автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка математической модели машинно-вентильного преобразователя на базе многофазной индукторной машины с аксиальным потоком

РГЗ од

На правах рукописи

СОЛОМИН АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕМ МАШИННО-ВЕНТИЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА БАЗЕ МНОГОФАЗНОЙ ИНДУКТОРНОЙ МАШИНЫ С АКСИАЛЬНЫМ ПОТОКОМ

Специальность 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;

кандидат технических наук старший научный сотрудник РУСАКОВ А.М.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель иаук РФ

действительный член Академии Военных наук РФ доктор технических наук профессор САЛЮТИН A.A.

кандидат технических наук доцент ШЕЛЕВА Г. А.

Ведущая организация: АО "Трансмаш" г.Москва

Защита диссертации состоится "¿?/" ¿/ЮМЛ 1996г. в Щ часов на заседании Диссертационногоо Совета К 053.16.04 Московского энергетического института.

Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, г.Москва, Е-250, Красноказарменная ул., 14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией мсшно ознакомиться в библиотеке МЩ.

Автореферат разослан "Х5" 1996г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета К 053.16.04 к.т.н. доцент

МОРОЗОВ В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Непрерывное возрастание требований по щежности, ' долговечности и экономичности электрооборудования, юширение масштабов автоматизации промышленности и возникающая >и этом потребность в регулируемых в широком диапазоне частот )одения электроприводов, повышение требований потребителей к ка->ству электроэнергии обуславливает все более пирокое использова-[е в различных отраслях неродного хозяйства машинно-вентильных эеобразователей (МЗП) - электромеханических устройств, вювочам-IX в себя электрическую машину (ЗМ), вентильный преобразователь Щ) и датчики обратных связей.

Вентильные двигатели и вентильные генераторы, выполненные на 13е бесконтактных электрических малин, благодаря таким качест-1М, как высокая надежность, экономичность, большим возможностям >лучения энергии высокого качества, ее регулирования и стабили-щии успешно применяются в машиностроительной, металлообрабаты-иощей, химической, текстильной и других отраслях промышленности.

Среди бесконтактных электрических машин заметное место занизят индукторные машины (ИМ). Эти машины традиционно используются качестве генераторов повышенной частоты, а в последнее время и составе электроприводов металлорежущих станков, грузоподъемных >едств, погрудных насосов, на транспорте и судах.

По характеру иэменэния потока в зубцах ротора ИМ делится на деоименнополэскые (аксиальные) и разноименнополюсные. Такие пре-«ущества аксиальных индукторных мааин (АИМ) перед раакоименнопо-зснкми как меньшая мощность обмотки возбулдения (ОВ) и отсутс-ше пульсаций в ней, надежное самовозбуждение, симметрия фазных тряжений, более высокий КПД, малошумность создают основу для шользования в составе шогофазного МВП тленно АИМ.

Соэданио МВП, выполненного на базе АИМ, обладающего высокими >хнико-экономическими показателями, возможно при правильном вы-зре параметров каждого входящего в состав МВП структурного эле-?нта. Наиболее эффективным решением задач проектирования являет-I создание адекватных методик расчета, связанное с разработкой тематических моделей, алгоритмов и расчетных программ исследо-1ния процессов, протекающих в МВП, который работает в двигатель-зм (вентильный индукторный двигатель - ВИД) или генераторном ре-

жиме (вентильный индукторный генератор - ВИГ).

Вследствие этого, актуальной задачей является раэработк расчетной модели, позволяющей проводить анализ синтезируемых про ектировщиком вариантов объекта, их сравнительную характеристику осуществление оптимизационных и поверочных расчетов и выбор раци ональных геометрических размеров магнитопровода, обмоточных дан них АИМ и режима управления МВП.

При разработке математической модели МВП, выполненного н базе АИМ, необходимым является учет таких определяющих фактора как нелинейность электромагнитных связей обмоток ЭМ, явновыражен ная зубчатость сердечников, присущая АИМ, изменение кокфигураци; зазора между сердечниками при перемещении ротора, учет коммутаци онных процессов ВП, взаимного влияния структурных элементов МВП.

Вместе о тем математическая модель, предназначенная для ана лиза МВП, предусматривает сопоставление большого количества вари антов объекта и выбор такого варианта, который наиболее полн1 удовлетворяет техническим требованиям и критериям оптимизации Эффективность математической модели будет зависеть от времен! расчета по ее машинной реализации. Оптимальный компромисс межд' точностью расчета и затратами машинного времени достигается правильным выбором методов расчета, что обуславливает применение уж< существующих и разработку новых алгоритмов расчета магнитных полей, параметров и характеристик МВП.

Разработанные ранее модели не позволяли проводить вариантам и оптимизационные расчеты машинно-вентильных систем.

Целью работы является разработка математической модели МВП ] создание на ее основе универсальных программ расчета, позволяющие точно и с наименьшими затратами машинного времени производит) расчет электромагнитных процессов и характеристик МВП.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующт основные задачи:

- выбор базовой схемы замещения (СЗ) электрической цепи МВП наиболее полно охватывающей конкурентоспособные варианты ее построения, и структурных элементов, предназначенных для улучшени: характеристик МВП;

- разработка математической модели и алгоритма расчета выходных параметров МВП с учетом коммутационных процессов ВП;

- создание СЗ магнитной цепи, учитывающей нелинейность ха-

эактеристик магнитопровода, двустороннюю зубчатость сердечникив и вменение конфигурации зазора между сердечниками при перемещении гатора;

- разработка математической модели и алгоритмов расчета маг-штнои цепи: поиска магнитного состояния и расчета дифференциапь-шх параметров, не требующих больших затрат машинного времени при к реализации;

- разработка пакета прикладных программ, реализующих алго->итмы, составленные для расчета параметров МВП, и позволяющих <очно и о приемлемыми затратами малинного времени рассчитать вы-:одныв характеристики МВП в различных редимах работы;

- проверка на основе экспериментальных исследований адекват-гости разработанной математической модели МВП.

Методы исследования. Расчет характеристик и параметров МВП [роизводится методом мгновенных значений. При расчете магнитной *епи используются метод эквивалентных схем замещения и метод По-[я. Система уравнений для расчета потоков в ветвях СЗ магнитной (епи составляется на основе метода узловых потенциалов, ее реше-[ие производится методом исключения Гаусса. Токи в обмотках ЭМ ¡пределяются путем решения системы дифференциальных уравнений с [рименением явного метода Эйлера.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- создана универсальная математическая модель динамических [роцессов преобразования энергии в машинно-вентильных электроме-:анических системах на базе многофазных индукторных машин с акси-шьным магнитным потоком;

- уточнена методика и разработаны эффективные алгоритмы рас-[ета коэффициентов ЭДС вращения и дифференциальных индуктивностей щукторной ЭМ с учетом двусторонней зубчатости и насыщения маг-[итной цепи;

- разработаны устойчивые и экономичные алгоритмы анализа ди-[амических процессов в электромеханических системах, включающих 'правляемые электронные преобразователи электрической энергии и гадукторные электрические машины.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Разработанная математическая модель реализована на ЭВМ в ви-[е пакета прикладных программ анализа электромеханических харак-■еристик МВП, выполненного на базе АИМ. Использование пакета

программ позволяет принимать обоснованные технические решения п выбору рациональных паршетров и режима управления МВП. С помощь; расчетных программ спроектированы МВП различных конструкционны, исполнений для конкретных областей применения.

Диссертационная работа является составной частью комплекс, научно-исследовательских работ кафедры энергоснабжения и электро оборудования летательных аппаратов, направленных на развитие основ теории вентильных электромеханических систем. Результаты диссертационной работы использованы в АО "Трансмаш" (г.Москва) пр разработке вентильных индукторных генераторов специального применения, в АЭК "Динамо" (г.Москва) при разработке регулируемого тягового электропривода, в ГУНПП "Оплот" (г.Москва) при разработк< электропривода компрессора микрокриогенных систем, в НПП "Морска техника" (г.Москва) при проектировании электроприводов подруливающих устройств и злектродвижения судов.

Положения, выносимые на защиту:

- математическая модель электромеханических процессов, протекающих в системе аксиальная индукторная машина - вентильньн преобразователь - источник питания (нагрузка);

- алгоритмы расчета магнитной цепи, внутренних электромагнитных параметров АИМ и характеристик МВП;

- расчетная модель электромеханических процессов в МВП, реализованная на ЭВМ в виде пакета прикладных программ;

- результаты анализа электромагнитных характеристик МВП I различных режимах работы.

Апробация работы. Диссертационная работа обсуждалась и получила одобрение в МЭИ на заседании кафедры ЭЗЛА. Основные результаты диссертационной работы докладывались на третьем Всероссийском научно-техническом семинаре в г. Мытшщ в 1995 г. и научно-техническом семинаре "Вентильный индукторный электропривод -проблемы развития и перспективы применения" в МЗЙ в 1996 г.

.Публикации. Основное содержание работы отражено в 2 научных трудах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 45 наименований, приложения и содержит 83 страницы основного текста, 5 таблиц и 61 рисунка на 50 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель и поставлены задачи, которые необходимо решить для ее достижения.

В первой главе определяется объект моделирования, обосновывается выбор обобщенной схемы (рис.1) и методов исследования МВП.

В качестве ЕМ рассматривается многофазная АИМ (рис.2). Этот тип машин отличается простотой конструкции, высокой надежностью, технологичностью в изготовлении и эксплуатации. Возбуждение АИМ мояет быть как электромагнитным, создаваемым независимой ОВ, шун-товой ОВ и (или) сериесной ОВ, так и магнитоэлектрическим, обеспечиваемым кольцевым магнитом, расположенным на втулке. Обмотка якоря (ОЯ) может быть соединена по схеме в "звезду" или "треугольник".

В качестве вентильного преобразователя в ВИГ рассматривается полупроводниковый выпрямитель, реализованный на неуправляемых вентилях по схеме А.Н.Ларионова, в в ВИД - инвертор, выполненный на базе управляемых полупроводниковых приборах и построенный по трехфазной мостовой схеме. Эти схемы наиболее распространены в вентильных электромеханических системах и тлеют высокие энергетические показатели. При числе фаз ш>3 отдельные трехфазные схемы соединяются на стороне постоянного тока параллельно.

В схеме МВП предусматривается конденсатор, а в режиме ВИД также датчики положения ротора и тока. Последние включаются в схему ВИД с целью ограничения токов в ветвях электрической цепи и формирования заданной механической характеристики ВОД и расположены по одной из схем: на стороне фазных токов или на стороне тока питания.

По конструктивному исполнению магнитной цепи в работе рассмотрены следующие модификации АИМ: однопакетные, как с односторонним, так и с двухсторонним возбуждением, двухпакетные и многопакетные.

Необходимость учета коммутационных процессов в ВП, высших гармоник фазного тока и пульсаций НДС реакции якоря обуславливают выбор в качестве метода исследования - метода мгновенных значений.

Выбор метода расчета магнитной цепи осуществляется, исходя из условий учета насыщения, особенностей конструкции магнитопро-вода и точности расчета магнитной цепи, с одной стороны, и време-

ОЯп

ДТп

Л

вп,

Кб

КБ.

&-А <>А Ф-А

рп Тди УГЗ| ТОзГ УТ5 ТОбГ

дг

НОВ — ■+

_о"-"-

кг

I

со

Рис.1. Обобщенная схема МВП.

Рис.2. Эскиз магнитной цепи двухпакетной АИМ.

/Т

ЛР1

а

щр

гГР*

V/

Сев

%

1рЗ

I

ти

%

\1У

^55 %

О

Счв %

тог

Ч Ч Ч гд

А-1-

вг

Рис.3. Фрагмент схемы замещения магнитной цепи АИМ.

нем расчета, с другой. Наименьшее количество ветвей СЗ получаете! при использовании метода эквивалентных схем замещения, традиционно применяемого при исследовании индукторных машин.

Во второй главе рассматриваются особенности формирования системы дифференциальных уравнений (ОДУ), описывающей электромагнитные процессы в МВП и расчета магнитной цепи АИМ.

Расчет СЗ электрической и магнитных цепей, представляющих собой схемы с сосредоточенными параметрами ведется с применением методов теории цепей.

Математическая модель МВП составляется иэ уравнений, описывающих подсистемы и структурные элементы МВП. В их число входит электрическая машина, вентильный преобразователь, источник питания (нагрузка), источник питания независимой ОВ и конденсатор. Уравнения, описывающие контуры электрической цепи, составляются относительно напряжений, в качестве неизвестных определяются токи.

При разработке математической модели были приняты следующие допущения:

- магнитное поле в воздушном зазоре плоскопараллельно;

- магнитное поле машины разделяется на рабочее поле и поле рассеяния; потокосцепления рассеяния обмоток являются линейными функциями только токов, проводимости путей потоков рассеяния постоянны;

- проводимости воздушного зазора под зубцом статора определяются при условии эквипотенциальности поверхностей статора и ротора;

- сопротивление полупроводниковых приборов в прямом направлении определяется их статическими ВАХ, а в обратном - бесконечно большое; коммутация вентилей предполагается мгновенной.

Базовыми уравнениями математической модели ЗМ являются уравнения электрического равновесия напряжений на обмотках ЭМ, записываемые в терминах мгновенных значений и уравнение движения:

• (1)

±ЛАаЯ/<й=М-Мв, (2)

где и3,- напряжение, ток, сопротивление и потокосцепле-ние з-ой обмотки; з - количество обмоток ЭМ; М - электромагнитный

момент; Мв - момент приложенный к валу (тормозной для ВИД, вращающий для ВИГ); Я - угловая скорость вращения. Знак "+" используется при исследовании ВИД, знак "-" в случае ВИГ.

Потокосцепление каждой обмотки зависит от токов всех обмоток и угла поворота ротора 8, являющихся в свою очередь функциями времени. С учетом этого после дифференцирования потокосцепления как сложной функции выражение (1) приводится к виду:

з

к-1

Частные производные потокосцепления по токам обмоток представляют собой дифференциальные индуктивности а производные по углу пово_рота ротора - коэффициенты ЭДС вращения Г,. Матрица СЬ] и вектор Г являются внутренними электромагнитными параметрами (ВЗМП) машины и определяются из расчета магнитной цепи.

ВП рассматривается в модели как схема с переменной структурой. Процессы, протекающие в системе АИМ-ВП, описываются уравнениями, составленными по законам Кирхгофа для ряда электрических схем замещения, образующихся при различных комбинациях открытых и запертых вентилей. Состояние каждого элемента определяется из решения логических уравнений. В случае ВИД значения переменных состояния вентилей обуславливается сигналами от датчика тока и датчика положения ротора. В ВИГ состояние диодов определяется распределением электрического потенциала в электрической цепи ВП.

Один из элементов электрической цепи МВП - конденсатор -описывается интегродифференциальным уравнением. Поскольку при учете его в СДУ получаемая система не может быть приведена к нормальному виду Коши, расчет МВП в реферируемой работе проводится по частям: система АИМ-ВП представляется в модели СДУ, а конденсатор и источник питания (нагрузка) в виде выражений для токов, расчет которых производится после решения СДУ.

Для расчета магнитной цепи АИМ используется метод эквивалентных схем замещения. Магнитная цепь разбивается на ряд участков, представляемых в СЗ сосредоточенными параметрами. Такими участками являются зубцы статора, зубща ротора, воздушный зазор, втулка, корпус и крышка (у однопакетных АИМ) (рис.3). Под МДС каждого зубца (ветви) понимается сумма мгновенных МДС катушек всех фаз, охватывающих данный зубец. Переход от распределенной ОЯ

к зубцовым ВДС осуществляется с помощью матрицы инцеденций. Характеристиками нелинейных проводимостей ферромагнитных участков магнитной цепи являются в модели сплайн-аппроксимации кривых намагничивания соответствующих материалов. Проводимости воздушных промежутков рассчитываются в пределах эубцового деления статора методом Поля.

Проводимооти рассеяния определяются при веданной конфигурации межзубцового и межпакетного пространства по упрощенной картине полей рассеяния.

Магнитное состояние машины, т.е. значения магнитных потоков и соответствующих им проводимостей стальных участков, определяется итерационным методом. При расчете потоков в ветвях рассматриваемой СЗ наиболее удобным является метод угловых потенциалов. При использовании этого метода на каждом итерационном шаге решается система уравнений:

т*?=У, (4)

где [УЗ - узловая матрица проводимостей; чГ - вектор магнитных потенциалов узлов СЗ; \Г - вектор узловых потоков.

После расчета системы уравнений (4) и определения магнитных потенциалов рассчитываются потоки ветвей СЗ:

Фк=(Фк1-9к2+Рк)*0к, (5)

где к1,к2 - значения магнитных потенциалов узлов СЗ, соответственно, от которого и к которому направлен магнитный поток Ф^; Рк- ВДС к-ой ветви СЗ; Ок- магнитная проводимость участка магнитной цепи, соответствующего к-ой ветви СЗ.

Итерационный процесс заканчивается, когда максимальная относительная разность проводимостей, соответствующих рассчитанным потокам, и исходных значений проводимостей итерации становится меньше заданной точности поиска магнитного состояния машины. В работе точность расчета задавалась из диапазона [01=0.0001+0.001.

Алгоритм расчета ВЭМП строится таким образом, что дифференциальные индуктивности и коэффициенты ЭДС вращения определяются непосредственно по выражениям, составленным для соответствующих производных потокосцеплений.

Для расчета коэффициентов ЭДС вращения необходимо в этом случае определить производные магнитных потенциалов узлов СЗ по углу поворота ротора 8.

Система уравнений относительно производных магнитных потенциалов получается после дифференцирования системы (4) по углу 8:

т*фл38»у#. (6)

Свободные члены уравнений, входящих в систему (6) определяются следующим образом:

у

У^^УцЛЙ- Е аУко/ёв*!^, (7)

где у - количество узлов СЗ магнитной цепи.

Единственным элементом СЗ, зависящим от угла поворота ротора, является проводимость воздушного зазора Еетвей. Каждая из этих проводимостей определяется точкой на кривой Оз(8),рассчитываемой по методу Поля предварительно. Расчет производных с^д/йб „■-" производится через отношение приращения параметра к малому выбранному приращению угла. С учетом соединения проводимостей в пределах ветвей по общим правилам дифференцирования рассчитываются производные элементов матриц узловых проводимостей и узловых потоков по углу поворота ротора.

Выражения для производных потокосцеплений обмоток по углу поворота ротора получаются путем дифференцирования уравнений (5) и с учетом схемы соединения катушек фаз имеют вид: 2

с!?п/с!8= Е Ьпк* ((<?к1" Фкй+Рк) *сЙк/<38+ (с1фк1 /с!8- <3<рк1/ей) ) **?)<, (8) к-1

где Ьпк " элемент матрицы инцеденций, г - количество ветвей СЗ магнитной цепи, уц< - число витков обмотки.

По подобному алгоритму в работе ведется расчет дифференциальных индуктивностей. На первом этапе рассчитываются производные проводимостей стальных участков магнитопровода по токам обмоток. Каждый нелинейный элемент СЗ после определения магнитного состояния машины представляется точкой на кривой намагничивания соответствующего материала и, следовательно, может быть рассчитана производная магнитной проницаемости каждого элемента по напряжен-

ности. Для определения производной магнитной проницаемости по току устанавливается характер влияния токов каждой фазы на величину потоков в СЗ, содержащей только МДС, определяемые единичным значением тока рассматриваемой обмотки. Получение положительного значения потока означает, что положительное приращение данного тока насыщает участки магнитной цепи," соответствующие этой ветви, и в этом случае производные магнитных проницаемостей по напряженности и по току имеют один знак.

С учетом соединения проводимостей в пределах ветви рассчитываются производные элементов матриц узловых проводимостей и узловых потоков по токам обмоток.

Расчет производных магнитных потенциалов производится по уравнению:

т^ф/сН^У**. (9)

где элементы вектора V** определяются из выражения

у

Ук'*=с1Ук/сИз- Е с^/сИ^. (10)

¡-1

Выражение для производной потокосцепления обмоток по токам обмоток имеет вид: 2

сГРг/сИэ» £ Ьпк*((фк1-Ч>к2^к)*<30к/с!1э+ к-1

+ "^(рк!/<11 ¿+Ь5к^к)*Ок+Ь3к*0бк**к)*"к- (И)

Временные зависимости ВЭМП, полученные расчетным путем для различной степени насыщения магнитопровода АИМ, представлены на рис.4-5. Кривые 1 соответствуют ненасыщенному состоянию магнитной цепи и малым значениям токов в обмотках. Кривые 2 характеризуют сильную степень насыщения магнитопровода.

В третьей главе раскрываются особенности реализации на ЭВМ алгоритмов расчета характеристик и параметров МВБ, обосновываются применяемые методы решения систем дифференциальных и нелинейных алгебраических уравнений, а также описывается структура пакета прикладных программ расчета МВП.

Весь период интегрирования дифференциальных уравнений разби-

Рис.4. Дифференциальная индуктивность.

вается на малые шаги. Для дискретных положений ротора относительно статора производится расчет магнитной цепи, мгновенных значений токов, напряжений и потерь МВП. При расчете выходных параметров с фиксированным шагом ряд характерных точек протекания электромагнитных процессов (достижение фазным током нуля, формирование токового коридора и др.) может быть пропущен. В этих точках изменяется состав СДУ и поэтому необходимо предусмотреть автоматическое их отслеживание и корректировку шага интегрирования. Для решения СДУ целесообразно в этом случае применять явный метод Эйлера, а расчет производных токов веоти по методу исключения Гаусса.

Системы алгебраических уравнений, составляемые при расчете магнитной цепи по методу узловых потенциалов для рассматриваемой СЗ, обладают хорошей обусловленностью и поэтому для их решения применяется метод исключения Гаусса, являющийся точным и простым в реализации.

Поскольку алгоритмы расчета магнитной цепи и ВЭМП предусматривают неоднократное (равное удвоенному числу фаз и ОВ) решение уравнений с одинаковыми коэффициентами левой части, целесообразно использовать метод ьи-преобразования, являющийся разновидностью метода исключения Гаусса и обладающий преимуществом при повторном анализе систем уравнений, отличающихся только векторами свободных членов.

С использованием перечисленных методов математическая модель и алгоритмы расчета параметров и характеристик МВП были реализованы в виде пакета прикладных программ, написанного на языке Фортран. С целью структуирования пакета программ, придания ему мобильности, для удобства отладки и облегчения модернизации расчетный модуль был разбит на ряд подпрограмм, выполняющих обособленные функционально завершенные задачи.

В четвертой главе приведены результаты проверки адекватности разработанной математической модели реальному объекту на основе сравнения расчетных и экспериментальных исследований макетных образцов МВП, а также результаты расчетных исследований МВП в различных режимах работы.

Адекватность математической модели проверяется на четырех макетных образцах МВП, спроектированных на основе результатов моделирования для реальных практических целей. По своему конструктивному и схемному исполнению рассматриваемые МВП позволяют

учесть и использовать основные возможности разработанных математических моделей. Экспериментально исследовались МВП, выполненные на базе двух-, четырех- и шестипакетной АИМ с возбуждением от независимой ОВ, сериесной ОВ и от постоянного магнита, с трех- и шестифазной ОЯ. В одном из макетных образцов имелся скос пазов статора.

Сравнение результатов показало хорошее совпадение расчетных и экспериментальных значений в двигательном и генераторном режимах (рис.6). Погрешность расчета выходных характеристик МВП не превышает 10%.

Для МВП, выполненного на базе шестипакеной конструкции АИМ с независимой ОВ, на основе проведенного вычислительного эксперимента и анализа зависимостей выходных показателей МВП от регулировочных параметров был предложен вариант управления МВП для получения постоянной выходной мощности.

Было проведено исследование МВП, работающего в режиме многоканального машинно-вентильного ИП, проанализированы временные зависимости выходного напряжения и тока при коммутации в цепи нагрузки одного из каналов. Анализ зависимостей показал, что сброс-наброс нагрузки в одном из каналов не вызывает в рационально спроектированном МВП заметного искажения выходных характеристик другого канала.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Обоснован рациональный вариант базовой структуры, составляющих элементов и схемы замещения электрической цепи МВП с высоким качеством выходной энергии и возможностью ее стабилизации и регулирования.

2. На основе метода мгновенных значений разработана математическая модель и алгоритм расчета выходных параметров МВП, предложена методика учета коммутационных процессов, обуславливаемых сигналами с датчика положения ротора и датчика тока.

3. По выбранной схеме замещения магнитной цепи, учитывающей нелинейность характеристик ферромагнитных материалов, двустороннюю зубчатость сердечников и изменение конфигурации зазора между сердечниками при перемещении ротора, составлена методика и алгоритм расчета магнитной цепи АИМ.

М..Н и

X,

V

ч

V, ч 40Э

с газ 303

I Б Ь и п.од Я 1! 'ьогк о а

а)

б)

300

200

100

и„,в

*

/# 1..А

; <

1«.А

1» и

/ *

■'

1..А

0 <

В)

««««• эксперимент □ □одр расчет

г)

Рис.6. Сравнение результатов расчета и эксперимента:

а) Зависимость максимального статического момента от тока возбуждения в ВИД на базе АИМ с сериесной ОВ.

б) Механические характеристики ВИД при ип=уаг.

в) Характеристика холостого хода.

г) Характеристика короткого замыкания.

4. Разработана методика и алгоритм расчета дифференциальных индуктивностей и коэффициентов ЭДС вращения многофазных аксиальных индукторных машин.

5. Разработанные алгоритмы реализованы в виде пакета прикладных программ, написанных на языке Фортран и позволяющих с приемлемыми затратами машинного времени и объема памяти машины исследовать протекающие в ШП процессы и рассчитывать его выходные характеристики.

6. Произведен расчет ряда характеристик четырех вариантов МВП и на основе сравнения результатов расчета и эксперимента проведена проверка адекватности разработанной математической модели реальным объектам с различной конструкцией, схемой соединения ОЯ, системой возбуждения и работающих в различных режимах.

7. Проведена серия расчетов одного из вариантов МВП. На основе вычислительного эксперимента выявлен характер влияния регулировочных параметров на выходные показатели ШП, работающего в режиме вентильного индукторного двигателя, и показана принципиальная возмсшгасть Еыбора с помощью разработанной математической модели рациональных способов регулирования МВП.

8. Проведены расчетные исследования МВП, работающего в качестве многоканального источника питания. Проанализирована степень взаимовлияния каналов при коммутации в цепи нагрузки одного из каналов. Показаны возможности предлагаемой математической модели по разработке многетшналышх машинно-вентильных источников питания на базе аксиальных индукторных машин.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Васильева Н.Ю., Русаков A.M., Соломин А.Н. Разработка математической хвдели многоканального машинно-вентильного источника питания на базе индукторных машин.// Труды МЭИ. - 1993.-Вып.ббб.- с.142-154.

г. Русаков A.M., Соломин А.Н. Математическая модель машинно-вентильного преобразователя на базе индукторной машины с аксиальным возбуждением.// Научный научно-технический семинар "Вентиль льно-индукторный электропривод - проблемы развития и перспективы применения": Тезисы докладов.-М.: МЭИ.- 1996,- 0.14.

Подписано к печати Л— Алл 01,11

Печ. л. ¡Х$ Тираж ЪыыЬЧЧ

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.