуды, а в случае многофазного инвертора на него часто возлагаются функции синхронизации фаз выходного напряжения. На самовозбуждение автогенератора потребляется реактивная мощность, кроме того, сам трансформатор, как элемент электротехники, обладает высоким КПД. Мощ-

ность и габаритные размеры переключающих трансформаторов при использовании в качестве силовых ключей транзисторов Дарлингтона, МОГ! транзисторов и транзисторов с изолированным затвором малы, что позволяет считать аглогеператор-ные схемы по названным показателям конкурентно способными со схемами на элементах дискретной логики, микропроцессорах и командных аппаратах. Трансформаторы устойчивы к воздействию сильных электромагнитных полей, ударным механическим нагрузкам, вибрации, влиянию неблагоприятных климатических условий. Стоимость их относительно невелика, а технология производства достаточно проста и широко распространена в отечсстггнной промышленности.

13 диссертации подробно рассмотрены принципы построения и аруктурные особенности силовой части основных схем одно-, двух- и трехфазных 114 с автогенераторами в цепях их управления. Был сделан вывод о преимуществе трехфазных схем, так как выполнение ЭМТС по трехфазной схеме позволяет использовать в се составе серийные или специально сконструированные трехфазные АД, которые обладают наилучшими технико-эксплуатационными характеристиками. Выл сделай вывод, что трехфазная мостовая схема силовой части Г1Ч со 180" законом управления транзисторов является наиболее энергоемкой, так как коэффициент загрузки силовых модулей по мощности в ней наивысший.

Основное вшгмание уделено разработке и исследованию двух- и трехфазных автогенераторов с улучшенной синхронизацией выходных напряжений с помощью специальных обмоток переключающих трансформаторов, которые наиболее надежны, экономичны и просты по схеме. В диссертации впервые предложены и исследованы основные схемы подобных многофазных автогенераторов, проведен анализ электромагнитных процессов в них и даны рекомендации по расчету и конструированию. Разработаны новые принципы построашя схем одно-, двух- и трехфазных автогенераторов с расширенными диапазонами регулирования частоты и амплитуды выходного напряжения с помощью дополнительных управляющих трансформаторов. В диссертации приведены и исследованы основные схемы этих автогенераторов, даны рекомендации по их расчету и проектированию.

Разработана принципиально новая схема управления воздуховсасываюшим агрегатом бытового электропылесоса, которая выполнена по автогенераторному принципу. Применение автогенераторной схемы позволило упростить схему привода воздуховсасываюшего агрегата, отказаться от ряда дополнительных устройств н обратных связей, сшшггь стоимость изделия. Все основные схемы автогенераторов, приведенные и исследованные в диссертации, запатентованы, что подтверждает их оригинальность и техническую новизну. Па основе их реализова-Еты практически все макетные и опытные образцы ЭМТС с АД.

В седьмой главе "Результаты практической разработки ЭМТС с АД малой и средней мощности" приведены основные сведения о конструировании, изготовлении и испытании более десятка макетных и опытных образцов ЭМТС с <\Д мощностью от 6 до 3200 Вт и частотой вращения от 3000 до 24000 об/мин. Подробно описаны научно-технические проблемы и задачи, решенные с помо-ныо разработанных ЭМТС, дана оценка технического уровня разработки.

Укрупнеино результаты практической разработки ЭМТС с АД можно разделить на три основные группы: для изделий специальной техники, в качестве привода общепромышленных устройств и для привода механизмов сложной бытовой электротехники. Рассмотрим подробнее основные технические характеристики разработанных ЭМТС с АД в каждой из названных групп.

Серия макетных образцов ЭМТС малой мощности, предназначенная для электропривода специальных видов техники и подключаемая к бортовой сети постоянного напряжения 27 В, была спроектирована, изготовлена и исследована в 1980-1987 годах в рамках выполнения комплексной программч САПР (приказ Минвуза РСФСР V 117 от 13. 04. 82 года). Разработаны и исследованы макетные . образцы ЭМТС мощностью 8, 40, 90, 180 и 500 Вт на частоты вращения от 3000 до 12000 оборотов в минуту. Все ЭМТС выполнены на конструктивной основе и магнитоприводе трехфазных асинхронных двигателей единой серии ДАТ с изменением лишь обмоточных данных статора. ПЧ имели вид отдельного или - встроенною в двигатель блока. ЭМТС мощностью 8 Вт предназначена для замены широко используемого в специальной и авиационной технике малонапорпого коллекторного электровентилятора ДВ-3, который по условиям применения уже в то время не соответствовал техническим нормам и требованиям. ЭМТС мощностью 40-550 Вт созданы для работы в высокоскоростном (12000 об/мии) нерегулируемом электроприводе постоянного тока. Сравнение основных тсхнико-экономнческих показателей ЭМТС с аналогичными данными лучших на момент разработки отечественных и зарубежных двигателей позволило сделать вывод об их высоком техническом уровне. Отмечено, что главными достоинствами созданной структуры ЭМТС следует считать высокие эксплуатационные характеристики, большой ресурс работы, простота конструкции, надежность в работе и относительно невысокая стоимость.

ЭМТС с АД для общего электропривода разработаны и исследованы по заказу ряда предприятий различных отраслей промышленности. По заданию Казанского НПО "Мединструмеит" проанализирована возможность перевода некоторых устройств механизированного медицинского инструмента для хирургии и стоматологии с пневмоприводом на высокоскоростной асинхронный электропривод с регулируемой частотой вращения. В результате приведения научной разработки было спроектировано два типа универсального привода ММИ для сверления и резания мощностью 30 и 90 Вт на номинальные частоты вращения, соответственно, 22000 и 8000 об/мии с диапазоном их изменения 1:4. Изготовлен макетный образец привода мощностью 90 Вт, результаты экспериментального исследования которого подтвердили точность методики проектирования ЭМТС и высокий технический уровень разработки.

Кроме того, был решён вопрос разработки схемы управления асинхронного привода бессмазочного компрессора с повышенным пусковым моментом для стоматологии и протезирования при условии подключения его к однофазной сети 220 В, 50 I ц. Медицинский компрессор был дополнен блоком управления с автогенераторной схемой управления и трехфазным выходом. По результатам

проведенных исследований были спроектированы, изготовлены и испытаны два макетных образца ЭМТС для управления компрессором, причем уровень пускового момента АД при переходе па трехфазную схему возрос более чем в 3 раза.

В 1988-1990 голах проблемой разработки электропривода передвижных поливальных установок (ППУ) занимался Ленинградский ЦНИИ "Судовой электротехники". Одним in перспективных направлений работы было признано создание электропривода на основе ЭМТС с ЗПТ. В этом случае питание непосредственно электропривода Г1ПУ осуществлялось бы по постоянному току, примем силовым кабелем достаточно было поднести положительный потенциал, а в качестве отрицательного провода использовать землю. Значительная экономия материала силового кабеля окупала в этом случае усложнение схемы электропривода, что давало возможность для применения ряда перспективных схем ЭМТС (на основе систем ПЧ-АД и воггильных электродвигателей). 1 lo заказу ЦНИИ СЭТ в 1989 году был спроектирован и изготовлен макетный образец ЭМТС с АД для привода ППУ номинальной мощностью 1,1 кВт и частотой вращения 3000 об/мин., который прошел экспериментальные исследования в лабораториях ЦНИИ СЭТ (суммарный КПД ЭМТС - 65%, суммарный коэффициент мощности 0,75 o.e. и диапазон регулирования частоты вращения 1:4).

До 1990 года стригальные аппараты индивидуального и группового пользования производились на заводе "Актюбннскссльмаш" небольшой партией, что уже в то время не удовлетворяло возрастающим потребностям сельского хозяйства страны. Индивидуальный стригальный аппарат (ИОЛ) имел ограниченный объем выпуска по ряду причин. Так блок управлешш ИСА обладал относительно высокой стоимостью и проявил себя недостаточно надежным в работе. Это во многом определялось выбором его схемы управления, которая была выполнена на элементах дискретной логики. Так при снижении напряжения питающей сети усилие резания рабочего мбханизма резко уменьшалось, а колебание параметров сети отрицатель-, но влияло на надежность работы системы управления транзисторами ПЧ.

По названным причинам была поставлена задача разработки блока питания ИСА с аналоговым управлением, который обеспечивал бы неизменный момент резания рабочего инструмента агрегата при изменении параметров питающего напряжения в широких пределах. Было спроектировано, изготовлено и испытано несколько вариантов исполнения блоков управления ИСА с автогенераторным управлением. В результате исследования выбрана схема трехфазного автогенератора с четырехстержневым выходным трансформатором, которая обеспечивала КПД блока управления 83% при коэффициенте мощности 0,76 o.e. Макетный образец блока управления успешно прошел испытания в подсобном хозяйстве завода "Актюбннскссльмаш" во время сезонной .стрижки овец.

На Казанском заводе Точного Машиностроения им. С. М. Калинина в 19961998 гг. разработан ряд эффективных автономных компрессорных установок на основе спиральных холодильных агрегатов, имеющих частоту вращения выше 3000 об/мин. Применение редукториых асинхронных приводов не решало вопросов о полной герметичности компрессорной установки. В евчзи с этим возникла задача

разработки высокоскоростного электропривода мощностью 3,2 кВт и частотой вращения 3$00 обУмин для автономной холодильной машины 1АР4-2-ЗУ2. Элек-зродвнгатель привода должен был быть сконструирован на магнитоироводе серийного АД'с высотой оси не более 100 мм, так как с целью повышения герметичности установки он должен находиться с компрессором в одном корпусе.

В ходе проведения работы был сконструирован и испытан макетный образец ЭМТС с АД и автогенераторным управлением на конструктивной основе и магнитоироводе серийной машины 4А80В4УЗ с изменением обмоточных данных статора. ЭМТС подключалась к однофазной промышленной сети 220 В, 50 Гц и имела классическую структуру, нокашшую на рис.1. Макетный образец ЭМТС испытан в составе холодильной машины и показал следующие характеристики: номинальная мощность 3200 Вт при частоте вращения 3764 об/мин, частота генерации ПЧ - 133 Гц, КПД автогенераторного. 1Ш;—94%, КПД АД - 85%, КПД всей ЭМТС в целом - 80%, коэффициент мощности привода - 0,75 o.e. В настоящее . время макетный образец ЭМТС проходил испытания на надежность.

Самую многочисленную группу составляют разработки ЭМТС с АД для привода устройств сложной бытовой.электротехники. Именно в этой области наиболее полно проявились достоинства асинхронных ЭМТС с автогенераторным управлением (простота схемы и:конструкции; возможность быстрого серийного освоения, надежность и, что самое;важное, хорошая конкурентная способность на рынке битовых электроприводов; и т. д.). Основная часть работ была выполнена по заказу научно-технического-отдела Мннэлектротехпрнбора и позднее его приемника -HTA "Прогрессэлектро" г. Москва коллективом из нескольких; научных и проектных организаций:.Научно-исследовательская часть всей разработки была поручена; КП'У (КХТИ) г. Казань. На различных стадиях НИОКР к работе привлекались такие предприятия электротехнической отрасли как BI1ИИ "Электромашиностроения" г. Владимир, НИПОТИ 'Электромашиностроения" и НПО "Киргизэлеетро-машГг. Бишкек, МЭИ, ВЭИ г. Москва, АНГЮ "Электромашина " г. Прокопьевск, НПО "Оснастка", г. Ноиошхныпск, завод "Элеюродвигатель", п. Красногорский Республики Марий Эл, НПО ВС г. Казань и другие.

В ходе проведения НИОКР был разработан ряд ЭМТС с высокоскоростными АД для привода различных ТИП, в основу которых положены схемы, методики исследования и проектирования диссертации. Наибольшее завершение получила НИОКР привода воздуховсасывающего агрегата (ВА) бытового пылесоса, выполненного в виде автогеператорной ЭМТС с трехфазным высокоскоростным АД. Электропривод подключался к однофазной бытовой сети 220 В, 50 Гц через управляемый выпрямитель, что позволяло регулировать производительность ВА. Трехфазный АД был реализован па конструктивной основе и магнитной системе серийной машины 4АИР- 56-2 с уменьшением длины магнитопровода до 22 мм и с изменением параметров статорпой обмотки. Для управления приводом ВА Всероссийский электротехнический институт (ВЭИ) г. Москва разработал и изготовил партию специальных силовых полупроводниковых приборов, обладающих специфичными ДЛЯ устройств бытовой техники характеристиками. Предприятиями НПО

ВТ г. Казань и НИПОТИ "Электромашиностроение" г. Бишкек были сконструировав! и изготовлены 15 опытных образцов ВА с блоками управления, которые прошли полную программу испытаний па надежность в лаборатории НИПОТИ. Опытные образцы ВА с блоками управления были установлены на серийные пылесосы "Буран - 9М", выпускаемые АНПО "Электромашина" г. Прокопьевск, и обладали следующими основными характеристиками:, .источник питания - однофазная бытовая сеть 220 В, 50 Гц; номинальная мошишеть ¡привода — 1100 Вт; номинальная частота вращения - 24000 .об/мин; мгагашотния'-частота вращения в режиме х.х - 32000 об/мин; КПД блока^гфлвлсшга—9Е%;1Ш1ТЭД электродвигателя - 73 %; Суммарный КПД привода -'67 %; диапазонгрегузнфования часюгы враще-!шя- 1:1.5.

При разработке бытовых электроприводов на основе О МТС необходимо уже на стадии проектирования учесть особенности в схеме и конструкции данных устройств, определяемые условиями их применения. С этой целью в 1989-1990 годах точгаказу КБ "Электроприбор" г. Саратов была разработана инженерная методика троектировання высокоскоростной ЭМТС с АД с плавным регулированием тастоты вращения для работы в устройствах бытовой электротехники. На основе тнженерной методики были спроектированы, изготовлены и испытаны два макетных образца ЭМТС с АД мощностью 60 Вт на частоту вращения 8000 об/мин при тиапазоне регулирования 1:4. Результаты исследовании подтвердили необходимость корректировки известных методик ттроеетировапия АД и. разработки новых методик расчета остальных звеньев ЭМТС.

В 1992-1994 годах по заказу завода "Автоприбор" г. Октябрьский была про-(едена разработка регулируемого асинхронного электропривода мощностью 750 Вт I частотой вращения 2000-6000 об/шпт. Силовая часть привода выполнена на конструктивной основе и магаитопроводе изготавливаемого на заводе серийного [вигатсля КД-180. Это позволяло расширить область применения двигателей серии СД, а их характеристики усовершенствовать, выпалпив их в трехфазном варианте. Титание от трехфазного блока управления с повышенной тастотой выходного па-гряжения увеличило мощность двигателя со 180 до 750 Вт и дало возможность регулирования его частоты вращения. Были спроектированы, изготовлены и исны-аны 10 макетных образцов ЭМТС, одигг из ггах прошел комплексное испытание в 1сследовательской лаборатории завода "Автоприбор'!.

Одним из основных производителей высокоскоростных АД серии ДАТ яв-ялся завод "Электродвигатель" расположенный в п. Красногорский Республики Ларий Эл. В связи с резким снижением заказов на основную продукцию КГТУ бы-о поручено рассмотреть вопрос о возможности использования двигателей серии 1АТ для привода устройств бытовой и общей техники. В качестве базовой машины дя оценки перспективы перепрофилирования производства был выбран трехфаз-ый двигатель ДАТ-1000-8, имеющий мощность 1000 Вт* при частоте вращения 000 об/мин и напряжении питшшя 220 В, 400 Гц. В процессе разработки иоми-альная мощность АД была снижена до 750 Вт по условиям допустимости его агрузки в изделиях общей техники. Были рассчитаны, изготовлены и испытаны

три макетных образца ЭМТС с АД, в результате чего был подтвержден высокий технический уровень разработки и сделан вывод о целесообразности перепрофилирования производства двигателей серии ДАТ для применения в обшей и бытовой технике.

Альмегьенский завод потружных насосов (АЗПН) выпускает ряд тинономи-' налов трехфазных асинхронных электродвигателей единой серии ПЭД, которые предназначены для привода глубинных погружных электронасосов в нефтедобывающей промышленности. Двигатели имеют, соответственно назначению, малый диаметр при относительно высокой длине. Особенности конструкции двигателей серии ПЭД позволяют реализовать на основе отходов и отбраковки их магнито-. проводов ряд шпоном иная ов АД малой и средней мощности со стандартным соотношением диаметра и длины пакета статора. Так КП'У была разработана ЭМТС мощностью 750 Вт и частотой вращения 6000 об/мин, которая предназначалась для работы в качестве привода деревообрабатывающих станков. . Сконструирован!,1, изготовлены и испытаны дна макетных образца привода, которые прошли всесторонние экспериментальные исследования. Изготовление АД частично из отходов основного производства, возможность выпуска всей ЭМТС в целом на одном предприятии, я также технические и экономические достоинства высокоскоростного регулируемое привода гарантируют перспективы внедрения разработки па АЗИИ.

В соответствии с общей ситуацией в промышленности СНГ, перед НПО "Кирпггастромаш" г. Бишкек в 1992-1994 годах встали серьезные проблемы по поставке необходимого электротехнического сырья (меди и стали) для основного производства. В связи с этим руководство завода приступило к решению задачи по внедрению ресурсосберегающих технологий и изделий, позволяющих сохранить общий объем выпуска электродвигателей в условиях недостаточной сырьевой базы. Одним из перспективных направлений здесь была признана разработка и внедрение в производство высокоскоростных ЭМТС с АД. По заказу НПО "КиргнзэлетроманГ была разработана регушгруемая ЭМТС мощностью 750 Вт, предназначенная для привода деревообрабатывающего станка. В работе приняло участие ИИПОТИ "Электромашиностроения", г. Бишкек, которое провело ОКР названною изделия. АД был выполнен на конструктивной основе и магнитопроио-де серийного асинхронного двигателя 4АМ80 _ с уменьшением длины магштгопроводов статора и ротора и соответствующим изменением обмоточных данных статора. Совместно с ПИПОТИ "Электромашиностроения" были спроектированы, изготовлены.и испытаны на соответствие требованиям ТЗ и на надежность 10 опытных образцов ЭМТС.

Не смотря на то, что каждая из четырех разработок ЭМТС 750 Вт была реализована на конструктивной основе различных АД и имела свою частоту генерации ПЧ, все системы обладали близкими массотабаритными, регулировочными и энергетическими характеристиками, благодаря единству подхода к их расчету и проекпфованию. Так габариты и масса электродвигателей и блоков управления у всех четырех ЭМТС 750 Вт были примерно одинаковыми, диапазон регулирования

частоты вращения составлял 1:4, КПД и коэффициент мощности всей системы равнялись, соответственно, 70-75% и 0.7-0.8 o.e.

Подвода итог результатам практической разработки ЭМТС с ЛД различных типономиналов, в которых использованы результаты диссертации автора, следует отметить широкую область их применения, высокие технический уровень и конкурентную способность на рынке систем управления и электроприводов.

В заключении подведены итоги проделанной работы и сформулированы основные результаты.

В прило ж с н и и собраны материалы, подтверждающие результаты практической разработки ЭМТС с АД (утвержденные программы работ, протоколы совещаний, акты испытаний, типовые технические задания, акты и справки но внедрению результатов диссертации).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

R работе решена проблема теоретического обобщения и развития концепций и методологии анализа электромехаиотронных систем с асинхронными двигателями и автогенераторным управлением с рациональными энергетическими, массогабаритными и стоимостными показателями, имеющая важное народнохозяйственное значение. Решены следующие научные проблемы:

1. Дана общая концепция построения ЭМТС с АД и, автогенераторным управлением с использованием всей доступной информации о ее параметрах, позволяющая строить экономичные системы с высокими энергетическими, массогабаритными показателями для различных электротехнических систем и, в первую очередь, бытового электропривода. .

2. Предложены и исследованы нелинейные и линеаризованные математические модели ЭМТС с АД во временной области и в пространстве обобщенных функций, допускающие синтез и анализ системы.

3. Разработана математическая модель ЭМТС. с АД во временной области и естественной системе координат с использованием понятий переключающих функций коммутаторов для целей численного и аналитического определения дифференциальных и интегральных характеристик процесса электромеханического преобразования энергии, которая максимально адекватна физике электромагнитных процессов в системе.

4. Разработан новый подход к имитационному моделированию электромагнитных процессов в ЭМТС с АД, в результате .чего создан ряд имитационных моделей электротехнических систем с полупроводниковыми коммутаторами различной структуры, сформулированы основные принципы задштя параметров, законов изменения и взаимосвязей пассивных, активных и управляющих компонент моделей, даны методики эффективного построения и исследования имитационных моделей, которые позволяют провести их анализ с минимальными допущениями.

N

/

Ш 5. Проведен анализ влияния предвключеиных цепей на основные диффереи-

Ш циальные и интегральные характеристики АД; работающего в составе ЭМТС, в " результате которого определены основные требования н ограничения по выбору параметров этих цепей, позволяющие эффективно решать проблемы рационального конструирования ЭМТС.

6. Разработана и исследована математическая модель ЭМТС с АД в виде системы ПЧ-АД с учетом пульсации напряжения в ЗПТ, с использованием теории обобщенных функций и понятий о переключающих функциях вентилей, на основании которой получены точные аналитические выражения мгновенных Электромагнитных характеристик, и на их основе разработана легко реализуемая . методика исследования процесса электромеханического преобразования энергии в системе.

7.11а оснояе метода гармонического баланса и теории модулированных колебаний исследовано влияние пульсаций в ЗПТ на механические и энергетические -характеристики ЭМТС, определены требования к параметрам ЗПТ и составлена методика определения напряжения на ЗПТ на стадии начального проектирования, которые позволяют значите;.....о сократит» процесс рационального конструирования системы. '

8. Исследованы возможности и перспективы применения автогенераторных ЭМТС с АД в бытовой электротехнике; проанализированы основные схемы авто-1'снсраторов с магнитными связями и электромагнитные процессы в них, разработаны новые принципы синхронизации фаз выходного напряжения многофазных автогенераторов н расширения диапазона регулирования их выходных характеристик, что позволило создать простые экономичные и надежные для широкого класса электротехнических систем и. в первую очереди, бытового электропривода.

Получены новые практические результаты:

1. Разработан новый класс систем управления для различных ЭТС и К на основе автогенераторов с магнитными связями, обладающий улучшенной синхронизацией выходных напряжений и расширенным диапазоном регулирования выходных параметров, причем схемы автогенераторов просты, надежны и экономичны и работе, составлены алгоритмы расчета и проектирования автогенераторов, реализованные в виде программ САПР.

2. Разработаны методики исследования и программы расчета процесса электромеханического преобразования энергии в ЭМТС с АД на основе аналитических и численных методов высокого уровня, которые позволяют точно определить широкий класс мгновенных и интегральных характеристик.

3. Исследовано влияние предвключенных цепей ЭМТС на электромагнитные и механическую характеристики АД, в результате чего выработаны практические рекомендации но синтезу ЭМТС с АД с рациональными энергетическими, массога-бьрыггнымн и стоимостными показателями.

4. Разработан комплексный подход к проектированию и расчету характерн-• стик ЭМТС с АД как единой ЭТС и К, позволяющий создавать эффективные

алгоритмы п мстолики проектирования отдельных звеньев и всей ЭМТС в целом па основе современных аналитических и численных методов.

5. Главным практическим итогом работы следует считать создание целого класса ЭТС и К па основе автогенераторных ЭМТС с высокоскоростными АД для устройств автоматики, специальной, общей и бытовой техники. Разработано и внедрено в промышленность более 10 различных макетных и опытных образцов ЭМТС с АД мощностью от 8 до 3200 Вт и частотой вращения от 3000 до 24000 об/мин, а также инженерные методики, программы расчета и конструирования системы. Rce разработанные ЭМТС с АД объединяет высокие энергетические показатели, надежность, простота конструкции, малый вес и габариты, относительно невысокая стоимость.

Содержание диссертации изложено в следующих работах.

Статьи, тезисы докладов:

1. Мнляшов Н.Ф., Кропачеа Г.Ф., Калашников М.А. Способ улучшения пусковых характеристик однофазного асинхронного дпигатсля //Сб. ЭЛЛ,- Казань: КАИ, 1983.-С. 15-20.

2. Миляшои Н.Ф., Кроначеа Г.Ф. Электромеханическое преобразование энергии в машинно-вентильной системе //Тез. докл. Республ. науч.-техн. конф. по коммутации электрических машин - Харьков: ХПИ, 1984 - С. 37-38.

3. Миляшои П.Ф., Кропачсз Г.Ф. Моделирование процессоз в преобразователях постоянного тока с применением аппарата теории обобщенных функций // Сб. ЭЛЛ. — Казань*. КЛИ, 19X5. - С. 50-57.

4. Макашев И.Ф., Тарасов В.Н. Псрспекпгоы разработки и исследования сисгеи ЙЧ-АД налой мощности //Гез. доха, йсесоюз. науч.-техн. конф. "Эдепромзщзшше и шшинно-вентгпьные источники импульсной мощности". - -Томск:ТЛИ, 1986. -С. 41.

5. Мнляшов М.Ф., Кроиачеп Г.Ф. Применение теории обобщенных функций при исследовании процессов в машинно-пентльных системах //Тез. докл. Всесо-юз. науч.-техн. конф. "Злсктромдшиннме и машинно-вентилмше источники импульсной мощное iи",-Томск: ТЛИ, 1986.—С. 40.

6. Валнудяин P.P., Мнляшов Н.Ф., Тарасов В.Н. Анализ электромагнитных процессов в машинно-вентильной системе // Сб. Системы и элементы электрообо--рудования летательных аппаратов. - Казань: КАИ. 1987. -С. 82-35.

7. Гроссман М.И., Мнляшов Н.Ф. Приближенные методы оценки надежности вентильного электродвигателя из этапе разработки И Сб. Технология авиационного агрегата и приборостроения. -М.: 1990. №3. -С. 66-68.

8. Мнляшов Н.Ф., Шишков В.К. Интеллектуальный интерфейс ИНИ-11РИС в проектировании и управлении сложными техническими системами // Тез. докл.. Per. науч.-техн. конф. "Управляемые электромеханические системы - Киров:' 1990. -С. 41-42.

9. Зшшср Л.Я., Миляшов Н.Ф., Гроссман М.И. Система ПЧ-ЛД с автогепера-ториой системой управления // Тез. докл. Per. науч.-техн. копф. "Управляемые электромеханические системы ". - Киров: 1990. -С. 6-7.

10. Миляшов Н.Ф., Шишков В.К. Диалоговая универсально-расчетная система в САПР электромагнитных устройств // Сб. Электрические системы летательных аппаратов.- Казань: КАИ, 1991.-С. 100-103.

11.'Зшшср Л.Я., Миляшов Н.Ф. Математическая модель вентильных двигателей постоянного и переменного тока // Сб. Электрические машины специального назначения. - Куйбышев: КПИ, 1991. -С. 55-58.

12. Зиннер Л.Я., Миляшов Н.Ф. Исследование динамики электромагнитных процессов в статических преобразователях частоты // Сб. Электрические машины специального назначения. - Куйбышев: КПИ, 1991. -С. 58-70.

13. Зиннер Л.Я., Миляшов Н.Ф., Шишков В.К. Экспертная система моделирования динамики электромагнитных процессов в электрических машинах // Тез.

.дйкл. Межвуз. науч.-техн. копф. "Динамика нелинейных дискретных Электрических и электронных систем",- Чебоксары; ЧГУ, 1995. -С. 106-107.

14. Миляшов Н,Ф., Зиннер Л.'А. Моделирование электромеханических процессов в электроприводах на-базе ..нтеллектуалыюго программного пакета /Тез. докл. Междупар. науч.-техн. конф. " Актуальные проблемы математического моделирования и автоматизированного проектирования в машиностроении ".Казань: Ю ТУ, 1995.-С. 25-27.

15. Миляшов И.Ф., Шишков В.К. Исследование переходных процессов на основе имигационного моделирования в курсе теоретических основ электротехники // Тез. докл. 3-й межвуз. науч.-метод, конф. "Компьютеризация учебного процесса по электротехническим дисциплинам".-Астрахань: 1995. -С. 165.

16. Зшшср Л.Я., Миляшов Н.Ф., Шишков 13.К. Использование современной компьютерной технологии в курсе "Автоматизированный электропривод"// Тез. Докл. 3-й у.ежвуз. науч.-метод, конф. "Компьютеризация учебного процесса по электротехническим дисциплинам",- Астрахань: 1995. -С. 104.

17. Миляшов Н.Ф., Шишков В.К. Подход к анализу переходных процессов в электромеханических системах / Тез: докл. науч.-техн. копф. с междупар. участием "Проблемы промышленных электромеханических систем и перспективы их развития",- Ульяновск: УГГУ. 1976. Ч. 1. -С. 17-19.

18. Миляшов Н.Ф., Тарасов В.Н. Применение теории обобщенных функций' при моделировании процессов в машинно-вентильных системах// Мат. докл. Рсс-иубл. науч. конф. "Проблемы энергетики".- Казань: КФМЭИ, 1996. -С. 49-50.

19. Миляшов Н.Ф., Желонкин A.B. Метод учета высших пространственных гармоник в электрических машинах // Мат. докл. Рсспубл. науч. конф. "Проблемы энергетики".- Казань: КФМЭИ, 1997. Ч. 2. -С. 11-12.

20. Миляшов Ц.Ф., Тарасов В.Н. Управляемый асинхронных электропривод погружного насоса // Мат. докл. Республ. науч. конф. "Проблемы энергетики".-Казань: КФМЭИ, 1997. 4.2.-С. 14-15.

21. Миляшов Н.Ф., Катков С.Н. Преобразователь частоты для двухфазного асинхронного двигателя // Мат. докл. Респуб. науч. конф. "Проблемы энергетики".- Казань: КФМЭИ, 1997. Ч. 2. -С. 20-21.

22. Миляшов Н.Ф., Шишков В.К. Исследование переходных процессов на основе имитационного моделирования в курсе ТОЭ // Тез. докл. 2 -й межвуз. науч,-мстод. конф. КГТУ. - Казань: КГТУ, 1997. -С. 191.

23. Миляшов Н.Ф. Динамика электромагнитных процессов в ЭМТС с АД // Мат. докл. Ресиубл. науч. конф. "Проблемы энергетики".- Казань: КФМЭИ, 1998. Ч. 2. -С. 18-19.

24. Миляшов Н.Ф., Ганнутдинов М.Р., Желонкин A.B. Высокоскоростной асинхронный привод холодильного компрессора мощностью 3,2 кВт // Мат. докл. Респуб. науч. конф. "Проблемы энергетики",- Казань: КФМЭИ, 1998. 4.2. -С.19-20.

25. Миляшов Н.Ф., Желонкин А.В: Метод учета реальной картины ноля в асинхронной машине // Мат. докл. Республ. науч. конф. "Проблемы энергетики".-Казань: КФМЭИ, 1998. Ч. 2. -С. 20-21.

26. Миляшов Н.Ф., Гайиутдшюв М.Р., Желонки» A.B. Математическая модель ЭМТС и методика ее исследования на ЭВМ // Маг. докл. Республ. науч. конф. "Проблемы энергетики". - Казань: КФМЭИ, 1998. Ч. 2. -С. 21-22.

27. Миляшов Н.Ф., Шаряпов A.M. Влияние пульсаций напряжения на входе АД, работающего в составе ЭМТС // Мат. докл. Республ. науч. конф. "Проблемы Энергетики",- Казань: КФМЭИ, 1998. Ч. 2. -С. 22-23.

28. Миляшов Н.Ф., Кузнецов Д.Н., Шаряпов A.M. Математическая модель ЭМТС с АД с учетом нелинейности ее параметров // Мат. докл. Республ. науч. конф. "Проблемы энергетики",- Казань: КФМЭИ, 1998. Ч. 2. -С. 24-25.

29. Миляшов Н.Ф., Шишков В.К. Пакет программ по имитационному моделированию электромагнитных процессов в машинно-вентильных системах // Мат. докл. Республ. науч. конф. "Проблемы энергетики".- Казань: КФМЭИ, 1998. Ч. 2. -. С. 23-24.

30. Миляшов Н.Ф., Гайиутдшюв Р.Я., Тарасов В.Н. Результаты разработки высокоскоростных ЭМТС с АД для бытовой и общей техники // Мат. докл. Республ. науч. конф. "Проблемы энергетики". - Казань: КФМЭИ, 1998, Ч. 2. -С. 25-26.

31. Миляшов Н.Ф., Гайпутдинов М.Р. К вопросу интеллектгоации процесса моделирования электрических цепей с вентилями // Электроэнергетика: межвуз. темат. сб. науч: тр. Казань: КФМЭИ, 1998. С. 123-126.

32. Миляшоз Н.Ф., Тарасов В.Н. Применение обобщеных функций при моделировании процессов в машинно-вентильных .системах // Электроэнергетика: межвуз. те.мат. сб. науч. тр. Казань: КФМЭИ, 1998. -С. 134-138.

33. Миляшов Н.Ф., Тарасова H.A., Катков С.Н. Элсктромапштныс переходные процессы в двухфазной схеме Г1Ч-АД // Электроэнергетика: межвуз. темат. сб. науч. тр. Казань: КФМЭИ, 1998. -С. 139-142. •

34. Миляшов Н.Ф., Катков С.Н. Преобразователь частоты для двухфазного асинхронного привода//Тез. докл. на 10-м науч.-техн. сем. "Внутрнкамерные процессы в энергетических установках". - Казань: КВАКИУ, 1998. -С. 152.

35. Миляшов Н.Ф., Желонкин A.B. Подход к расчету характеристик асин-хроипого двигателя с учетом высших гармоник поля /Лез. докл. на 10-м науч,-техн. сем. "Внутрикамерные процессы в эпергегичееких установках",- Казань: КВАКНУ, 1998. -С. 153.

36. Миляшов Н.Ф., Шишков В.К., Ганнутдшюв М.Р. Имитационное моделирование электромеханотронных систем с асинхронными двигателями // Тез. докл. на 10-м иа\'ч.-техн. сем. "Внутрикамерные процессы в эпергегичееких установках". - Казань: КВАКНУ, 1998. -С. 154.

37. Шишков В.К., Миляшов Н.Ф., Гайнутдинов М.Р., Желонкин A.B. Имитационное моделирование элекзроме.чаио тронных систем: Вестник Казанского технологического университета, Ка 2. Казань, КГГУ. 1998. -С. 133-138.

38. Миляшов Н.Ф., Шаряпов A.M. Моделирование электромагнитных процессов в системе ПЧ-АД на основе теории обобщенных функции//' Сборник тез., докл., и сообщ. 16 военно-техп. копф. "Вопросы совершенствования боевого при-

• менения и разработок артиллерийского иооруження и военной техники". - Казань: КФВАУ. 1999. -С. 102.

39. Миляшов 11.Ф., Гайнутлннов М.Р. Система имитационного моделирования динамических процессов в э.^ктроме.чаиотронных схемах// Сборник тез., докл., и сообщ 16 военно-техн. копф. "Вопросы совершенствования боевого применения и разработок артиллерийского вооружения и военной техники". - Казань : КФВАУ. ¡999. -C.1Ü5.

40. Миляшов Н.Ф., Айдаров И.С., Иващеико Н.В., Масаутов М.А. Перспективы и роулмгны применения мощных асинхронных приводов на IGBT-•гранзнсторах// Сборник тез., докл., и сообщ. 16 военно-техн. конф. "Вопросы совершенствования боевого применения и разработок артиллерийского вооружения и военной техники". - Казань : КФВАУ. 1999. -С. 108.

41. Миляшов Н.Ф., Желонкин A.B. Определение закона распределения фазных обмоток электрических машин переменного токаИ Сборник тез., докл., и еообш. 16 военно-техн. конф. "Вопросы совершенствования боевого применения и разработок артиллерийского вооружения и военной техники". - Казань : КФВАУ. 1999, С. 109.

42. Шаряпов A.M., Миляшов Н.Ф. Механические характеристики ЭМТС с АД при высоких пульсациях в звене постоянного тока// Сборник тез., докл., и сообщ. 16 военно-техн. конф. "Вопросы совершенствования боевого применения и разработок артиллерийского вооружения и военной техники". - Казань : КФВАУ 1999.-С. п i:

43. Миляшов Н.Ф. Автогенератор! 1ая электромехаиотроиная система с высокоскоростным двигателем// Сборник тез., докл., и сообщ. 16 военно-техн. конф. "Вопросы совершенствования боевого применения и разработок артиллерийского вооружения и военной техники". - Казань : КФВАУ. 1999. -С. 1113.

44. Миляшов Н.Ф., Иващеико Н.В., Масаутов М.А. Автогенераторная электромехаиотроиная система с высокоскоростными асинхронными двигателями Н

Сборник докл. межд. иауч.-пр'акт. копф. "Технология, инновация, качество 99". -Казань: КГТУ. 1999.-С. 198-201.

45. Миляшов Н.Ф., Иващеико Н.В., Масаутоп МЛ. Влияние цепей питания и управления па электромагнитные процессы в асинхронных двигателях системы собственных нужд ТЭСМ Сборник докл. межд. науч.-практ. коиф. "Технология, инновация, качество 99". - Казань : КГТУ. 1999. -С. 242.

46. Миляшоа Н.Ф., Ивашенко Н.В., Масаутоп МЛ. Математическое моделирование динамики электромеханических процессов а асинхронных двигателях системы собствеши,ix нужд// Сборник докл. межд. науч.-практ. копф. "Технология, инновация, качест во 99". - Казань : КГТУ. 1999. -С. 285.

47. Мнляшов П.Ф. Электромеханотронная система с высокоскоростным асинхронным двигателем // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 1999, № 7-8. - С. 8289.

48. Миляшоа П.Ф. Асинхронный электропривод с автогенераторпым управлением для бытовой техники //' Изв. вузов. Проблемы энергетики, 1999, K« 9-10. -С. 60-69.

49. Мнляшов П.Ф. .Асинхронная электромеханотронная система с автогенераторным управлением II Изв. вузов. Проблемы энергетики, 1999, Nü 9-10. -С. 107111.

Изобретения:

1. A.c. 1053241 СССР, МКИ3 Н 02 М 7/537. Трехфазный самовозбуждмо-;цийся инвертор/ Л.Я. Зиииер, ! 1.Ф. Миляиюн и др.// ДСП. 1983.

2. A.c. 1127060 СССР, МКИ3 Н 02 М 7/537. Преобразователь постоянного спряжения /Л.Я. Зинпер, П.Ф. Миляшов, В.П. Тарасов и др. // БИ. 1984. № 44.

3. A.c. 1212286 СССР МКИ3 II 02 М 7/537. Трехфазный самовозбуждающий-. :я инвертор / Л.Я. Зиннер, Н.Ф. Миляшов и др. // ДСП, 1984.

4. A.c. 1506502 СССР МКИ4 Н 02 М 7/538. Трехфазный самовозбуждшо-иийся инвертор / Л.Я. Зиииер, Н.Ф. Миляшов, Г.Ф. Кропачев, В.Н. Тарасов // БИ. 989. №33.

5. A.c. 1575899 СССР. МКИ5 Н 02 М 7/538. Трехфазный самовозбуждшо-тийся инвертор / Л.Я. Зиннер, Г.Ф. Кропачев, Н.Ф. Миляшов и др.// ДСП. 1990г.

6. Патент 20S8037 РФ. МПК6 Н 02 М 7/5383. Преобразователь ностояниого апряжения /Л.Я. Зиннер, Н.Ф. Миляшов и др.// БИ. 1997. Ns 23.

7. Патент 2118892 РФ, МП К6 А 471. 9/28, П 05 В 15/02. Система управления ылесосом / Р.Я. Гайну тдинов, Н.Ф. Миляшов и др.// Б.И. i 998, jVü 26.

Автор выражает глубокую благодарность профессору Зиннеру Л.Я. за поста-эвку проблемы и постоянное внимание к работе. Автор признателен коллегам по тучной работе доцентам Кропачеву Г.Ф., Шишкову В.К., ГаГшутдшюву Р.Я., Та-¡сову В.Н., Цаспгеру И.Г. и Дорохипу В.В. за noMoiív п работе и участие в »суждении ее результатов.

Издательство Казанского государственного технологического университета Офсетная лаборатория Казанского государственного технологического

Университета Тираж {00 экз. Заказ ¿10

Введение. "

1. Постановка задачи исследования.

1.1. Анализ современного этапа развития теории электромеханотронных систем.

1.2. Анализ состояния практической разработки ЭМТС с АД малой и средней мощности.

1.3. Постановка задачи теоретического исследования.

1.4. Проблемы, решенные при практической разработке ЭМТС с АД малой и средней мощности.

1.5. Обоснование выбора структуры силовой части. Классификация и оценка приводов для бытовой техники.

2. Математическая модель ЭМТС с АД.

2.1. Особенности математической модели. Блок-схема ЭМТС.

2.2. Вопросы моделирования полупроводниковых элементов в силовых цепях ЭМТС.

2.3. Математическая модель и схема замещения источника энергии.

2.4. Математическая модель и схема замещения управляемого выпрямителя.

2.5. Математическая модель и схема замещения звена фильтра. .„„„.,

2.6. Математическая модель и схема замещения преобразователя частоты

2.7. Математическая модель и схема замещения асинхронного двигателя.

2.8. Математическая модель и схема замещения ЭМТС в целом.

2.9. Уравнение электромагнитного момента. Мгновенные и интегральные характеристики ЭМТС.

2.10. Выводы и оценка математической модели ЭМТС.

3. Имитационное моделирование переходных процессов в ЭМТС с АД на ЭВМ.

3.1. Выбор стратегии, метода и средств численного моделирования.

3.2. Структура и принцип работы СИМ переходных процессов электрических целей с вентилями.„,,.,.,.

3.3 Алгоритм формирования имитационной модели электрической цепи с вентилями на ЭВМ.

3.4. Интерфейс общения между пользователем и ЭВМ. Методика ввода данных. i i V

3.5. Имитационное моделирование переходных процессов в схемах выпрямителей, работающих на статическую R,L - нагрузку.

3.6. Имитационное моделирование переходных процессов в вентильных электрических цепях со статическими ПЧ.

3.61. Имитационное моделирование переходных процессов в схемах ПЧ со 180° законом управления силовых вентилей.

3.62. Имитационное моделирование переходных процессов в схеме ПЧ со 120° законом управления силовых вентилей.

3.63. Имитационное моделирование переходных процессов в ЭМТС с трехфазными АД.

3.7. Имитационное моделирование интегральных характеристик ЭМТС с АД.

3.8. Исследование динамики электромеханических процессов методом прямого программирования.

3.9. Выводы и оценка результатов моделирования.,.,,.,.„,,,.„„„„„„„„„„„160 4. Аналитическое исследование электромагнитных процессов в ЭМТС с АД малой и средней мощности.,„„„„„„,„„„.„„„,.„„,„„„„„„.„„,,.„.„„,„.,„„„„

4.1. Выбор метода аналитического исследования.

4.2. Математическая модель системы ПЧ-АД в обобщенных функциях, ,,

4.3. Решение уравнений электрического равновесия системы ПЧ-АД.

4.4. Исследование электромагнитных процессов в звене эквивалентного источника энергии ЭМТС.

4.5. Расчет интегральных характеристик ЭМТС с использованием аналитических выражений токов АД в осях +,-,0 и £Ь,0 .„.,.

4.6. Выводы и оценка методики аналитического исследования.

5. Процессы в ЭМТС с высокоскоростными АД при значительных пульсациях в звене постоянного тока.

5.1. Причины появления низших временных гармоник поля в воздушном зазоре АД. Постановка задачи исследования.

5.2. Анализ влияния полей разностной и суммарной частот на характеристики АД при различных частотах генерации.

5.21. Механические характеристики АД при частоте генерации ПЧ более 200 Гц.

5.22. Механические характеристики АД при частотах генерации ПЧ от 100 до 200 Гц.

5.23. Механические характеристики АД при частотах генерации ПЧ

100 Гц и ниже.

Э .¿г*. иывидм.

5.3. Методика определения параметров модулированного напряжения на этапе проектирования АД.

5.4. Инженерная методика проектирования АД с учетом низших временных гармоник напряжения.

5.5. Численное и экспериментальное исследование интегральных характеристик высокоскоростных АД при значительной модуляции фазных напряжений .„„„„,„„.„,„.,„„„„„„„„„„„,

5.51. Численное и экспериментальное исследование интегральных характеристик АД при частоте генерации 300 и 400 Гц,.-,,,,,,,„,„„„„„„„„„„„„„„

5.52. Численное и экспериментальное исследование интегральных характеристик АД при частоте генерации 100 и 200 Гц.

5.6. Анализ влияния модуляции фазных напряжений АД на его интегральные характеристики.,.

5.7. Сравнение расчетных и экспериментальных мгновенных характеристик

ЭМТС при высоких пульсациях напряжения в ЗПТ„.„„.„.

6. Результаты разработки автогенераторных схем управления ЭМТС.

6.1. Исследование структуры силовой части статическихПЧ. —.

6.2. Принцип действия основных схем автогенераторов с магнитными связями.

6.3. Многофазные автогенераторы с улучшенной синхронизацией выходных напряжений.

6.31. Двухфазные автогенераторы и схемы синхронизации фаз их выходных напряжений.

6.32. Схемы трехфазных автогенераторов с синхронизацией на обмотках переключающих трансформаторов.

6.4. Результаты разработки автогенераторов с расширенным диапазоном регулирования выходных параметров.

6.41. Однофазный автогенератор с расширенным диапазоном регулиоова

•л. -л. -л -л -л V ± ния частоты генерации.

6.42. Трехфазные автогенераторы с расширенным диапазоном регулирования частоты и напряжения.

6.5. Автогенераторная система управления бытовым пылесосом.

6.6. Выводы.

7« Результаты практической разработки ЭМТС с АД малой и средней мощности "> 1П

7 Л, ЭМТС с АД малой мощности для бортовой сети постоянного напряжения 27 В. Анализ технического уровня разработки.

7.2, ЭМТС с высокоскоростными АД для механизированных медицинских инструментов. Привод компрессора для стоматологии с повышенным пусковым моментом.

7.3. Разработка инженерной методики проектирования высокоскоростной ЭМТС с АД с плавным регулированием частоты вращения для устройств бытовой техники.

7.4. Разработка блока управления электроприводом поливальной установки для седЕлкото хозяйства.—.-------.

7.5. Разработка высокоскоростной ЭМТС с АД для привода индивидуального стригального аппарата.

7.6. ЭМТС мощностью 750 Вт на конструктивной основе серийного двигателя КД-180 для бытового электропривода.,.,.

7.7. ЭМТС мощностью до 750 Вт на конструктивной основе и магнито-проводе двигателей единой серии ДАТ.

7.8. ЭМТС мощностью 750 Вт на магнитопроводе двигателя погружного насоса серии ПЭД.

7.9. Разработка ЭМТС на основе серийных двигателей 4АМ80 и 4АИР80 НПО "Киргизэлектромаш" г. Фрунзе.

7.10. Результаты НИОКР по разработке ЭМТС с высокоскоростными АД для ТНП по заказу Минэлектротехприбора и АО "Прогрессэлектро".

7.11. Разработка ЭМТС с АД мощностью 3.2 кВт для привода автономной холодильной машины 1АР4-2-ЗУ2.

7.12. Разработка ЭМТС с АД мощностью 60 Вт на магнитной системе авиационного тахогенератора.

7.13. Итоги практической разработки ЭМТС с АД малой и средней мощ-нииш.

Актуальность проблемы. Технический прогресс в различных отраслях промышленности и науки невозможен без широкого применения электротехнических систем и комплексов (ЭТС и К). Часто их силовой основой является пйктпоппир.пп цпстоянногп или пйпйменногг) тока Лля сокттемвнных ЭТС и {С характерна тесная взаимосвязь электромеханической части с цепями ее питания и регулирования, причем часто отдельные узлы схемы способны функционировать только в виде единой системы привода. Подобные устройства с электромеханическим приводом получили название электромеханотронных систем (ЭМТС), и их все чаще рассматривают как единый элемент электротехнической системы.

Среди различных структур ЭМТС определенными преимуществами об

Ш.' I" <11 141III та гит V-.-1-. \ ■ /1 1>'1Е111V п .11 II II 11111 'М11II '-иг/ъ 1111 III / А ТТ\ ■ I (1111 I. \ ¡.¿ил; 1 1 раплгк 1 ирпш^ иппир 1 ирта V I ¡лрипг; тлпп Дога а1м1лмп Уу " лвпи выраженным звеном постоянного тока (ЗПТ). Они сочетают в себе высокие регулировочные характеристики привода постоянного тока с хорошими эксплуатационными свойствами машин переменного тока. АД здесь не ограничены сверху по частоте вращения параметрами питающеи сети и могут выполняться с меньшей массой и габаритами. Современная элементная база силовой полупроводниковой техники позволяет реализовать схемы ЭМТС с АД на транзисторах в диапазоне малой, средней и даже большой мощности.

Характеристики ЭМТС во многом определяются параметрами примененной системы управления транзисторами в силовой части электропривода. Для гчт1/^тг .

71 ^ и IV, в которых не треоуегся широкою регулирования производительности, рядом преимуществ обладают аналоговые системы управления на многофазных автогенераторах с магнитными связями. Автогенераторы обладают способностью одновременно изменять частоту и амплитуду выходного напряжения при регулировании уровня постоянного напряжения на их входе, что позволяет относительно просто реализовать основной закон частотного управления АД. Сами по себе схемы автогенераторов с управлением на многообмоточных трансформаторах просты, надежны в раооте, невосприимчивы к внешним возмущающим факторам и позволяют использовать при конструировании только отечественные комплектующие, что является важным для ЭТС и К специальной техники.

Наиболее полно достоинства ЭМТС с АД и автогенераторными управлением проявляются в устройствах бытовой электротехники, где, прежде всего, необходимы такие качества электропривода как простота и надежность консттлтитд плои awu а г» тт. и^гатаи nauug tio ттг\г>ттттт^иитт^ tjqotatlt г» »латттлитга ntMia\i у у îvi^jrijrî, uwiviv/iuiwi и jri->î Uivu.'iviifm на iivuuimviiiimw 4uv iks 1 ш ираЩ^нпЛ;, îipfivM"" лемая стоимость и относительно небольшие масса и габариты изделия. Перевод бытовых устройств с универсального коллекторного привода на управляемый асинхронный позволяет увеличить степень их комфортности (отсутствует "пыление" щеток, снижаются уровни шума, радиопомех и т.д.), что влияет на потребительские свойства всего изделия. Так как для большинства бытовых устройств не требуются сложные законы и глубокий диапазон регулирования, то применение систем управления электроприводом на автогенераторах также достаточно перспективно.

ЭМТС с АД и автогенераторным системам управления посвящено большое число работ, в которых описаны конструкции, функциональные и принципиальные электрические схемы отдельных звеньев и всего устройства в целом, приведены методики проектирования и расчета характеристик, алгоритмы управления и математическое описание. Решению задач анализа и синтеза автогенераторных схем ЭМТС с АД посвящены труды Афанасьева А.Ю., Булгакова A.A., Глазенко Т.А., Грузова В.Л., Домбровского В.В., Еременко В.Г., Зиннера Л.Я., Зорина С.М., Иванова-Смоленского A.B., Ильинского Н.Ф., Копылова И.П., Коссова O.A., Костырева Е.Г., Кузнецова В.А., Ловушкина В Н., Лопухиной Е.М., Лутидзе Ш.И., Моина B.C., Овчинникова И.Е., Плахгыны Е.Г., По-здеева А.Д., Сипайлова Г.А., Скороспешкина А.И., Столова Л.И., Фильца Р.В. Чванова В.А., Шорохова Б.П., Хасаева О.И. и других.

Однако ряд проблем остается нерешенным или требует доработки. При

ТУ* V» анализе сложных льи^с нелинеиными характеристиками важен комплексный подход, позволяющий исследовать их как одно единое устройство. Традиционные методы исследования различных структур ЭМТС чаще всего рассматривают их состоящими из отдельных, линейно независимых звеньев, характеристики которых при определенных допущениях могут быть найдены по отдельности. Гораздо реже ЭМТС рассматривают как единое устройство, но и в этом случае прибегают к принципу линеаризации её математической модели и к применению известных линейных преобразований в электромеханической части. Наличие в транзисторной схеме ЭМТС явно выраженного ЗПТ делает невозможным при исследований её в целом применение метода гармонического баланса, на котором основаны классические методики проектирования АД. Так как часто мощность исполнительного механизма и источника питания ЭМТС соизмеримы, а ЗПТ трудно или нецелесообразно выполнять с идеальными сглаживающими характеристиками, то достаточно хорошо изученное представление ЭМТС в виде системы преобразователь частоты - асинхронный двигатель (ПЧ-АД) становится неправомочным. Численные методы анализа позволяют снять многие допущения аналитических методов исследования ЭМТС, но и в этом случае успех результата во многом зависит от принципов реализации этих методов. Известные вычислительные системы на основе методов прямого программирования, САПР и экспертных систем в своем большинстве являются проблемно-ориентированными и не всегда соответствуют задачам исследования процесса электромеханического преобразования энергии в ЭМТС с АЛ,

Появление мощных высоковольтных транзисторов резко повысило внимание к разработке и внедрению эффективных систем управления преобразователями частоты в схемах ЭМТС. Совершенствование известных и разработка новых систем управления на многофазных автогенераторах открывает широкие возможности по созданию ЭМТС с АД с улучшенными энергетическими мае-еогабаритными и стоимостными показателями. Наконец, необходима адаптация современных методов математического анализа к специфике ЭТС и К на основе ЭМТС с АД.

Целью работы является математическое и компьютерное моделирование, исследование и создание ЭТС и К на основе автогенераторных схем ЭМТС с АД, обладающих повышенными энергетическими характеристиками, простой и надежной конструкцией, а также высокими потребительскими свойствами.

Проблема научного исследования. Теоретическое обобщение и развитие концепций и методологии анализа ЭМТС с АД и автогенераторным управлением, включая разработку структуры и схемы ЭМТС, математических моделей и методик их исследования на основе современных аналитических и численных методов.

Данная проблема была решена в следующих направлениях:

- проведение анализа конструкций, функциональных схем и характеристик существующих ЭТС и К на основе ЭМТС с АД и автогенераторным управлением, концепций их развития и совершенствования, современных методов их анализа и синтеза, формулировка задач исследования и общих путей их решения;

- разработка обобщенных математических моделей отдельных звеньев и всей ЭМТС с АД в целом во временной области и естественной системе координат с использованием понятий переключающих функций полупроводниковых вентилей для целей численного и аналитического исследования процесса электромеханического преобразования энергии в них;

- разработка нового подхода к имитационному моделированию ЭТС и К с полупроводниковыми коммутаторами, при котором на основе схемы замещения и ее параметров вычислительная машина самостоятельно составляет и решает систему дифференциальных уравнений электромагнитных процессов в цепи с учетом состояния коммутаторов для каждого расчетного момента времени с помощью специального пакета машинных программ;

- создание ряда имитационных моделей ЭТС и К с различной структурой силовой части, формулировка основных принципов задания параметров, законов изменения и взаимосвязи пассивных, активных и управляющих компонент моделей, анализ особенностей эффективного построения и исследования имитационных моделей;

- исследование переходных электромагнитных процессов в имитационной модели ЭМТС с АД, в результате которого определены её основные дифференциальные и интегральные характеристики и проанализировано влияние цепей питания и законов управления на процесс электромеханического преобразования энергии в системе;

- разработка аналитической модели системы ПЧ-АД при произвольной форме входного напряжения на основе понятий о переключающих функциях вентилей и положений теории обобщенных функций, определение аналитических выражений мгновенных электромагнитных характеристик, исследование с их помощью процесса электромеханического преобразования энергии в системе;

- анализ влияния пульсации напряжения в ЗПТ на процессы в ЭМТС с АД на основе теории модулированных колебаний и метода гармонического баланса, исследование основных закономерностей этого процесса, определение допустимой величины пульсаций и выдача рекомендаций по расчету, проектированию и рациональному выбору параметров ЗПТ;

- анализ основных схем систем управления на основе автогенераторов с магнитными связями, процесса их развития и совершенствования, разработка новых принципов синхронизации фаз и расширения диапазона регулирования выходных характеристик многофазных автогенераторов с управлением на многообмоточных трансформаторах, создание ряда простых, надежных и экономичных схем;

- создание математической модели переходных электромеханических процессов в ЭМТС с АД в фазной системе координат и исследование ее методом прямого программирования на языке ТигЬоРазса! б.О, анализ результатов численного и аналитического моделирования, макетирования и внедрения.

Методы исследования базировались на теории дифференциальных уравнений, аналитических методах мгновенных значений, гармонического баланса и модулированных колебаний, теории обобщенных функций, численных методах анализа с использованием специальных имитационных моделей и метода прямого программирования на языке Паскаль. При экспериментальном исследовании использовано осциллографирование токов и напряжений, определены средний электромагнитный момент и энергетические характеристики системы.

Научная новизна. В процессе исследований получены следующие новые научные результаты, выносимые на защиту:

1. Сформулированы подлежащие решению актуальные задачи и намечены общие пути из решения, разработаны новые принципы анализа ЭМТС с АД и явно выраженным ЗПТ, в результате чего созданы эффективные численные и аналитические модели системы во временной области и естественной системе координат, позволяющие точно определить характеристики процесса электромеханического преобразования энергии в ней.

2. Определены достоинства системы имитационного моделирования ЭТС и К с полупроводниковыми вентилями, сформулированы принципы и методики построения имитационной модели ЭМТС с АД, способы задания пассивных, активных и управляющих компонент модели с использованием переключающих функций вентилей и параметров, характерных для вращающихся электромеханических преобразователей.

3. Исследован процесс электромеханического преобразования энергии в имитационной модели ЭМТС с АД, определены основные его характеристики для ряда конкретных типономиналов системы, проанализировано влияние цепей управления и питания на эти характеристики, обоснованы границы применимости модели.

4. Проанализированы переходные электромагнитные процессы в системе аналитическим методом мгновенных значений с использованием переключающих функций вентилей и положений теории обобщенных функций, в результате чего получены аналитические выражения для мгновенных электромагнитных характеристик системы ПЧ-АД с учетом пульсации в её входном напряжении, создана методика исследования процесса электромеханического преобразования энергии в ней с учетом параметров цепей питания и законов управления.

5. На основе теории модулированных колебаний и метода гармонического баланса проанализировано влияние значительной пульсации напряжения в ЗПТ на основные характеристики ЭМТС с АД, выработаны основные требования к проектированию системы и рациональному выбору параметров ЗПТ в данном случае.

6. Проведен анализ схем систем управления на основе автогенераторов с магнитными связями, разработаны новые принципы надежной синхронизации фаз и расширения диапазона регулирования выходных параметров многофазных автогенераторов на основе специальных обмоток управляющих трансформаторов, реализованные в схемах двух и трехфазных автогенераторов, которые отличаются простотой, надежностью в работе и относительно низкой стоимостью.

7. Разработана и исследована математическая модель переходных электромеханических процессов в ЭМТС с АД во временной области и естественной системе координат методом прямого программирования на языке Тиг-ЬоРазса! 6.0. Дана оценка результатов исследований численными и аналитическими методами, макетирования и внедрения ряда типономиналов ЭМТС с АД.

Обоснованность и достоверность полученных результатов и вытекающих из них выводов обеспечена в рамках принятых математических моделей использованием современных аналитических и численных методов математики, механики, электротехники и автоматического управления, расчетами одних и тех же процессов различными методами, а также проверкой результатов многочисленными экспериментами. Математическое моделирование основано на общепринятых уравнениях электротехники, электромеханики, электроники, численных методах, методах программирования на алгоритмических языках экспертных систем высокого уровня.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Разработанный и обоснованный комплексный подход к проектированию и расчету характеристик ЭМТС с АД в виде единой электротехнической системы позволяет значительно повысить точность и достоверность получаемых результатов, создать эффективные методики проектирования отдельных звеньев и всей ЭМТС в целом, с помощью которых можно быстро сконструировать систему с рациональными параметрами и рассчитать основные характеристики процесса электро-механического преобразования энергии в ней.

2. Разработанные оригинальные схемы одно- и многофазных систем управления ЭТС и К на основе автогенераторов с магнитными связями с улучшенной синхронизацией и расширенным диапазоном регулирования выходных параметров отличаются простотой схемы, экономичностью и надежностью в работе, относительно низкой стоимостью; составленные для них методики проектирования и расчета характеристик реализованы в виде программ САПР на ПЭВМ типа PC IBM.

3. Разработанная методика исследования и расчета процесса электромеханического преобразования энергии в ЭМТС с АД на основе аналитических и численных методов высокого уровня и созданные по ней машинные программы расчета позволяют точно определить широкий класс электрических и механических характеристик системы.

4. Выполнен анализ количественного влияния параметров цепей питания и законов управления ЭМТС на электрические и механические характеристики АД, позволивший дать практические рекомендации по выбору и проектированию параметров отдельных элементов системы с учетом влияния их друг на друга для создания систем с рациональными структурой и характеристиками.

5. Главным практическим итогом работы следует считать создание целого класса ЭТС и К на основе автогенераторных ЭМТС с высокоскоростными АД для устройств автоматики, специальной, общей и, что особенно важно, бытовой техники. Разработано и внедрено в промышленность более 10 различных макетных и опытных образцов ЭМТС с АД мощностью от 8 до 3200 Вт и частотой вращения от 3000 до 32000 об/мин. Созданы инженерные методики, программы расчета и конструирования, типовые технические задания и требования на разработку всей системы и отдельных её частей. Все разработанные ЭМТС с АД объединяет высокие энергетические показатели, надежность, простота конструкции, малый вес и габариты, относительно невысокая стоимость.

Реализация результатов. Разработанные методы, алгоритмы, расчетные методики и устройства использовались: в Минэлектротехприборе и HTA "Про-грессэлектро" г. Москва, во ВНИИМЭМ и ЦНИИСЭТ г. Санкт-Петербург, в КБ "Электроприбор" г. Саратов, в НПО "Киргизэлектродвигатель" и НИПОТИ "Электромашиностроения" г. Бишкек, на заводе "Актюбинсксельмаш", г. Актюбинск, на заводе "Автоприбор" г. Октябрьский, на заводе "Электродвигатель", п. Красногорский Республики Марий Эл, на Альметьевском заводе погружных насосов (АЗПН), на Казанском заводе точного машиностроения, в НПО "Мединструмент", в КПО ВС, в КП-КБ "Электроприбор", АО "Эка" и КГТУ г. Казань.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Республиканской научно-технической конференции по коммутации электрических машин (г. Харьков, 1984 г.), на Республиканской научно-технической конференции по электромашинным и машинно-вентильным источникам импульсной мощности (г. Томск, 1986 г.), на Региональной научно-технической конференции по управляемым электромеханическим системам (г. Киров, 1990 г.), на Межвузовской научно-технической конференции по динамике нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем (г. Чебоксары, 1995 г.), на международной научно-технической конференции по актуальным проблемам математического моделирования и автоматизированного проектирования в машиностроении (Модель-проект 95) (г. Казань, 1995 г.), на 3-й Межвузовской конференции по компьютеризации учебного процесса по электротехническим дисциплинам (г. Астрахань, 1995 г.), на научно-технической конференции с международным участием по проблемам промышленных электромеханических систем и перспективам их развития (г.

16

Ульяновск, 1996 г.), на Республиканской научно-технической конференции по проблемам энергетики (г7. Казань, 1996, 1997 и 1998 годы), на 10-ом научно-техническом семинаре по внутрикамерным процессам в энергетических установках (г. Казань, 199В г.), на 16-ой военно-технической конференции по вопросам совершенствования боевого применения и разработок артиллерийского вооружения и военной техники (г. Казань, 1999 г.), на международной научно-практической конференции по технологии, инновации и качеству (г. Казань, 1999 г.), на научно-технических и учебно-методических конференциях и семинарах КГТУ (КХТИ) г. Казань.

Публикации по работе: Результаты опубликованы в 49 статьях и тезисах докладов, получены 7 авторских свидетельств на изобретения и патентов. Имеются 24 отчета по НИР по теме диссертации.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающего 220 источников. Работа содержит 406 страниц основного текста, 147 рисунков и 9 приложений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе решена проблема теоретического обобщения и развития концепций и методологии анализа электромеханотронных систем с асинхронными двигателями и автогенераторным управлением с рациональными энергетическими, массогабаритными и стоимостными показателями, имеющая важное народно-хозяйственное значение. Решены следующие научные проблемы:

1. Дана общая концепция построения ЭМТС с АД и автогенераторным управлением с использованием всей доступной информации о ее параметрах, позволяющая строить экономичные системы с высокими энергетическими, массогабаритными показателями для различных электротехнических систем и, в первую очередь, бытового электропривода.

2. Предложены и исследованы нелинейные и линеаризованные математические модели ЭМТС с АД во временной области и в пространстве обобщенных функций, допускающие синтез и анализ системы.

3. Разработана математическая модель ЭМТС с АД во временной области и естественной системе координат с использованием понятий переключающих функций коммутаторов для целей численного и аналитического определения дифференциальных и интегральных характеристик процесса электромеханического преобразования энергии, которая максимально адекватна физике электромагнитных процессов в системе.

4. Разработан новый подход к имитационному моделированию электромагнитных процессов в ЭМТС с АД, в результате чего создан ряд имитационных моделей электротехнических систем с полупроводниковыми коммутаторами различной структуры, сформулированы основные принципы задания параметров, законов изменения и взаимосвязей пассивных, активных и управляющих компонент моделей, даны методики эффективного построения и исследования имитационных моделей, которые позволяют провести их анализ с минимальными допущениями.

5. Проведен анализ влияния предвюпоченных цепей на основные дифференциальные и интегральные характеристики АД, работающего в составе ЭМТС, в результате которого определены основные требования и ограничения по выбору параметров этих цепей, позволяющие эффективно решать проблемы рационального конструирования ЭМТС.

6. Разработана и исследована математическая модель ЭМТС с АД в виде системы ПЧ-АД с учетом пульсации напряжения в ЗПТ, с использованием теории обобщенных функций и понятий о переключающих функциях вентилей, на основании которой получены точные аналитические выражения мгновенных электромагнитных характеристик, и на их основе разработана легко реализуемая методика исследования процесса электромеханического преобразования энергии в системе.

7. На основе метода гармонического баланса и теории модулированных колебаний исследовано влияние пульсаций в ЗПТ на механические и энергетические характеристики ЭМТС, определены требования к параметрам ЗПТ и составлена методика определения напряжения на ЗПТ на стадии начального проектирования, которые позволяют значительно сократить процесс рационального конструирования системы.

8. Исследованы возможности и перспективы применения автогенераторных ЭМТС с АД в бытовой электротехнике; проанализированы основные схемы автогенераторов с магнитными связями и электромагнитные процессы в них, разработаны новые принципы синхронизации фаз выходного напряжения многофазных автогенераторов и расширения диапазона регулирования их выходных характеристик, что позволило создать простые экономичные и надежные для широкого класса электротехнических систем и, в первую очередь, бытового электропривода.

Получены новые практические результаты:

1. Разработан новый класс систем управления для различных ЭТС и К на основе автогенераторов с магнитными связями, обладающий улучшенной синхронизацией выходных напряжений и расширенным диапазоном регулирования выходных параметров, причем схемы автогенераторов просты, надежны и экономичны в работе, составлены алгоритмы расчета и проектирования автогенераторов, реализованные в виде программ САПР.

2. Разработаны методики исследования и программы расчета процесса электромеханического преобразования энергии в ЭМТС с АД на основе аналитических и численных методов высокого уровня, которые позволяют точно определить широкий класс мгновенных и интегральных характеристик.

3. Исследовано влияние предвключенных цепей ЭМТС на электромагнитные и механическую характеристики АД, в результате чего выработаны практические рекомендации по синтезу ЭМТС с АД с рациональными энергетическими, массогабаритными и стоимостными показателями.

4. Разработан комплексный подход к проектированию и расчету характеристик ЭМТС с АД как единой ЭТС и К, позволяющий создавать эффективные алгоритмы и методики проектирования отдельных звеньев и всей ЭМТС в целом на основе современных аналитических и численных методов.

5. Главным практическим итогом работы следует считать создание целого класса ЭТС и К на основе автогенераторных ЭМТС с высокоскоростными АД для устройств автоматики, специальной, общей и бытовой техники. Разработано и внедрено в промышленность более 10 различных макетных и опытных образцов ЭМТС с АД мощностью от 8 до 3200 Вт и частотой вращения от 3000 до 24000 об/мин. а также инженеоные методики, ппогоаммы тасчета и конста "1 1 х руирования системы. Все разработанные ЭМТС с АД объединяет высокие энергетические показатели, надежность, поостота констоукпии. малый вес и га

А » • ± Л бариты, относительно невысокая стоимость.

Автор выражает глубокую благодарность профессору Зиннеру Л. Я. за постановку проблемы и постоянное внимание к работе. Автор признателен коллегам по научной работе доцентам Кропачеву Г.Ф., Гайнутдинову Р.Я., Тарасову В.Н., Шишкову В.К., Цвенгеру И.Г. и Дорохину В.В. за помощь в работе и участие в обсуждении ее результатов.

1. Лутидзе Ш.И. Основы теории электрических машин с управляемым полупроводниковым коммутатором. М.: Наука, 1968. - 212 с.

2. Плахтына Е.Г. Математическое моделирование электромашинно-вен-тильных систем. Львов: Выща школа, 1986. - 315 с.

3. Глазенко Т А., Хрисанов В,И. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности. Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 176 е.

4. Зиннер Л.Я., Скороспешкин А. И. Вентильные двигатели постоянного и переменного тока. М.: Энергия, 1981. - 214с.

5. Копылов Й.П., Фрумин В. Л. Электрическое преобразование энергии в вентильных двигателях. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 176 с.

6. Костырев М.Л., Скороспешкин А. И. Автономные асинхронные генераторы с вентильным возбуждением. М.: Энергоатомиздат, 1993. - 160 с.

7. Уайт Д., Вудсон Г. Электромеханическое преобразование энергии. М.- Л.: Энергия, 1964. 528 с.

8. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин.- М.: Высшая школа, 1987. 268 с.

9. ТакеуТй Т. Теория и применение вентильных цепей для регулирования двигателей. Л.: Энергия, 1973. - 250 с.

10. Ефименко Е.И. Новые методы исследования машин переменного тока и их приложения. М.: Энергоатомиздат, 1973. -213 с.

11. Фильц Р.В. Математические основы теории электромеханических преобразователей. Киев: Наукова думка, 1979. - 208 с.

12. Чабан В.И. Методы анализа электромеханических систем. Львов: Вища школа, 1985. - 278 с.

13. Копылов И.П., Фильц Р.В., Яворский Я.Я. Об уравнениях асинхронной машины в различных системах координат /У Электромеханика, 1986,1. Тк гл1. ПН ZZ

14. Геллер Б., Гамата В. Дополнительные поля, моменты и потери мощности в асинхронных машинах. Пер. с чешек. М.: Энергия, 1964. - 321с.

15. Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1974. - 340 с.

16. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины. М.: Энергия, 1980.-928 с.

17. Грузов В.Л., Сабинин Ю.А. Асинхронные маломощные приводы со статическими преобразователями. Л.: Энергия, 1970. - 136 с.

18. Грузов В.Л., Найденова Ю.А. Электромагнитные процессы в мостовом трехфазном инверторе при работе на асинхронный двига-тель.//Электромагнитные процессы в приводах с частотным управлением. Сб. научных трудов Л.: Наука, 1972. - С. 128-148.

19. Андерс В.Й., Гранонев В.Г., Лопатин В.А. Аналитический расчет электромагнитных процессов в тяговом приводе переменного тока /У Электричество, 1990. - № 12. ^ С. 25-31.

20. Семенов Н.П. Метод расчета электромагнитных процессов в системе автономный инвертор напряжения асинхронная машина // Электричество, -1995.-№!.- С. 49-55.

21. Лутидзе Ш.И., Михневич Г.В., Тафт В.А. Введение в динамику асинхронных машин и машинно-полупроводниковых систем.- М,: Наука. 1973. -246 с.

22. Ротанов H.A., Литовченко В.В., Назаров О.С., Шаров В.И. Математическое моделирование электромагнитных процессов в асинхронном тяговом приводе локомотива.//Электричество, 1981. - №9. - С. 63-73.

23. Глухивский Л.И. Расчет периодических процессов электротехнических устройств (дифференциальный гармонический метод). Львов. Выща школа, изд. ЛГУ. 1984. - 346 с.

24. Домбровский В.В., Зайчик В.М. Асинхронные машины. Теория, расчет, элементы проектирования. Л.: Энергоатомиздат. 1990. -456 с.

25. Сорокер Т.Г. Поле в зазоре асинхронного двигателя и связанные с ним реактивные сопротивления // Труды ВНИИЭМ. т.45. М.: 1976. - С.86-101.

26. Демирчан К С., Чечурин B.JI. Машинные расчеты электромагнитных полей. М.: Высшая школа, 1986. - 320 с.

27. Копылов И.П. Применение вычислительных машин в инженерно-экономических расчетах (электрические машины).-М.: Высшая школа. 1980- 288 с.

28. Данилевич Я.Б., Домбровский В.В., Казовский Е.Я. Параметры электрических машин переменного тока. М.-Л.: Наука, 1965. - 324 с.

29. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах./А. В. Иванов-Смоленский, Ю.В. Абрамкин, А.И. Влах, B.À. Кузнецов / Под ред. А. В. Иванова-Смоленского. М.: Энергоиздат. 1986.-216 е.

30. Розанов Ю. К., Флоренцов С. Н. Электропривод и силовая электроника7/ Электротехника. 1997. №11. С. 7-12.

31. Калашников Б.Е., Лещенко В.М., Ольшевский В. И., Фейгельман И. И. Опыт разработки и внедрения IGBT-инверторов для асинхронного электропривода// Электротехника. 1998. №7, С.24-31.

32. Ysewijn Е., Vanvinckenroge D. Leistungshalbleiter fur Motorsteuerungen. (Мощные полупроводниковые приборы для управления двигателями)// "Electron.-Ind.", 1994, 25,№ 1. С. 29-31.

33. Райхман А.Е. POWRTRAIN современное решение проблемы управления электроприводом// Электротехника. 1998. №2. - С. 57-59.

34. Neue kompaktumriehter bis 22 kW // Elektrotechn und Information-steclm. 1995. 112. № 7-8. - c.420. ( Новые малогабаритные преобразователи мощностью до 22 кВт).

35. ТИе first Chechoslovak power insulated gate bipolar transistors. Orgon M. et al.// Elektrotechn.cas.-1994.-45, №3, с.86-89. (Первые чешско-словацкие силовые биполярные транзисторы с изоляционным затвором).

36. Power Electronics // Data book by Semikron. Nürnberg, 1997.

37. Лаетин В.А., Лукин Ю.П., Мамич В.М., Микорев А.Г. Перспективы применения вентильных двигателей в электроприводе сложной бытовой техники // В мат. 1 Междунар. Конфер. по автоматизированному электроприводу. Санкт-Петербург. 1995, С. 14-16.

38. Овчинников И.Е., Микерев А.Г. Бесколлекторные регулируемые электродвигатели (преспективы и приоритетные направления развития).// В мат. 1 Междунар. Конф. по автоматизированному электроприводу. Санкт-Петербург, 1995.-С. 5-6.

39. Ильинский Н.Ф. Энергосберегающий электропривод насосов // Электротехника. 1995. №7. С. 3-8.

40. Ysewijn Е., Vanvinckenroge D. Leistungshalbleiter fur Motorsteuerungen. (Мощные I юлу 11ровод1 шковыс приборы для управления двигателями)// "Elektron.-Ind.", 1994, 25, №1,- С. 29-31.

41. Mikroprozessorgestenerter Umrichter fur Leistungsbereiche bis 0,75 kW// "Maschinenmarkt" 1993, 99, № 50,50. ( Преобразователи частоты мощностью до 0,75 кВт с микропроцессорным управлением).

42. Fregunz Umrichter fur jeben Anwendungstail //' DHE Dfsch. hebe - und Fordertechn. - 1994. - 40.

43. Yasukuwa denki giho = Yasukawa Techn. Rev. 1994, 59 № 1, с. 34-35.

44. А.С.Technology. Anticipated to Boost Sales in Variable Speed Drives Market// EPE Iournal.1996. Vol.6„ №2. P. 7-8.

45. Браславский И.Я. О возможностях энергоснабжения при использовании регулируемых асинхронных электроприводов.//Электротехника. 1998. -№8, - С.2-5.

46. Частотно-регулируемый электропривод системы водоснабжения зданий / A.B. Кудрявцев, Д.Д. Богаченко и др.// Вестник МЭИ. 1995. №1, С.73-75,

47. ТУ 3431-001-39460462-96 РФ. Электроприводы транзисторные регулируемые асинхронные серии ATOl мощностью до 200 кВт, Технические условия.

48. Шишков В.К., Миляшов Н.Ф., Гайнутдинов М.Р., Желонкин A.B. Имитационное моделирование электромеханотронных систем: Вестник Казанского технологического университета, № 2. Казань, КГТУ. 1998. С. 133-138.

49. Миляшов Н.Ф., Гайнутдинов М.Р. К вопросу интеллектизации процесса моделирования электрических цепей с вентилями // Электроэнергетика: межвуз. темат. сб. науч. тр. Казань: КФМЭИ, 1998. С. 123-126.

50. Плахтына Е.Г., Шакарян Ю.Г., Виницкий Ю.Д., Василив К.Н., Лозинский A.C. Математическое моделирование частотно-управляемых электроприводов переменного тока// Электричество. 1996. №3. С. 53-59.

51. Миляшов Н.Ф., Иващенко Н.В., Масаутов М.А. Автогенераторная электромеханотронная система с высокоскоростными асинхронными двигателями // Сборник докл. межд. науч.-практ. конф. "Технология, инновация, качество 99". Казань: КГТУ. 1999. С. 198-201.

52. Аветисян Д.А„ Соколов B.C., Хан В.Э. Оптимальные проектирование электрических машин на ЭВМ. М.: Энергия, 1976. - 324 с.

53. Копылов И.П., Щедрин О.П. Расчет на ЦВМ характеристик асинхронных машин. М.: Энергия, 1973. - 163 с.

54. Терзян A.A. Автоматизированное проектирование электрических машин. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 255 с.

55. Лопухина Е.М., Семенчуков Г.А. Проектирование асинхронных микродвигателей с применением ЭВМ. М.: Высшая школа, 1980, - 359 с.

56. Бородулин Ю.Б., Мостейкис B.C., Попов Г.В., Шишкин В.П. Автоматизированное проектирование электрических машин. М.: Высшая школа, 1989. - 280 с.

57. Bauers I. С. Users manual for SUPER-SCEPTRE-a program for the analysis of elecktrial, mechanical, digital and control systems // University of south Florida,1975.

58. Машинная оптимизация электронных узлов РЭА. /А.Г. Ларин, Д.И. Томашевский, Ю.М. Шумков, В. М.Эйдельнант. М.: Советское радио, 1978.

59. Computer application in the analysis of rectifier and invertors./Muswood A. I. ЛЕЕ Poroc. Elec.Power Appl. 1995.- 142, № 4. C.233-238.

60. Foch H., Reboulet C., Schonek I. A method of global simulation jf thyristor static converters ( program SASCO)// IAS Twelfth Conference Record. Los-Angeles.-1977. P.l 151-1154.

61. Мустафа Г.М., Шаронов И.М., Тингаев B.H. Система программ для моделирования устройств преобразовательной техники. // Электротехника.1976. №6.-С. 6-10.

62. Кулон Ж.-Л., Сабонандьер Ж.-К. САПР в электронике: Пер. с франц. М.: Мир, 1988. - 208 с.

63. Lancien D., Voulin R. Aide informatigue a la conception et a la mise au point des convertisseurs statigues.// Revue Generate des Chemins dc Fer, 399 ( luillel1. Aout, 1982).

64. Глазенко T.A., Балясников A.H. Численные методы расчета электрических цепей с дискретно изменяющимися параметрами.//Электричество, 1988-№ 5, С. 76-79.

65. Попомаров В.Б., Соколовский Ю.Б., Краснухин А.Д., Блохина Е.Г., Шорников Ю.В. / В мат.1 Междунар. Конф. по автоматизированному электроприводу. Санкт-Петербург, 1995. С. 137.

66. Сигорский В.П., Петренко А.И. Алгоритмы анализа электронных схем. М.: Советское радио. 1976, - 221 с.

67. Петренко А. И., Власов А. И., Тимченко А. П. Табличные методы моделирования электронных схем на ЭЦВМ. Киев: Вища школа, 1977. - 198 с.

68. Влах И., Сингхал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988.

69. Шишков В. К., Миляшов Н. Ф. Диалоговая универсально-расчетная система в САПР электротехнических устройств// В сб. Электрические системы летательных аппаратов. Казань, КАИ. 1991. С. 100-102.

70. Шишков В.К., Миляшов Н.Ф., Ибрагимов Т.Н. Интеллектуальный интерфейс ЙНЙ-ПРИС в проектировании и управлении сложными техническими системами /У Тез. докл. Регион, научно-технической конф. "Управляемые электромеханические системы", Киров, 1990. С. 41-42.

71. Заездный А.М., Кушнир В.Л., Фердман Б.А. Теория нелинейных электрических цепей. М.: Связь, 1968. - 400 с.

72. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем. = М.: Госиздат физ.-мат. литературы, 1963. 968с.

73. ГОСТ 162640-85. Электродвигатели малой мощности общего назначения. Общие технические условия.

74. ГОСТ 10085-80. Двигатели для ручных электрических машин. Общие технические требования.

75. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./ Под общ. ред. И.П. Петрова и Б.К. Клокова. Т.1. М.: Энергоатомиздат, 1988.- 456 с. Т.2. 1989.688 с.

76. Сандлер A.C., СарбаТОВ P.C. Автоматическое частное управление асинхронными двигателями. М.: Энергия, 1974. - 328 с.

77. Булгаков A.A. Частное управление асинхронными двигателями. М.: Энергоиздат, 1982. - 216 с.

78. Загорский А.Е. Электродвигатели переменной частоты. М.;Энергия, 1975.-243 с.

79. Ильинский Н.Ф., Михайлов В.В. Транзисторные магнитные преобразователи непрерывного сигнала в последовательность импульсов. М.-Л.: Энергия, 1966. - 186с.

80. Ловушкин В.Н. Транзисторные преобразователи постоянного напряжения. М.: Энергия, 1967. -112с.

81. Хасаев О.И. Транзисторные преобразователи напряжения и частоты. М.: Наука, 1968.- 176 с.

82. Константинов В.Г. Многофазные преобразователи на транзисторах. -М.: Энергия, 1972. 96 с.

83. Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1981. - 224 с.

84. Лабунцев В.А,, Тугов ILM. Динамические режимы эксплуатации мощных Тиристоров. М.: Энергия, 1977. - 234 с.

85. Миляшов Н.Ф., Кропачев Г.Ф., Тарасов В.Н. Моделирование процессов в преобразователях постоянного тока с применением аппарата теории обобщенных функций. // В сб. Системы и электрооборудование летательных аппаратов. Казань, КАЙ, 1985. С.50-57.

86. Зиннер Л.Я., Миляшов Н.Ф. Математическая модель вентильных двигателей постоянного и переменного тока. // В сб. Электрические машины специального назначения. Самара. 1991, КПИ. С.55-58.

87. Миляшов Н.Ф., Зиннер Л.Я., Ибрагимов Т.Н. Исследование динамики электромагнитных процессов в статических преобразователях частоты.// В сб. Электрические машины специального назначения. Самара. 1991. КПИ, С. 58-70.

88. Грабовецкий Г.В. Применение переключающих функций для анализа электромагнитных процессов в силовых вентильных преобразователей частоты. Электричество. 1973. № б, С. 28-31.

89. Кобзев A.B., Лебедев Ю.М., Сиданский И.Б. Применение одной модификации метода коммутационных функций для анализа ключевых схем преобразовательной техники. Электричество. 1983. №4. С.27-33.

90. Машинян Л.Х., Соколова Е.М. Метод исследования системы тири-сторный регулятор напряжения асинхронный двигатель с учетом электромагнитных процессов. Электричество. № 11. 1983. - С. 40-45.

91. Беркович Е.И. Анализ вентильных преобразователей с применением модуль-функций. Электричество. 1983. № 12. -С.21-24.

92. Зезюлькин Г.Г., Василевский С.И., Игнатьев В.Д. Применение комплексных коммутационных функций для исследования импульсных цепей с циклическим изменением частоты. Электричество. 1985. № 10. С. 107-110.

93. Конев Ф.Б. Моделирование вентильных преобразователей на вычислительных машинах: Итоги науки и техники, силовая преобразовательная техника. М., ВИНИТИ. 1976.

94. Glosner M., Blum A. Macromodelling technigues for thyristors with application to the simulation of power electronics circuits // C.r. lomees electron, theme Modeles, disposit semicond. Lonsanne. 1977. P. 207-220.

95. Добкин И.Р., Лебедев В.В., Татур Т.А. Схемотехническая модель силового тиристора для машинного проектирования// Электроника. 1977. т. 50, №8, С. 33-40.

96. Сандлер A.C., Спивак Л.М. Методы расчета статических и динамических режимов асинхронных электроприводов с тиристорным преобразователем частоты. / В кн. Электромагнитные процессы в приводах с частотным управлением. Наука. Л.: 1972. - С. 110-127.

97. Лищенко А.И., Лесник В.А., Мазуренко Л.И. Математическая модель и алгоритм расчета режимов асинхронного стартер-генератора с тиристорным преобразователем. // Техническая электродинамика, 1989, №5, С.55-61.

98. Розенфельд A.C., Яхинсон Б.И. Переходные процессы и обобщенные функции. М.: Наука, 1966. - 440 с.

99. Розенберг Б.М. Применение обобщенного дифференцирования для исследования электромагнитных процессов в цепях с управляемым вентилем. Электромеханика. 1980, Ksi. С. 31-35,

100. Мерабишвилли П.Ф. Математическая модель электрической цепи с вентильным преобразователем. Энергетика и транспорт. 1980. №4. С. 57-70.

101. Миляшов Н.Ф., Валиуллин P.P., Тарасов В.Н. Анализ электромагнитных процессов в машинно-вентильной системе.//В сб. "Системы и элементы электрооборудования летательных аппаратов". Казань. КАИ, 1987. С.82-85,

102. Долинина О.Ф., Кропачев Г.Ф. Математическая модель машинно-полупроводниковой системы. // В сб. "Специальные электрические машины", Куйбышев. КПИ. 1983. С. 53-63.

103. Владимиров B.C. Обобщенью фукции в математической физике. -М.: Наука, 1976. 280с.

104. Кеч В., Теодореску П. Введение в теорию обощенных функций с применениями в технике, М.: Мир, 1978. - 518с.

105. Гельфанд И.М., Шилов Т.Е. Обобщеныс функции. М.: Физматиз-дат, Т.1-1У, 1958-1961.

106. Шварц Л. Математические методы для физических наук. М.: Мир, 1965. -210с.

107. Лазарян В.А., Копашенко С.И. Обобщенные функции в задачах механики. К.: Наукова думка, 1974. - 212с.

108. Дёч Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и z-преобразования. М.: Наука. 1971. - 288 с.

109. Реза Ф., Сили С. Современный анализ электрических цепей. М.-Л.: Энергия, 1964. - 480 с.

110. Миляшов Н.Ф., Тарасов В.Н. Применение обобщеных функций при моделировании процессов в машинно-вентильных системах // Электроэнергетика: межвуз. темат. сб. науч. тр. Казань: КФМЭИ, 1998. С. 134-138.

111. Миляшов Н.Ф., Кропачев Г.Ф., Тарасов В.Н. Электромеханическое преобразование энергии в машинно-вентильной системе. /У Тез. докл. Респ. науч.-техн. конференции по коммутации электрических машин. Харьков, 1984-С.37-38.

112. Миляшов Н.Ф., Кропачев Г.Ф. Применение теории обобщенных функций при исследовании процессов в машинно-вентильных системах. И Тез. Докл. науч.-техн. Конф. "Электромашинные и машинно-вентильные источники импульсной мощности". Томск, ТПИ. 1987. -С. 40.

113. Миляшов Н.Ф., Тарасов В.Н. Применение теории обобщенных функций при моделировании процессов в машинно-вентильных системах. // Мат.

114. Докл. респ. науч. техн. конференции "Проблемы энергетики", Казань, Труды Каз. филиала МЭИ, 1996. - С.49-50.

115. Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. М.: Высшая школа, 1980. - 424 с.

116. Силовая электроника: Примеры и расчеты. / Ф.Чаки, И. Герман, И.Ипшич и др. Пер. с англ. М.: Энергоиздат. 1982. - 384с.

117. Справочник по преобразовательной технике. / Под ред. Чиженко И.М., Техшка, 1978. 447 с.

118. Бененсон З.М. Моделирование и оптимизация на ЭВМ радиоэлектронных устройств. М.: Радио и связь. 1981. - 345 с.

119. Архангельский А.Я. Модели полупроводниковых приборов для машинного расчета электронных схем. М.; МИФИ, 1978. 98 с.

120. Справочник по полупроводниковой электронике. / Под ред. Ллойда П., Хантера М.: Машиностроение, 1975. 578 с.

121. Зааль Р. Справочник по расчету фильтров. М.: Радио и связь, 1983.

122. Ханзель Г. Справочник по расчету фильтров. М.: Сов. радио. 1974. -432 с.

123. Миляшов Н.Ф., Кропачев Г.Ф., Калашников М.А. Способ улучшения пусковых характеристик однофазного асинхронного двигателя //Сб. ЭЛА,-Казань: КАИ, 1983. С. 15-20.

124. Белов Б.И., Норенков И.П. Расчет электронных схем на ЭВМ. М.: Машиностроение, 1971. - 360 с.

125. Ильин В.Н. Машинное проектирование электронных схем. М.: Энергия, 1972. - 458 с.

126. Мощные высокочастотные транзисторы. /'Ю.В. Заважнов, И.И. Ка-ганова, Е.З. Мазель и др.; Под ред. Е.З. Мазеля. М.: Радио и связь, 1985- 210 с.

127. Построение экспертных систем. Пер. с англ. / Под ред. Ф. Хейеса-Рота, Д. Уотермана, Д. Лепата. М.: Мир, 1987. -456 с.

128. Элти Дж., Кумбс М. Экспертные системы: концепции и примеры / Пер.с англ. и предисл. Б.И. Шитикова. М.: Финансы и статистика. 1987. 102 с.

129. Форсайт Р. Экспертные системы. Принципы работы и примеры. -М.: Радио и связь. 1986. 224с.

130. Нильсон Н. Принципы искусственного интеллекта. М.: Радио и связь, 1985. - 354 с.

131. Latombe I. С. Une application de Pintelligence artificielle a la conception assistee par ordmateur. These d'Etat, Grenoble, 1977.

132. Dincbas M. Contribution a 1'etude des systemes experts, These de Zeme Cycle, ENSAE, Toulouse, 1983.

133. Stallman R., and G. I. Sussman. 1977. Forward reasoning and depend-encv-directed backtracking in a system for computer aided circuit analysis. Artificial. intelligence 9: 135496.

134. Sussman, G. I. 1977. Electrical dtsign: A problem for artificial intelligence research. In IJCA I 5, pp. 894-900

135. Лавров C.C., Силагадзе Г.С. Автоматическая обработка данных: Язык ЛИПС и его реализация. М.: Наука, 1978. - 342 с.

136. Минский М. Фреймы для представления знаний. М.: Энергия, 1979. -186 с.

137. Кафаров В.В., Ветохин В.Н., Положенцев В.И. Обеспечение диалогового взаимодействия в операционных системах химической технологии. // Доклад АН СССР. 1982. Т.262. Ml.

138. Кениг Г., Блекуэлл В. Теория электромеханических систем. М.: Энергия, 1965. - 424 с.

139. Мелихов А.Н., Берштейн Л.С., Курейчик В.М. Применение графов для проектирования дискретных устройств, М.: Наука, 1974, - 214 с.

140. Сигорский В.П. Матрицы и графы в электронике. М.: Энергия, 1968.-178 с.

141. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники: В 2-х т. Том 1. Л.: Энергоиздат, 1981. 536 с.

142. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа. 1976.-479 с.

143. Проектирование электрических машин. И.П. Копылов, Ф.А. Го-ряйнов, Б.К. Клоков и др. М.:Энергия, 1980. - 496с.

144. Копылов И.П. Электрические машины. М.: Энергоатомиздат, 1986.- 360с.

145. Домбровский В.В. Справочное пособие по расчету электромагнитных полей в электрических машинах. Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 456 е.

146. Постников И.М. Обощенная теория и переходные процессы электрических Машин. М.: Высшая школа, 1975. - 318 с.

147. Электрические машины (специальный курс)./ Г.А. Сипайлов, Е.В. Кононенко, К.А. Хорьков. М.: Высшая школа, 1967. - 287с.

148. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник. /А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И, Афонин, Е.А. Соболенская. М.: Энергоиздат, 1982. -146 с.156.

149. Соколов М.М., Масандилев Л.Б., Грасевич В.Н. Метод экспериментального определения параметров асинхронного двигателя.// Электротехника. 1973. №5. С.26-29.

150. Асинхронные двигатели общего назначения. / Е.П. Бойко, Д.В. Га-инцев, Ю.М. Ковалев и др.; Под ред. В.М. Петрова и А.Э. Кравчика. М.: Энергия, 1980. -340с.

151. Адаменко А.И. Методы исследования несимметричных асинхронных машин. Киев. Техшка, 1967. - 270 с.

152. Усманхаджиев Н.Ф. Методы регулирования скорости однофазных конденсаторных асинхронных двигателей. М.: Энергия, 1980. - 120с.

153. Костенко МЛ, Гнедин Л.П. Теория и расчет трехфазных коллекторных машин и каскадных систем. М.-Л.: Наука, 1964. - 380с.

154. Овчинников И.Е., Лебедев Н.И. Бесконтактные двигатели постоянного тока. Л.: Наука, 1979. - 270с.

155. Шубенко В.А., Браславский И.Я., Шрейнер Р.Т. Асинхронный электропривод с тиристорным управлением. М.: Энергия, 1967. - 96 с,

156. Дубенский A.A. Бесконтактные двигатели постоянного тока. М.: Энергия, 1967. -112 с.

157. Зорин С.М. К вопросу о зависимости частоты от скорости вращения у бесколлекторного двигателя постоянного тока с полузависимой коммутацией.-Казань: Труды КАИ, 1971. выпуск 138. - С. 14-21.

158. Зорин С.М. О некоторых схемах двухфазных статических преобразователей напряжения для питания микродвигателей. Казань; Труды КАИ. 1970, - выпуск 137. - С. 31-39.

159. Зорин С.М., Клюков Ю.М., Волков Р.И. Специальный двигатель -генератор для модуляторов светового потока. Оптико-механическая промышленность. 1974, № 5. С.21-24.

160. Глинтерник С.Р. Электромагнитные процессы и режимы мощных статических преобразователей. М.: Наука, 1969. - 138 с.

161. Воствило Т.В. и др. Проектирование усилительных устройств на транзисторах. М.: Связь, 1972. - 88с.

162. Журавлев A.A., Мазель К.Б. Преобразователи постоянного напряжения на транзисторах. M.-JL: Энергия, 1974. -163 с.

163. A.C. 400963 (СССР). Многофазный транзисторный инвертор./ H.H. Буданов. Опубл. Б.И., 1974, №40.

164. A.C. 425586 (СССР). Трехфазный транзисторный инвертор./ В.Н. Ловушкин, Э.А. Фадеев. Опубл. Б.И., 1974. № 15.

165. A.C. 464946 (СССР). Трехфазный самовозбуждающийся инвертор /С. Н. Плеханов. Опубл. Б.И., 1975. № 1.

166. A.C. 546072 (СССР). Трехфазный мостовой инвертор на транзисторах./ Г. С. Мыцык. Опубл. Б.И. 1977, № 5.

167. A.C. 562908 (СССР). Трехфазный самовозбуждающийся инвертор./ В.И. Загрядцкий, Н.И. Кобыляцкий, А.И. Крамаренко, И.И. Долгин. Опубл. Б.И. 1977. №23.

168. Апаров А.Б., Еременко В.Г., Негневицкий И.Б. Транзисторные преобразователи для низковольтных источников энергии. М.: Энергия. 1978.-93 с.

169. Коссов O.A. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений. М.: Энергия, 1971. - 432 с.

170. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 376 с.

171. Источники вторичного питания, / Под ред. Ю.И. Конева, М.: Радиои связь, 1983. -280 с.

172. Глебов Б.А, Магнитотранзисторные преобразователи напряжения для питания РЭА. М.: Радио и связь, 1981. - 96 с.

173. Патент 1638586 (ФРГ). Установка для питания многофазных двигателей.

174. Патент 3775663 (США). Инвертор с искусственной нейтральной точкой.

175. Дмитриев O.A. и др. Сравнение трехфазных бесщеточных микроприводов, выполненных с различными схемами коммутаторов. В сб. Электродвигатели малой мощности. Л.: Наука. 1971. - С. 151-156.

176. Белопольский И.И., Каратникова Е.И., Пикалова Л.Г. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. М.: Энергия, 1973. - 400с.

177. Миляшов Н.Ф., Тарасова H.A., Катков С.Н. Электромагнитные переходные процессы в двухфазной схеме ПЧ-АД // Электроэнергетика; межвуз. темат. сб. науч. тр. Казань: КФМЭИ, 1998. С. 139-142.

178. A.C. 1053243 (СССР). Трехфазный самовозбуждающийся инвертор / P.P. Валиуллин, Л.Я. Зиннер, Г.Ф. Кропачев, Н.Ф. Миляшов.

179. Патент № 2088037 (Р.Ф.) Преобразователь постоянного напряжения / Н.Ф. Миляшов, В Н. Тарасов. Опубл. Б.И 20.08.97. Бюл. № 23,

180. A.C. 1127060 (СССР). Преобразователь постоянного напряжения / P.P. Валиуллин, Л.Я. Зиннер, Г.Ф. Кропачев, Н.Ф. Миляшов, В.Н. Тарасов. Опубл. Б.И. 1984. №44.

181. A.C. 1212280 (СССР). Трехфазный самовозбуждающийся инвертор. / P.P. Валиуллин, Л.Я. Зиннер, Н.Ф. Миляшов, Г.Ф. Кропачев, В.Н. Тарасов.

182. A.C. 1506502 (СССР). Трехфазный самовозбуждающийся инвертор./ Л.Я. Зиннер, Г.Ф. Кропачев, Н.Ф. Миляшов, В.Н. Тарасов. Опубл. Б.И. 07.09.1989. Бюл. № 33.

183. A.C. 1575899 (СССР). Трехфазный самовозбуждающийся инвертор / Л.Я. Зиннер, Г.Ф. Кропачев, Н.Ф. Миляшов, В.Н. Тарасов.

184. A.C. 978282 (СССР). Вентильный электродвигатель. / О.Ф. Долинина, Л.Я. Зиннер, М.А. Калашников, Г.Ф. Кропачев, Ю.Г. Соколов. Опубл. 30.11.1982. Б.И. №44.

185. A.C. 819893 (СССР). Вентильный электродвигатель. / Ю.Г. Соколов, Л.Я. Зиннер, М.И. Гроссман. Опубл. 17.04.1981. Б.И. № 13.

186. A.C. 1787431 (СССР). Устройство для управления электродвигателем в активной насадке пылесоса. Горьковский машиностроительный завод. Опубл. Б.И., 1993, №2

187. Патент 3718263 (ФРГ). МКИ 4. A47L 9/28. Опубл. Б.И., 1988, №46.

188. A.C. 1771684 (СССР). Система управления пылесосом./ А.Г. Шипунов и др. Опубл. Б.И., 1992, № 40.

189. Патент 2118892 (Р.Ф.) Система управления пылесосом./ В. В. Доро-хин, Л. Я.Зиннер, С. Н. Катков, Н. Ф. Миляшов, В. Н. Тарасов. Опубл. 20.09.98. Бюл. № 26.

190. Разработка и исследование машинно-вентильной системы для привода вентилятора / КХТИ. Рук. Зиннер Л.Я.- № г.р.01.83.0010527,- Казань, 1985, 78 с. ДСП.

191. Миляшов Н.Ф., Липатов А.Н. Перспективы разработки и исследования систем ПЧ-АД малой мощности. Тез. докл. научн. тех. конференции "Электромашинные и машинно-вентильные источники импульсной мощности". Томск, ТПИ, 1986г. С. 41.

192. Исследование схем питания и управления асинхронных силовых электродвигателей, включенных в сеть постоянного тока через инвертор. Казань, КХТИ, Рук. Л.Я. Зиннер, №г.р.811026351,1983, 80с. ДСП.

193. Исследование силовых и регулируемых магнито-транзисторных преобразователей постоянного тока, предназначенных для работы с асинхронными двигателями. Казань, КХТИ. Рук. Л. Я. Зиннер, № г.р.01.84.0063626, 1985г., 79с. ДСП.

194. Миляшов Н.Ф., Зиннер Л.Я., Гроссман М.И. Система ПЧ-АД с автогенераторной системой управления. Тез. докл. per. научн. тех. конференции "Управляемые электромеханические системы". Киров, 1990г. С. 6-7.

195. Миляшов Н.Ф., Гроссман М.И., Николаев Я.Н. Приближенные методы оценки надежности вентильного электродвигателя на этапе разработки. Технология авиационного агрегата и приборостроения. М. 1988, №3. С. 66-68.

196. Миляшов Н.Ф., Тарасов В.Н., Гайнутдинов Р.Я. Управляемый асинхронный привод погружного насоса для нефтедобывающей промышленности. Мат. респ. науч. тех. конференции "Проблемы энергетики", Казань, КФМЭИ, 1997. ч. П, С. 14-15.

197. Миляшов Н.Ф., Тарасов В.Н. Результаты разработки высокоскоростных ЭМТС с АД для бытовой и общей техники. Мат. докл. per. науч. конференции "Проблемы энергетики" Казань, 1998, КФМЭИ, ч. П, С. 25-26.

198. Миляшов Н.Ф., Желонкин A.B. Высокоскоростной асинхронный привод холодильного компрессора мощностью 3,2 кВт. Мат. доклад респ. науч-но-тех. конференций "Проблемы энергетики", Ч. П, Казань, 1997, С. 19-20.

199. Миляшов Н.Ф. Электромеханотронная система с высокоскоростным асинхронным двигателем // Изв. вузов. Проблемы энергетики, 1999, № 7-8. С. 82-89.

200. Миляшов Н.Ф. Асинхронный электропривод с автогенераторным управлением для бытовой техники // Изв. вузов. Проблемы энергетики, 1999, № 9-10. -С. 60-69.

201. Миляшов Н.Ф. Асинхронная электромеханотронная система с автогенераторным управлением // Изв. вузов. Проблемы энергетики, 1999, № 9-10. -С. 107-111.