автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Исследование электропривода с вентильным двигателем на основе синхронной машины и преобразователя с зависимым инвертором

Ко

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ Чувашский государственный университет им. И. Н. Ульянова

На правах рукописи

ЧИХНЯЕВ Виктор Александрович

исследование электропривода с вентильным двигателем на основе синхронной машины и преобразователя с зависимым инвертором

Специальность 05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Чебоксары 1996

Работа выполнена на кафедре "Систем автоматического управле ния электроприводами" Чувашского государственного университет им. и.н.Ульянова.

Научный руководитель: кандидат технических наук, професс(

кафедры САУЭП А. К. АРАКЕ/И

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор С. В. Хватов;

доктор технических наук, профессор Е. И. Ефименко

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательски)

проектно-конструкторский и технологи ческий институт релестроения (ВНИИР

Защита состоится " ^ " Ll^pAJ: 199S года в /-S час в аудитории В-310 корпуса "В" на заседании специализированной совета К 064.15. 03 Чувашского государственного университета им И.Н.Ульянова (428015, Чебоксары, Московский просп..15).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печать учреждения, просим присылать по указанному адресу на имя учёног секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке уни верситета..

Автореферат разослан "" r l( ci с5\ 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

íí^-f. П. Охотки

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие промышленности и транспорта сопровождается созданием новых типов электроприводов, отличающихся высокой экономичностью, регулировочными возможностями, сравнительно высокой степенью использования материалов и т.д. Одновременно возрастают требования к надёжности и качеству статических и динамических характеристик электроприводов, что выдвигает задачи совершенствования методов исследований.

Одной из важнейших задач развития автоматизированного электропривода на этом пути является переход к плавно-регулируемым приводам переменного тока. Машины переменного тока, относительно простые и дешёвые, нашли широчайшее применение во всех отраслях промышленности, но не могут использоваться для экономичного регулирования скорости и момента в сравнительно простых схемах с таким же качеством, как у машин постоянного тока. Поэтому органическое сочетание полупроводниковой техники и машин переменного тока позволяет расширить область применения регулируемых электроприводов и получить новые качества и возможности.

К числу задач теории и практики современного автоматизированного электропривода относится задача расширения областей применения регулируемого электропривода на базе синхронной машины, питаемой от вентильного преобразователя с зависимым инвертором тока или напряжения - собственно вентильный двигатель (ВД). Имеется опыт применения электроприводов с ВД в химической промышленности, в мощных высоковольтных и высокоскоростных установках по перекачке жидкостей и газов, для пуска турбоагрегатов, синхронных компенсаторов и так далее. Электропривода с вентильными электрическими машинами малой мощности используются в бытовых и промышленных приборах автоматики и там, где требуется получение относительно высокой частоты вращения.

Анализ литературных источников показал, что задача создания регулируемых электроприводов с ВД не получила исчерпывающего решения. Статические и динамические свойства ВД в электроприводе изучены недостаточно полно. Основными причинами, сдерживающими дальнейшее совершенствование конструкции и применение рассматриваемых двигателей на объектах промышленности, являются:

- отсутствие инженерной методики расчета статических характеристик ВД в электроприводе с учетом специфических свойств управляемого в такт с вращением ротора преобразователя, питающего синхронную машину;

- не полностью изучены динамические свойства ВД в электроприводе как общепромышленного применения, так и объектно ориентируемых;

- отсутствие такого важнейшего технического устройства, как имитатор датчика положения ротора, заменяющего электромеханический датчик положения ротора (ДПР).

Однако, ВД на основе синхронной машины и зависимого инвертора позволяют создать электропривод, сравнимый по затратам, регулировочным и динамическим показателям с регулируемым приводом на базе двигателя постоянного тока.

Из вышеизложенного следует, что исследование и разработка ряда технических решений, теоретических вопросов электропривода с вентильным двигателем представляют важную и актуальную научно -техническую задачу.

Цель работы и задачи исследования. Целью данной работы являются исследование и разработка статических и динамических режимов ВД в электроприводе. Указанная цель определила следующие основные задачи поставленные и решенные в диссертационной работе:

1. Разработка инженерной методики расчёта, анализа результатов, определения регулировочных характеристик и управляемых параметров статических режимов электропривода с ВД.

2. Определение, теоретическое и практическое обоснование запаса статической устойчивости привода при "малых" возмущениях, связанных с изменением возмущающего или управляющего воздействия по якорю и возбуждению.

3. Разработка и исследование процессов пуска ВД с имитатором датчика положения ротора.

3.1. Исследование дискретной физической картины мгновенного значения электромагнитного момента синхронной машины в схеме ВД в зависимости от^положения ротора относительно фаз якоря: от соотношения значений токов якоря и обмотки возбуждения.

3.2. Разработка схемы, теоретическое обоснование и исследование процесса определения положения ротора синхронной машины в предпусковом (неподвижном) состоянии.

3.3. Анализ свойств ряда схемных решений, теоретическое обоснование. математическое описание и исследование контроля и управления темпом пуска ВД в процессе разбега ротора с неподвижного состояния и до реализации естественной коммутации.

3.4. Разработка комплекса схем пуска и устройств управления вентильным двигателем малой мощности.

Методы исследований. В работе применялись следующие методы:

- обобщенных векторов, которые при каждой коммутации преобразователя дискретно меняют свое положение, а система исходных уравнений остаётся функционально непрерывной с конечными значениями параметров на каждом шаге расчёта;

- непрерывной аппроксимации коммутационных процессов зависимого инвертора, позволяющий функциональную зависимость тока, имеющего разрывы в точках переключения вентилей, представить гладкой составляющей входного тока, а выходной ток - гладкой синусоидальной формой;

- численные с применением ЭВМ, при моделировании статических и динамических характеристик;

- экспериментальное физическое моделирование, для проверки выдвинутых положений.

Научная новизна.

1.Разработана инженерная методика расчёта статических характеристик ВД, позволяющая существенно упростить процесс расчета и определения переменных углов областей статической устойчивости проектируемого электропривода с хорошей точностью результатов.

2.Получены математические основы для расчета и определения областей динамической устойчивости привода с ВД в "малом" при изменении управляющих и возмущающих воздействий.

3.Разработано и исследовано схемное решение, определяющее положение ротора ВД в неподвижном (предпусковом) состоянии.

4.Разработаны, исследованы и внедрены два схемных решения с аналитическим обоснованием и математической моделью контроля и управления темпом- пуска вентильного двигателя.

5.Разработана и внедрена конструкция узла контроля пуска вентильного двигателя малой мощности.

6.Основные схемотехнические решения и конструкции по проблеме пуска и управления ВД защищены авторскими свидетельствами.

Практическое значение результатов работы. Разработанная методика расчета характеристик и параметров управления статических режимов дает возможность легко и просто решать инженерные задачи при проектировании и наладке разомкнутых и замкнутых систем электроприводов с вентильным двигателем. Рекомендована методика расчета областей статической устойчивости электропривода практически в любой точке статической характеристики. Применение разработок схемного и конструктивного решений имитаторов датчиков положения ротора мощных и ВД малой мощности в электроприводе при пуске позволят обеспечить высокие технико-экономические показатели рассматриваемых систем за счет относительно лучших энергети-

ческих свойств БД; повысит производительность машин и механизмов.

Реализация результатов работы. Результаты разработок и исследований внедрены на Новочебоксарской ТЭЦ-3 в виде практических рекомендаций при анализе вопросов статической устойчивости и синтезе САР. а также физических схем регулятора напора (подачи) на электроприводе питательного насоса'мощностью 4000 кВт котлоагре-гата. Многие выводы и итоги работы использовались при совместной работе с ВНИИР г.Чебоксары. В настоящее время налажено производство вентильных двигателей с постоянными магнитами с диаметром фланца 115 мм и моментами 2.3; 4,7 и 7 Нм на опытном заводе АО ВНИИР.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и получили одобрение:

1. На ежегодных научных конференциях Чувашского госуниверситета, г. Чебоксары.

2. На научно-технической республиканской конференции "Коммутация электрических машин". г.Харьков. 1984г.

3. На Всесоюзном научно-техническом совещании "Регулируемые электродвигатели переменного тока". г.Владимир - Суздаль, 1987г.

4. На I Всесоюзной научно-технической конференции по элект-ромеханотронике, г.Ленинград. 1987г.

5. На научно-технической конференции "Системы электроприводов гибких производственных модулей", г.Киров. 1989г.

6. На Всесоюзной конференции "Современные проблемы электромеханики", г.Москва, 1989г.

7. На Всесоюзном научно-техническом семинаре по электромеха-нотронике. г.Ленинград, 1989г.

8. На XI Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам автоматизированного электропривода, г.Суздаль, 1991г.

9. Диссертационная работа докладывалась и обсуждалась на семинаре кафедры "Систем автоматического управления электроприводами" Чувашского государственного университета им.И.Н. Ульянова.

Публикации. По результатам проведённых исследований и технических разработок получено 8 авторских свидетельств на изобретения и опубликовано 25 научных статей.

Объём работы. Диссертация содержит 160 страниц машинописного текста. 40 рисунков, 9 таблиц, список используемой литературы из 87 наименований и приложения на 19 листах (всего страниц 179).

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении: обоснована актуальность и необходимость разработки и исследования ряда вопросов, связанных с работой регулиру-

емого электропривода, включающего вентильный двигатель на основе синхронной машины и вентильного (полупроводникового) преобразователя с зависимым инвертором тока. Приведен анализ особенностей режимов и определены требования к электроприводам с ВД малой мощности, сравнимые по затратам и динамическим показателям с регулируемым приводом постоянного тока.

В первой главе описывается состояние проблемы и ставятся задачи. необходимые для решения следующих вопросов: 1) разработка методики расчета статических характеристик разомкнутой и замкнутой систем электропривода с ВД; 2) определение критериев статической устойчивости работы ВД при воздействии внешнего возмущения со стороны момента статического сопротивления и управляющего воздействия по напряжению питания и напряжению возбуждения; 3) теоретическое и экспериментальное исследование пусковых режимов синхронной машины большой мощности от преобразователя по схеме ВД с имитатором ДПР; 4) исследование особенностей пускового режима ВД малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов с использованием имитатора ДПР.

Задача исследования переходных и установившихся режимов в электроприводе по системе тиристорный преобразователь с зависимым инвертором тока (напряжения) - синхронный двигатель сводится к созданию математической модели вентильного преобразователя частоты. нагруженного на электрическую машину. Вентильный коммутатор описан в координатах а, в, с, синхронная машина, с известными допущениями, - уравнениями Парка - Горева в координатах (3, я и уравнениями связи обеих систем. В работе представлена эквивалентная схема математической модели электропривода, по которой составлена полная система уравнений по принципу подчинённого регулирования координат. Исходные уравнения записаны по мгновенным значениям переменных и по гладким составляющим, то есть при допущении, что токи и напряжения на входе и выходе выпрямителя и инвертора не содержат высших гармонических и магнитная индукция в воздушном зазоре ВД синусоидальна. Записанная система, состоит из 37 уравнений, содержит нелинейные дифференциальные уравнения, а также дискретные элементы, описывающие открытое и закрытое состояния вентилей выпрямителя и инвертора.

Итак, для исследования ВД в электроприводе применяется полная система уравнений, которая может варьироваться в зависимости от принятых допущений и задач исследования.

Во второй главе рассмотрена методика расчета статических характеристик разомкнутой и замкнутой систем электроприводов с ВД.

Уравнения системы для этого режима нелинейные и трансцендентные. Анализ уравнений показывает, что принятым способом упрощения их совместного решения исключается многократность подстановок переменных. Это достигается использованием ранее неизвестной аналитической однозначной зависимости параметров управления инвертором (|$0. ф, либо Pi) от угла коммутации к. определяемого током нагрузки, частотой вращения ш и активно-индуктивными параметрами синхронной машины ra Ly . Lq.

В ВД, где реализуется автокоммутация (тактовая синхронизация) инвертора в функции положения ротора, получена зависимость:

2А sinfl0 + В (1 - cosy)

Р, = arc tg- ,

2А cos|50 + В slnK

где р, - угол управления инвертором; А,В-переменные коэффициенты:

_ 12

А = а /ь'„ L*q (1--sln2*/2) ,

ЛЦ

В = /г n(YHrasin(P0-Y/2) + шЦcos(0о-у/2)}.

По этим соотношениям были рассчитаны характеристики р^ИК). при различных частотах вращения и р„, из которых следует, что чем меньше частота вращения или относительно велики параметры машины, тем быстрее уменьшается pt,при одних и тех же к и Р0. Для увеличения перегрузочной способности ВД необходимо уменьшить угол коммутации 1, что достигается воздействием на конструктивные параметры, в частности на индуктивности синхронной машины по осям d и q, путем их снижения.

Рассчитана и^обоснована диаграмма (рис.1), наглядно показывает соотношения угловых величин ВД, области их изменения при увеличении нагрузки, здесь можно увидеть предельную границу работоспособности инвертора, определяемую возможностью безопасной коммутации его по углу запаса б„1п. а также индуктивными параметрами синхронной машины. Полученная диаграмма (рис.1) удобна для проектирования и анализа работы электропривода с вентильным двигателем.

Методика расчета статических характеристик вентильного двигателя следующая:

1. Задание - параметров управления ВД: входного напряжения инвертора Un и угла установки датчика положения ротора ро или pt

при синхронизации инвертора в функции напряжения.

2. Определение скорости идеального холостого хода а)** ВД при 1П] =0, следовательно, 8=К=0, ß0=<Pi=ßi.

. 3. Задание шага расчёта (шага угла коммутации ДК). Чем он меньше, тем выше точность расчета статических характеристик.

4. Расчет величин ßlf ф,. 8 в функции угла коммутации К.

5. Нахождение амплитудного значения тока якоря ImI, определение угловой частоты вращения и электромагнитного момента ВД.

Статические характеристики рассчитываются от заданной скорости идеального холостого хода ю^ по точкам "шаг за шагом". Для получения последующих точек характеристики расчет повторяется с п.4, при этом в формулы подставляется частота вращения ротора из предыдущего подсчета i^.,, а угол коммутации задается по формуле ft-Ki-! + Alf.

Статические характеристики замкнутой системы автоматического регулирования с ВД рассчитываются аналогично с учётом вида и набора обратных связей, их коэффициентов усиления.

Если изменение суммарного магнитного потока синхронной ма-

Рис.1. Расчетные кривые изменения угловых величин ВД

шины, связанное с действием последовательной обмотки возбуждения или реакции якоря, в процентном отношении велико, то при расчете статических характеристик необходимо учитывать нелинейное изменение ЭДС в функции суммарного тока контуров синхронной машины, приведенных к якорной обмотке. Это возможно выполнить заданием индуктивности Lad по оси й степенным рядом, а коэффициенты его находятся по известным координатам кривой Lad = f(If£).

Результаты расчета по предлагаемой методике показали хорошее совпадение с экспериментальными данными.

Для увеличения нагрузочной способности и при оптимальном по энергетическим показателям регулировании электропривода с ВД можно изменять угол установки ДПР в функции поддержания постоянства угла запаса инвертирования 5min. Для этого случая определена однозначная зависимость:

A sin(6mln+K) + bttoLqSinlf - ra(l-cosY)]

ß0 = arc tg-,

A cos(6mlr,+Y) - btüiLq (1-cosTf) rasinY]

где b - (6/jrf) -sln(6ml„ - y/2) -sinY/2 .

По этому уравнению рассчитывается угол установки ДПР по величинам 5„,п и К. а затем определяются все остальные углы и переменные согласно предложенной методике. Расчеты показали, что при выполнении полученных угловых критериев ВД обеспечивает максимально возможный cos9t, следовательно, и более высокую перегрузочную способность по сравнению с системами, в которых реализована синхронизация от ДПР или по напряжению якоря двигателя. Общим выводом является то, что чем выше частота вращения ротора синхронной машины, тем больше перегрузочная способность ВД при прочих равных условиях. При увеличении угла запаса инвертирования перегрузочная способность ВД уменьшается.

Рассматриваемая методика расчета статических характеристик ВД универсальна. Она обеспечивает получение достаточно точных для практики результатов сравнительно простым способом.

В третьей главе рассматриваются вопросы статической устойчивости ВД при возмущениях со стороны управления и нагрузки. При математическом описании процессов с вариациями переменных применяется метод непрерывной аппроксимации зависимого инвертора тока. За нулевой отсчет принимались координаты рабочей точки. В ВД вводятся "малые" возмущения ди„, ди,, дмс. Все переменные получают приращения Д. Основные допущения при выводе уравнений - пренебре-

жение малыми величинами второго порядка, а для угла 0, з1пЛР, =Д0!. соэЛР,=1. На основании системы уравнений ВД получена система уравнений линейного приближения для возмущенного режима, которую можно представить в матричной форме:

Дш(р)

^пхк(Р)

П = К»6

Ав(р) а1м(р)

Л1Г СР) Д1кч(р) дц(Р)

Дип(р)+А,1ДМс(р) | Ди„ (р)+аг1ДМС (р) о + а37амс (р) Ди, (р)+а47ДМс(р) о + а57 ДМС (р) Дип(р)+А67ДМс(р)

где МпхК(р) - матрица коэффициентов уравнения; Д!и(р), Д8(р)... - исследуемые переменные.

Пользуясь методом суперпозиций, определяем передаточные функции по частоте вращения при возмущениях ВД по независимым каналам управления ип, и иг и возмущению по нагрузке Мс. так. например, при управляющем воздействии Дия будет:

Дш(р)

сц(р)

1 = 1. л - 1,2,6;

Дип(р) (^„»(р)

По передаточным функциям построены частотные амплитудные и Фазовые характеристики (рис.2). Анализ их показывает, что:

1) частотные характеристики, по которым ВД с ДПР на валу при малых возмущениях по каналам и„. и, и Мс представляет звено, эквивалентное многосвязному звену с одноёмкостными (апериодическими) и астатическими (дифференцирующими) элементами.

2) параметры демпферных обмоток синхронной машины.используемой в схеме ВД. оказывают существенно малое влияние на электромеханические переходные процессы, не влияют на показатели частотных характеристик.

3) с целью упрощения вычислений частотных характеристик, можно пренебречь изменением угла коммутации изменением токов демпферных обмоток Д1к„, Л1КЧ. При этом система может быть описана уравнением третьего порядка без существенной погрешности.

4) пренебрежение индуктивностью по оси q синхронной машины, с целью упрощения расчетов, приводит к большим погрешностям;

5) величина воздушного зазора незначительно влияет на параметры частотных характеристик ВД; уменьшение зазора ведет к уменьшению запаса устойчивости;

6) при различных индуктивностях сглаживающего дросселя звена постоянного тока различие частотных характеристик Дш(р)/Диг(р) и Дш(р)/ДИп(р) с ростом частоты увеличивается;

7) уменьшение индуктивности сглаживающего дросселя ведёт к увеличению запаса устойчивости ВД по каналу возбуждения;

8) при питании обмотки возбуждения от источника тока увеличивается запас устойчивости по каналу возбуждения.

В четвертой главе рассматриваются принципиальные основы расчета и конструирования имитаторов ДПР на основе полупроводниковой элементной базы. Проводится анализ возможных вариантов имитатора ДПР, дается теоретическое обоснование разных типов имитаторов ДПР. На основе такого анализа и синтеза установлено, что для начальной стадии пуска ВД можно использовать имитатор ДПР, моделируя уравнение с13/<3ш" в замкнутой системе управления по следующим параметрам: по частоте вращения ротора, по напряжению и току статора синхронной машины, по току и моменту статического сопротивления.

Рис.2. Логарифмические амплитудно-фазовые характеристики "модуль в децибелах - запас по фазе" при изменении: ------- воздушного зазора машины:

— • — индуктивности сглаживающего дросселя;

— •• — питания обмотки возбуждения (источник тока)

80° " 120° запас па

190° ь(Я) ф а а в

В последнем уравнении д - угловое положение ротора. Ф - частота вращения имитатора ДПР. замеренная аппаратными средствами (полупроводниковой аппаратурой).

Исследована степень влияния начального электромагнитного момента синхронной машины в зависимости от пространственного положения ротора на динамику пуска. Выведено необходимое и достаточное условие для точного определения положения координаты ротора, обеспечивающего оптимальный пуск ВД. которое выражается соотношением:

«1 - К + и -1)71/3 .

где и -1)я/з - шестидесятиградусная зона; ,3=1.2____6;

90 - координата ротора в шестидесятиградусной зоне, 0 < 9„ < л/3.

Проведено математическое обоснование возможности относительно точного замера углового положения ротора синхронной машины в неподвижном состоянии; предложена техническая реализация этой операции. Обоснованы схемные решения, рассчитаны, исследованы на математических и физических моделях имитаторы ДПР синхронной машины, синтезированные на основе решения уравнения движения и на основе замера ЭДС якоря синхронной машины. Для математического исследования составлена система дифференциальных уравнений ВД 14 порядка, которую можно представить в форме вектора: II А I • I X I

где

- матрица-столбец

в Г II

X, И 1 Й!-*

хг йис||7-1г

XI з ш

Хм 3

производных ис-

комых перемен-

ных

8 А 9 - матрица постоянных коэффициентов, часть которых зависима от результатов предыдущего шага расчета;

1 Г В - матрица-столбец исходных данных, часть которых зависимые переменные.

Основные допущения принятые в модели: силовые вентили тирис-торного преобразователя представляются функциональными резисторами, шунтированными ЕС-цепочками; вентили меняют свое состояние скачком (мгновенно); на временном интервале, равном шагу интегри-

X

рования дифференциального уравнения, состояние вентилей остается неизменным; поиск момента переключения вентиля осуществляется посредством уменьшения шага интегрирования.

Таким образом, получена система неизменной структуры, линейная на каждом шаге расчета и наиболее полно отвечающая физическим особенностям совместной работы синхронной машины и тиристорного преобразователя с зависимым инвертором.

На основании векторного уравнения проанализирован пуск ВД с различными схемами имитаторов ДПР:

1. От имитатора ДПР на основе решения уравнения движения, при этом фиктивный момент имитатора определяется по соотношению:

12

М"

-рп

21/5

- Ь4„ (I, + кг 1„) 1„соэРо

2Из

1п

Ц.

ц

з1п2Р„

•IV

где К( =0, при отсутствии последовательной обмотки возбуждения: Кя - коэффициент "настройки" момента имитатора, определяемый экспериментально при пробных пусках синхронной машины.

Результат моделирования имеет удовлетворительное приближение к опытным данным, так как момент статического сопротивления выставляется предварительно и приблизительно.

2. От имитатора ДПР с заданием независимого сигнала, полученный переходный процесс далек от оптимального, очень сильно зависит от разности №* - М«.", которые точно прогнозировать весьма затруднительно.

3. От имитатора ДПР на основе ЭДС инверторного моста. Уравнение. позволяющее определить ЭДС на зажимах инвертора при работе двух фаз длительностью ж/2,

Е„ - Учз1п(« - я/3) + ¥<1003(9 - я/3)]

содержит постоянную и переменную составляющие, причём первая -прямо пропорциональна частоте вращения ротора ш. В формуле принято, что первые временные гармоники потокосцеплений якоря и могут считаться неизменными в приводах с поддержанием постоянства тока. Имитатор ДПР, синтезированный на основе ЭДС инверторного моста (рис.3), учитывает момент статического сопротивления на валу двигателя, а следовательно, позволяет оптимизировать пуск ВД.

Рассмотрены, особенности имитаторов ДПР и ДПР для машин малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов. Имитатор ДПР по техническим и конструктивным особенностям существенно отличается

от аналогичного имитатора крупных машин и входит в компоновочную конструкцию непосредственно двигателя. Исследованы вопросы электромагнитного момента обесточенного двигателя малой мощности, влияющие на пусковые свойства от имитатора ДПР.

Исследованы, апробированы и предложены конструкции и схемные решения коммутаторов совместно с имитаторами ДПР для ВД малой мощности. Коммутаторы (преобразователи) ВД малой мощности позволяют иметь встроенные ДПР или его имитаторы в зависимости от их предназначения.

В приложениях к диссертации приведены: технические данные электрических машин, использованные в экспериментальных установках, аналитическое и цифровое выражения коэффициентов матриц, исходные данные исследуемых объектов, алгоритм расчёта ВД, схема коммутатора ВД малой мощности, акты внедрения.

и)-в0

и,ич

Рис.3. Функциональная схема имитатора с использованием ЭДС инвертора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате теоретических и экспериментальных исследований в области теории и расчета статических и динамических характеристик систем электроприводов с вентильным двигателем на базе синхронной машины и полупроводникового преобразователя частоты с зависимым инвертором, можно сделать следующие выводы:

1. Разработана и теоретически обоснована методика расчета широкого спектра характеристик статического режима разомкнутой и замкнутой систем автоматического регулирования электроприводов с ВД, которая обеспечивает получение достаточно точных результатов по определению предельных углов регулирования, коэффициентов усиления и электромеханических характеристик, используемых в инженерной практике при расчете и проектировании систем электроприводов.

2. На основании расчетов разработана номограмма областей изменения угловых переменных ВД. представляющая удобство при анализе и синтезе систем автоматического регулирования с учетом степени устойчивости при вариации различных переменных.

3. Теоретически обоснован важнейший вывод о том, что наибольшая перегрузочная способность вентильного двигателя получается при поддержании минимально возможного угла запаса инвертирования и максимально возможной частоты вращения.

4. Разработана методика расчета амплитудно-фазовых частотных характеристик вентильного двигателя "в малом", работающего в любой точке статической характеристики, по которой проанализировано влияние на динамическую устойчивость электропривода: параметров демпферных обмоток, угла коммутации, индуктивности сглаживающего дросселя звена постоянного тока, величины воздушного зазора между статором и ротором, индуктивностей по осям бич, источников питания обмотки возбуждения (тока, напряжения).

5. Теоретически обоснована, реализована и внедрена защищенная авторскими свидетельствами схема имитатора ДПР.

6. Получено и обосновано необходимое и достаточное условие точного функционирования имитатора датчика положения ротора.

7. Разработана математическая модель электропривода с ВД, с помощью которой проанализированы работа и функциональные особенности имитаторов ДПР. результаты этих исследований имеют хорошее совпадение с данными, полученными на физической модели.

8. Разработан и защищен авторским свидетельством имитатор ДПР для ВД малой мощности, который входит в компоновочную конструкцию непосредственно двигателя.

9. Результаты настоящей работы могут быть использованы при

расчетах, проектировании и исследовании режимов работы электроприводов с ВД различных схемных решений, при конструировании двигателей или преобразователей частоты.

Материалы-диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Чихняев В.А. О схеме пуска электропривода с вентильным двигателем //Электрооборудование промышленных предприятий /Чуваш, ун-т. - Чебоксары, 1977. Вып. 5. С. 71-75.

2. Чихняев В.А. К вопросу расчёта статических характеристик вентильного двигателя с постоянным углом запаса инвертирования. //Электрические машины и аппараты /Чуваш, ун-т.- Чебоксары, 1980. С. 60-65.

3. Чихняев В.А. Расчёт статических характеристик электропривода с вентильным двигателем //Учебное пособие: "Проектирование -и расчет автоматизированного электропривода".- Чебоксары, 1978.

С. 3-21.

4. Чихняев В.А. Определение углового положения неподвижного ротора синхронной машины //Исследование систем автоматизированных электроприводов /Чуваш, ун-т. - Чебоксары. 1991. С. 111-118.

5. Чихняев В.А., Макаров В.А. Датчик углового положения ротора вентильного двигателя. //Электротехническая промышленность. Сер. Электрические машины. - 1980. - N3(109). С.6-7.

6. A.c. 1257770 СССР. МКИ Н 02 К 29/00. Вентильный электродвигатель /Чихняев В.А.. Афанасьев А.А. (СССР). Опубл.15.09.86, Бюл. N34.

7. A.C. 1325631 СССР, МКИ Н 02 Р 6/00, Н 02 К 29/00. Вентильный электродвигатель /Чихняев В.А., Афанасьев А.А. (СССР). Опубл. 23.07.87, Бюл. N27.

8. A.c. 1336186 СССР, МКИ Н 02 Р 6/00. Н 02 К 29/00. Вентильный электродвигатель /Чихняев В.А.. Афанасьев А.А. (СССР). Опубл.07.09.87, Бюл. N33.

9. A.c. 1432677 СССР, МКИ Н 02 К 29/00. Бесконтактный двигатель постоянного тока /Чихняев В.А., Васильев В.В., Нестерин В.А., Афанасьев A.A. (СССР). Опубл.23.10.88, Бюл. N39.

10. A.c. 1181070 СССР, МКИ Н 02 К 29/06. Вентильный электродвигатель /Алатырев М.е., Чихняев В.А. (СССР). Опубл.23.09.85. Бюл. N35.

11. A.c. 633116 СССР. МКИ Н 02 К 11/00. Н 02 К 29/02. Датчик положения ротора вентильного двигателя /Макаров В.А., Чихняев В. А. (СССР). Опубл. 15. 11.87, БЮЛ. N42.

12. A.c. 819894 СССР. МКИ Н 02 К 11/00. Н 02 К 29/02. Датчик положения ротора вентильного электродвигателя. /Чихняев В.А., Ни-

КИфоров В. Е. (СССР), опубл. 07.04.81. Бюл. N13.

13. Аракелян А.К.. Чихняев В.А. Частотные характеристики вентильного двигателя постоянного тока с датчиком положения ротора в электроприводе //Изв.вузов. Электромеханика. - 1981. - N1. С. 29-41.

14. Реактивный момент обесточенного вентильного двигателя с магнитами на ярме ротора /Афанасьев А.А.. Макаров В. А.. Никифоров

B.Е.. Чихняев В.А.. Кириллов С.В. //Электротехника. - 1989.- N3.

C.32-36.

15. Афанасьев А. А.. Удиков М.И., Чихняев В. А. Коммутация вентильного двигателя при пуске //Тез. докл. Респуб. науч.-техн. КОНф. - Харьков, 1984. С.50-51.

16. Афанасьев A.A.. Чихняев В.А. Частотный пуск синхронной машины с имитатором датчика положения ротора //Изв. вузов. Электромеханика. - 1987. - N2. С. 20-27.

17. Афанасьев А.А., Нестерин В.А., Никифоров В. Е.. Чихняев В. А. Электромеханотронный преобразователь для бытовых механизмов. //Тез. докл. I Всесоюз, науч.-техн. конф. по электромеханотронике. - Л, 1987. С.231-233.

18. Афанасьев А.А.. Нестерин В.А., Никифоров В.Е., Чихняев

B. А. Высокомоментный вентильный двигатель прямого действия для роботизированных механотронных устройств //Тез. докл. I Всесоюз. науч. -техн. конф. по- электромеханотронике. - Л., 1987. С. 186.

19. Афанасьев А. А., Никифоров В. Е., Чихняев В. А. Вентильный двигатель с электромагнитным возбуждением на базе асинхронной машины с фазным ротором //Электромеханические преобразователи энергии/Воронеж. политехи, ин., -Воронеж, 1986. С.71-77.

20. Аракелян А.К., Чихняев В.А. К методике расчёта статических характеристик вентильного двигателя //Электрооборудование промышленных предприятий /Чуваш, ун-т, - Чебоксары, 1978. Вып.6.

C.32-40.

21. Афанасьев A.A., Никифоров В.Е.. Чихняев В.А. Высокоскоростной вентильный двигатель с дисковым ротором из ферритового магнита //Системы автоматического управления электроприводами / Чуваш, ун-т. - Чебоксары, 1988. С. 83-87.

22. Вентильные двигатели с ферритовыми магнитами для бытовых механизмов /Поздеев А.Д., Афанасьев A.A., Нестерин В.А., Никифоров В. Е., Чихняев В. А. //Тез. докл. Всесоюз. науч. -техн. семинара по электромеханотронике. - Л., 1989. с. 117-118.

23. Афанасьев A.A., Никифоров В. Е., Чихняев В. А. Высокоскоростной вентильный двигатель с дисковым ротором из ферритового

магнита //Регулируемые электродвигатели переменного тока: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. совещания. - Владимир: Суздаль. 1987. С.86-87.

24. Афанасьев A.A., Никифоров В.Е.. Чихняев В.А. Высокоскоростные вентильные двигатели с ферритовыми магнитами и тиристор-но-транзисторными коммутаторами для механизмов бытовой техники. //Тез. докл. XI Всесоюз. науч.-техн. конф. по проблемам автоматизированного электропривода. - Суздаль, 1991. С.56.

25. Шагание вентильных двигателей с высококоэрцитивными магнитами и борьба с ними /Афанасьев A.A., Нестерин В.А., Никифоров

B.Е. Чихняев В.А., Кириллов C.B. //Регулируемые электродвигатели переменного тока: Тез.докл. Всесоюз. науч.-техн. Владимир; Суздаль, 1987. С.13.

26. Аракелян А.К., Чихняев В.А. К проблеме об определении' областей устойчивости движения многомерных, многосвязных систем электроприводов //Системы электроприводов гибких производственных модулей: Тез. докл. науч.-техн. конф. Киров, 1989. С. 19-20.

27. Аракелян А.К., Чихняев В.А. О синтезе САР электроприводов с вентильным двигателем //Современные проблемы электромеханики: Тез. докл. Всесоюз. конф. М., 1989. С.99-100.

28. Никифоров В.Е.. Чихняев В.А. Гальваномагнитный датчик углового положения ротора вентильного двигателя //Электрические машины и аппараты / Чуваш, ун-т., - Чебоксары. 1980. С.37-41.

29. A.c. 1385212 СССР. МКИ H 02 M 7/538. Полумостовой преобразователь постоянного напряжения. /Пименов В.М.. Чихняев В.А. (СССР), опубл. 30. 03.88. Бюл. N12.

30. Добавочные потери и моменты в электрической машине при работе о преобразователем частоты /Афанасьев A.A., Никифоров В.Е., Семенов Ю.А., Чихняев В.А. //Электричество. - 1988. - N10.

C. 45-51. '

31. Афанасьев A.A., Чихняев В.А. Математическое моделирование системы автоматического регулирования ветроэнергетической установки //Вестн. Чуваш, ун-та. - Чебоксары. - 1995. - N 2. С. 93-102.

Личный вклад автора. В работах, написанных в соавторстве соискателем выполнено следующее: выведена однозначная зависимость параметров управления инвертором от угла коммутации и предложена методика расчета статических характеристик; получены математические основы для расчета и определения областей динамической устойчивости электропривода с ВД в "малом", проанализировано влияние параметров ВД на устойчивость электропривода; разработано и исс-

ледовано схемное решение, определяющее положение ротора ВД в неподвижном состоянии, разработаны и исследованы два схемных решения с аналитическим обоснованием и математической моделью контроля и управления темпом пуска вентильного двигателя, разработана конструкция узла контроля пуска вентильного двигателя малой мощности.