автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка синхронного электропривода с автоматическим регулированием возбуждения с улучшенными динамическими характеристиками

зшщвдяьный экземпляр

На правах рукописи

ФОМИН Денис Владимирович

РАЗРАБОТКА СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ь С АВТОМАТИЧЕСКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ

С УЛУЧШЕННЫМИ ДИНАМИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

) Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученей степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2003

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

САРВАРОВ Анвар Сабулханович

Защита состоится «24» декабря 2003 г. в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного совета К 212.111.02 при Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова по. адресу: 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск,'пр. Ленина, 38, - Малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорского государственного технического университета.

Автореферат разослан « ноября 2003 г.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент КОСМАТОВ Валерий Иванович

кандидат технических наук БАСКОВ Сергей Николаевич

Ведущее предприятие:

ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», г.Магнитогорск

Ученый секретарь диссертационного совета

2оо!г-Д

1з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Синхронные двигатели (СД) благодаря своим конструктивным особенностям и высоким технико-экономическим показателям нашли применение в качестве привода самых разнообразных, механизмов. В металлургической промышленности синхронные машины используются в электроприводах непрерывных прокатных станов для привода валков черновых клетей, для привода мощных компрессоров, воздуходувок.

Во многих случаях, например в прокатном производстве, СД работают с ударной нагрузкой. При резких изменениях мощности на шинах питающей сети, происходит отклонение показателей качества электрической энергии. На-бросы нагрузки на валу СД без автоматического регулирования возбуждения (АРВ) вызывают качания ротора, колебания активного и реактивного токов двигателя, которые являются причиной изменения напряжения по абсолютной величине и частоты сети, появляются так называемые качания фазьь

Колебания напряжения и качания фазы отрицательно влияют на работу СД, узла нагрузки и смежных потребителей электроэнергии. У других синхронных и асинхронных двигателей (АД), подключенных к рассматриваемому узлу нагрузки, колебания напряжения вызывают переходные процессы, снижают их устойчивость, повышают потери. Изменения напряжения отрицательно сказываются на работе статических преобразователей постоянного и переменного токов. Колебания тока приводят к дополнительным потерям энергии в самом СД и питающей сети. Качания активного тока обуславливают возникновение на валу СД знакопеременного динамического момента, который отрицательно сказывается на механической устойчивости двигателя, оборудования клети и передаточного механизма, снижает их надёжность.

Существующие системы АРВ не решают вопросов демпфирования качаний ротора, в некоторых случаях колебательность при набросах нагрузки увеличивается, эффективность введения гибких <корректирующих связей низкая.

В научных трудах неоднократно отмечалось, что наиболее?) совершенной системой АРВ для синхронного электропривода большой мощности с ударной нагрузкой, с точки зрения повышения динамической,устойчивости и быстрого гашения качаний ротора двигателя, является система,; регулирования в функции внутреннего угла синхронной машины и его производных. Трудность осуществления такого закона регулирования возбуждения связана с,отсутствием надёжного и простого по конструктивному исполнению датчика положения ротора, обеспечивающего малую погрешность измерения в динамических режимах. , .

Таким образом, разработка технических, решений и теоретических вопросов создания систем АРВ в функции внутреннего угла синхронного двигателя с ударной нагрузкой представляет важную и актуальную научно-техническую задачу. | ;< . м! .

1 4 ;..У-772.

Целью работы является разработка системы автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя в функции внутреннего угла, обеспечивающей улучшение динамических характеристик электропривода. 5 Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертацион-

ной работе следующих основных задач:

I. Разработки датчика измерения углового положения ротора синхронного двигателя, который наиболее полно отвечает современным требова-,, ниям. ,

., 2. Создания системы АРВ с обратной связью по внутреннему углу нагрузки с применением разработанного датчика.

3. Теоретических исследований системы регулирование на математической модели.

4- Экспериментальных исследований разработанной системы АРВ синхронных электроприводов на действующем промышленном объекте. Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием аналитической теории синхронной машины и элементов теории обобщённой электрической машины. При проведении расчётов и моделирования на ЭВМ использовался программный пакет МАТЬАВ 6.0, а также входящее в его состав средство визуального программирования БГМиЬШК. Результаты работы базировались на большом объёме экспериментальных исследований, которые проводились в промышленных условиях путем прямого осциллографи-рования с последующей обработкой результатов. Основные теоретические выводы подтверждены результатами промышленных испытаний.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Разработанная система АРВ синхронного электропривода в функции внутреннего угла нагрузки двигателя.

2. Разработанный датчик углового положения ротора, выполненный на основе измерения вектора ЭДС холостого хода СД, обеспечивающий выделение сигнала, пропорционального углу нагрузки, с высокой точностью, без механического сочленения с валом рабочего двигателя.

3. Инженерная методика расчёта измерительного элемента и выходцрй ЭДС индукционногр датчика положения ротора.

4. Результаты теоретически^ исследований, выполненных на компьютерной модели, подтвердившие существенное улучшение динамических показателей работы крупных прокатных СД с ударной нагрузкой, повышение устойчивости СД, снижение отрицательного влияния двигателя при набросах нагрузки на питающую сеть за счёт применения в системе АРВ обратной связи по внутреннему углу синхронной машины.

5. Результаты экспериментальных исследований и промышленного внедрения разработанной системы АРВ в функции угла нагрузки в синхронном электроприводе клети «ТРИО» стана 2350 ЛПЦ ОАО «ММК», подтвердившие эффективность работы системы и достоверность основных теоретических выводов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются правомерностью принятых исходных положений и предпосылок, корректным применением методов математического моделирования, практической реализацией и экспериментальными исследованиями разработанной системы АРВ СД на действующем прокатном стане, ЦЗ50 ЛПЦ ОАО «ММК», результаты которых сопоставлены с расчётными данными, полученными при моделировании переходных процессов в системе АРВ в функции внутреннего угла на ЭВМ.

Научная значимость и новизна работы. В процессе решения поставленных задач были получены следующие новые научные результаты:

1. Разработана структурная схема системы АРВ СД с обратной связью по внутреннему углу машины, позволяющая улучшить динамические характеристики синхронного электропривода с ударной нагрузкой.

2. Разработана конструкция измерительного элемента индукционного датчика положения ротора, выполненного на осковё 'измерения вектора*ЭДС холостого хода в воздушном зазоре синхронной маЙинь!"нЬ 1 (;!1<'ч'-"'

3. Предложена инженерная методика расчета измерительного элемента индукционного датчика положения ротора (ИДПР). -

4. Предложена инженерная методика расчета выходной ЭДС измерительного элемента ИДПР.

Новизна подтверждается положительным решением о выдаче патента РФ на полезную модель № 2003123336/20. Заявлено 28.07.03.

Практическая ценность работы.

Разработана система автоматического регулирования возбуждения синхронного электродвигателя в функции угла нагрузки, позволяющая значительно улучшить динамические характеристики электропривода. Предложенная система АРВ внедрена в промышленную эксплуатацию на стане горячей прокатки 2350 ЛПЦ ОАО «ММК». . ,

Разработан индукционной датчик положения ротора, выполненный на основе конструкции синхронного двигателя, показаны его преимущества перед известными типовыми образцами. Индукционной датчик положения ротора внедрён в промышленную эксплуатацию на синхронном электроприводе клети «ТРИО» стана 2350 ЛПЦ ОАО «ММК».

Результаты диссертационной работы переданы ОАО «ММК» в виде технических заданий и приняты к внедрению в ходе проводимой реконструкции электрооборудования действующих прокатных станов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: объединенном научном семинаре энергетического факультета и факультета автоматики и вычислительной техники Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова; международной научно-техническрй конференции "Научные идеи В.А. Шубенко на рубеже веков" (г. Екатеринбург, декабрь,,],999г.); }Ш-й научно-технической конференции с международным участием,«Электроприводы переменного тока» (г. Екатеринбург, март 2001 г.); международной научно-технических коцферен-

■ 'Г11 ,

ции «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» - (г. Екатеринбург, март 2003 г.); 60-ой, 61-ой и 62-ой научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательскрх работ (г. Магнитогорск, 2001,2002,2003 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано восемь печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 84 наименований и приложения. Работа изложена на 200 страницах, содержит 57 рисунков и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрено состояние вопроса, обоснована актуальности темы диссертации, определена цель работы. Кратко изложено содержание диссертации. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрено состояние проблемы регулирования возбуждения мощных прокатных синхронных электроприводов с ударной нагрузкой. Описаны цели и требования, предъявляемые к регуляторам, устанавливаемым на рассмотренных электроприводах.

Показано, что набросы нагрузки на валу СД без автоматического регулирования возбуждения вызывают качания ротора, колебания активного и реактивного токов двигателя. Резкие изменения реактивной мощности обуславливают колебания напряжения по абсолютной величине

Аи3*-хсЫг, (1)

где хс - эквивалентное индуктивное сопротивление питающей сети;

А/'г - изменение реактивного тока, а резкие изменения активной мощности кроме влияния на абсолютную величину напряжения являются также причиной изменения частоты сети (качания фазы)

где /а - активная составляющая тока питающей сети.

Колебания напряжения и качания фазы отрицательно влияют на работу статических преобразователей-постоянного и переменного тока. Изменения напряжения негативно сказываются на работе узла нагрузки и смежных потребителей .электроэнергии,, при этом у СД и АД, подключенных к рассматриваемому узлу нагрузки, колебания напряжения вызывают переходные процессы, снижают их устойчивость. Резкие набррсы и сбросы активной мощности приводят к нарушению устойчивости или к нежелательным механическим воздействиям на редукторы и механизмы.,

Следовательно» прр ударной нагрузке система АРВ наряду с более полным использованием компенсирующих. способностей двигателя, т.е. выдачей экономически выгодной величины реактивной мощности, должна обеспечивать удовлетворительную работу, как в статических, так и в динамических режимах.

Рассмотрены принципы регулирования возбуждения СД, в частности, приведены законы регулирования возбуждения, наиболее часто встречающиеся в промышленных электроприводах. Рассмотрены достоинства и недостатки применения указанных законов для систем АРВ СД с ударной нагрузкой на валу. Проведён анализ режимов работы СД с рассмотренными системами АРВ.

В результате проведённого литературного и патентного обзора показано, что наиболее совершенной системой АРВ дня синхронного электропривода с ударной нагрузкой, с точки зрения повышения динамической устойчивости и быстрого гашения качаний ротора двигателя, повышения перегрузочной способности двигателя, является система в функции внутреннего угла 9 синхронной машины и его производных. Такое регулирование позволит существенно повысить устойчивость СД и демпфировать качания ротора в переходных режимах. Трудность осуществления такого закона регулирования возбуждения прокатных синхронных двигателей на объектах промышленности связана с отсутствием надёжного и простого по конструктивному исполнению датчика угла нагрузки.

Во второй главе выполнен обзор существующих датчиков положения ротора, способов их соединения с валом двигателя, приведена классификация датчиков по физическому принципу, рассматриваются конструктивные особенности датчиков каждого класса. Отмечаются основные достоинства и недостатки рассматриваемых датчиков положения ротора, приводятся технические характеристики типов, выпускаемых в России и за рубежом.

Приведена классификация существующих средств измерения положения ротора. По физическому принципу эти датчики можно разделить на магнитоэлектрические (индукционные, магнитные, импульсные), пьезоэлектрические, оптоэлектронные, волоконно-оптические, электромашинные и др. В качестве вращающихся датчиков используются контактные и бесконтактные приборы, электрические машины и аппараты, такие как, сельсины, резольверы, вращающиеся трансформаторы, индуктосины, редуктосины, датчики переменного магнитного сопротивления, датчики на базе элементов Холла и т.п.

Несмотря на их различные частные недостатки такие как, инструментальная погрешность, сложность конструкции, высокая стоимость и др., им всем присущ общий существенный недостаток - необходимость механической стыковки с валом рабочего двигателя. Из анализа датчиков углового положения ротора и способов их соединения с валом двигателя следует, что несмотря на высококачественное изготовление самих измерителей, практически невозможно идеально точно выполнить механическое сочленение валов датчика и двигателя.

Показано, что в электроприводах больщой-мощности узлы механической стыковки валов подвергаются постоянным динамическим усилиям со стороны электродвигателя, что приводит к повышенному износу подшипников датчика положения ротора, к нарушению точности сочленения валов и эта тенденция сохраняется в процессе эксплуатации.

Доказано, что неточность стыковки приводит к появлению в выходном сигнале датчика положения погрешности измерения пространственного распо-

ложения ротора двигателя, уровень которой определяется величиной углового или параллельного смещения осей валов, а частота равна или кратна угловой скорости вращения электродвигателя.

' Сформулированы требования, предъявляемые к устройствам измерения положения ротора.4 При разработке, систем контроля и регулирования пространственного положения вала двигателя необходимо, чтобы решения, обеспечивающие стабильность'технологических характеристик применяемых датчиков, были' наиболее простыми и в то же время отвечали требованиям технологического процесса. 1 ■ - ' ■

Третья глава посвящена разработке индукционного датчика положения-ротора, выполненного1 на основе измерения полюсных гармонических пульсаций магнитного поля в воздушном зазоре явнополюсного синхронного двигателя. Дано описание принципа работы, конструкции и методики расчёта датчика. Получены зависимости выходной ЭДС измерительного элемента (ИЭ) ИДПР.

Особенностью синхронной машины является наличие явновыраженных полюсов на роторе и большого межполюсного пространства с высоким магнитным сопротивлением. При такой конструкции ротора искажается форма результирующего магнитного поля в воздушном зазоре, вызывая появление так называемых полюсных гармонических.

Методы контроля и измерения угла нагрузки (9) СД в указанном датчике построены на геометрических соотношениях между вектором ЭДС холостого хода (Е0) и вектором напряжения питающей сети (ОД), что следует из векторной

В измерительном элементе (ИЭ) датчика, выполненном в виде катушки и размещённом на поверхности расточки статора в воздушном зазоре, наводится синусоидальная ЭДС, амплитуда которой определяется подформуле.

еиэ= Ж-I-Я -В^^^тСр,„ ,

где / - длина активной части катушки, Я - радиус ротора; сб - угловая скорость вращения ротора, ВЫтах - максимальное значение ин^укций'й зкзОре,' 1У-число витков катушки измерительного элемента,/»-число'пар пЬлкзсов ротора.

В главе приводится описание конструкции Измерительного элемента индукционного датчика'положения ротора, выполненного в виде витка илй катушки с шагом, равным полюсному делению ротора, и размещающегося так, что его ось совпадает с осью регистрируемой обмотки статора.

Предложена инженерная Мётодика анализа магнитного поля в воздушном зазоре машины методом гармонических проводимостей, с целью определения рациональной геометрии (шаг,' длина и число витков) измерительного элемента при известной геометрии зазора под полюсом ротора.

Приведена инженерная методика расчёта выходной ЭДС измерительного элемента ИДПР при заданных основных размерах активной зоны синхронной машины.

*

Доказано, что амплитуда ЭДС (Еда), наводимой в измерительном

*

элементе, зависит от ширины шага витка (Ь ) и имеет максимальное значение при ширине шага, равной полюсному делению ротора (т). Это подтверждается экспериментальной зависимостью амплитудного значения ЭДС ИЭ от ширины шага витка, снятой на прокатном двигателе типа СДНЗ 2 - 20 - 56 - 16 У4 в ЛПЦ ОАО «ММК», представленной в относительных единицах на рис. 2.

1 0.8 0.6 0.4 0.2 о

0 0.5 1 1.5' 2

* - •1 ;1 Рис.^Завцсимость ЭДС измерительного элемента от ширины шага витка

*

Еиэ

/ \ \

/ \

/ \

7 * \ ,Ь = т

Для более точного измерения и компенсации помех от полей лобового рассеяния двигателя' измерительные элементы целесообразно расположить в средней части активной зоны синхронной мащины.

Исследовано влияние демпферных обмоток синхронной машины на работу измерительного элемента датчика положения ротора. Демпферная обмотка вызывает пульсации магнитного потока, которые искажают форму кривой ЭДС измерительного элемента. Особенно сильное искажение может наблюдаться в синхронных машинах с целым числом пазов на полюс и фазу. Экспериментальные осциллограммы показывают, что пульсация магнитного потока происходит по закону близкому к синусоидальному, с амплитудой, определяемой открытием паза, величиной воздушного зазора и т.д. Следовательно и ЭДС, индуктированная в измерительном элементе, будет зависеть от шага демпферной обмотки, насыщения и т.д. .. >■-,,,.>,., , ,

Предложены мероприятия, дозволяющие избежать появления высших гармонических в кривой ЭДС измерительного элемента ИДПР, - это изготовление и укладка активных проводников, измерительной катушки со скосом, по отношению к пазам демпферной обмотки нд, роторе. Дополнительно, путём выбора шага катушки измерительного элемента можно свести к минимуму пульсации ЭДС от действия демпферной обмотки.

Предложена схема устройства для измерения и регистрации угла нагрузки синхронной машины, представленная на рис. 3. Датчик положения ротора 1 выполнен в виде катушки, состоящей из прямоугольных витков 2, ширина которых равна полюсному делению ротора, и помеще^ в воздушной зазор синхронной машины на расточке, статора 3. Он расположен так, что его ось совпадает с осью регистрируемой обмотки статора 5. Фаза обмотки статора условно показана на рис. 2 одной катушкой, относительно которой измеряется внутренний угол синхронной машины. Трансформатор напряжения 4, необходимый,для согласования напряжения двигателя и измерительного устройства, подключен фазе обмотки статора. Его вторичная обмотка и ИЭ ИДПР подключены к фазометру 6. При этом разность фаз преобразуется фазометром в аналоговый сигнал, значение которого пропорционально внутреннему углу синхронной машины.

Суть работы измерителя поясняется экспериментальными осциллограммами, снятыми на прокатном синхронном двигателе типа СДНЗ 2 - 20 - 56 -16 У4, где: на рис. 4,а приведены осциллограммы электродвижущей силы (Еиэ), наведённой в измерительном элементе датчика положения ротора, и питающего синхронный двигатель, напряжения (№) на холостом ходу СД, а на рис. 4,6 приведены те же осциллограммы, только при работе двигателя под нагрузкой, т.е. во время прокатки металла. На холостом ходу синхронной машины угол 8 равен нулю, поэтому ЭДС (ЕИэ) датчика положения ротора, совпадает по фазе с напряжением регистрируемой обмотки статора (рис. 4,а). При изменении нагрузки синхронной машины вектор ЭДС холостого хода (Е0) (рис. 4,6) изменяет свое положение относительно вектора напряжения статора (115), на угол нагрузки 8, вследствие чего, ЭДС ЕИэ, смещается относительно напряжения сети на величину внутреннего угла 8.

Ш £

Рис, З.Схема измерительной части индукционного датчика положения ротора

а) б)

Рис. 4,Осциллограммы ЭДС в ИЭ и напряжения СД

Приведено описание одного из вариантов блочной схемы датчика положения ротора, в которой разность фаз преобразуется фазометром в аналоговый сигнал, пропорциональный значению внутреннего угла СД. Показано, что устройство позволяет повысить точность измерения за счёт регистрации ^гла строго между продольной осью полюса ротора синхронной Мапйгаы в воздушном, зазоре и осью магнитного поля фазы статора. Следовательно, погрешность измерения угла 9 с помощью И ДИН определяете^ только погрешностью фазо-чувствительного выпрямителя и в данном случае составляет ± 0,05 Ч При ¡этом разработанное устройство предельно просто по конструкции, и в нём отсутствуют элементы, имеющие механическое сочленение с валом СД.

, В четвертой главе предложена система автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя с использованием обратной связи по

внутреннему углу двигателя посредством разработанного индукционного датчика положения ротора.

На рис. 5 представлена структурная схема системы АРВ СД с обратной связью по углу .нагрузки двигателя с применением разработанного индукционного датчика внутреннего угла. Принцип системы АРВ основан на регулировании активного (/а) и реактивного (/г) токов СД в соответствии с известными зависимостями, описывающими физические особенности процессов в синхронной машине с продольным возбуждением. Регулирование продольного тока (/d) ведётся в функции активного (/а) и реактивного (ir) токов в соответствии с соотношениями преобразования координат (4), а активный и реактивный токи регулируются в соответствии с влиянием на них продольного тока

~'d ~ + ircos&; ia ~ igCOsQ - i^sinQ;

(4)

iq = iacosQ - ifSinQ; ir = -i^cosQ - i^sinQ.

На вход регулятора продольного тока (РПТ) (рис. 5) поступают выходные сигналы регуляторов активного (PAT) и реактивного (РРТ) токов, благодаря чему реализуется регулирование продольного тока. Демпфирование качаний в рассматриваемой системе обеспечивается контуром регулирования активного тока. В соответствии с известной структурной схемой объекта регулирования и методами построения систем подчинённого регулирования координат задание на активный ток формирует внешний контур регулирования скольжения в канале активного'тока Оптимальное регулирование реактивного тока реализуется контуром регулирования реактивного тока, задание на реактивный ток формируется регулятором напряжения (РН) как функция напряжения питающего узла нагрузки.

Отличительной особенностью предложенной системы АРВ является введение сигнала, пропорционального внутреннему углу СД с помощью разработанного индукционного датчика положения ротора. Принимая во внимание то, что скольжение является производной от угла 0 СД, а в систему АРВ заводится сигнал от разработанного ИДГТР, пропорциональный внутреннему углу СД, обратная связь по скольжению включает последовательно соединенный датчик угла нагрузки и дифференцирующий датчик скольжения. Эквивалентные преобразования, позволяющие рационально провести техническую реализацию предлагаемой системы АРВ, привели к тому, что дифференцирующий датчик скольжения и регулятор скольжения заменяются пропорционально-дифференциальным регулятором скольжения (ПД-PS).

На холостом ходу СД задание и действительное значение активного тока равны нулю, так как за счёт отрицательной обратной связи по выходу PAT (КО выход PS равен фактическому значению активного тока. При наличии нагрузки на валу СД, выходной сигнал PS равен фактическому значению активной составляющей тока статора СД. Регулятор продольного тока обеспечивает такое значение продольной составляющей тока статора СД, что независимо от вели-

Рис. 5,Структурная схема системы АРВ в функции внутреннего угла

чины нагрузки фактическое значение реактивного тока равно заданному и выходной сигнал регулятора реактивного тока равен нулю. Таким образом, система подчинённого регулирования продольного тока обеспечивает астатическое регулирование реактивного тока СД, реактивный ток в установившемся режиме поддерживается на заданном оптимальном уровне. В результате при наличии нагрузки на валу осуществляется регулирование активной составляющей тока статора, а в режиме холостого хода - реактивной составляющей тока.

Предложенная система АРВ достаточно простр реализуется на базе промышленных тйристорных систем возбуждения.типа.ТВ-Р, ВТЕ и др. посредством их реконструкции. ' w '

. Пятая глава посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям разработанной системы, АРВ'(в функции внутреннего угла нагрузки с использованием индукционного датчика положения ротора без механической стыковки с валом рабочего двигателя.

Проведён расчёт контуров регулирования продольного тока, екольже-ния и напряжения сети. Методами структурного моделирования на ЭВМ исследованы динамические режимы работы системы АРВ СД. Математическая модель, которая лежит в основе расчёта переходных процессов, соответствует структурной схеме, приведённой на рис. 5. Модель синхронного двигателя построена на основе известных уравнений Парка-Горева.

Дня сравнительного анализа были проведены исследования переходных процессов СД без АРВ (режим Uf= const), с регулированием только тока возбуждения (режим If = const) и только по реактивному току (контуры регулирования активного тока и скольжения отключены), а также с различными вариантами демпфирующих связей и без них, при различных значениях статической нагрузки. На рис. 6 представлены результаты математического моделирования на ЭВМ системы АРВ СД в функции внутреннего угла.

Рис. б.Результаты моделирования системы АРВ в функции внутреннего угла

Основные показатели качества переходных процессов СД, такие так: колебательность (число колебаний), затухание внутреннего угла (т.е.', среднее значение отношений смежных.перерегулирований угла 0 за время переходного процесса) приведены в таблице 1, где также даны максимальные значения переменных (Эщах. 4 шах, Л/г тах) и статическое отклонение реактивного тока Д/г ст при набросе нагрузки. Из анализачпёр'еходных процессов и таблицы видно, что система АРВ в функции внутреннего угла""СД' йозвойяёт уменьшить" качания ротора почти в 3 раза по сравнению с СД без АРВ, при незначительных отклонениях реактивного тока.

' Таблица 1

Показатели качества переходных процессов СД при Моделировании на ЭВМ

' 1 I . ,, Наброс нагрузки

Способ АРВ Колебательность Затухание угла 0 ОуСТ» град Ощах град 'a max, o.e. А/г шах o.e. Д/г ст, o.e. Примечания

Без АРВ ' U/= const 3.46 2.8 15 24.1 0.85 -0.21 -0.08 Мс=0.5 o.e.

3.78 5.2 2.99 3.05 33 58 45.4 73.1 1.75 2.63 -0.42 -0.53 -0.38 -0.51 Мс=1.0 o.e. Мс=1.5 o.e..

Режим I/= const 3.03 2.61 15 25 0.81 -0.23 -0.08 Mc=Q.5 o.e.

3.31 4.27 3.26 4.06 32 54 56.5 84.7 1.45 2.02 -0.99 -2.13 -0.37 -0.78 Мс=1.0 o.e. Мс=1.5 о.е,

САР реактив- 4.8 2.26 31 ,52.7 1.93 -0.05 0 1гз = 0.2 о.е

ного тока 4.93 2.24 31 48.5, 1.88 -0.04 0 1,3=0.4 о.е

Система АРВ -. 33. 33.3 1.45 1.67 -0.48 ■ идеальный •

сИДПР . 1.29, 33 , 33 44 1.46 0.48 -0.27 с ограничен,.

На действующем стане 2350 горячей прокатке ЛПЦ ОАО ММК проведены исследования существующей системы АРВ в функции активного тока статора и экспериментальные испытания предлагаемой системы с применением разработанного.индукционного датчика угла нагрузки.

На рис. 7 представлены типичные осциллограммы работы электропривода клети «ТРИО» стана 2350 ЛПЦ ОАО ММК с АРВ в функции активного тока статора.,

/А -1 FC чил u»-J— L)j /а] 3 8А J w _ \_ L 1 с

*т $ rts -У "ЭТА -180 А J tec w Jy •V. Site isa \ W* * WVM Г ins*

! i5 Г~ --i Т" ' ' ' i Ш щ ШШ1жы

Рис. 7.Осциллограмма работы СД с системой АРВ по активному току статора

Показано, что основными недостатками существующей системы АРВ является:

1. Снижение динамической устойчивости синхронного двигателя.

2. Отсутствие демпфирования качаний ротора. После наброса нагрузки число колебаний ротора достигает 6-7.

3. Увеличивается колебательность активного тока, которая при прокатке возрастает в 2 раза по сравнению с СД без АРВ.

4. Возрастает колебательность реактивного тока. Его среднее значение при набросах нагрузки в 2,5-3 раза увеличивается по отношению к реактивному току на холостом ходу.

Доказано, что указанные недостатки присущи не только системе АРВ по активному току, но также и системам с жёсткими обратными связями по coscp, напряжению сети, реактивному току.

Согласно проведённому расчёту регуляторов разработанной системы АРВ на базе рабочего тиристорного возбудителя типа ТВ-400 Р была собрана и налажена предлагаемая система регулирования. На рис. 8 представлены результаты экспериментального исследования на промышленном объекте системы АРВ СД в функции внутреннего угла с применением ИДПР без механической связи с валомдвигателя. Исследования системы АРВ проводились с различными вариантами демпфирующих связей и без них. Результаты обработки осциллограмм сведены в таблицу 2, где показано, что применение разработанной системы позволило почти в 4 раза снизить колебательность ротора по сравнению с СД без АРВ. Однако при этом величина тока возбуждения значительно больше, чем в системе регулирования только тока возбуждения (режим I/= const).

Показано, что предлагаемая система АРВ'в функции угла 9 СД при набросах нагрузки позволяет:

1. Обеспечить существенное демпфирование качаний ротора и активного тока статора. Посла наброса нагрузки на валу СД имеет место практически одно колебание внутреннего угла СД при нагрузках близких к номинальной. Причём максимальное отклонение угла 9 от его установившегося значения не превышает 21 %.

01 23456789 10

Рис. 8. Результаты промышленного испытания на прокатном стане системы АРВ в функции внутреннего угла

Таблица 2

Показатели качества переходных процессов СД при промышленных испытаниях

Способ АРВ Наброс нагрузки

Колебательность Затухание угла 0 QyCTJ град град 1атах> А Ч А Д/гст, А

Режим If= const 4.5 2.7 33 45.4 340 200 56

САР активного тока 7.5 1.7 34 49 260 258 88

САР реактивного тока 4.6 2.6 42 57 285 263 20

Система АРВ сИДПР 1.1 20 41 45 307 270 50

! (

2. Снизить колебания реактивного тока. Его максимальные отклонения составляют не более 50 А, что почти в 2 раза меньше по сравнению с СД без АРВ. При этом в установившемся режиме реактивный ток поддерживается практически на заданном, начальном уровне, что повышает надёжность и устойчивость СД и технологического оборудования.

3. Уменьшить среднеквадратичные значения тока статора синхронного двигателя на 14 %, за счёт чего снижаются потери в двигателе.

Показано, что в данной системе согласованы противоречивые требования регулирования реактивного тока и демпфирования качаний ротора, она наиболее полно удовлетворяет требованиям, предъявляемым к АРВ синхронных двигателей прокатных станов.

Экспериментальные исследования системы АРВ на промышленном объекте показали её высокую надёжность и работоспособность. Экспериментальные исследования в достаточной степени согласуются с результатами математического моделирования и подтверждают повышение качества режимов СД с предлагаемой системой АРВ, в связи с этим целесообразно рекомендовать её для крупных прокатных синхронных электроприводов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача, заключающаяся в разработке синхронного электропривода с автоматическим регулированием возбуждения в функции угла нагрузки. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования привели к следующим результатам и выводам:

1. Разработана структурная схема системы автоматического регулирования возбуждения синхронных электроприводов в функции угла нагрузки. Введение в систему сигнала по внутреннему углу СД позволяет значительно улучшить демпфирование качаний ротора и активного тока статора СД. Показано, что после наброса нагрузки на валу двигателя практически имеет место только одно колебание угла 0, максимальное отклонение угла 0 не превышает 21 % установившегося значения.

2. Разработан и сконструирован индукционный датчик положения ротора, выполненный основе измерения вектора ЭДС холостого хода СД. Показано, что его применение позволяет повысить точность измерения за счёт регистрации угла строго между продольной осью полюса ротора синхронной машины в воздушном зазоре и осью магнитного поля фазы статора, без механической стыковки с валом рабочего двигателя. Погрешность измерения "угла 0 с помощью ИДПР определяется только погрешностью фазочувствительного выпрямителя и в разработанном датчике составляет ± 0,05

3. Предложена инженерная методика расчёта ИДПР, позволяющая при заданных размерах активной зоны машины получить рациональную геометрию измерительного элемента датчика. Приведена инженерная методика расчета выходной ЭДС измерительного элемента ИДПР, позволяющая при заданном

значении магнитной индукции в воздушном зазоре синхронной машины определить основные параметры (частота, амплитуда и т.д.) выходного сигнала.

4. В результате теоретических и экспериментальных исследований показано, что разработанная система АРВ позволяет ограничить колебания реактивного тока СД после наброса нагрузки. Его максимальные отклонения почти в 2 раза меньше по сравнению с СД без АРВ. В установившемся режиме реактивный ток поддерживается практически на заданном начальном уровне, что повышает надёжность и устойчивость СД и технологического оборудования.

5. Применение разработанной системы АРВ в функции угла нагрузки СД позволило уменьшить среднеквадратичные значения тока статора синхронного двигателя на 14 %, что привело к снижению потерь электрической энергии в системе электропривода.

6. Разработанная система АРВ СД с обратной связью по внутреннему углу нагрузки внедрена на синхронном электроприводе клети «ТРИО» стана 2350 ЛПЦ ОАО «ММК» в ходе проводимой реконструкции электрооборудования действующих прокатных станов ОАО «ММК». При этом получены результаты, подтвердившие высокую эффективность разработанной системы и достоверность основных теоретических выводов.

7. Разработанный датчик угла нагрузки СД может быть рекомендован для применения в вентильно-индукторном, частотно-регулируемом синхронном электроприводах, в системе векторного управления для выделения сигнала обратной связи по положению ротора.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Экспериментальное исследования измерительного элемента импульсного датчика скорости синхронного двигателя / В. И. Косматов, Ю. В. Мерзляков, Г. Г. Толмачёв, Д. В. Фомин // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2000. Вып. 5. - С. 146-156.

2. Импульсный датчик скорости синхронного двигателя / В. И. Косматов, Ю. В. Мерзляков, Г. Г. Толмачёв, Д. В. Фомин // XII Науч.-техн. конф. «Электроприводы переменного тока» ЭППТ-01, 13-16 марта 2001г.: Сб. тр. - Екатеринбург: УГТУ, 2001. - С. 76-79.

3. Импульсный датчик в электроприводах прокатных станов / В. И. Кос-матов, Ю. В. Мерзляков, Г. Г. Толмачёв, Д. В. Фомин // Труды IV конгресса прокатчиков. Т. 2. М. 2002., - С. 67-71.

4. Измерение углового положения вала синхронного двигателя индукционным импульсным датчиком / В. И. Косматов, Ю. В. Мерзляков, Г. Г. Толмачёв, Д. В. Фомин // Оптимизация режимов работы систем электроприводов: Межвуз. сб. науч. тр. / Под общ. ред. С.Р. Залялеева. - Красноярск: КГТУ, 2002. -С. 135-141.

5. Применение индукционного импульсного датчика углового положения вала синхронного двигателя в схеме автоматического регулирования углового положения ротора / В. И. Косматов, Ю. В. Мерзляков, Г. Г. Толмачёв, Д. В. Фо-

мин // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 7-Магнитогорск: МГТУ, 2002. - С. 24-28.

6. Фомин Д. В. К выбору рациональной геометрии измерительного элемента импульсного датчика положения ротора синхронных машин // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 7 - Магнитогорск: МГТУ, 2002. - С. 64-67.

7. Импульсный датчик положения ротора вентильного двигателя / В. И. Косматов, Ю. В. Мерзляков, Г. Г. Толмачёв, Д. В. Фомин // Международная науч.-техн. конф. «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» - ЕЕССЕБ - 2003, 25-27 марта 2003 г.: Сб. тр. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2003. - С. 243-246.

8. Фомин Д. В. Разработка и исследование датчика углового положения вала синхронного двигателя // Материалы 62-ой науч.-техн. конф. по итогам научно-исследовательских работ за 2002-2003 гг.: Сборник докладов / Под редакцией Г. С. Гуна - Магнитогорск: МГТУ, 2003. - С. 128-131.

Подписано в печать 12.11.03 Формат 60x84 1/16 Бумага тип.№ 1 Плоская печать Усл.печ.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ 849

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ

1 I

I

Í

! ♦

-гг

•19 2 8 3

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПРИНЦИПЫ И ЗАДАЧИ АВТОМАТИЧЕСКОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С УДАРНОЙ НАГРУЗКОЙ.

1.1. Особенности и характер изменения нагрузки синхронных двигателей.

1.2. Задачи регулирования возбуждения синхронных двигателей.

1.3. Принципы регулирования возбуждения синхронных двигателей.

1.4. Выводы и постановка задач исследования.

Глава 2. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ

ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.

2.1. Классификация датчиков углового положения.

2.2. Способы соединения датчиков с двигателями и связанные с этими способами погрешности измерения.

2.2.1. Соединение валов датчика и двигателя через полужесткую муфту.

2.2.2. Соединение валов датчика и двигателя через зубчатую передачу.

2.2.3. Соединение валов датчика и двигателя с помощью ременной передачи.

2.2.4. Соединение валов двигателя и датчика с помощью гибкого вала.

2.2.5. Жесткое крепление вращающегося элемента датчика на валу двигателя.

2.2.6. Соединение валов датчика скорости и двигателя с помощью "плавающей" конструкции.

2.2.7. Соединение валов датчика и двигателя с помощью упругих металлических валов.

2.3. Технические требования, предъявляемые к устройствам измерения положения ротора.

ВЫВОДЫ.

Глава 3. РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ИНДУКЦИОННОГО ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ.

3.1. Физика работы измерительного элемента.

3.2. Измерение полюсных и зубцовых пульсаций.

3.3. Расчёт амплитудного значения ЭДС, индуцируемой в измерительном элементе ИДПР.

3.3.1. Магнитное поле в воздушном зазоре явнополюсной синхронной машины.

3.3.2. Анализ гармонических магнитного поля в воздушном зазоре явнополюсной синхронной машины.

3.3.3. Влияние демпферной обмотки синхронной машины на работу измерительного элемента ИДПР.

3.4. Разработка структурной схемы формирователя сигналов обратной связи по положению ротора синхронной машины.

ВЫВОДЫ.

Глава 4. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ИНДУКЦИОННЫМ ДАТЧИКОМ УГЛА НАГРУЗКИ.

4.1. Структурная схема синхронного двигателя, питаемого от сети с регулированием возбуждения.

4.2. Линеаризованная структурная схема синхронной машины.

4.3. Построение системы автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя.

ВЫВОДЫ.

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С АВТОМАТИЧЕСКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПЫТАНИЯ.

5.1. Расчёт регуляторов системы АРВ.

5.1.1. Расчёт контура регулирования продольного тока.

5.1.2. Расчёт контура регулирования скольжения.

5.1.3. Расчёт контура регулирования напряжения.

5.2. Исследование переходных процессов СД с АРВ методами математического моделирования.

5.3. Промышленные испытания системы АРВ СД прокатной клети «ТРИО» стана 2350 ЛПЦ в . статических и динамических режимах.

5.3.1. Промышленные испытания существующей системы АРВ СД прокатной клети «ТРИО» стана

5.3.2. Промышленные испытания системы АРВ СД прокатной клети «ТРИО» стана 2350 с индукционным датчиком угла нагрузки.

ВЫВОДЫ.

Развитие промышленности и транспорта сопровождается созданием новых типов электроприводов, отличающихся высокой экономичностью и регулировочными возможностями. Одновременно возрастают требования к надежности и качеству его характеристик. Неотъемлемой частью совершенствования автоматизированного электропривода является улучшение технико-экономических показателей работы крупных электрических машин.

Синхронные двигатели (СД) нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Во многих случаях, например прокатное производство, СД работают с резко переменной нагрузкой. Набросы нагрузки СД без АРВ вызывают качания ротора и колебания активного и реактивного токов двигателя, снижение отдачи реактивной мощности СД в сеть. Качания ротора и активного тока отрицательно влияют на устойчивость СД и технологического оборудования, снижается их надежность, увеличиваются потери электроэнергии. Кроме того, качания активного и реактивного токов вызывают отклонения напряжения питающей сети по величине и по фазе. Таким образом, не используются в полной мере компенсирующие способности СД.

Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) позволяет существенно повысить технико-экономические показатели работы крупных прокатных синхронных двигателей и питающей сети, наиболее полно использовать ценное качество СД - возможность генерирования реактивной мощности.

Требования, предъявляемые к системам АРВ СД можно сформулировать следующим образом [1]:

- обеспечение надёжной работы СД при заданных режимах нагрузки;

- форсировка возбуждения при снижении напряжения сети сверх допустимого;

- обеспечение нормального теплового режима двигателя, т.е. ограничение среднеквадратичных значений токов статора и возбуждения;

- демпфирование качаний ротора и активного тока статора при набро-сах нагрузки;

- поддержание нормального уровня напряжения в узле нагрузки;

- обеспечение минимума потерь в СД и питающей сети.

Для прокатных СД с ударной нагрузкой большое значение имеет обеспечение демпфирования качаний ротора и активного тока статора. Это позволяет существенно повысить надежность и устойчивость СД и механического оборудования. Одновременно с этим большое значение имеет поддержание на нормальном уровне напряжения узла нагрузки, что обеспечивается регулированием реактивного тока (мощности) двигателя. Но отсутствие такого важного технического устройства, как датчик положения ротора (ДПР), простого по конструкции и надёжного в эксплуатации, не позволяет в полной мере удовлетворить эти требования.

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

Для координального решения этой важной проблемы требуется целенаправленная работа по созданию датчиков новых типов, надёжных в эксплуатации, простых по конструкции, базирующихся на использовании новых физических эффектов. Существующие средства измерения углового положения ротора СД (вращающиеся трансформаторы, сельсины, редуктосины, ин-дуктосины и др.) не отвечают в полной мере современным требованиям. Наличие относительно большой погрешности измерения, сложность изготовления, специфические требования к окружающей среде, и, наконец, высокая стоимость ограничивает их использование в современных системах регулирования электроприводами. Кроме того, неточность изготовления самих датчиков и узлов механического сочленения с валом двигателя вызывает дополнительную погрешность в измерении углового положения ротора высокой и низкой частоты [2]. Высокочастотные пульсации в выходном сигнале ДПР не оказывают заметных влияний на работу электропривода, так как по отношению к этим пульсациям система регулирования является фильтром нижних частот. В этом случае существенными являются оборотные пульсации. Их частота и амплитуда зависит от характера несоосности валов датчика и двигателя. Амплитуда оборотных пульсаций для промышленных датчиков находится в пределах 0,1-3% и изменяется в процессе эксплуатации. Кроме того, погрешность измерения углового положения с помощью этих датчиков существенно зависит от температуры, влажности, загрязненности окружающей среды, уровня вибрации, и может достигать 2-4 % [2].

В связи с вышеизложенным, целью работы является разработка и исследование синхронных электроприводов с ударной нагрузкой с высокими динамическими показателями.

Достижение поставленной цели потребовало решение в диссертационной работе следующих основных задач:

- выполнение обзора применяемых в промышленности законов регулирования возбуждения синхронных двигателей, а также вытекающие из них задачи и принципы регулирования возбуждения;

- выполнение обзора существующих средств измерения углового положения ротора СД и анализ причин появления погрешностей измерения;

- разработка датчика положения ротора, выполненного без механической связи с валом электродвигателя;

- создание варианта блочной схемы ДПР, позволяющего измерить пространственное положение ротора относительно результирующего вектора напряжения статора, согласно упрощённой векторной диаграмме СД;

- проведение экспериментального исследования разработанного ДПР на лабораторной установке и в промышленных условиях, выявлении основных характеристик датчика;

- разработка системы автоматического регулирования возбуждения СД, в функции внутреннего угла СД;

- проведение исследований переходных процессов синхронного двигателя с АРВ методами математического моделирования;

- проведение промышленных испытаний системы АРВ СД на действующем прокатном стане.

Содержание работы изложено в пяти главах.

В первой главе приведены принципы и задачи регулирования возбуждения СД с ударной нагрузкой. Проведён обзор существующих законов автоматического регулирования возбуждения СД. Поставлены задачи исследования.

Во второй главе приведён обзор патентной документации на предмет существующих средств измерения положения ротора синхронного двигателя. Представлены способы соединения этих датчиков с валом двигателя и связанные с этими способами погрешности измерения

Третья глава посвящена разработке измерительного элемента индукционного датчика положения ротора, описана его физика работы, проведён расчёт амплитудного значения ЭДС, наведённой в измерительном элементе.

В четвёртой главе разработана функциональная схема системы автоматического регулирования возбуждения синхронного электродвигателя в функции внутреннего угла СД.

Пятая глава посвящена исследованиям режимов работы синхронного двигателя с АРВ. Приведены результаты математического моделирования и промышленного испытания на действующем объекте предлагаемой системы АРВ с индукционным ДПР.

По содержанию диссертационной работы опубликовано девять научных трудов, получен патент на полезную модель, основные результаты обсуждались на шести научно-технических конференциях и семинарах.

ВЫВОДЫ

1. Теоретический анализ и математическое моделирование динамических режимов СД с системой подчинённого регулирования продольного тока на ЭВМ показывает, что динамические свойства определяются принципами, положенными в основу построения системы регулирования, которые согласуются с физической природой электромеханических процессов синхронной машины и возможностями АРВ.

2. Предлагаемая система построена с учётом возможностей изменения режимов СД посредством АРВ и физической природы СД с возбуждением по продольной оси. В системе АРВ реализуется регулирование продольного тока СД с использованием обратных связей по активному и реактивному токам

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача, заключающаяся в разработке синхронного электропривода с автоматическим регулированием возбуждения в функции угла нагрузки. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования привели к следующим результатам и выводам:

1. Разработана структурная схема системы автоматического регулирования возбуждения синхронных электроприводов в функции угла нагрузки. Введение в систему сигнала по внутреннему углу СД позволяет значительно улучшить демпфирование качаний ротора и активного тока статора СД. Показано, что после наброса нагрузки на валу двигателя практически имеет место только одно колебание угла 0, максимальное отклонение угла 0 не превышает 21 % установившегося значения.

2. Разработан и сконструирован индукционный датчик положения ротора, выполненный основе измерения вектора ЭДС холостого хода СД. Показано, что его применение позволяет повысить точность измерения за счёт регистрации угла строго между продольной осью полюса ротора синхронной машины в воздушном зазоре и осью магнитного поля фазы статора, без механической стыковки с валом рабочего двигателя. Погрешность измерения угла 0 с помощью И ДПР определяется только погрешностью фазочувстви-тельного выпрямителя и в разработанном датчике составляет ± 0,05

3. Предложена инженерная методика расчёта ИДПР, позволяющая при заданных размерах активной зоны машины получить рациональную геометрию измерительного элемента датчика. Приведена инженерная методика расчета выходной ЭДС измерительного элемента ИДПР, позволяющая при заданном значении магнитной индукции в воздушном зазоре синхронной машины определить основные параметры (частота, амплитуда и т.д.) выходного сигнала.

4. В результате теоретических и экспериментальных исследований показано, что разработанная система АРВ позволяет ограничить колебания реактивного тока СД после наброса нагрузки. Его максимальные отклонения почти в 2 раза меньше по сравнению с СД без АРВ. В установившемся режиме реактивный ток поддерживается практически на заданном начальном уровне, что повышает надёжность и устойчивость СД и технологического оборудования.

5. Применение разработанной системы АРВ в функции угла нагрузки СД позволило уменьшить среднеквадратичные значения тока статора синхронного двигателя на 14 %, что привело к снижению потерь электрической энергии в системе электропривода.

6. Разработанная система АРВ СД с обратной связью по внутреннему углу нагрузки внедрена на синхронном электроприводе клети «ТРИО» стана 2350 ЛПЦ ОАО «ММК» в ходе проводимой реконструкции электрооборудования действующих прокатных станов ОАО «ММК». При этом получены результаты, подтвердившие высокую эффективность разработанной системы и достоверность основных теоретических выводов.

7. Разработанный датчик угла нагрузки СД может быть рекомендован для применения в вентильно-индукторном, частотно-регулируемом синхронном электроприводах, в системе векторного управления для выделения сигнала обратной связи по положению ротора.

1. Логинов С. И., Михайлов В. В. Всесоюзное совещание по автоматическому регулированию и системам возбуждения синхронных двигателей // Электричество. - 1964. - № 7. - С. 85-87.

2. Тун А. Я. Системы контроля скорости электропривода. -М.: Энерго-атомиздат, 1984 167 с.

3. Петелин Д. П. Автоматическое управление синхронными электроприводами. М.: Энергия, 1963. - 88 с.

4. Урусов И. Д. Линейная теория колебаний синхронной машины. Изд. АН СССР, 1960.-166 с.

5. Веников В. А., Литкенс И. В. Математические основы теории автоматического управления режимами энергосистем. — М.: Высшая школа, 1964. -202 с.

6. Исследование и наладка АРВ систем возбуждения СД прокатных станов, работающих с резко-переменной нагрузкой. Отчёт о НИР № 68 072 051, Мамедов В. М. и др., Днепродзержинск, - 1969 г. — 91 с.

7. Пути улучшения динамических свойств синхронного электропривода прокатных станов / Бородина И. В., Вейнгер А. М., Оглоблин А. Я. и др. // Электротехника. 1976. - № 5. - С. 54-56.

8. Система подчинённого регулирования возбуждения синхронного двигателя при резко-переменной нагрузке / Вейнгер А. М., Оглоблин А. Я., Серый И. М., Янко-Триницкий А. А. // Изв. Вузов. Электромеханика. 1976. -№9.-С. 958-964.

9. Синхронные приводы. Под ред. М. Г. Чиликина. М.: Энергия, 1967г. - 80 с.

10. Лишенко А. И. Синхронные двигателя с автоматическим регулированием возбуждения. Киев: Техника, 1969. - 134 с.

11. Вершинин П. П., Хашпер Л. Я. Применение синхронных электроприводов в металлургии. — М.: Металлургия, 1974. 272 с.

12. Абрамович Б. Н., Круглый А. А. Возбуждение, регулирование и устойчивость синхронных двигателей. — JI.: Энергоатомиздат, 1981. 128 с.

13. Сыромятников И. А. Выбор энергетических параметров электрооборудования и электропривода с учётом энергосистемы // Электричество. 1959. -№ 10.-С. 44-47.

14. Войнтруб О. Ш., Вейнгер А. М., Гендельман Б. Р. Система управления синхронным двигателем с подчинённой структурой регулирования // Электричество. 1975. - № 4 - С. 45-49.

15. Ахматов М. Г. Синхронные машины. Специальный курс. М.: Высшая школа, 1984. - 135 с.

16. Сильное регулирование возбуждения / Веников В. А., Геруенберг Г. Р., Совалов С. А. Соколов Н. И. -M.-JL: Госэнергоиздат, 1963. — 152 с.

17. Исследование и наладка АРВ систем возбуждения синхронных двигателей прокатных станов, работающих с резкопеременной нагрузкой. Отчёт о НИИР № 68072051. Днепродзержинск, 1968. - 82 с.

18. Ohshima J., Akiyama J. An overview of motors sensors // Power conversion &. Intelligent Motion (PCIM). 1989. № 5. - C. 96-98.

19. Mobbs D.Y., Summerhayea D. Optical microelectronic Sensor patents reviewed // Sensor Review. 1989. - № 2. C. 95-104.

20. Фрагмент базы знаний по проблеме "Датчики для систем управления электроприводом роботов" (патентная документация США за 1987-1989 гг.). -М.: Информэлектро. 1989.-261 с.

21. Pandya D. Fiberoptic sensors find growing niche in world market // Laser Focus World. 1989. -№ 8. - C. 65-66.

22. Sensors / Transducers. Electronic Design. 1988. - № 12. - C. 65—66.

23. Products / Services // Manufacturing Engineering. -1988. № 12.-62 c.

24. Appliance Industrie purchasing directory // Appliance. 1989. — № 1. -D92-D94, D105, D106.

25. Laser Focus World // Buyers Guide. 1989. - C. 559-542.

26. Sensors and Transducers // Machine design. 1988. - May 19. -C. 149-175.

27. Spetzer J. A Synchro/Resolver Tutorial // PCIM. 1989. -№11.- C.24-29. 3 0. Eucron 3 .A. Resolver Data Sheet. Каталог. - Информэлектро, - 1989.

28. Ernst A. Drehgeber als hochgenaue Weg- und Wonkelme/gerate // Feinwerktechnik & Messtechnik. 1987. - № 5. - C. 504-310.

29. Absolut-Encoder // Industrie, Elektrik + Elektronik (IKE) -1988.-№9. -71 c.

30. Absolute Positionen // JEb. 1988. - № 11. - C. 64-65.

31. Umdrehungskodierter inkrementaler Drehgeber // Elektrotechnifc. 1988.-№ 22. -C. 58-42.

32. Miniature Magnetic Encoders // PCIM. 1989. - № 6. - 77 c.

33. Hallsensor fur hohe Temperaturen // Technika. 1989. - № 8. - 88 c.

34. Hall-effect sensor yields analog signals //Electronics.-1988. — №1. 560 c.

35. Hall-effect Sensor // Appliance. 1988. - № 5.

36. Гуменюк C.B., Подлепецкий Б.И. Интегральные полупроводниковые магниточувствителыные датчики // Зарубежная электронная техника (сб. обзоров). М.: 1989. - С.3-48.

37. Expanded Line of Fiberoptic Encoders // PCIM. 1989. - № 11. - 71 c.

38. Возможности применения волоконно-оптических датчиков для измерения параметров магнитного поля. Обзор. М., ЦНИИЭлектроника, 1989.

39. Interferometric and intensity sensors bekome more sophisticated // Laser Focus World. 1989. - № 7. C. 137-143.

40. Lothar W., Giinter D. Moderne Drehzahl-Instwertaufnehmer fur die Antriebg- und Regelungstechnik // Technische Report. 1988, - № 10. - C. 28-30.

41. Андросенко В. В. Разработка электроприводов с использованием двигателя постоянного тока в качестве источника состояния координат: Дис. канд. техн. наук. -М.: 1989. 174 с.

42. Патент РФ 2007821, МКИ Н02К 11/00. Электродвигатель постоянного тока с устройством для измерения частоты вращения / Горохов B.JI., Мерзляков Ю.В. и др. 4 е.: ил.

43. Резин М. Г. Особенности электромагнитных явлений в двигателе с дуговым статором // Электричество. — 1951. — № 6. — С. 34-39.

44. Штурман Г. И. Индукционные машины с разомкнутым магнитопрово-дом // Электричество. 1946. -№ 10. - С. 32-36.

45. Куракин А. С. Поле в зазоре редукторного двигателя // Известия ВУЗов Электромеханика. № 2. - 1963. — С. 21-29

46. Косачевский В. И, Ошурков П.В., Хуторецкий Г.М. Экспериментальное исследование магнитного поля в торцевой зоне турбогенератора // Сб. статей / Исследование электромагнитных полей, параметров и потерь в мощных электрических машинах-М—Л.: Наука. 1966 г.

47. Костенко М. П., Пиотровский Л. М. Электрические машины. -М.-Л.: Энергия. 1965. Т. 2 524 с.

48. Костенко М. П., Коник Б. Е. Определение основной и третьей гармоник поля якоря и поля полюсов синхронной машины // Электричество. — 1951. -№3.-С. 12-19.

49. Сорокер Т. Г., Горжевский И. Н. Расчёт магнитных полей в зазоре явнополюсной синхронной машины // Электричество. 1952. - № 6. - С. 8-13.

50. Куракин А. С. Магнитная проводимость зубчатого воздушного зазора // Сб. статей / Исследование электромагнитных полей, параметров и потерь в мощных электрических машинах -М.-Л., Наука. 1966 г.

51. Костенко М. П., Пиотровский Л. М. Электрические машины. -М. —Л.: Энергия. 1965. Т. 1 639 с.

52. Горохов В. JL, Жуловян В. В., Мацанова A. JI. Расчёт магнитного поля в воздушном зазоре тихоходного бесконтактного синхронного двигателя с внутренним каскадом // Изв. ВУЗов Электромеханика. — 1976. №6 -С.41-44.

53. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчёт электрических и магнитных полей.-М.: Энергия, 1970.-213 с.

54. Polh. R. "Theory of pulsating-field machines". ЛЕЕ, 1946 т. 93 pt. II № 31.

55. Коц Б.Э. Определение проводимости воздушного зазора зубчатых магнитных систем // Электротехника. 1964. - № 9. — С. 21-26.

56. Александров Н. Н. Исследование магнитных полей в междужелезных пространствах электрических машин методом конформных отображений // Труды ХВКИУ. Харьков, 1967.

57. Александров Н. Н. Расчет плоского магнитного поля электрических машин с зубчатым якорем // Труды III Всесоюзной конференции по бесконтактным электрическим машинам Рига, Зинатне. - Т. 1. - 1966.

58. Гринберг Г. А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. Изд. АН СССР, 1948 . 298 с.

59. Вольдек А. И., Солдатенкова Н. А. К расчету магнитного поля в воздушном зазоре электрических машин с помощью метода гармонических про-водимостей // Труды ЛПИ им. Калинина № 301. - 1969.

60. Жуловян В. В. Вопросы теории редукторных синхронных машин // Сб. Вопросы теории и расчета электрических машин, Новосибирск, — 1970.

61. Куракин А. С. Редукторные электродвигатели на зубцовых гармониках поля. Дис. докт. техн. наук. М.: МЭИ, 1964. - 254 с.

62. Вольдек А. И. Магнитное поле в воздушном зазоре асинхронных машин // Труды ЛПИ, 1953. - № 3.

63. Вольдек А. И. Исследования магнитного поля в воздушном зазоре яв-нополюсных синхронных машин методом гармонических проводимостей // Электричество. 1966. - № 7. - С. 7-15.

64. Freemen E. M., The Calculation of Harmonics, due to Slotting, in the Flux-Density Wave-form of a Dynamo-Electrie Machine Pr. IEE, - 1962, - v. 109, part C. -581c.

65. Вольдек А. И., Лахтметс P. А. Магнитная проводимость воздушного зазора и расчёт магнитного поля явнополюсных синхронных машин // Известия ВУЗов. Электромеханика. 1968. - № 6. - С. 41-48.

66. Монюшко Н. Д. Магнитное поле статора в воздушном зазоре синхронной явнополюсной машины // Известия ВУЗов. Электромеханика. — 1966. — №11.-С. 23-29.

67. Ипатов П. М. Зубцовые гармонические в кривой ЭДС синхронного генератора // Вестник электропромышленности, — № 7, — 1953 г.

68. Ипатов П. М. Влияние демпферной обмотки на ЭДС синхронного генератора // Электричество. — № 3. 1957. — С. 22-27.

69. Устройство для измерения внутреннего угла синхронной машины. В. Л. Грузов и др. А.с. № 1226331. Заявл. 17.10.84 г., опубл. 23.04.86 г. в БИ № 15/ МКИ G 01 R 25/00.

70. Оглоблин А. Я. Исследование качаний активной мощности синхронного двигателя с автоматическим регулированием возбуждения при резко-переменной нагрузке и разработка методов демпфирования этих качаний. Дис. канд. техн. наук. Свердловск, 1978. - 231 с.

71. Важнов А. И. Основы теории переходных процессов синхронной машины. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1960. - 312 с.

72. Адкинс Б. Общая теория электрических машин. М. - Л.: Госэнергоиздат, I960. - 272 с.

73. Уайт Д., Вудсон Г. Электромеханическое преобразование энергии. М. - Л.: Энергия, 1964. - 527 с.

74. Горев А.А. Переходные процессы синхронной машины. М. — Л.: Госэнергоиздат, 1950.-551 с.

75. Казовский Е. Я. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока. М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1962. - 624 с.

76. А.с. № 604113 СССР, Вейнгер А. М., Маренич В. А., Оглоблин А. Я. Устройство для регулирования возбуждения синхронного двигателя. —Зс.: ил.

77. А.с. № 415777 СССР, Бер М. Я., Вейнгер А. М., Лир Л. В., Савалайнен А. С. Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя. 4 е.: ил.

78. Воронов А. А. Основы теории автоматического управления. Т. 1. Линейные системы регулирования одной величины. М - Л.: Энергия, 1965. — 365 с.

79. Разработка и реализация оптимизированных режимов синхронного двигателя с автоматических регулированием возбуждения электропривода стана 2350 ЛПЦ. Отчёт о НИР № 80031658 / МГМИ им Г. И. Носова. Оглоблин А. Я. и др., Магнитогорск, 1983. 53 с.

80. Исследование синхронного привода клети «ТРИО» стана 2350 ЛПЦ ОАО ММК. Отчёт о НИР № 78069363 / МГМИ им Г. И. Носова. Оглоблин А.Я. и др., Магнитогорск, 1979. 45 с.