автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и исследование экономичного взаимосвязанного гистерезисного электропривода с регулируемым магнитным возбуждением

На правах рукописи

Титов Андрей Викторович

Разработка и исследование экономичного взаимосвязанного гистерезисного электропривода с регулируемым магнитным возбуждением

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996

Работа выполнена на кафедре энергоснабжения и электрооборудования летательных аппаратов Московского энергетического института (Технического университета)

Научный руководитель - доктор технических наук

профессор Тарасов В.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

профессор Розанов Ю.К.

кандидат технических наук доцент Никаноров В.Б.

Ведущая организация Всероссийский электротехнический

институт (ВЭИ) им.Ленина

Защита диссертации состоится "/5"" ^¿сарТа 1996 г. в ауд.Л-£^ в час. ес мин, на заседании диссертационного

Совета К.053.16.04 Московского энергетического института (Технического университета).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направить по адресу: 111250, Москва, Е-250, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан 01. 1996 г.

Ученый секретарь' диссертационного Совета К.053.16.04 канд.техн.наук, доцент

Морозов В.А.

Общая характеристика работы

находит широкое применение в различных приборах и устройствах. В последнее время повышенное внимание уделяется задаче обеспечения высоких и стабильных энергетических и динамических характеристик ГЭП при минимальной установленной мощности источника питания.

Особенно актуальным является решение этой задачи в устройствах и технологических циклах, объединяющих группу синхронных гистерезисных двигателей (СГД) с идентичными требованиями к рабочим характеристикам. К ним относятся: гироскопические приборы (ГП), крутильные машины текстильной промышленности, использующие разнообразные электроверетена, центрифуги и электромеханизмы с термофиксацией нити, получаемой из расплавов, центрифужные способы получения сверхчистых веществ. Особое место и значимость имеют центрифужные технологии по обогащению урана.

В этом случае целесообразно использовать общую систему электропитания - взаимосвязанный ГЭП, реализующий параметрический способ управления группой СГД в режиме импульсного регулирования возбуждения.

В известных работах Орлова И.Н., Тарасова В.Н., Делектор-ского Б.А. выявлены основные регулирующие и стабилизирующие свойства данного режима, сформулированы основополагающие технические решения для однодвигательного ГЭП.

Перечисленные работы были ориентированы на гироскопическую тематику, где определяющими требованиями к СГД были вопросы стабилизации его энергетических и электромеханических характеристик при одновременном обеспечении минимума энергопотребления и, часто, максимального быстродействия. Последнее решалось за счет форсированного разгона СГД и требовало увеличения в 3-4 раза установленной мощности источника питания, что неприемлемо в областях, где суммарная установленная мощность велика (20-200 кВт).

Необходимость доказательства возможности достижения высоких энергетических показателей ГЭП с учетом специфики системы электропитания, снижения капитальных затрат за счет уменьшения установленной мощности источника питания, обеспечения

устойчивости системы преобразователь - двигатель определяет актуальность настоящей работы.

Целью работу является разработка алгоритмов и технических решений импульсного регулирования возбуждения СГД, направленных на достижение высоких энергетических показателей взаимосвязанного ГЭП в различных технологических линиях.

Основные ядрами Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

определение условий достижения максимальных энергетических показателей СГД при параметрическом управлении намагниченностью ротора;

установление структуры потерь в системе электроснабжения и ГЭП на базе автономного инвертора тока (АИТ) с компенсатором реактивной мощности (КРМ) и исследование путей их минимизации;

разработка алгоритмов управления взаимосвязанным ГЭП, обеспечивающих высокие энергетические показатели системы электропитания;

исследование вопросов устойчивости системы АИТ (КРМ)-СГД при реализации алгоритмов импульсного регулирования степени возбуждения СГД;

исследование технических средств реализации параметрического управления намагниченностью СГД.

Методы исследования. Сложность и нелинейность характеристик СГД, а также системы электропитания на базе АИТ с КРМ в сочетании с методом импульсного регулирования возбуждения СГД не позволяют решать большинство вопросов аналитическим путем. Поэтому для исследования двигателя был использован метод проектного расчета СГД в квазистационарном состоянии. Для исследования динамических процессов при импульсном регулировании возбуждения СГД был применен метод физического моделирования, для чего был разработан комплекс технических решений. Научная новизна работы состоит в следующем; определены условия достижения высоких энергетических показателей сложной и нелинейной системы, состоящей из инвертора тока с тиристорным компенсатором реактивной мощности и группы СГД;

разработаны алгоритмы управления электроприводом и системой электропитания, направленные на достижение максимальных энергетических показателей и снижение установленной мощности источника питания.

Практическая ценность работы состоит в создании физической модели системы электропитания и электропривода, позволившей

детально изучить физические процессы, протекающие при импульсном намагничивании СГД, что не реально сделать на промышленных установках в силу их громоздкости, сложности и недоступности, т.к. их остановка на физические исследования сопряжена с большими экономическими потерями. Реально отработаны новые алгоритмы и технические решения, позволяющие подтвердить возможнсть повышения собственно КПД гистерезисных двигателей в 1,3-1,6 раза, а всей системы - в 1,8-2 раза. Выполнены опытно-конструкторские разработки блоков импульсного намагничивания (БИН), которые реализованы в виде опытных образцов, прошедших успешное испытание и использовались при отработке алгоритмов регулирования в ряде организаций (Всесоюзном электротехническом институте им.Ленина, НТЦ "Курчатовский институт", Центральном конструкторском бюро машиностроения, г.С.-Петербург, СКВ "Элиос", г.Винница, НИИПМ).

Результаты работы использовались при разработке в ВЭИ опытно-промышленного образца нового источника питания СГД центрифуг, а также при разработке ЭП электроверетен.

Апробация работы состоялась на заседании кафедры энергоснабжения и электрооборудования летательных аппаратов Московского энергетического института. Результаты работы докладывались на Республиканской конференции в 1991 г. в г.Томске, на заседаниях научно-технических советов в отделах и отделениях ВЭИ им.Ленина, НТЦ "Курчатовский институт", на ряде конференций в МЭИ. Действующая модель источника питания гистерезисных двигателей, изготовленная с участием автора, демонстрировалась на ВДНХ в 1988 г. и удостоена диплома.

Публикации. По теме диссертации: опубликовано 5 статей, получено 4 авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объем работы, Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, изложенных на 190 страницах, включая 105 рисунков и 7 таблиц.

Содержание работы ■

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, изложено краткое содержание глав.

В первой главе проанализированы принципы работы и особенности конструкции гироскопических приборов, веретен, устройств разделения изотопов урана.

Выявлены общие характерные признаки данных механизмов:

высокая инерционность вращающихся частей;

совмещение группы двигателей с идентичными требованиями к рабочим характеристикам в устройстве или технологическом цикле. Отмечено, что характеристики СГД, используемого в качестве приводного электродвигателя, оказывают влияние на качественные показатели работы механизмов.

На основе проведенного анализа определена цель управления - достижение высоких и стабильных энергетических характеристик СГД и всей системы электропитания ЗП.

Для уменьшения капитальных и эксплуатационных затрат ГЭП группы механизмов данная цель управления должна быть достигнута при минимальной установленной мощности источника питания.

В работе проанализированы известные структуры ГЭП группы механизмов. Отмечено, что перевозбуждение является основным способом улучшения энергетических характеристик СГД. Однако его традиционная реализация за счет регулирования напряжения приводит к увеличению установленной мощности источника питания в 3-4 раза по сравнению с номинальной.

Сделан общий вывод об увеличении капитальных затрат при использовании традиционных технических решений для достижения поставленных целей управления ГЭП группы механизмов.

Отмечено, что в наиболее комплексной форме задачи управления однодвигательным ГЭП решены при использовании режима импульсного регулирования возбуждения. Перевозбуждение осуществляется за счет параметрического управления напряжением (рис.1) без использования текущей информации об уровне энергетических характеристик и стабильности частоты вращения СГД. Увеличение установленной мощности системы электропитания в этом случае не превышает 25% от номинальной. Это определяет преимущества данного способа управления в структуре взаимосвязанного ГЭП.

Однако режим импульсного намагничивания не позволяет получить предельно-высокие энергетические показатели СГД и всей системы электропитания.

Кроме того, требует изучения вопрос использования режима импульсного намагничивания СГД в структуре системы электропитания на базе автономного инертора тока.

Известные технические решения, разработанные для ГЭП малой мощности, не могут быть использованы в устройствах и технологических циклах, объединяющих в единый цикл большую группу механизмов.

На основании проведенного анализа сформулированы основные задачи работы.

Во второй главе обоснована целесообразность использования метода расчета характеристик СГД в квазистационарном состоянии, определены требования к проектированию СГД с позиции высоких энергетических показателей и минимизации кратности изменений токов и напряжений в пусковом и рабочем режимах для снижения установленной мощности источника питания, выбран режим работы СГД с позиции обеспечения заданной перегрузочной способности, уточнены условия эффективного импульсного перевозбуждения СГД, проведена их экспериментальная проверка.

Известно, что максимальный КПД СГД без перевозбуждения находится в области индукций в роторе (Вр), близких к величине.

Впу^« Втц. т.е. примерно в точке максимума магнитной проницаемости материала ротора. При постоянном напряжении питания кратность тока через источник питания от точки пуска до рабочего режима Кг = не превышает 1,3-1,4.

Поэтому для неперевозбужденного СГД режим работы с постоянным напряжением и оптимизированной индукцией в воздушном зазоре с минимальной перегрузочной способностью является оптимальным с позиции требований к минимизации установленной мощности источника. Эта оптимизация при естественной степени возбуждения (ео) дает локальный максимум КПД и составляет при номинальной нагрузке Т1=(0,5-0,6). При этом переход на абсолютный максимум КПД традиционным путем сопровождается глубоким регулированием напряжения и тока, что определяет увеличение в 3,5-4 раза установленной мощности источника питания.

Согласование пусковой и рабочей мощности при обеспечении заданной перегрузочной способности СГД может быть осуществлено при комплексной оптимизации характеристик СГД с использованием для перевозбуждения режима импульсного намагничивания, а в ряде случаев и дополнительного регулирования напряжения питания.

Для импульсного намагничивания СГД должен быть спроектирован с возможностью дополнительного регулирования потока в сторону увеличения для создания повышенной степени намагниченности и возбуждения.

Поскольку в режиме перевозбуждения индукция в роторе В составляет (0,6-0,7) Втг, то для обеспечения надежного пуска предварительно выбирается материал ротора, который в данном объеме двигателя обеспечивает максимальный момент. На рис.2 приведены результаты расчета характеристик СГД при разных значениях индук-

Рис. I

P:ic. 2

ции в роторе (Вр). Все характеристики построены в относительных единицах при Вр=Вр/Втг. ф

Максимально-синхронный момент А1 мь при повышении степени возбуяздения ео значительно больше максимально-синхронного момента при исходной степени возбуждения е Зависимость ГА = [() носит 11-образный характер с достижением минимума при определенной индукции.

На график нанесены уровни номинальной нагрузки Мснол» и максимально возможной с учетом требуемого запаса по моменту Мет»* Точка пересечения М с та х иМ^с характеризует минимальную индукцию Вр , при которой может быть обеспечен ввод СГД в синхронизм при максимальной нагрузке, хотя при номинальной нагрузке ограничение наступает при Вр - Вр

Импульсное намагничивание СГД при Вр дает дополнительный запас по моменту, определенный отрезком А Б (рис.2). Поскольку & М тс не является необходимым, а ток тс не достигает своего минимального значения, то целесообразно дополнительно снизить напряжение питания, т.е. перейти в точку Б" с Вр = Вр где будет сохраняться заданный запас по моменту при условии сохранения режима перевозбуждения.

При реализации амплитудного перевозбуждения кратность изменения тока СГД характеризуется отношением тока в т 2 (рис.2) в пусковом режиме при Вр = Вт у к значению тока в т.1 для максимального синхронного момента с перевозбуждением. Это отношение составляет величину 3,2.

Для режима импульсного намагничивания кратность тока определяется, как отношение тока в точке 3 к значению тока в точке 1, что составляет 2,6.

Таким образом, удается снизить кратность пускового тока СГД в 1,3 раза, поскольку при этом снижается и напряжение питания в 1,3-1,5 раза, то общее снижение установленной мощности составляет 2-2,5 раза.

В работе проведена оптимизация энергетических показателей СГД. При этом в соответствии с принятой в электромеханике терминологией проведено разделение составляющих потерь на условно постоянные, не зависящие от момента нагрузки, и переменные потери, определяемые нагрузкой.

Показано, что условно постоянные потери в СГД зависят от кратности изменения индукции в роторе П,у где В и - исходное значение индукции до намагничивания, Вр - текущее значение индукции, и от уровня потока Ф(Г в воздушном зазоре. При регулировании ¡1$ при постоянной нагрузке КПД и Е0-£"А/4 возрастают,

причем КПД возрастает в большей степени у СГД с меньшей нагрузкой. Степень возбуждения ео практически не зависит от нагрузки (рис.3).

При регулировании уровня потока ФУ после предварительного намагничивания и обеспечения предельного значения fig обращает на себя внимание тот факт, что максимум КПД имеет место при разных уровнях потока. Он смещается в область больших уровней потока для нагрузок больше номинальной и меньших для нагрузок ниже номинальной (рис.4).

Аналогично смещается и точка минимума тока. Таким образом, регулировать энергетические характеристики СГД лишь одним параметром - кратностью намагниченности (Не) или потоком (Ф<У ) - недостаточно, чтобы обеспечить работу СГД во всем диапазоне изменения нагрузки.

В работе предложен алгоритм двухзонного регулирования возбуждения СГД и его суть состоит в следующем:

На первом этапе выбирается напряжение питания СГД, при котором обеспечивается разгон и устойчивая синхронизация СГД с минимальной перегрузочной способностью. По достижению ротором синхронной скорости включается БИН и осуществляется перевозбуждение СГД. При этом в 1.5-2 раза увеличивается перегрузочная способность ( Кп ) СГД. Если СГД спроектирован с низким уровнем индукции в роторе, то перевозбуждение обеспечит высокие энергетические показатели.

В большинстве случаев этого не происходит. Тогда необходимо ввести дополнительный этап регулирования степени возбуждения путем дополнительного снижения напряжения. Режим импульсного намагничивания сохраняется для стабилизации характеристик СГД.

Разработанный алгоритм иллюстрирует рис.5. В первой зоне при постоянном напряжении в результате увеличения бо растет КПД и C0S<?. Во второй зоне при ¡Ъц = const в результате уменьшения напряжения и потока для нагрузки, близкой к номинальной, КПД растет, а для максимальной нагрузки падает.

В большинстве случаев характерным для двухзонного регулирования является увеличение flo в первой зоне и снижение напряжения во второй при монотонном увеличении КПД и ео . Выбор кратности снижения напряжения зависит от заданного м * коэффициента запаса по перегрузочной способности Кп~ /г\*иом При исходном ео коэффициент перегрузки К п условно взят за единицу. В первой зоне регулирования Кп возрастает, а во второй уменьшается, и при достижении т.А исходного значения находится

Kr,

w

z.-

Í0-

o.i o.h o.b o.l lo ñic> 1гонп и,-- cent ¿ зона Ц - mu

значение U min напряжения питания и дополнительный диапазон ре-гуирования. Для ряда общепромышленных СГД он составляет 25-40 % Uно« .

В работе уточнены условия эффективного импульсного намагничивания, которые были определены с использованием закономерностей изменения результирующего вектора тока статора Ii в синхронной системе координат.

Условие формирования уровня возбуждения

/W = г11 Фб^Ф**^ (1)

где I,l(W - амплитуда тока статора при импульсном намагничивании, h - амплитуда тока СГД, обеспечивающая максимальный уровень возбуждения.

В переходном процессе изменения вектора результирующего тока его положение относительно оси продольной намагниченности ротора iL для режима холостого хода не должно превышать угол:

cLZ « U/I/t (2)

в двигательном и генераторном режимах, где1д. иХуи - предельные значения активной и реактивной составляющих тока в синхронном режиме работы намагниченного СГД для любого уровня потока.

Изменение положения ротора СГД после намагничивания должно быть таковым, чтобы амплитуда колебания ротора Д&р не превышала максимально-синхронного угла в двигательном режиме

0р = врио/Л + й&/> < Огяла; (3)

В сумме условия (1) и (3} образуют замкнутую область допустимого импульсного изменения!/ , в системе координат, связанной с U/ (рис.6) [1].

Основным результатом проведенных исследований является разработка алгоритма регулирования СГД, состоящего в регулировании намагниченности при постоянном потоке в первой зоне и регулировании потока при постоянной намагниченности во второй зоне. В первой зоне регулирования должны соблюдаться условия эффективного импульсного намагничивания.

В третьей главе проведен анализ блоков импульсного намагничивания (БИН), проведена их классификация, выдвинуты технические требования.

Техническая реализация БИН должна быть простой и не увеличивающей установленную мощность источника питания.

В основе всех способов импульсного намагничивания лежит кратковременное изменение МДС статора путем создания импульса результирующего тока статора. Импульс тока может создаваться: путем изменения алгоритмов управления ключей инвертора, созданием коммутационных процессов с помощью ключей, отключающих одну или все фазы СГД от сети, включением в структуру ЭП БИН.

Известные технические решения БИН, используемые в ЭП гироприборов, не возможно использовать в ЭП центрифуг и электроверетен из-за существенной разницы в потребляемой мощности.

Эффективность перевозбуждения СГД при сравнении БИН оценивалась по достигаемому минимальному уровню потребляемого тока. Процесс формирования намагниченности анализировался по траектории изменения результирующего вектора тока в координатах иу.

Установлено, что перевозбуждение, реализуемое созданием коммутационных переходных процессов по цепи статора, не позволяет достичь предельного намагничивания ротора СГД, поскольку амплитудо-фазовая траектория (АФТ) тока I* в координатах иу пересекает границы области эффективного импульсного намагничивания (рис.6, кривые 1 и 2) [2].

Показано, что формирование траектории нарастания результирующего вектора тока Ь решается при включении в структуру БИН дополнительного источника постоянного тока, например, заряженного конденсатора (рис.7) |6,9|. Импульсная цепь (тиристор \/Зии конденсатор Си ) подключена паралельно тиристорному разделительному ключу \ZS1-VS2.

Момент включения и определяет фазу и намагничивающего импульса (рис.1). Для формирования траектории вектора I на этапе спадания предложено принудительно выключать импульсный тиристор У/Бя . Для этого паралельно тиристору включена гасящая цепь, состоящая из тиристора \/Б г и конденсатора С г (рис.7). Момент включения Уа-определяет длительность I ц намагничивающего импульса (рис.1). Испытания показали, что при правильно выбранных параметрах намагничивающего импульса траектория изменения результирующего вектора тока1/ в импульсе укладывается в область допустимого изменения тока (рис.6, кривая 3). При этом достигается минимум потребляемого тока СГД.

Для сокращения числа тиристорных элементов в системе электропитания предложено совместить БИН [8] с бесконтактным

& Or-

сеть

нягрчгм

СУ

Си

ь

m

1

vs<

kri

№

VSU VSp

Plie. 7

СЕТЬ

СУ

-¿É

VS6

1

■et

VS(

et

HflrpyZKA

I ¡6ИН' I u.jtj

ВИН ±J 1

—Г i

Г-;о. 8

L_____l

тиристорным коммутатором, который в обычном режиме используется для коммутации нагрузки (рис.8).

Совмещение БИН с тиристорным коммутатором позволяет решать дополнительные задачи:

снижения пусковых ударных токов СГД [3];

ресинхронизации СГД в специальных режимах регулирования.

В четвертой главе проведен анализ путей обеспечения максимальных энергетических показателей системы статический преобразователь (СПЧ)-СГД, т.е. достижения максимального КПД системы, определены условия минимизации установленной мощности СПЧ при регулировании возбуждения СГД, предложен алгоритм управления системой электропитания для обеспечения динамической устойчивости СПЧ и СГД при изменении параметров двигателя и источника в результате намагничивания.

Во многом решение этих вопросов зависит от типа используемого СПЧ.

В системе ЭП на базе инвертора напряжения оптимизация характеристик СГД в части снижения кратности пускового тока автоматически приводит к снижению установленной мощности источника питания, а реализация режима импульсного намагничивания - к увеличению КПД системы.

Экспериментально было доказано, что однотипные СГД, имеющие технологический разброс параметров при питании от общего ИП, одинаково воспринимают управляющее воздействие в виде импульса намагничивания.

Показано, что разработка алгоритмов и режимов работы для взаимосвязанного ГЭП может вестись на базе однодвигательного ЭП, использующего тот же тип СГД.

В системе ЭП с автономным инвертором тока и компенсатором реактивной мощности (рис. 9) рассмотрены составляющие потерь и определены пути их минимизации.

Правильно оценить КПД системы можно по отношению к нагрузке на валу СГД, в качестве которой в центрифугах разделения изотопов принимаются аэродинамический момент (Ма ) трения цилиндра о газовую среду и момент трения (М тр ) в опорах.

Отмечено, что особенностью СПЧ на базе АИТ с КРМ является сохранение баланса мощностей при изменении параметров нагрузки или питания:

~ 0-с. ~ ~С1н Ри = Рн ;

где О и .Ос , , Оц • соответственно реактивные мощности инвертора, коммутирующих конденсаторов, компенсатора реактивной мощности и нагрузки. РМ , Р* - активные мощности инвертора и нагрузки.

Ранее было показано, что для СГД оптимальным является режим двухзонного регулирования. При этом увеличивается общий КПД системы. Однако максимум КПД не будет достигнут, т.к. при уменьшении реактивной составляющей нагрузки (О// ) возрастает реактивная мощность КРМ (О крм).

Избыток реактивной мощности АО , циркулирующей между КРМ и конденсаторами, получен при перевозбуждении СГД в первой зоне регулирования.

Для получения высокого КПД системы ЭП предложено отключить часть конденсаторной батареи. При работе СПЧ с номинальной нагрузкой КПД системы увеличивается с 30% до 60%.

Таким образом, для достижения высокого КПД системы необходимо выполнение следующих условий:

реализовать двухзонное регулирование степени возбуждения

СГД;

с уменьшением реактивной мощности СГД необходимо уменьшить реактивную мощность конденсаторной батареи;

установленная мощность СПЧ должна быть максимально приближена к мощности нагрузки в режиме перевозбуждения;

остаточная мощность КРМ должна быть минимальной, необходимой для компенсации увеличения реактивной мощности СГД при частичном развозбуждении.

Дополнительно импульсное регулирование возбуждения и рекомендации по расчету СГД позволяют не регулировать выходное напряжение АИТ после разгона СГД. За счет увеличения момента синхронизации в области малых скольжений при импульсном намагничивании двигатель входит в синхронизм при пониженном напряжении (порядка 300 В). За счет этого обеспечивается отказ от согласующего трансформатора на выходе инвертора, управляемый выпрямитель работает с малыми углами включения, и как следствие этого, отказ от фильтро-компенсирующих устройств на входе АИТ.

При экспериментальных исследованиях использовался разработанный физический макет АИТ (КРМ) с комбинированным способом возбуждения при синхронизации инвертора от выходного напряжения, а компенсатора от задающего генератора, что обеспечивает стабилизацию частоты и амплитуды выходного напряжения (III ) пи-

тания при изменении нагрузки без применения автоматических регуляторов. Для стабилизации фазы выходного напряжения КРМ охвачен отрицательной обратной связью по напряжению. Исследования динамической устойчивости проводились по разомкнутой схеме. В этом случае фаза и/ в синхронной системе координат изменяется от величины нагрузки, подключенной к инвертору. В качестве датчика фазы Ц*испоьзовались тиристоры КРМ (рис.9). Угол включения тиристоров КРМ а есть фаза выходного напряжения инвертора.

Показано, что в режиме импульсного намагничивания в разомкнутой системе АИТ (КРМ) - СГД существуют два взаимо-связаных процесса: изменение фазы питающего напряжения и изменение положения ротора СГД относительно синхронной системы координат. Причем, изменение положения ротора СГД происходит как под воздействием изменений фазы питающего напряжения, так и фазы намагниченности ротора. На основании анализа переходных процессов изменения положения ротора СГД сделан вывод, что в разомкнутой системе АИТ (КРМ) динамическая устойчивость СГД в режиме импульсного намагничивания обеспечивается.

Поскольку регулирование в системе ЭП сопряжено с регулированием напряжения и отключением части конденсаторов, что также влечет за собой изменение фазы выходного напряжения инвертора, то исследование динамической устойчивости СГД позволило определить рациональную последовательность алгоритма управления системой. После намагничивания СГД отключают часть конденсаторной батареи, а затем снижают напряжение питания.

Включение БИН в состав системы ЭП на базе АИТ (КРМ) (рис.9) потребовало изучения вопроса коммутационной устойчивости инвертора в режиме импульсного намагничивания. Установлено, что процессы нарастания и спадания намагничивающего тока СГД, замыкаясь через коммутирующие конденсаторы, не разряжают их до критического уровня, тем самым не нарушая коммутационную устойчивость инвертора.

В пятой главе предложены технические решения блоков импульсного намагничивания, макета взаимосвязанного ГЭП, приведены результаты экспериментальных исследований СГД.

Для цеховых и лабораторных испытаний ГЭП разработан универсальный БИН, который позволяет формировать импульсы намагничивания при напряжении питания СГД, имеющегося в пределах от 40 до 380 В, с частотой f= 50-1500 Гц. Испытания ЭП центрифуги,

проведенные в НТЦ "Курчатовский институт" показали, что реализацией режима двухзонного регулирования КПД СГД центрифуги увеличивается в 1,3-1,4раза, cosa в 2-2,3раза.

Доработан серийный преобразователь частоты типа ТПТР-10 230, для реализации в его структуре широтно-импульсного перевозбуждения. ТПТР передан в НИИПМ, г.Москва, для испытаний ГЭП веретен.

Испытания макета ГЭП показали, что реализация предложенного алгоритма позволяет повысить КПД системы ЭП в 2 раза.

Основные результаты работы

1. Разработан поэтапный алгоритм регулирования ГЭП. Режим перевозбуждения СГД предложено реализовать в 2 этапа. На первом этапе осуществляется импульсное намагничивание СГД, повышающе его КПД на 30-40%, а главное, увеличивающее его перегрузочную способность в 1.6-1.8 раза. Затем в зависимости от степени увеличения перегрузочной способности осуществляется снижение напряжения, что дополнительно увеличивает КПД СГД на 10-15%, доведя его значение до уровня 75-85%.

2. Для достижения максимального КПД системы на базе инвертора тока с компенсатором реактивной мощности предложено изменить структуру ИП за счет отключения части компенсирующих конденсаторов. Определена рациональная последовательность алгоритма управления: после намагничивания отключается часть конденсаторной батареи, затем снижается напряжение.

3. Сформулированы требования к выбору СГД и его проектированию для реализации двухзонного регулирования и обеспечения перевозбуждения, что позволяет снизить установленную мощность источника питания в 2-2,5 раза.

4. Разработаны новые технические решения блоков импульсного намагничивания, эффективные в части достижения высоких результатов намагничивания и не требующие увеличения установленной мощности ИП.

5. Выполнена разработка физической модели ЭП, на которой получены подтверждения эффективности предложенных алгоритмов управления и технических решений.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Тарасов В.Н., Прудников C.B., Титов A.B. Условия эффективности импульсного намагничивания синхронного гистере-зисного двигателя. // Труды института / - Моск. энерг. ин-т. -1987 -вып.147 - с.61-69.

2. Прудников C.B., Титов A.B. Выбор структуры блока импульсного намагничивания гистерезисного двигателя. // Труды института / - Моск.энерг. ин-т .- 1989 - вып. 21 - с. 82-86.

3. Титов A.B. Пути снижения ударных токов в гистерезисном электродвигателе при пуске. // Труды института / - Моск. энерг. ин-т. -1993 - вып.666 - с.66-71.

4. Тарасов В.Н., Позднухов С.Ф., Титов A.B. и др. Создание рядов синхронных вентильных электроприводов для роторных и цент рифужных технологий. // Электротехника - 1995 - N 1 - с. 19-22.

5. Позднухов С.Ф., Тарасов В.Н., Титов A.B., Шамонин М.В. Физическое моделирование режимов работы гистерезисного двигателя при его питании от преобразователя со звеном инвертора тока и использованием блока импульсного намагничивания. // Труды института / - Моск. энерг. ин-т. -1993 -вып.666 - с. 155-162.

6. A.C. 1508336 СССР МКИ4 Н02Р 7/36 Электропривод переменного тока / Тарасов В.Н., Позднухов С.Ф., Титов A.B. и др. // Открытия. Изобретения. 1989, N 34.

7. A.C. 1628176 СССР МКИ4 Н02Р 7/74, 1/54 Система электропитания и управления N группами гистерезисных двигателей /Тарасов В.Н., Титов A.B., Позднухов С.Ф. // Открытия. Изобретения. 1991,N 6.

8. A.C. 1777228 СССР МКИ4 Н02Р 7/74 Система электропитания и управления гистерезисными электродвигателями / Титов A.B., Тарасов В.Н., Позднухов С.Ф. и др. // Открытия. Изобретения. 1992, N 43.

9. A.C. 1833096 СССР МКИ4 Н02Р 7/67, 7/36 Электропривод переменного тока / Позднухов С.Ф., Тарасов В.Н., Титов Н.В. и др. // 1992,N 47.

Подписан« к печати Л— !Г\Л ^

Печ. л. Тираж lUU Заказ £ К?

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.