автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Исследование особенностей и совершенствование математической модели динамических режимов электродвигателей постоянного тока малой мощности высокого быстродействия

.-ТВ Он

1 ) ПОП гЩйклзеншй комитет российской ввд&вдщ

• ПО ШСШШУ ОБРАЗОВАН«)'

Нэзочеркасский государственный технический универсгггет

На правах рукописи

СЕРГЕЕВ ВЛАДИМИР АРОЮВИ

уда 621.313.024

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕНШСТЕЙ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЕКМОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯНШГО ТОКА МАЛОЙ ШЦЮСТИ ВЫСОКОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ

Специальность: 05.09.01 - Электрические наетгы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск - 19&

Работа шгюяывна в ааучио-ироизшдственном концерне (объединении) •Энергия" , 1«.Воронв* и Воронежском политехническом институте.

Научный руководитель: доктор технических шзук, профессор КОНОНЕНКО Е.В.

0£здиальгче оппонента: доктор технических наук, профессор ГаЗтои Б.Х.

кандидат технических паук,

доцент КоломоЯцеи Л.Ф.

Водунцш иродорхитиз : ЦентралышД научш-исслодоьателъскиД институт автоматика и гадрашдои , г.Москшк

Запета состоится " ^ * декабря 1993г. в часон и аудитория 107 гл. корпуса на заседании сиоцаалазкрошшного совета Д.053.30.01 при Новочеркасском хюсударсгиолном техническом уишгерситете но адресу : 346430, г.Новочеркасск ,ГСП-1 Ростовской обл. .ул.ПросшгдошлДЗЗ .

С диссертацией могло ознакомиться ц библиотеке Ноючеркасского тех- • нячаского университета.

Автореферат разослан ноя^оя_199 г.

Отзыв па авторо^рат в двух вкзошлярах.заверошшй иочатыэ, просим направлять по указанному адресу.

Учепиа секретарь специализированного совета Д.063.30.01

кандидат технических цаук.доцзит Н.¿..Золотаре*

-3-

• ОБЩАЯ ХАРШЕПЮТКА РАБОТЫ ,

Актуальность паи. Разнитие сонромэшюй пауки и техники и условиях переходя страны к рыночной экономика соировожднется значительным уиоли-

чсшиак опроса на конкуронтосиособнно олоктричостпю ыпшшш каясй мзг^ос-ти.н том число на электродвигатели постоянного тока гасокотт) бнстродеЯ-стоия.Области причоиония коллакторшх даигатолой постоянного тока высокого бис.-рэдаЯстиия чрозничайно многообразии (систами аькАштнчаскога унравлу.тля различного назпнчшшл .нори^приЯнш» устройства ютислитэль-ноа тпттгси .аппаратура с|юдст1! спи пи и др.) НооцопимыЯ пклад в раз-иятна тоор.:л алаг.трлчасхи мяло" г?~";юстп '.'. яяпггр'яфяжу?'»» ил

их баз о, а тягая и практический разработки , шасон отчистившими учо-!шми : А.И.Бортшюшм, Д.Л.Злиялшашшм , Л.Г.Иосифьшюм, М.П.Костонко , Н.П.Ермолишм, В.Г.Каганом, Б.К.Чомодаиоанч .П.Л.Посокорским и друх-ими.

В настоянии иромя, и сннзи с расииронион областей применения кикро-днигятолйЯ специального назначения .имощих максимум опродалонноЯ тах-пичогкоЯ характеристики (например, элок^юмоханичаскоЯ постоянной I грумами), возрастав? цошюсть аналитичиских исслидонаннЯ тфоходннх гт;ю~ цассон и способом оОоаючончн наобходимнх динямнчпс.чнх х.'писг:;, салзлн-ния о шработкоЯ [хзкомонднциЯ по прооктирошшим.

Полы) диссертационной работы шшштся совараонстнонанио китомати-

часкоЯ мода л и ДПТ и анализ особонностоЯ динамичоских регамои днигато-лвЯ высокого бистродейстния малой мощности.

Роиаомио и диссертации задачи.

Для достюеэния иосташюшюй доли в рпбото решались слвдущие задачи: I.Разработка »¡фиктивного алгоритма расчота нерэходннх продзссон ДПТ ■ инсокого бнстродеЯстния при ггокоздо породяточтгх (¡угкдаЛ яястотнх критерии» кпчвстиа пароходных процоссон. Г.Кзучиниэ точностных и качостшшшх характеристик ДП7 малой иогцтостп . л ах с^йзн с диаггмичвсхими и энерштачоскимя парамэтргхд.

З.Авалзз предельных возможностей двягателвй с заданным уровне 14 быстро-доЭствая в часта нагрузочных рехзмов.

Д.йэзггопяэ прапцжюв построоняя рациональной ко года си теплового проок-т^ювлпля двигателей с аядашшми динамическими параматрами.

5.Емработка практически! рекомендация по расчету ДП? с пазовнм якором.

Уптоду исследока!Мя.При решении поставленной задачи использовались ¡жтгода катом'ти .оского моделирования с использованием персональной ЭВМ, кг года тоорга автоматичаского рагулирования, как средства анализа имп-гг.оПся «атанатическсЯ модели, статнстичоскао »¿птодл оцатсл клиягая естественного разброса характеристик и свойств олягшх образцоз двигателей высокого быстродействия на их теплотой состошгля.зкспорплйН'галыша методы исследований огшпых образцов п различных режимах работы.

Основные положения ,1федста1штмие к занято

I.Натематическая модель глоктроматапических и тепловых переходных процессов в ДПТ малой мосрюстк в резглю синусоидального реверсирования.

2.0x0» замощения ДПТ с учетом характера зависимости потерь внутри двигателя от частоты врацеиия и возмуцепцого воздействия нагрузки.

З.Расчвтно- аналитические вырагзгая для коаф1мционтсн использования олоктродвигятеля по мощюоти в типовом пероход:-юм разимо с контролируемой нагрузкой.

5.Схема згадз^эния ДП? для нестационарных (пароходных) твплових процессов в рехпкэ продольных нагрузок.

Б.Аналитический шрзхэ'гля для 2нг,!калантнц х в таплонсм отношения токовых нагрузок ДП? и типовых дпнйылчэских розскзх работа.

Осноииыо научила результату н патша

1.Устано:1ЛБ2а шнешс-атура показателей, опнсиващлх данамнчэскаэ и гностические сиойстаа ДПТ в переходных рэзшмзх а опраделядцнх его бистрод^астуиз, 'точность и устойчивость. а тахха чувсткатэ лыюсть к пари грузкам .

2. Предложена математическая модель ДПТ высокого быстродействия малой

новости,учитыващая характер нагрузка ,пядэниа навряганая шд четками в функции плотности тока, индуктивность обмотки якоря а состояние магнитной цопк . 3.Разработчик алгоритмы и программа расчета переходных процессов для режимом пуска и синусоидального раверсирования ДПТ с различны-

мн типами шзгрузок. ' ..... :." ' • •

4.Обоснована методика выбора двигателя для ялактропригада постоянного тока, используемого в режиме синусоидального реверсирования, по "зонам безопасной работы".- ...... "'"'ГТу.Т-' "ч ■ - ■ -■. ;

б.Описпна тепловая схема замапфния ДПТ в рохзмо нестационарного пагрз-. ваним с учетом взаимовлияния тепловидалявдих алвментоз конструкция. Практическая ценность и реализация результатов

I. Полу чеки аналитические зависимости показателей быстродействия, точности .чувствительности ДПТ к возмущаздим. и задающим воздействиям от параметре двигатля Гпозволя'щии Сработать трэбовзпия ТЗ.

й.Получен» численные результат» анализа тепловых свойств ДПТ к различных режимах работы и функциях параметров нагрузки и сигнала задания, хороио коррелирующие с экспериментальными данными и необходимо для оценки эксплуатационных характеристик опытных образцов двигателей. 3.Разработаны инженерные методики и программы расчета ¡1а ЭВМ переходных процессов в ДПТ с ¡лзнаняаьйпт характеристиками и основными пара-мвтрями.'

4.Определены любования к коэффициентам заполнения паза якоря к перспективным маркам материалов щеточно-коллекторного узла высокоисполь- . зопашшх по нагреву ДПТ.Получпны экспериментальные подтверждения теоретических 1фэдпосилок.

Результаты,выводи и рекомендации нестоящей диссертационной работы использованы в ходе завергаешшх в НПК(0)"Э!шргия" НИ01СР по создания серии электродвигателей высокого быстродвйетвш.прэдаазначбнных для привода различных механизмов устройств автоматики автономных объектов ,• сред-

-б- ' •

ств нгисгктолыюй топики .аппаратуры средств связи и др.

Алробеция работа

Ссяошю иолохения работа докладовались а обожались на шучыих ссииварах ка}вдри плектрокеханическкх систем ЕЛИ (г.Воронеж,193Э-199ЛГ), секции няучио-тохпячвского сойота " Электрические мащшы " концерна "Заортая"(г.Бороной ',1938-1993г.), Меадународном симпозиуме "Исследована» проблга создчиии капмпса систем новых влйктркческих «ш и ири-изпия в нкх шсокоанврготмческкх цостолшых мапытов с цельа совершен-стйовааш 1и:раиэт1юв а конструкций" (г.Суздаль ,19901'.) , 7, Всесоюзной коь^рокц« по шстояшшм магниты* (г.Елядилф ,1991г. ).

Структура к объем работа

Дхссергацжжнаа работа состоит га ыйдокйн , четырех глав к гггло-чызм .со'ерхапскх Х49 страниц метнионисвох'о текста и 35 страши; иллюстраций, спяск?! литературу из 113 каикэковаки2 и 3 прклозгениД на. 33 страницах.

Публикации. Основное ссдерхокие ¡¡¿боги отражено п 5 публикациях.

. СОДЗРХУКЗ Р££0Ш ■

Во введении дана обцяя характеристика работы,обоснована ее актуальность .цели и задача , а такхо осиовкие научхшэ и практические ■ результата диссертации. '

В пэрдай глава нз основа анализа игученща; литературных источников дается краткая характеристика состоялся исследований динамических рохи-юв ДГГГ с возбуждением от косюкнгШХ «¿агнитсз .олисцваптся иредшх-ао-нуо различат авторами характеристики •.;да1да*али, как алекэита САУ. Обоснована номэшслатура ио^зателлй.йсшллйувд^са в дальнейшем изложения для оценки бистродбйстная.точцосуи.устЬйщзсо'н я чунсгттильиост дт^'ателя при работа в пг.рэходшА* ¡«тих. .•

Анализ предельных диааьаческаг показателей разлячних уаиоа иахшт-

ш систем злектродиигаталеЯ тсскою бкстродейстшя козкшзл ги.тапть следупре особенности: ____

Т.Число ползсов двигателя принимаится болит: или ранги;« чабром ,гш: как при идпйстном уровне бистро дч С* стн'.'л касса кагяиттоЯ слг:гоъа-4 я атом случае будет мзньше. Однако, при Г.р> 8 сокращается «ггя.хальпая сирина поластю« дут-и и преимущество по массе теряется.

2.Предпочтительна« магнитоэлектрическое юзбуаден!»» , и-^гт^.г! дучгак» показатели по создаваемой максимальной унергии в еишшм пгЬлин и тт

3.Для » 1Кродеигателей предельного г>нстродойстляя предпочтительное иметь «яеяня» мттатну» систему с магнитаомяпог*!: подпет;,™ нэкоазчпхпама-концонтрнто]>ами магнитного потоки . • < ■

4.П[гим&не!Ш» кнсококоэрцктшюкх постоячпих магнитол, из сплавов &а-Со или ?М-?е-П позколнат улучшить массо-габаритнме хщшктрристикя систа-ггг) но срг-ннччип г млп^итноЯ снег""-"'?: из С|)л.'!1!ОВ Г«дя.0д.ч;:::о,;;:::1ольоо-кччи" мчшитол с ]У>дког<<ч^л!»Н1;ч:и пле'^птаии пя прИ1>о.">;т, ооо^ч 1т<ш-ря, к увеличения быстродействия двигателя,так как паллччин индукции и яокдушнлм зазор-е под полетом остается практически нэнзчепиой.а и дяи-теле с ¡тнгюинч якорей .кроме тото ^елячиня 75~ ограничена наиг^пниум зубцов. > ■

На основании проведенного нннлкза «¡ормулирсяюны оспоганэ зЕТфвкзэ-" ттпя нсследов^ний.уязультатн теоретической ;; практической ркализацпп ко-эдал: кздожини » последуя:',их главах ¿кссортациж.

Во второй глава произведено математическое описание ибводаиия дна- . гателя в переходник рехичах па базе эквивалента« электрических схегд. замещения и о.оогкетсткук.чих им передаточнмх функций по ЭДО и скорости. Исходом система у|хнвнениЛ имеет, »ид: • ■ -----

В М. ♦ V» Г40*/'

йа 6 в

"" *лаГ * У + м"+ а'ш; (I)

рв" г Л

км - — Г а1 + Ъ I •

14 2ю» в > гдв: а(,а3!,р<-некоторые постояшше, зависите от режима работы и способа нагрузки двигателя. К числу упрощающих допущений относятся: -постоянство сопротивления и индуктивности обмотки при изменения угла поворота ротора (Пв,Ьл-сопо1).

-линейная зависимость магнитною штока от состояния магнитной цени:

а 1+ Ь (2)

■внутренний момент соиротивления двш-ателя представлен в виде:

И„= аА«^ " (3)

-падвшш наиряяания юд щеками записано в ьидв:

+ [1+[-^)57Г] •в : (4>

-число секций обмотки якоря на пару полосой предполагается достаточно большим, .когда сдвиг оси поля икоря при ко»4Утации ак< 10°.

Порчены аналитические выражения для передаточных функций днигате- . ЛЯ 110 8.Д.С. при учете и нвучете индуктивности обмотки якоря, наличии или отсутствии момента статического трения Ц^'.а такхе при "ввнтшштор-1ЮЙ* нагрузке.Имеющееся внутреннее трание (вязкость) описывается при помощи коаДОицаента нагрузки: '

Ки" 1 •- ■- ■ (5)

В качеств» частояш оценок переходных процессов использован набор характеристических частот двигателя .предстаадящах собой частоты гар-шшпеского входного сигнала не которых найшцдается: максимум полезной

(«юидеостн на налу: (I, =0)

X /-Г^ - ------------------------- -----------

-сняхашю уроння полезною сигнала на 1«ход» н -/г ¡из по сражении с

работой от источника постоянного тона:

НК,,

П = -- . ■ (7)

ср

■Щициииишу ашшаииЯ МОЫКШТЬЯ >'р(Ш!Ш штирь ОДСТОТЫ Ц^д 5

нихйяи граничная частота : ,

К + К' 0' Т'К'.

М Н то к М Л

а , ----« та* к, (0)

гр1 гг „ „ — м .»ах Л '

инрхняя граничная частота :

1-(*,<,> ,

о - ^—----^ —---ТОК (Э>

грй ^ п р М -> 4 '

J и 4 М

-частота, на кото[х>Д наблч'У.атоя мг'ксичальноо значении внертгчческого ко^Ммщ'.ьнтн ц : _______

V* = ——-• СЮ)

<к„+ к„><к,Ла>

Здвсь под ьолячиноЯ анерхитичоского кои^мцшшта т^ понимается отношен-

нив соверш&ьмоа и^маодом {забота к моиуюоти потерь ннутри днигатоли:

Р ; «Л

ч,- — = 1Г--—р—---7 •. .

При учато собственно.! индуктивности обмотки якоря нолучени аналитически« зависимости показателя колебательности от ннрамагров двигателя:

.......

Г = ' ' . . ' (12) _

Совокупность характеристических частот позволяет оценить влияние ца-рамвтров днш'вгвля и нагрузки на динамические свойства двигателя: -

-Ю-".':

PïC-I.

Тнк ширин» полос« пропускаимих частот сужается с ростом момента

инерции на налу двигателя, индуктивности обмотки якоря, но практически н» нянмоит от стйтичискот -момент« нагрузки.Полоса гряничних частот — -П ^ крогю замнои^сти от ко!>Ммц'.1Г'1!Т1) ит»рн;ы онг*)деляотся ниличи-

НМ Я Д))ИГ.')Т!0.'Ь НИЗКОЕ ?[Л1НИН (КО^ММЦИИНТ X ).Лилии НО 1ГТ0{10а ГЛЙ1!»

предложен» ч'.ч'тоти»«» оцомки полос;; н^пуск.чем/х частот, точности, чун-отий-пач.нооти, устойчивости, И|"и шздеастнин па дн/.гател». ст.чмд.'^гпюг-о сигнала. Оценка динамических сшЯсгн двигателя нронзш-

тн двигателя.

Ряссмот]хтч и щюиннянзщючини переходные п;юцпсси л реашюм ДПТ с учеюм потерь н неч.индуктигшости обмотки якоря,момента статического Т1*»иия и мчментн инерции нагрузК1..П[!Ииоде1ш результата расчета рояземя синусоидального [лш^жщюнаним двигателя типа ЯЛ исполнения СОЭ.Получе-нн аналитические зннискуости дд:« »отделяемого тока и частот» крпквння при различном характер нагрузки, а такта амллятудно-частотнш» И (¡гкю-частотнее характеристики системы "дпигятель-нягру.чки".

Если момчнт нагрузки на налу днигителя и-чент состявлящуп, зявися-вдп от квадрата частот» иргин'чмя якоря, то длительность ннреюдчнх вросли и установившееся значении частот» враа;ения (при пуски ДПТ) опредв-ЛН1ГГСЯ яасткостьи мпханическоП характеристики двигателя. Если тмонт нагрузки имеет состввлянпум незпписюцуп от частота вращения якоря ,то к-¡тонн углогюго уемцмын, углшюЯ (мо;ж>стн врагуния и угла »опорота ротора имет- "зону нечувствительности",вкотороЯ значения всех т^еназ-вяшшх па рама трон рашш пул» , и установившееся значение ш ужжьсается иряхо щхнюрционялыю увеличению Нз.

Размер! "зонн нечувствительности" зависит такт от марки снетки.Для гряфитних щнток с относительно большим переходный тшденяея пакрязенил ее ширина больше ,а устшюишшоисн значение и кенкла при прочих рав'сх условиях. На частотные оно Яства двигателя мерка Ер»тхи заметного шшяния • не оказывает. . - .......

Времэшше характеристика переходных ироцвссои одинаковым образом изменяется с вариациями как частота ,так и коаЭДициента инерция К^ .Дли-. тельность переходных процессов при постоянных а.К^К, определяется исключительно электромеханической постоянной времени двигателя Ти и не зависит от момента статической нагрузки Ы8.Наличие индуктивное™ обмотки якоря помимо сужения спектра пропускаемых частот приводит к увеличении длительности переходных процессов , которые при 4а имеют колебательный характер. Количество независимых переменных в аналитических выражениях для потребляемого тока и угловой скорости не превосходит чети-рех.

Для временных характеристик при запуске двигателя от источника гармонического напряжения (при 1.^0)свободные составляйте токов имеют вид: -в случав двух действительных различных корней :

1СВ(*> * <\ец>(р,г>+Саехр(р,1) при (К,>4а), (13)

-(К.+ОХ,,)' ^ 2(НКм)аХ<,

а = К^-кг^ К^К,^)*) ; Ь =

(14)

-и еду чао диух одинаковых (кратных )корней :

р «--

«.» гая^х,

решашш играет над :

т„1*<Р)!га ; Сг= 1„|*(р)!*(р,а-Съ] . Ньконец, в случае двух комишксао соирихвнных корнай

(15)

1С„(1) - С,ехр(р,1)сов{д,г)+0,ехр(р,г)в1п(я,г)

-[к«*,) --■•-■■-

р,= Не р = - ; п = 1и р = / -7-7-7--

гсл^к, ' /.....X*,

ар,+Ш

Расчет частотных характеристик .подученных к настоящей главе,произведён для серии коллекторных электродвигателей постоянно!« тока, разра-ботчнннх я ряэиоэ ррэчя п НПО "Энергия".

Третья глава диссертации посвящена энергетическим переходным процессам в следящем приводе для тшювнх переходных режимов (пуск .различаю виды торможения,пуск нри стабилизации тока якоря, синусоидальное реверсирование ) .Введено понятие коэОДициепп. использования двигателя в динамическом (переходном) роэсимэ работа под котором понимается величина численно рлтгппп отйсШгГЛй повззной (совершаемой работы) к величина патраб-ляомой за тот хо отрезок времени анергии:

А„

ч, -■ (17)

/и(Ш(1)сП

и

Когда закон!« изменения потробляе'*ого тока •.». частота врзгртая ш-вестну величина и>ф иахвт быть шрлхопа чорез параметры нагрузки в аваля1гичвском вддо я не зависят о? локязчтяоЯ плзяпчояия (мог^гогттг,момоп-та,напряжения питания и др. )и электромеханических параметров двигателя.

Дяя электроднигатедей,предназначенных к использований в СЛУ, задача повышения быстродействия родственна задаче снижения потерь в переходных режимах.Электродвигатель с меньшей величиной будет иметь и какьшио погори на нагревание при прочих равных условиях. Особенно существенна разница в быстродействии для САУ при гармонических входных воздейстпия! , корда ДПТ моют оказаться неработоспособным уасэ на холостом ходу , если величина произведения а= КЛ0ЕМ»1. .

Амшмтудно-частотние характеристики с учетом юууктианости якоря

1!илп ~ (ГП..-1 у

-15- •

Например,для реэжюв пуска и динамического тормогвния коэМицноати

использования будут куоть вяд Ссоотпотстгашго):

„ 1ГРг" (аа-1)*С1-ЛП.) П = -- +-------. (18)

' * К,. О ч^ г^и.+з)

г т»-у Г ** У!

21,. 1+ -и--2 - 2----(19)

I (,3, ик. I

Зависимость коэффициента использования от нагрузки и^г.ет одянакокг!! для нсех тг.тдоп ппроход-шх процоссоа характер. Сна монотонно ьозрастает асимптотически приближаясь к коночному значению, достигаемому при п^-*», которое зависит от марки уточного материала , вида нагрузки ( статическая или динамическая ) и ряда других факторов, обусловлошшх спецификой пероходного процесса (электрического сопротпвлошш нагрузки и 1корн - дли тормозннх рохидап, частота иапряхоння. пяташл - длл спну-соидалыюго ропорсиропания). Б формулах (Ю)-(10):

Тнач «"в-1

л_=

П I 1+К

в н я

Со псох рассмотревши переходник рояимах а о л; пила т^ $ 0,5 ;ато означает, ЧТО болпп I ГОЛОВИНЫ ПОДГЗД.ШОЯ К ДиИГПТОЛО МОЩНОСТИ бвСНОЛвЗНО теряется н вида потерь п обмотко,щеточном узла,стали якоря и.др.

Рассмотрпнн тркж) треходгзгп йроцпеси в диитало при иуско с одновременной стабилизацией тока якоря на урсгшп 1« Т^ (пуск с постоянным ускорением е=сопз1;). •

Независимо от тшкччны и характера изменения пягрузочнош момента с частотой вращения , про мл разгона в случае пуска с постоянным ускорением

.(20)

......;..............вн

что по сравнению о прямим пуском соответствует уменьшении продоягатель-востн пуска (увеличении быстродействия) и :

*раэг.8 тв-1

- = - раз. (21)

1 4-

рвзг.пр.

Таким образом,пуск с постоянным ускорением аЭДоктивен в смысле увеличения быстродействия привода при кратности пускового электромагнитного момента большей 5.

Коэ<Кициент использования двигателя в режиме пуска с постоянным ускорением (при инаг=11ншЧ Снш + Ко):

м.».. 30(шю-1)(1-АР>)(иуи^сн)г_

Т}ие ~5пв (1 +Ун+сн) [7Ли,+9+12тн (1 +ли, )+2сн (&+4Ли<)]+(1-ЛЧ,) [(37+250С,, У()+

* -т (22)

+5(ЗСу*+18с*+43ун+31сн)]

При работе двигателя от источника гармонической ЭДС суччарнно потери существенно зависят от величины а=К^ПТм -безразмерного параметра,характеризующего полноту использования полосы пропускаемых частот (а О При больших частотах на величину потерь практически не влиявт характер пагрузки и ее величина.В диссертации рассмотрены энергетические характеристики для двух вариантов нагрузки (ИнаГ=Виш и МИ<1Г'М0).

Потребляемая от источника электрическая мощность также зависит от частоты .момента и характера нагрузки на валу .Несмотря на увеличение коэффициента " с ростом частот« , потребляемая энергия таксе возрастает.

^фиктивность энергетического использования двигателя при наличия на валу чисто статической нагрузки ниже, чем в случае динамической нагрузки с линейной вязкостью. Некоторая разница состоит и том , что величина " на 10-15 % меньше т££н

При относительно больших моментах нагрузки (п\,< 10) потори в двига-тела, нагруженном чисто статическим моментом,в 1,5-2 раза больше потерь в двигателе с линейно вязкой вагрузкой ( большие »печения относятся к меньшим частотам сигнала).

Потребляемая от источника энергия щи гармоническом входном юздей-

стяга такгэ находится в сильной зависимости от параметра а,но в отлична от коэффициента использования,определяется нах-рузочным моментом на валу.

В четвертой главе рассмотрены тепловые нагрузки электродвигателей высокого бнстродейсггвия.Опредь^чщим Аля оценки теплового состояния двигателя является величина среднеквадсатнческого тока, потребляемого от источника пнтання. Для дню.'етвлвйавтоно!|(ных объектов не менее ватной является величина среднего за период времени тока,используемая для расчета системы электроснабжения аппаратуры.В случав известных законов изменения тгатреблявмого тока и частоты ¿рсщонля.а тзгсзэ форт! нагрузочной траектории о>=Г(Мя) мохно определить допустимые по условиям нагревания здектромагнитпно нагрузки двигатэля.Дпя режимов пуска и динамического торможения среднеквадратические токи соответственно равны:

тср. к», п—т7—;—• " (23)

1н ¿7* (0,^1)^-3-2^)

еин » /, о »

1ср. „." — /К) ' | - • (24)

V 7.1П -гпг—

> *

Аналогичные соотношения получены для всех ре™»» работа и случаев нагрузки,рассмотренных в глава 3.

Следует закатить , что рехима пуска или торлшншя "в чистом вида" в-числе эксплуатационных режимов «отречется крайне редко.Более распространенными япллгэтся так называемые "старт-стопные" розжи (т.е.сочетания пусковых режимов с торможениями или реверсами). Они характерны для быстродействующа электроприводов различных электротехнических. устройств об^проншадоняого и специального назначения. Для пуска, с . торможаннвм обоих индон сродаоквадратичвские тока:

4 (^-е^фк, (ш%7)+2 (1+КП)1 гп

(противовшикеацр)

1„ /2шв (шв-1 Ьв+К^ (л£+7)+2 (1+К„)' п.

ср. кв. л"

/? 7 (1+К ) [ 4т- (1 ч-К_ ?) и 1"н"*"*» Л

!• "1+К Ы

(ЙС)

у-гг-И ( динамическое

л ДПIЮПЛ — ииии *

^ торможение I

Обе величкиа больше номинального тока дслгателл.что говорит об уие-личнии тепловой нагрузки дькгнтсш: в указанных режимах ко сравнен..») о продолжительным. Более того, приходится говорить о допустимой летальности ста]П'-стопного ¡югшма с данной нагрузкой, что объясняется относительно небольшим временем 'торможпекия (^ГО)>м" 0,15 1пус1(). Для случая пуска двигателя с постоянным угловым ускорением (а-солн!):

т •--:-:--

" ' /4(1-и45Унсн }+40ун» (Зу„+4 )+5с„ (Г5И 4си )

!+У..+<:.. •/ -г,

е

I —---/___и и-_и м ■ II -_и -

СР. 1+Ун+<:н / ;

Чем больше момент нагрузки за время разтга' двигателя , те>м больше виличииы среднего и средяеквадратическо^о токов .При чисто статической нагрузка (Ы = У ) двигатель работает с двукратной перегрузкой но току. Время разгона ш всех .случаях одинаково' ,не зависит от нагрузки и определяется но форгфле :1(>взг >-и)и/ки.

В случае синусоидального '¡»ворси^ювьния при небольших . частотах управляющего сиг-нала (а < 0,3) иаблодавтся снижение Тср кн с-уменьшением нагрузки (ас). Иная ситуация при больших частотах (а - I). Как было показано в главе 3 .энергетическая »¡¡¡ективность использования ДГГГ с ростом частоты увеличивается. По в то».(у с уманьшением момшгта нагрузки ток I кн вначоле такте снижается ,но ггрн большой частоте сигнала и Иилр=-- (0.15 •»■ 0,Ш г&агываотон снягениа.максимальной скорости привода, прог юр;(ионалыюе |Я|,и величина I кн может даже несколько возрастать.

Дьльь в главе 4 описываются особенности тепловых процессов и ¡¡лек-тродиигателях высокого быстродействия малой моадюсти , методика поста- . нонки вксггерйментов,объясняются полученные результаты на база представлений о статистическом характера распределения температур конструктивных яле ментов двигателя в режимах предельных нагрузок. Отмечается .что

пень оо близости к продольно допустимому значению по соображениям надобности.

" !Гп;:болоо нагрзтсЯ чгстыз ЯП? емсокого быстродействия малой мощности следует считать коллектор.Объясняется ото , как высоким уровнем потерь на коллекторе (до Г/3 об^оЯ cyti^J потерь в днкгптоло),тгк и ограниченной поверхностью тоштоотдачи.Тйггпературй коллектора в ре.тлмо нестационарного негрэвглия с млксималь.'Ю допустим« нагрузкоЯ является ста-тнстаческой валкчикой, которая «ад- прилагать рашюво¡юнгаих ана-

тсра являвтсл пеггрорывно:! случайной ¡зэлкчкиой, распреио нормальному закону.

Кзблвдаемые явления удаемся прогнозировать при рассмотрении тепловых ггроцессоа в яксрз иа основе продстачшЭНиЗ о дзухфззных гетерогенных системах .При предположении ,что паз якоря (проводники с изоляцией) является гетзрогэппоХ спста,с коццоитрзциой X электропроводной

(теплопроводной) фазы и (1-Х) - концентрацией диэлектрика с :изкол злактропроп-эдаосты}, взроятггасть достхзнкм гадшшоЯ температуры ?(Т{) определяется из ¡хзшшя решеточной задачи теории иротекипил. Тешюнро-г-одность ;> ога» случае будет зависегг. от иорогоиих здшчшыА Хс,которые пр:пга/.:,"ег шроятлоотлзя фуихцха (здесь Р)-ость вероятность то-

го, что 1№Илонрошдасють а ¿-ш направлении при фиксированном л отлична Ь'£ нуля):

(хгха) щт ¡хгха1 < I, (23)

г.'з критический индекс, характеризующий размерность пространства (дая тротуарного пространства 1,33). дг>: обобранной топгопроюдаоста диух£«УНОЯ оастекк в дажюа сдпаз . пра.танпш соотношение ( ■

)(ЗХ-1)у(2-Х)Х7 + + + ХЛ I 2

' л " I 4 '. 16 -- • ......2 ' '

где: X - обобщенный коайяциэнт 1ишшроводиостк системы Вт/град и ; ■

К теплопроводности проводящей и непроводящей фаз.

-20-

Тепловая схема замещения двигателя

где: Г|- потери в влементах конструкции ; тепловые иотоки, Вт

Расчети эквивалентного коэффициента топлспроводноетн пропитанной Шмотки якоря по (29) ксполъзовагаг в тоштотсм расчете дригятвля для не-, ¡тацпонарного режима работ» с контролируемо,! нагрузкой на баз» оиятвзи-ювянной теплопой схем» замоа'егая.В отлично от существуй?!* схем подо«5-гого типа, построение схем» произведено с учетом взаимовлияния таплони-целякох злемочтов.Ветви схем» замещения, содержи:?«» дкод» . уитни)"!Т три итора1рта:пюч способе решения системы ураннй;&й тснлояого баланса Г'Гг".'Г"."'пГТ^ тнмнмо«'гуь узле" "> «"*>лк,иия {1Г.«5 . 4-) .

Алгоритм расчета сопротивлений тепловой схем! замещения рг>«.«ьзоиаа на персональной ЗВ!1 в диалоговом режиме и сводится к решению алгебраической системы уравнений с перемонннми коефрициеитями .Расчета по тепловой схода замощения дают удовлетворительное сходство с экспериментально наблюдаемыми результата?«.

Но мекйв Имтвр"™,' для практики »««исиыоста тзмлэратурн якоря (кол-лектопп) от '-¡очонта нлгрузки на налу, я п случае синуооидальното повчр-сиропл:с<н , н о? частота питнгцого няпрндония .Однако, болыгий мт^гы'-п данном с^туизг» представляет поиск допустимых значений М и О, обесп';-'птеап-их ? -сопаЬ. Поиск областей допустимих значений момента я ч.зс-тпт» "ппрнуигдя пита-гля (зон "безопасной работа") также реализован нн ЭЕМ з дигшзге-ьюя режим* .Относительная погрешность расчетов по тепло но 5 е.тет.гп зяме™ення ни прегаотает 153 для диапазона частот от I до

7.0 Гц.При Солъзих частотах точность теплоих расчетов уменьшается ,что связано с нарушением допущений, доложенных в основу модели (I). .

Максимальную продолжительность работа в заданном переходном ряжимэ с известной нагрузке3 моэдю найти, зная ксэйицазнт ис:юльз.-зпяния' двигателя в переходном режиме и установившееся превши? ни е течперату-р» якоря (коллектора) в продолжительном региш с номинальной нагрузк Л. Например, для режима пуска двигателя с достоянным юажвааа* молюзтем нагрузка на ва^у виратание для суммарных иотарь зшргая за нрэмя одаого пуска будет иметь вид:

о т- тг - -] <за>

и шесть с уравнением теплового баланса :

О = стАТи + аконв5ЛТА1, (31)

где: Б и ш - площадь поперечного сечения и масса нагреваемого аламента конструкции якоря см',кг ; с- удельная теплоемкость меди обмотки .ДгУкг "С; «Чони-Усрвдавнныа коаОДициент коньектианой теплоотдачи с наружной поверхности якоря,определяемый по сродней скорости режима; образует систему уравнений с единственным неизвестным Л1.

Данный метод дает удовлетворительную точность для оценки допустимости эксплуатация двигатели в условиях , отличащихся от номинальных. Точность решения зависит от точности определения значения оконн,ири использовании гидродинамических критериев Рейнольдса или Прандтля.

Анализ выражений для ковЭДипдеенть использования потребляемой мощности и средчьквадратического тока, в режиме синусоидального ревь]>си]>о-вания показывает,что параметр а,входящий во все выражении "симметричен" относительно К, и 0 .Отсвда следует важный для практики вывод о возможности моделирования частоты источника питания моментом инерции приводимых во вращение масс. ^

Далее в четвертой главе описывается динамические свойства серии коллекторных двигателей высокого быстродействия, разработанной в КПП "Энергия",г.Воронах.Серия влектроднигателей «.^¡ностьп от ТГ> до 90 Вт выполнена в 3 габаритах (диаметр описанной вокруг корпуса окружности) 32,40 и 50 мм.Номинальная частота вращения 3000 и 5000 об/мин.Значение алоктромахааической постоянной времени для всех двигателей не превосходит 4мс.0писаны конструктивные особенности двигателей серии .приведены расчетные и экспериментальные значения характеристических частот и коа<1>~ фициинтов использовании.Нагрузочная способность и различных ¡«жимах работа оценена по срвднеквадратическим токам и продолжительности вшдаенин.

зшпшгаз

Основные результат работ заключаются в следу щвм:

Т,Подучены частотные характеристики быстродействия , качества , точности .чувствительности к возмущениям для ДПТ с возбуждением от постоянных магшггон, позволяющий осуществлять выбор основных иараметров н электромагнитных нагрузок двигателей 1ш атаках составления ТО и эскизного проектирования.Исследовано влияние параметров двигателя: ак-таиюпи сяцк»тик№шш' и 'Шу;сг.шпосгл <*5"отки якоря .»иадиапл напряго-ния в щеточном контакте ,а такав момента инерции нагрузки , моквнтои сопротивления движению,связанных с наличием вязкости,на форму частотно Я характеристики и ширину полос« пропускаемых частот."'"Результата анализа имеют большую степень общности и применимы дйя ДПТ высокого действия для которых справедливы предположения (I).

З.Прбд&шчш алгоритм» и программ» расчета пзрохотах иряаюсж да с учьточ ппрадатрои на!'рузк"Д ,обеспечннач«;ие требуечуи точно«"*;, расчетные соотношения.Эпед^ио понятие ко&ЭДм^ента использовании ;ю ¡гробля^-мой мощности двигателя » типовых ро'.С'-нцу. рг>ботм с покощьв которого • »црипип знорготичеекая &й*ктш«юсть и опроделонм пределы«-» нарачетг-ры нагрузки и прюдол&ятзльксст;. кслячоиня (ГС)} конкретных ДПТ п:*со-кого быстродействия. . .....

3.Получены аналитические иири-.шыа для сродккх н среднеквадрзтаческих ччжов,потребляемых .в типовых переходных рогамах,позволяющие рассчити-вать любой из них в аналитической форма , как- в!свивалент некоторого продолжительного режима.

4.СИИСМШ особенности г.ероходяпх тепловых процессов в ДПТ. Предложена т.:отод!?кя определения ¡ш«шялонтио1,о ко&Мйцвоата твшшроводдости обмотки якоря,швышапчоя точность расчета в целом и объясняющая насла-даемыо явления.

5.Составлена тейповая схема за' эщения и система уравнений теплового баланса для расчёта режима нестационарного нагревания , которая в отличи» от существущих схем,учитывает взаимовлияние тепловыделяющих ала-

MöirroB в щшчдаа для исследования мжлчюбразных переходных процы сов в ДПТ.

0снов1ше научные результаты работа наши отражение ь следующих иус лякациях:

I.Королев II.И- »Сергеев В.А.Особенности расчета алек.трических м«ш» постоянного тока с внутриякорным магнитом //Воронеж,ВПИ,1934-23«. 2.ICOHOHBHKO Е.В.,Сергеев В.А. 0 Buöüjw дьигателя постоянного тока

постоянными магнатами при питании от источника напряжении силу и. . дальной формы //Известии ВУЗов.Электромеханика,1931,Н"4,с.01-37. ->ноненко Е,В., Се ртам B.A.K оценке динамических качеств диктате.) l ' оянюго тока малой мощности //Научно-практический вестш1К"Эаь ш ''' ;; ронав,1932,К°4,с.З-€.

" ' » «г*

4.Хари. D. Д..Сергеев В.А. .Соловьев A.A. и др. 0 некото]шх особен ностях теплового режима высокоиспользованных электродвигателей но стояшюго тока малой мощности// Научно-арктический вестник "Заяр гия",Воронеж,19Э2,Н°4,с.3-8. .

G.Листок-каталог.ЛК 22T-I-92 .Злект^юдкигатнли вида ДП исполнения СО // В.В.Малышев,O.A.Кравцов,В.А.Сергеев,М.:Инфэрмзлектро, 1902.

Поплясано к печати 02Л1.93 oß-ьем 1,5 п.л тира* - 100 экз,заказ

Типография НГТУ ул.Просвещения

132