автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Развитие теории электромеханических систем с синхронным двигателем, питаемым от преобразователя с зависимым инвертором тока

Актуальность проблемы. Развитие техники электропривода за последнюю четверть XX столетия характеризуется не только увеличением единичной мощности, быстроходности и повышением степени надежности электромеханических систем, но и увеличением числ^ выполняемых ими функций, усложнением функций управления, регулирования, автоматизации и расширением сфер проникновения. Создание таких систем электропривода, в свою очередь, стимулирует совершенствование и дальнейшее развитие электромеханического преобразования энергии и управления этим процессом на основе современной электронной техники, реализующей не только процессы управления, автоматизации, диагностики, контроля и сигнализации, но и непосредственного воздействия на потоки энергии средствами силовой электроники.

Одним из фундаментальных решений этой проблемы является использование синхронной электрической машины с электромагнитным возбуждением, с постоянными магнитами, либо с одноименно-полюсным (униполярным) ротором с вентильным коммутатором (инвертором тока или напряжения) и обратной связью по положению ротора - бесколлекторного (вентильного) двигателя постоянного тока (ВД). Большой теоретический задел и экспериментальные исследования довоенных (30-е годы) и послевоенных лет - (50-е годы) позволили, благодаря успешному развитию энергетической электроники и элементов вычислительной техники, разработать в 70-80-е годы и внедрить в промышленность и транспорт новый класс упомянутых выше электрических машин - вентильных двигателей и систем электроприводов на их основе.

Теория регулируемого электропривода с ВД находится в стадии интенсивного развития. Ее специфические особенности связаны не только, например, с возможностью существенного увеличения рабочей скорости и развиваемой мощности приводного двигателя при устранении механического коллектора со скользящим щеточным контактом, но и с необходимостью создания теории и разработки методик расчета необходимых рабочих характеристик и динамических режимов нового электромеханического преобразователя энергии с многосвязной структурой в электроприводе. В связи с этим становится весьма актуальной научно- техническая перспектива создания множества разнотипных по структуре и развиваемой мощности автоматически регулируемых электроприводов с высокими статическими и динамическими показателями рабочих характеристик по нагрузочной способности, быстродействию, качеству регулирования скорости и электромагнитного момента.

Развитие и целостное становление теории регулируемого электропривода с ВД, с одной стороны, стало возможным в последние годы, когда появились современные мощные технические и алгоритмические средства расчета при анализе и синтезе САР со сложными многосвязными электрическими, электромагнитными и механическими „динамическими структурами. С другой стороны, этому обстоятельству способствовал единичной мощности энергетических установок и отдельных групп промышленных механизмов, для которых энергосберегающая технология является * ритетной и диктует использование мощных, быстроходных, экономичных и -юсительно надежных частотно- регулируемых электроприводов на базе аухполюсных высоковольтных синхронных двигателей с электромагнитным озбуждением и полупроводниковых преобразователей частоты с зависимым швертором тока на тиристорах (5СЛ). Последние в настоящее время и в обозримом будущем являются основными ключевыми элементами в преобразователях с естественной (сетевой или машинной) коммутацией большой мощности. Особый интерес представляют проблемы управления электроприводами с вентильными двигателями средней и малой мощности, питаемыми от низковольтных преобразовательных устройств на базе запираемых тиристоров (GTO), биполярных (IGBT) и полевых (MOS FET) транзисторов с изолированными затворами.

Содержание защищаемых работ автора сострит из результатов научных исследований в области автоматизированного электропривода с вентильным двигателем - различных электромеханических систем на базе синхронного двигателя с электромагнитным возбуждением и полупроводникового преобразователя частоты на тиристорах с зависимым инвертором тока, охватывающих все функциональные возможности бесколлекторного двигателя постоянного тока в однодвигательной, двухдвигательной, каскадной с асинхронным двигателем системах электропривода. Кроме того, в защищаемых работах приводятся результаты практической реализации разработанных на основе теоретических исследований технических проектов электроприводов мощных насосных агрегатов.