автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Электропривод на основе двухроторной электрической машины с дифференциальным управлением

На правах рукописи

БУКАНОВА Татьяна Сергеевна

ЭЛЕКТРОПРИВОДНА ОСНОВЕ ДВУХРОТОРНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Специальность: 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2013 0050^' —

5 ДЕК т

005542762

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» (ПГТУ) на кафедре проектирования и производства электронно-вычислительных средств

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

кандидат технических наук, доцент Савиных Анатолий Борисович

доктор технических наук, доцент Хасанов Зимфир Махмутович профессор кафедры электромеханики ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

кандидат технических наук, Алексеев Виктор Юрьевич доцент кафедры электротехники и электрооборудования предприятий ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Ведущая организация: ООО Научно-производственный центр

«УралЭнергоРесурс»

Защита состоится «26» декабря 2013 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д-212.288.02 Уфимского государственного авиационного технического университета по адресу: 450000, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12, УГАТУ, I корпус, зал заседаний ученого совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет».

Автореферат разослан «_» ноября 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, доцент

А. В. Месропян

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время сложные технологические процессы во многих отраслях промышленности сопровождаются интенсивной эксплуатацией исполнительных устройств. В подавляющем большинстве в качестве исполнительных устройств используют электроприводы на основе традиционных конструкций электрических машин. Анализ литературных данных показал, что лишь 10% наиболее распространенных электроприводов оснащены системой управления, обеспечивающей контроль параметров по обратной сигнальной связи и корректировку входного воздействия на исполнительное устройство.

Реализация технологических процессов требует организации комплекса взаимосвязанного оборудования для потребления, распределения и накопления энергоресурсов. Дифференциальный принцип функционирования предполагает организацию новых функциональных взаимосвязей оборудования, обуславливающих управление и эффективность электротехнических систем и комплексов. Практическая реализация указанных взаимосвязей требует использования альтернативных конструкций электрических машин, в частности в двухроторном исполнении, применение которых в технологическом процессе дает возможность реализовать дифференциальный принцип управления и требует разработки новых оригинальных компонентов электропривода.

Таким образом, разработка компонентов электропривода на основе двух-роторной электрической машины с дифференциальным управлением являются актуальной задачей для совершенствования средств управления и электротехнических комплексов систем промышленного и бытового назначения.

Степень разработанности проблемы. Вопросами теории и практики разработки классических систем управления электроприводом занимались такие отечественные и зарубежные ученые как: И. Я. Браславский, И. П. Копылов, В.Г.Макаров, В. Н. Поляков, В.В.Рудаков, Г.Г.Соколовский, Б. И. Фираго, Р. Т. Шрейнер, М. N. С^еа, N. РЬ. Оиап& А. УеНтап и многие другие. В подавляющем числе публикаций рассмотрены реализация систем и формирование законов управления полупроводниковыми преобразователями, но приняты постулатами традиционные структуры электрических машин.

Вопросы альтернативного подхода к построению электрических машин в двухроторном исполнении рассматривали Б. X. Гайтов, И. Д. Сизов, А. В. Булычев, В. 3. Туманян, А. С. Космодамианский, А. А. Пугачев. Однако вопросы реализации нетрадиционных электрических машин, свойства и характеристики которых определяют технические возможности и эффективность электропривода в целом, пока недостаточно исследованы.

Целью работы является исследование и разработка электропривода на основе двухроторной электрической машины с дифференциальным управлением.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) предложить модель дифференциального управления частотой вращения исполнительного устройства;

2) разработать математическую модель двухроторной электрической машины с дифференциальным управлением для управления частотой вращения электропривода;

3) разработать электропривод н компоненты, реализующие дифференциальное управление двухроторной электрической машиной, в том числе алгоритм управления и его реализацию в виде компьютерной модели;

4) разработать схему двухроторной электрической машины;

5) провести натурное исследование функционирования макета электропривода двухроторной электрической машины, сравнительный анализ теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна диссертационной работы заключена в:

1) предложенной модели управления, отличающейся введением дифференциальной связи исполнительного устройства в виде дополнительной координаты;

2) разработанной математической модели двухроторной электрической машины, учитывающей модель дифференциального управления, позволившей построить имитационные модели и провести исследование;

3) разработанной функциональной схеме электропривода двухроторной электрической машины, компонентах и алгоритме, реализующих управление частотой вращения системы дифференциально взаимосвязанных роторов;

4) разработанной схеме электрической машины практически реализующей систему двух дифференциально взаимосвязанных роторов.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке:

1) модели дифференциального управления, устанавливающей закономерность распределения взаимосвязанных координат движения исполнительного устройства при влиянии на одну из них;

2) математической модели двухроторной электрической машины, учитывающей модель дифференциального управления и позволившей построить имитационные модели и исследовать ее работоспособность.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1) разработана схема двухроторной электрической машины (патент РФ на изобретение №2400006) с дифференциальным управлением, в которой реализовано управляемое распределение частот вращения роторов;

2) компьютерной модели двухроторной электрической машины, позволяющей осуществить дифференциальное управление и оценить переходные процессы и характеристики установившихся режимов электропривода.

Реализация результатов. Исследования выполнены и включены в отчеты о научно-исследовательской работе по программе «Участник молодежно-

го научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.»), г/к №6538р/9098, №7688/11198 «Разработка новых наукоемких приборов, техники и технологии в области машиностроения и электроники». Результаты работы внедрены в проектно-конструкторскую деятельность ООО «Родэл» и используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «ПГТУ» на кафедре проектирования и производства электронно-вычислительных средств.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертационной работе использовались методы математического анализа, теории вращающихся электрических машин, методы математического моделирования, численные методы решения, методы алгоритмизации, теория математической статистики.

Положения, выносимые на защиту. По результатам выполнения диссертационной работы сформулированы научные положения, выносимые на защиту:

1) модель дифференциального управления, являющаяся основой для получения исполнительного устройства с новыми функциональными свойствами;

2) математическая модель двухроторной электрической машины, позволившая построить имитационную модель и провести исследования работоспособности;

3) функциональная схема электропривода двухроторной электрической машины и его компоненты, обеспечивающие управляемое распределение частот вращения;

4) реализация системы двух дифференциально взаимосвязанных роторов в виде схемы двухроторной электрической машины, которая подтверждает внедрение предусмотренных моделью дифференциального управления связей при создании исполнительных устройств.

Степень достоверности. Достоверность научных результатов обеспечивается применением теории цепей для математического моделирования электромеханического преобразователя, базируется на строго доказанных выводах, обеспечивается корректной постановкой экспериментов, а также подтверждается качественным и количественным согласованием результатов имитационного моделирования с экспериментальными данными.

Апробация. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 1) XVI, XVIII Международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения»:, г. Казань, 2008 г., 2010 г.;

2) всероссийской междисциплинарной научной конференции с международным участием «XII Вавиловские чтения», г. Йошкар-Ола, 2009-2010 гг.;

3) II международной научной конференции «Математическое моделирование и дифференциальные уравнения», Белоруссия, Минск, 2009 г.; 4) IV всероссийской научно-практическая конференции «Компьютерная интеграция производства и ИПИ технологии», г. Оренбург, 2009 г.; 5) международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (АПИР-14), г. Тула, 2009 г.; б) научно-технической

конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и студентов МарГТУ «Наука в условиях современности», г. Йошкар-Ола, 2009, 2010 гг.

Публикации. Основные научные результаты опубликованы в 15 работах, из них б статей в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент РФ на изобретение, 3 статьи и 5 работ в материалах и трудах конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка принятых сокращений, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 151 страниц, список литературы из 125 наименований, приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, степень ее разработанности, цели и задачи, научная новизна, теоретическая и практическая значимость, методы исследования, положения, выносимые на защиту, степень достоверности, апробация и публикации.

В первой главе на основе литературных данных установлено, что основным устройством, влияющим на качество технологического процесса, является электропривод. Выявлено, что существующие на данный момент классические электроприводы основаны на применении традиционных устройств электрических машин и изменении параметров питающего их напряжения. Проведен обзор методов, способов и устройств управления наиболее распространенного асинхронного электропривода, представлены их технические характеристики.

Особое внимание уделено конструктивным схемам и характеристике нетрадиционных электрических машин в двухроторном исполнении. Однако вопросы их применения в электроприводе остаются открытыми. На основании проведенного анализа сформулирована цель работы и поставлены задачи исследований.

Во второй главе предложена модель дифференциального управления (ДУ) частотой вращения исполнительного устройства (ИУ), проведено математическое и имитационное моделирование двухроторной электрической машины (ДЭМ) с ДУ.

В ходе анализа литературных данных установлена закономерность ДУ частотой вращения ИУ (рисунок 1), заключающаяся в управлении дополнительно введенной степенью свободы устройства, которая взаимосвязана с его основными параметрами. ИУ описывается основной a>i и дополнительно введенной для управления со2 фазовыми координатами, характеризующими его основную и альтернативную частоты вращения. Величина развиваемых частот вращения о соответствует модулям их проекций на ось у относительно начала отсчета т.О, знак проекций определяет направление

вращения. Соответствующий развиваемому моменту вращения отрезок АВ пересекает ось х в точке С(х3.у€).

ДУ частотой вращения ИУ заключается в смещении отрезка АВ-»А'В', регламентирующего вращающий момент ИУ, параллельно вверх или вниз, образуя смещение т. С—»С на Ал-=!дг3 — что ведет к изменению величин частот вращения устройства. Тогда соотношения, характеризующие состояние ИУ в начальный момент времени и после смещении АВ-»А'В' при и <з'2 = могут быть записаны

ВОгоЛ)

Рисунок 1 - Модель ДУ ИУ

N. ro'i

обозначении coi = [у,}, со2 = формулами:

ю, со

Ь<\

со, +со2 ' >

х,

га'.

со

J _ со', +с0'2

-г'з .X,

(1)

Последнее соотношение, используя приращения для частот вращения Дш, = А_у, = 1>'1 - У\\ и Дга2 = = \у2 -у'2\ относительно исходных частот вращения ИУ с учетом выражений Ах = |дг3 -х\\, х\ =хъ- Ах, имеет вид: со',+со'2 _ со, + Асо, _со2-Дсо2 х, - (хз - Ах)

-*, Л, — — ИЛ ) ,Т3 — Ат

В случае ДУ для ИУ соблюдается следующее равенство: со', +<д'2 _ co1 + Аса, + co2 - Ao)2 _ со, + со,

X-i Л\

(2)

= const. (3)

*i

Следовательно, Асо, = Дсо2 = Дш, а смещение Ах ведет к изменению частот вращения со, и со2 ИУ на Асо, при этом одна из частот вращения увеличивается, другая - уменьшается на Доз, Сумма частот вращения в установившихся режимах остается постоянной со, +со2 = со',+со'2 = const. В общем

случае смещение Ах характеризует распределение вращающего момента между основной ш, и альтернативной со2 частотами вращения ИУ.

На рисунке 2 представлена структурная модель ДУ электрической машиной с двумя взаимосвязанными роторами, состоящая из динамических звеньев - основных этапов преобразования энергии, где Мп - электромагнитный момент вращения, развиваемый основной частью; А/, - момент механической нагрузки; М32 - электромагнитный вращающий момент, вырабатываемый дополнительной частью и препятствующий движению промежуточного ротора. Изменение момента М32 с целью управления внутренним ротором осуществляется сопротивлением ZH в нагрузочной цепи обмотки

Цс ЕТИ

СИ-

ЭЛЕКТРОМ АГН11ТНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЫРАБОТКИ МОМЕНТА ВРАЩЕНИЯ

|М,

МЕХАНИЧЕСКОЕ

ДВИЖЕНИЕ ОСНОВНОЙ ЧАСТИ

Й>1

1-*СН

м,

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ

0>2

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ

ПРОЦЕССЫ ВЫРАБОТКИ МОМЕНТА В ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ

дополнительной части. Обратная связь по частоте формируется суммой развиваемых двухроторной электрической машиной (ДЭМ) частот вращения роторов а>1 и а>2.

Математическая модель электромагнитных Рисунок 2 - Структурная модель ДУ элек- процессов в основной ча-трической машиной сти ДЭМ с ДУ представ-

лена в виде модели идеализированной двухфазной машины совокупностью дифференциальных уравнений, учитывающих взаимосвязанное движение роторов:

г„

Ж

У2а =1,2а--+ "¿Г^а + ®оУ2р ~ К -®12).

а/,

аТ\

А Ж

1 к2 стТ, а/.

1 к2

Ч^р-^аЦ-^г),

(4)

А

Угр ~~ "гр

1 к\ ( \

аТ,

и 3 *2

(ч'1аЧ'2р-Ч'2аЧ'|р).

2 аЦ

где г/2а, м2р — проекции напряжения промежуточного ротора, подаваемого на его вход; ч/1а, - проекции потокосцепления внутреннего ротора, 4*20. Угр - проекции потокосцепления промежуточного ротора; р2 — количество полюсов внутренней обмотки промежуточного ротора основной части; а>о — частота напряжения питающей сети; ю12 — суммарная частота вращения роторов.

Коэффициенты модели определяются соотношениями:

-Ь.

к,—

к

т • т - ■ 21~ > *2 ~~ ' Г, Г,

= 1 -кхк2, (5)

где гъ г2 - активное сопротивление обмотки внутреннего и промежуточного роторов; Ь\, ¿2 - полная индуктивность обмотки внутреннего и промежуточного роторов; Ь12 — взаимная индуктивность обмоток роторов.

Уравнение механического движения основной части ДЭМ с ДУ имеет вид:

А _ ,

Рг Л

где со, - частота вращения внутреннего ротора ДЭМ с ДУ, соединенного с механической нагрузкой; J, - момент инерции вращающихся частей механической нагрузки.

Математическая модель электромагнитных процессов в дополнительной части ДЭМ с ДУ с постоянными магнитами при работе на комплексную нагрузку ZH = R\\+jXn представлена в виде совокупности дифференциальных уравнений идеализированной двухфазной машины в системе координат промежуточного ротора:

= ~hd (Rh + r3lJ) + С02щ9 + i3gXH, iM = ш hd

dVjq Vi

-г = -'з,(/гн + ''з!)-й2ч'з1/-'здн. hi=,> (7)

' q

Мгг = (ч>з„ • 'з, - • hä )>

где \|/3</, - проекции потокосцепления статора дополнительной части ДЭМ с ДУ по осям (d, q); , - токи обмотки статора; r2J, г3д - активное сопротивление обмотки статора; L3J, L3q - индуктивности обмотки статора; Ян, Хи - активная и реактивная нагрузка в цепи статора; со2 - частота вращения промежуточного ротора; ръ - число пар полюсов обмотки статора; Ldm ~ взаимная индуктивность между обмоткой статора и постоянным магнитом; imо - ток фиктивной обмотки возбуждения.

Уравнение движения промежуточного ротора ДЭМ с ДУ имеет вид:

= (8)

где J2 - момент инерции вращающихся частей промежуточного ротора. Уравнение связи движущихся роторов ДЭМ с ДУ:

ш12=ш,+м2. (9)

Имитационная модель ДЭМ с ДУ построена на основе математической модели (4) - (9) с использованием пакета прикладного программного обеспечения VisSim 4.5, результаты моделирования представлены на рисунке 3 эпюрами частот вращения роторов в следующих режимах: I - пуск основной части при жестко закрепленном промежуточном роторе (ш2=0); II - рас-тормаживание промежуточного ротора; III - резкое подключение минимального сопротивления нагрузки; IV - резкое увеличение механической нагрузки. Анализ имитационной модели показал, что на величину установившихся значений частот вращения роторов влияет активная нагрузка RH\ диапазон управления частотой вращения внутреннего ротора ДЭМ с ДУ зависит от конструктивного исполнения и приложенных внешних нагрузок и определяется:

ю.м™ = (1-л/,/л/|нои)-м,2; ю1мах = (мз2со2мдх)/л/, , (10)

где Л/ШОм - номинальный момент, ссьмах - максимальная частота вращения.

51200 Э 1000

rw'jÍMA* p

.......г ;.....fnn • i ■

.........».............. : 1 ■

...........i.....¿....jrfíTTüI.;... t : \/ :

30 40 50 60 70 80 90 8 U 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 31 время, с * время, с

а) б)

Рисунок 4 - Результаты имитационного исследования ДЭМ с ДУ: а - при изменении электрической нагрузки; б - при изменении механической нагрузки; 1 - внутренний ротор; 2 - промежуточный ротор

Оценка свойств системы дифференциально взаимосвязанных роторов проведена в сравнении с характеристиками основной части. Анализ характеристик показывает, что предлагаемая система обеспечивает управление распределением частот вращения между роторами.

В третьей главе разработаны функциональная схема электропривода ДЭМ с ДУ, его компоненты для управления частотой вращения и компьютерную модель для анализа характеристик электропривода на основе ДЭМ.

На основе проведенных имитационных экспериментов выявлено, что контроль частоты вращения внутреннего ротора со, осуществляется подстройкой нагрузки Дн. С использованием разработанной имитационной модели получены регулировочные характеристики электропривода ДЭМ в виде линейной зависимости частоты вращения со, от величины нагрузки RH в обмотке дополнительной части при различном моменте механической нагрузки. Закон управления электроприводом ДЭМ с ДУ в аналитической форме для обеспечения требуемого значения частоты вращения со, ТРЕБ описывается следующим образом:

Л/,

R»

/ / \ \

| ^треб ю1треб

v s. ^hom y ю1ном ,

м ном

Ми

R»

(И)

где со! ном - номинальная частота вращения внутреннего ротора, рад/с; 5Треб, •?ном - требуемое и номинальное скольжение внутреннего ротора, рассчитанное относительно промежуточного ротора, отн. ед.; Мтек» Мном - текущее и номинальное значение механической нагрузки, характерное для основной части ДЭМ, Н-м; ЯНтреб, ном - требуемое для заданной частоты вращения и номинальное, сопротивление в нагрузочной цепи, при котором с Л/, ном частота вращения внутреннего ротора равна нулю, Ом. Величина •утреб рассчитывается по формуле Клосса на основе справочных данных для основной части ДЭМ с ДУ.

На рисунке 5 представлен электропривод ДЭМ с ДУ и его компоненты.

ш1треб- Сигналом управления v с ТСУ определяется вариант функционирования БЛП, который по цифровому /7-разрядному сигналу управления формирует исполнительные дискретные воздействия на УКК. Варианты принципа функционирования БЛП представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Таблица истинности блока логического преобразования

№ Входы Выходы

V — 1 у = 2

х„ х2 X, У, У2 Уз У(2"-2) У(2Л-1) У, У> У, Уа"-2) У(2П-1)

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0

3 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0

4 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0

2"-1 1 ] 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0

2" 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1

Каждый выход Ук БЛП управляет соответствующим ключом отвода ячейки МПН, причем значению «0» соответствует неподключенный, а значению «1» - подключенный отвод. Таким образом, сигналы с БЛП определяют замыкание ключей соответствующего отвода МПН, реализуя изменение сопротивления /?н. При «-разрядном сигнале управления ТСУ возможно 2" вариантов управляющих сигналов, обеспечивающих подключение к = (2"-1) ячеек МПН (у = 1) или ее к-то отвода (V = 2)

В первом случае (у= 1) согласно таблице 1 двоичный код на выходе ТСУ преобразуется в количественное значение. Сопротивление МПН Кк(]) при подключении ¿-количества ячеек соответствует сопротивлению нагрузки /?н дополнительной части и определяется формулами:

если г = 1

Я«» + Я, =

2-С-1)

если г > 2 ' (12)

/=2 .к

где при г = к значение = .

В случае использования второго варианта таблицы истинности (V = 2) при я-разрядном двоичном сигнале управления с ТСУ определяется замыкание только одного ключа, реализуя преобразование из двоичного кода в позиционный. Сопротивление МПН КН2) при подключении к-ого отвода согласно таблице 1 определяется по формуле:

= • (13)

1=1

Характеристики изменения сопротивления при использовании вариантов таблицы истинности представлены на рисунке 6. В общем случае при произвольном количестве позиций из к отводов и последовательности за-

И !

I 12Л1

% |<КК! | 8« I

1ш

I г»

£ о

£ ме»

5 12ЯЙ '8 к юо | дае I «во г -»оо I

г* Ф эс

V, -т г» о

й й й Ш й & 8 % й $ Ш Ё время, мин:с:мс а)

......Л,. .... ! 1.................т........

время, мин:с:мс в)

а I

11290 г

I т I

к ш> \

» 1«

5 *№ I-

'1ч-

!•• ^ г г

Г-Ц <*,

О Ф О о 3

время, мин.с.мс б)

а© О г * -т *■

Й й ж I

время, с:мс

Рисунок 9 - Результаты экспериментального исследования функционирования электропривода на основе ДЭМ с ДУ системы кондиционирования: а - пуск основной части при жестко закрепленном промежуточном роторе (ш2=0); б - растормаживание промежуточного ротора; в - резкое снижение электрической нагрузки; г - резкое увеличение механической нагрузки; 1 - внутренний ротор, 2 - промежуточный ротор

Таблица 2 - Результаты экспериментальных исследований режимов элек-

Реж. Имитационный эксперимент Натурный эксперимент Отклонение модели от эксперимента

лш, с 0)1, об/мин 0)2, об/мин 'пп, с 0)1, об/мин 0)2, об/мин

сред, знач. довер. инт-л сред, знач. довер. инт-л ш,,% 0)2, %

I 1 1261 0 5,1 1304 [1301,6; 1306,41 - - 3,3 -

II 23 832 425 21,1 902 [900,2; 903,8] 401 [399; 403] 7,7 5,9

III 10,2 1105 159 6,7 1135 [1132,9; 1137,11 173 [172,2; 173,8] 2,6 8,1

IV 14 621 613 11,5 665 [661; 669] 663 [599,7; 666,3] 6,6 7,5

Анапиз представленных данных моделирования показывает качественное и количественное (в пределах 10%) соответствие имитационного эксперимента натурному. Значит, предложенная математическая модель ДЭМ с ДУ адекватна и позволяет исследовать параметры и получать характеристики элек-

тропривода на основе ДЭМ с ДУ в различных режимах работы.

Разработанная экспериментальная установка электропривода ДЭМ с ДУ позволила провести исследование функционирования при управлении в диапазоне 0.87..0,7 номинальной частоты вращения, доказывающая осуществление распределения потребленной мощности в системе диференци-ально взаимосвязанных роторов. При этом преданная дополнительной части мощность является полезной.

Таким образом, подтверждена адекватность математической модели электропривода на основе ДЭМ с ДУ, практически реализована система дифференциально взаимосвязанных роторов на основе предложенной модели ДУ частотой вращения ИУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты:

1. Предложена модель дифференциального управления частотой вращения, которая заключается во введении и управлении частотой вращения дополнительно введенного, взаимосвязанного с основным, промежуточного ротора. На основании модели разрабатывается исполнительное устройство с новыми дифференциальными свойствами.

2. Предложена математическая модель двухроторной электрической машины, которая описывает с учетом модели дифференциального управления основные физические процессы и позволяет построить имитационную модель для исследования работоспособности. Полученные характеристики системы дифференциально взаимосвязанных роторов доказывают возможность управления частотой вращения электропривода на основе двухроторной электрической машины.

3. Разработан электропривод, который реализует дифференциальное управление частотой вращения системы взаимосвязанных роторов. Разработан алгоритм и его практическая реализация в виде компьютерной модели анализа состояния и управления двухроторной электрической машиной. Компоненты электропривода осуществляют распределение частот вращения взаимосвязанных роторов двухроторной электрической машины путем воздействия на дополнительно введенную координату.

4. Разработана практическая реализация системы двух дифференциально взаимосвязанных роторов в виде схемы двухроторной электрической машины, основанная на предложенной модели дифференциального управления частотой вращения. Разработка защищена патентом 2400006 РФ на изобретение. Схема доказывает внедрение дифференциального управления при разработке и проектировании исполнительных устройств.

5. Проведенные экспериментальные исследования доказывают адекватность предложенной математической модели качественным и количественным (в пределах 10%) соответствием имитационного эксперимента натурному.

Разработанная экспериментальная установка электропривода для систем вентиляции позволила исследовать управление частотой вращения электропривода на основе двухроторной электрической машины в диапазоне 0,87..0,7 номинальной частоты вращения. Анализ характеристик функционирования доказывает осуществление управления частотой вращения ротора основной части путем распределения потребленной мощности устройства между двумя дифференциально взаимосвязанными роторами.

Рекомендацией к дальнейшему расширению исследований является разработка новых конструктивных схем электрических машин для увеличения диапазона управления частотой вращения и совершенствование компонентов электропривода, обеспечивающих потребление, сохранение и использование энергии.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В рецензируемых научных журналах и изданиях из списка ВАК:

1. Буканова, Т. С. Оптимизационная концепция построения системы управления электрической машиной / Т. С. Буканова, А. Б. Савиных, JI. А. Стешина // Мехатроника, автоматизация и управление. - 2009. -№Ю (103).-С. 48-50.

2. Буканова, Т. С. Оценка энергоэффективности управления электроприводом с дифференциальным торможением / Т. С. Буканова, А. Б Савиных // Мехатроника, автоматизация и управление. - 2010. -№11 (115).-С. 25-29.

3. Савиных, А. Б. Оптимизационная концепция синтеза современных элементов управления на основе электроприводов / А. Б. Савиных, Л. А. Стешина, Т.С. Буканова // Автоматизация и современные технологии -2010.-№11.-С. 20-23.

4. Буканова, Т. С. Устройство и характеристики электропривода с дифференциальным торможением/ Т. С. Буканова, А. Б. Савиных // Вестник МарГТУ. Серия «Радиотехнические и инфокоммуникационные системы». -Йошкар-Ола, Марийский государственный технический университет -2011.-№2(12).-С. 74-81.

5. Буканова, Т. С. Способ управления и модель электрической машины с дифференциальным торможением/ Т. С. Буканова // Мехатроника, автоматизация и управление. - 2011. -№12. - С. 21 - 27.

6. Буканова, Т. С. Алгоритм управления электропривода с дифференциальным торможением / Т. С. Буканова, А. Б. Савиных, М. Т. Алиев // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.5. - Тула: Изд-во ТулГУ - 2012 -С. 120-129.

Патенты на изобретения:

7. Пат. 2400006 Российская Федерация, МПК7 Н 02К 16/02 Электрическая машина [Текст] / Савиных А.Б., Буканова Т.С.; заявитель и патенто-

обладатель ГОУ ВПО МарГТУ. - № 2009104680/28; заявл. 11.02.2009; опубл. 20.09.2010 Бюл. №26. - 2с.: ил.

Статьи в журналах и трудах научных конференций:

8. Буканова, Т. С. Синтез энергосберегающих приводов технологических машин / Т. С. Буканова, А. Б. Савиных, Л. А. Стешина // Вестник Тул-ГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. В 2-х частях. Часть 2. - Тула: ТулГУ, 2009. - С. 103 - 108.

9. Буканова, Т. С. Система управления гибридной электрической машиной на базе ПК / Т. С. Буканова // Компьютерная интеграция производства и ИПИ технологии: сборник материалов IV Всероссийской научно-практической конференции. - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2009. - С. 414 - 419.

10. Буканова, Т. С. Разработка конструкции электропривода с замкнутым энергетическим циклом / Т. С. Буканова // Наука в условиях современности: сб. статей профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и студентов МарГТУ по итогам научно-технической конференции в 2009 г. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2009. - С. 45 - 47.

11. Буканова, Т. С. Энергосберегающая система адаптивного управления электроприводом / Т. С. Буканова, А. Б. Савиных // XII Вавиловские чтения: материалы постоянно действующей Всероссийской междисциплинарной научной конференции с международным участием: в 2 ч. 4.2. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2009. - С. 172 - 173

12. Буканова, Т. С. Проблема моделирования современных систем управления параметрами технологических процессов / Т. С. Буканова // Математическое моделирование и дифференциальные уравнения: материалы II международной научной конференции. Ч. 2 - Минск: Институт математики HAH Белоруси, 2009. - С. 188 -189.

13. Буканова, Т. С. Комплексный подход к повышению надежности и безопасности промышленных систем управления / И. В. Петухов, Т. С. Буканова, JI. А. Стешина // Журнал междунар. науч. публ.: Экология и безопасность, 2010. - Т.4.4.1. - С. 354 - 362. (Статья на англ. яз.)

14. Буканова, Т. С. Имитационная модель электропривода с замкнутым технологическим контуром/ Т. С. Буканова // XVIII Туполевские чтения: материалы международной молодежной научной конференции. Том 4. -Казань: Казан, гос. тех. ун-та, 2010. - С. 572 - 574.

15. Буканова, Т. С. Математическая модель электрической машины / Т. С. Буканова // Наука в условиях современности: сб. статей профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и студентов МарГТУ по итогам научно-технической конференции в 2010 г. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010. - С. 71 - 75.

Диссертант Т. С. Буканова

Подписано в печать 20.11.2013. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,0. Печать офсетная. Тираж 100 экз. Заказ № 5244. Отпечатано в редакционно-издательском центре ПГТУ 424006, г. Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17.