автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Регулируемый асинхронный электропривод в системе двойного питания с индуктивно-емкостными стабилизаторами тока в роторной цепи

РГ5 ОД

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ

На правах рукописи

АКЙНИН Константин Павлович

РКОТИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В СИСТЕМЕ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ С ШЩУКТКЗНО-ЕМКОСТИЫМИ СТАБИЛИЗАТОРАМИ ТОКА В РОТОРНОЙ ЦЕПИ

Специальность 05.09.03 -

Элвктротэхшгевские комплекса е системы» включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Киев - 1993

Работа выполнена в Института электродинамики АН Украины

Научный руководитель

ввдудий научный сотрудник, доктор технических наук Б.Н.ИСАКОВ

Официальные оппонента

заведующий лабораторией, доктор технически наук А.В.НОВОСЕЛЬЦЕВ

кпдидат технических наук, старший научный сотрудник Г.А.КОВАЛЕНКО

Ведущая организация

НПО "Киевский институт автоматики г.Киев

Защита диссертации состоится ¿^^¡£^/1993 г.

в _ часов на заседании специализированного совета К 016.63.01

в Институте проблем энергосбережения АН Украины.

Адрес: 252.070 Киев, ул. Покровская, II С диссертацией моучо ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "¿' '

»¿Р н ^■лг^^ч'

1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета ..!С.адида;' технических наук

Н.В.РШХУН

- з -

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Эффективность преобразования электрической энергии в механическую средствами автоматизированного электропривода часто определяется свойствами силоеого источни' 1, питающего электрический двигатель. При этом, вид вольтамперной характеристики источника питаний могкет существенно влиять на энергетические, эксплуатационные, малогабаритные показатели электропривода, а такте сложность систем управления.

распространение терминов "истс ник напряжения" и "источник тока" из -теоретической электротехники на теорию апектропривсда позволило определить свойства разомкнутых систем электроприводов, двигатели которых питаются от укач&аних источников, терминами "источник скорости" и "источник момента". Действительно, особенностью питания двигатели- постоянного или переменного тока от источника напряжения является свойство саморегулирования момента двигателя благодаря действию внутренней обратной связи по ЭДС якоря или ротора. Эта связь обеспечивает стабилиза лю частоты вращения. При питании якоря или ротора двигателя от источника тока обра.кая связь по ЭДС разрывается и исключаемся ее влияние на момент. Таким образом, момент однозначно определяется током источника тока и магнитным потоком двигателя.

Термин "источник момента" обязан своим появлением предложенной в 60-х годах и ИЗД АН Украины системы электропривода источник тока - двигатель постоянного тока (ИТ-Д), положившей начало новому направлению з регулируемом электроприводе постоянного то1са.

Свойства "источника момента" в электроприводе переменного тока стало возмогшим реализовать в схеме электропривода по системе источник тока - асинхронный -¡вигатель с фазным ротором (ИТ-АД), в которой статор двигателя питается от системы неизменных напр.таэ- -ний, а ротор, посредством двух неуправляемых выпрямителей» от системы неизменных токов.

Успешное внедрение электропривода со свойствами "источника момента" стало возможным благодаря использованию в качестве источника тока индуктивно-емкостного преобразователя (ИЕП) системы неизменных напряжений в систему неизменных токов,, принцип действия которого основан на явлении резонанса напряжений в контурах, содержал: "с индуктивности и емкости.

По вопросам исследования и разработки электропривода по сип-

теме ЛЕЯ-АД имеется ряд научных работ и "убликаций, защищены диссертации. В то же время в электропривода по систем? ИЕЯ-АД не были исчерпаны все возможности для регулирования момента, а именно: регулирование момента изменением угла между вектора?.»! ЭДС и тока ротора, амлитуда которого стабилизирована с Помощью HEIL Такое регулирование позволяет существенно расширить функциональные возможности системы ИЕЛ-АД и создать электропривод по типу схема с машиной двойного питания (МДП).

Дачная работа выполнялась в разках научно-исследовательских тем "Резонанс-2" - "Исследовать гибридные токовые системы, состоя- ■ щие из полупроводниковых и параметрических электромагнитных преобразователей, и разработать на их основе источллки электропитания промышленных технологических установок" /Постановление Президиума АН УССР N474 г? 27.12.1985 ../и "Момент-П" - "Разработать математические мидели, принципы управления асинхронной машиной и силовые структуры новых типов электроприводов с управляемым моментом, созвать программно-алгоритмически; средства моделирования и исследования преобразователей для таких систем" / Решение Ученого Совета ЙЭД АН Украины от 27.12.1990 г. , Протокол N17/.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование регулируемых асинхронных злек^ооприводов в системе двойного питания с источниками тока на базе индуктивно-емкостных преобразователей, обеспечивающих управление координатами двигателя и обладающих улучшенными технико-экономическими показателями для механизмов, требуюших регулирования, ограничения я контроля момента.

Поставленная цель потребовала решения следуюда основных задач:

- анализа режгчов работы асинхронных двигателей в различных -системах их питания» а та;оке технических средств и способов стабилизации к регулирования момента электродвигателя в разомкнутой системе; .

- разработки принципов построения, практической реали?ации и исследования статических и динамических характеристик электроприводов- переменного токч при использовании ас!"<хронного двигателя с фазным ротороы, включенного в систег-у двойного питания о парамет рической стабилизацией тока в роторной цепи

- анализа икдуктивно-емкостних стабилизаторов тока в липам;'.- • ческлх и установившихся режимах работы электропривода;

- разработки и исследования функциональных и структурных су.<: ы

электроприводов для стабилизации и регулирования координат асинхронного двигателя с фазным ротором;

- внедрения полученных результатов в промь. леняости при создании электроприводов промышленных установок.

Кетоды исследования. В работе применено! аналитические к экспериментальные методы исследования, а тэчгоэ методы вычислительной

математик».. Рассмотрение структур электроприводов ведется на осно-

\

ез теории электропривода, теории электрических мааин» методов,анализа линейных электрическая цепей и методов математического моделирования асинхронного двигателя и электрических цепей, содергаткх нелинейные элементы. Основные результаты теоретических исследований подтверждены эксперт,' нгальными данными.

Автор зашивает следующие основные научные и практические .положения работы: 1. Структуры и принципы построени.: однодзигатель-ных и шогодвигателышх' электроприводов ка базе асинхронного' двигателя с управляемым преобразователем в роторе и индуктивно-емкостного стабилизатора тока. 2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований электромеханических процессов к энергетических ре;ж:ов асинхронного электропривода в системе двойного питания, обладащего свойством регу. :руемого "источника момента" з разомкнутой системе. 3. Математическую модель асинхронного двигателя с управляемым преобразователем, коммутирующим в цепь ротора двигателя ток с неизменной амплитудой и регулируемым углом относительно ЭДС ротора. 4. Результаты анализа-динамических и установившихся режимов работы индуктивно-емкостных стабилизаторов тока, включенных б систему асинхронного электрон" квода. 5.- Структуры я принципы построения систем правления координатами асинхронного двигателя с фазным ротором.

Научная новизна; 1. Впервые предложены принципы построения одкодвигательных и мно^одвигательных регулируемых асинхронных электроприводов в системе двойного питания с источником тока в роторной цепи и разработаны новые схемы, реализушяе эти принципы.

2. Созданы математические модели и проведены исследования переходных и установившихся процессов в электроприводе на базе асинхронного двигателя с управляемым преобразователем в поторе к ИЕН

3. Рассмотрены особенности построения источников тока на базе ЙЕП для электропривода переменного тока и проведен сравнительный анализ переходных и установившихся резкимов работы таких преобразователей. 4. Предложены струганы и принципы построения систем управ-

ления координатами двигателя двойного пи.ания со стабилизированным тском в роторной цепи.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при создании электроприводов с источниками тока в силовых цепях, которые позволяют повысить эффе1стивность электромеханического преобразования энергии в механизмах различного технологического применения.

Внедрение результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы в:

- электроприводе бурового станка. Разработка передана управ- . лени» СевУкргеологи,. (г. Киев);

- электроприводе транспортного тракта .пинии индукционного отлога цветных металлов на заводе ОЦМ (г. Киров);

- системе кз 12-ти электроприводов для цеха по производству комбикормов типа ОКЦ-БО на Яршлинецком комбикормовом заводе (Мельницкая область);

- >рии регулируемых электроприводов типа ЭЩД-1 для шнековых дозаторов, выпускаемой с 1992 года на"заводе "Автоштамп" (г. Александрия Кировоградской области).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на IV и V Всеоогзных научно-технических конференциях "Проблема преобразовательной техники", г.Чернигов, 1987, 1991 г. г., Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах к системах электроснабжения транспорта" г.Днепропетровск, 1990 г.

Публикации. По результатам работы опубликовано 5 статей и тезисов докладов, получено 3 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и ооъем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глаь, заключения, (..»иска литературы, приложений и еодер.'шт 13,4 страницы основного машинописного текста, 7 таблиц, 78 рисунков.

П. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулирована цель л перечислены вадачи, возникающие при cosqai м peiулируемого электропривода в сисчеые двойного питания с источниками тока.

Первая глава посвящена анализу состояния вопроса и постановке задачи исследования яри разработке электропривода со стабилизир^-

вавнкм током в роторных обмотках двигателя. При оценке перспективности разработки такого электропривод" были рассмотрены возможности регулирования координат асинхронного двигателя как с короткозамкнутым, так и с фазным роторами. Благодаря относительно простой г-щструкции и низкой стоимости асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является основс 1 для построения массовых промиллеиных электроприводов. Однако в тех случаях, когда требуется стабилизация магнитного потока или момента ,;вигателя, разработка таких электроприводов колет быть связана о созданием сложных систем управления. Асинхронный двигатель с шдуктивно-омкостпьм стабилизатором тска ротора позволяет в разомкнутой системе ревизовать ре;ж!.<ы стабилизации, и регулирования магнитного- потока и момента, что делает его незаменимый, когда требуется осуществить стабилизацию, регулирование либо ограничение момента или усилия в рабочем органе, плавный пуск и торможение, а также работу на улор. '

В работе проведен анализ существующих решений регулируемы:? электроприводов по системе ИЕП-АМ с фазнкм ротором. Существенный недостаток таких электроприводов заключается в необходимости установки силового преобразователя для регулирования магнитного потока статора Ф или то:л ротора 7& . Мощность такого преобразователя шкет быть равна мощности двигателя. В тол® время, в соответствии с выражением

/Л= с, Ф /2 со& . (!)

(где С( - постоянная двигателя) регулирование стабилизированного момента асинхронного двигателя с фазным ротором возможно посредством изменения угла между ЭДС и током ротора при неизменных 93 \\ . Реализация такой возможности достигается влечением управляемого тиристоркого преобразователя вместо неуправляемого мостового выпрямителя з ротор асинхронного двигателя (рис. 1), Система управления. (СУ) построена :аким образом, чтобы каждому значению сигнала задания момента (Уз м на входе СУ соответствовала определенная величина стабилизированного- момента незазисимс от частоты вращения двигателя.

Электропривод е управляемым преобразователем в роторе имеет свойства электроприводов, родственных ему по способу ввода (вывода) энергии скольжения в ротор (из ротора), а именно посредством преобразователя со звеном постоянного тока, что делает его похожим на МДП с управляемыми сетевым и роторным преобразователями, а по

виду ограничений, накладываемых на параметры тога ротора, подобен системам с параметрической стабилизацией тока. Поэтому предлоавн-иый электропривод способен реализовать режимы работы, свойственные упомянутым электроприводам.

Регулирование угла Уа в широком диапазоне при параметрической стабилизации амплитуды тога ротора позволяет ожидать новых функциональных возможностей от электропривода по системе ИЕП-АД. Создание такого электропривода требует поиска но^ых схедаых решений, обеспькивающих стабилизацию и регулирование механических ¡ад-ординат двигателя, и проведения комплекса исследований режимов его работы.

Рис. 1. Рис. 2.

Вторая глава посвящена Исследованию работы ЦДЛ при допущении идеальности источника тока и системы управления роторным преобразователем

Для упрощения анализа МДП (рис. 1) использовалась схема замену ния (рис. , содержащая в роторной цепи источник тока ~

Л

с неизменным модулем и изменяющимся аргументом. Предпо-

лагалось, что МДП симметрична, все переменные величины - синусоидальные функции времени, нелинейные магнитные явления, а также потери 1 сердечниках статора и ротора отсутствуют. Анализ соответствующей векторной диаграммы и выражений покрал, что момент двигателя однозначно определяется углом У* и не зависит от скольже ния двигателя 5 . Ток статора I/ и ток н' магн. швания 7т могут Г)ыть представлены как векторные суммы неизм(...ных по модулю-вект?}.^ тока холостого хода 1 и соответствующих векто. ов токов Дгг я Ттхг, вызванных действием источника тока в ветвях и

- g ..

Xm . При-этом модуль тока значительно превышает модуль TOica

а их соотношение зависит от величин ¡h+JXt и ] "т „ Следовательно, величина магнитного потока двигател. определяется в осногном током холостого хода Тхх , а ток fm?z з зависимости от величины аргумента Vxz оказывает незначительное размагничива»-£5?® или намагничивающее действие на магнитную цепь двигателя. Величины loita !■: и реактивной мощности статора Q{ зависят от направления и величины мнимой составляющей токч ротора. От (7л J к в диапазоне jr ■< Уз <2 ж снижаются ниже номинального значения. Отсюда следу»? преи<уцества работы роторного преобразователя с искусственной коммутацией вентилей.

вменение угла в широком диапазоне позволяет обеспечить

формирование механичесша характеристик двигателя гида /Л=const з четыре:-; квадрантах плоскости Ai-w . в случае работы роторного преобразователя з ре:дае выпрямителя часть схемы ка рис Л, обозна-' ченная ЙТ, включает з себя стабилизатор тока и рекуператор энергии скольяения двигателя, например, неуправляемый инвертор, ведомый сетью, -< %<, при этом электропривод обеспечивает:

- двигательный ре.хим в- 1-й квадранте плоскости;

■■ режим торможения противовклю ,-нием в 4-м квадранте. Б случае работы роторного преобразователя в режиме инвертора ' SET мокет вкючать в себя только стабилизатор тока, 't'?<c'j//z , а электропривод обеспечивает:

- двигательный резким при вращении ротора против поля статора э 3-м квадранте, причем переход через синхронную частоту вращения (при S- 2 ) не вызывает затруднений;

- генераторный резким во 2-м квадранте при 0<S<i .

На основании векторной диаграммы при условиях совпадения векторов напряжений и ЭДС, синусоидальности тока ротора и отсутствии потерь з элементах электропривода было получено выражение для коэффициента мощности электропривода

_ l(S-l)cos%(

Y(fs~i)c0sY'2)2+(Q„%tQZF.„ +Ь*/П 'i-S^W)1''

где ~ относительная реактивная швщость, потребляемая инвер-

тором, ведомым сетью; Q.tsn ' относительная генерируемая ("-") или потребляемая ("+").реактивная мощность ИЕН Зависимость коэффициента мощности от угла показывает, что в рассматриваемом электроприводе соответствующим выбором ЙЕП на стадии проектирова,-

ния можно обеспечить высокий уровень Км (до 1) в требуемом диапазоне изменения момента.

Снижение устансвоенных мощностей силового оборудования достигается в многодвигательном электроприводе с последовательным соединением управляемых роторных преобразователей, работающих в разных редамах (инверторы); или выпрямительных) и питащихся стабилизированным током от одного источника тока. Если величина суммы мощн^тей скольжения P<s< двигателей, роторныг преобразователи которых работают в инверторном ре^ме, всегда больше величины Pisz Для двигателей с выпрямителями в роторах, то многодвигательный электропривод моюет обладать только одним каналом преобразования энергии - ИЕП и, следовательно, иметь минимальные, ыассогаба-ритные показатели. .

Для анализа МДП с учетп несинусоидальнопти тока ротора и общепринятых допущений для идеализированной симметричной машины в магнитном и электрическом отношениях, в которой отсутствуют потери в стали, а также нелинейные магнитные явления, была построена математическая модель двигателя в,d,q координатах, жестко связанных с ротором,

= (uds -U^r- îds Ri -t wjís ¿9S + U ¿9r)) /и:

¿9S - (u¿«s +U¿4t))/u;

Ujr - Lm + Lr kr ;

(з)

// _ / dte>s . 1 di<jn ■ D •.

U9,<~ t«, -¿-¡r +Lr + i(ft<r,

M = -7Г P Lm ( ¿tír Lc¡% - ¿as, ¿f);

где Ud% , Ut}s , Uc/r , ~ напряжения створа и ротора в осях d и q; iJs • i <?s . ídr> , ¿qr - тики ctuti pa и ротора в осях d и q-,cur - углозая скорость ротора; А'/ , gr - активные сопротивления статора и ротора; M с - момент согротивления;. J -. ыоыгй инер;дас, р - чи'-'ло ¡ар полюсов; , I- полные индуктивности обм; тек статора и ротора; Lm ~ взаимная индуктивность.

Источник TOita в роторной цепи был представлен izsk преобразователь неизменного тока ИТ (рис. 1} в трехфазный ток трапецеидаль-•юй формы. Величина определяется выражением Уг -Ыр + Ур/^., •■де Ыр - угол отпирал г вентилей роторного преобразователя; -,тол коммутации. Такое питание ротора приводит к искажениям тока :?атора. При этом де^гзуюзйо значение вксеих гармоник тока статора не зависит от угла : но существенно уменьшается при значе-шх -С близких к нулю. Ток намагничивайся практически синусоидами. Результаты расчета де^ствувзцяс значений параметров двигателя ! точностью до 15% совпадает с результатами расчетов по схеме за-ющения.

На рис. 3 приведены мэчанугчесгае характеристики двигателя при >аз личных значениях ^ , откуда следует, что при f г- const момент ¡вигателя че зависит от частоты вращения. Расчет динамических >:а->гетериетшс электропривода показывает (f.:ic. -i), что при скачкообразном изменении напряжения Uzm момент двигателя изменяется скач-хюбразио с запаздыванием из-за дискретного характера работы ро-орного преобраговате 1. При этом то к намагшг звания практически е изменяется, а незначительные по амплитуде свободные аатухашне оставляющие тока (не более 10%) приводяi' к появлению в кривой мо-ента пульсаций с частотой 50 Гц.

IS . . А^Лй)/

W

ISO \

о 4

■10

i no №0*

2 40'

-O.s

so'

500°

o,s

330" /

A!"

4-ie-

1.0

Рис. 3. Рис. 4.

Третья masa посвящена вопросам построения и анализа ' ""гочни-зв ^ока на базе ,J5Il

Особенность разработки асинхронного алектроприводз состоит s зм, что линейно шряжение роторов двигателей серий '(TP. UTH, -iА др. лежит в пределах от 115 к 605 В. ой^азом, '...он wqxj-

н:ы выражения для определения расчетной 2<\ан' икы стясси^гьясго

сопротивления нагрузки ИЕП fhn и относительной величины генериру-екой (потребляемой) реактивной ющностк ИЕП S4S(V

Ки$*м/(к*х М Qw К* Qúío , (*)

где А'^ ., - коэффициенты, связквавдке напряжения и токи на заколе ИБП к в роторе, в первом приближении койшо считать равными i; Ксх -'коэффициент, зависящий от типа'схемы ИЕП; Ке - коэффициент трансформации асинхронного двигателя; - максимальная велкчи-

на скольяэиия; й и'еп - относш&льная величина генерируемой (потребляемой) реактивной мощности ИЕП при .

В зависимости от характера изменения абсолютной реактивной мощности элементов ИБП» диапазона изменения скольжения и величины напряжения заторможенного ротора была составлена методика расчета относительных значений установленных реактивных мощностей для сравнения массогабаритных показателей схек КБП.

Для исследования установившихся и динамических регзшов Г- и Т- образных ИЕП, допускающих бестранс^ормат-оркое подклвчеаие и работающих в электроприводе переменного тока, были разработаны математические модели ИЕП с неуправляемым выпрямителем н цепью кагруз-

Рио. б. Рис. 6.

высших ■ гармоник входного тока ИЕП, входной реактивной ь..шности и выпрямленного тока от нагрузки . Полученные данные позволяют выделить три схемы ИЕП с наиболее простой конструкцией, каждая из которых обладает одним на ценных свойств: ГЛ-ЬС - минимальной установленной мощностью реактивных элементов преобразователя; П-СЬ - стабильным уровнем генерируемой реактивной мощности;

Г1-1С - синусоидальным входным током.

Для оценки динамических свойств ЙЕН проводился расчет переходных процессов зылрямленногс- тока, возникающих а результате скачкообразного изменения ¿?</ Переходные характеристики выпрямленного тока ИВП были описаны временной функцией

¿c! (t) - T,J-K , - к (i -t С e"'rt sin (л i - в))ej, (е)

где К - статический коэффициент. усиления; С , / , А , в -коэффициенты, определяемые по показателям качества переходного процесса; 1а щ ~ зшрямженныЯ ток короткого эамьасания ИЕН

В четвертой главе рассмотрены системы управления роторным преобразователем, адаптированные к использованию в электроприводе ЙЕН-АД. На ряс. б представлена функциональная схема электропривода, соответствующая предложенному способу стабилизации ¡5 регулирования момента асинхронного двигателя с фазным ротором. Здесь в качестве синхронизирующего напряжения используется напряжение ротора, которое преобразуется в напряжение пилообразной форш Оп с амплитудой > обратно нропср^юнальной 5 , Это достигается путем подачк на входы интеграторов формирователя пилообразных напряжений Ш1 неизменного наряуюния (Уза я исключает влияние величины н&пряхения ротор на наклон и амплитуду пилообразного апряжения. Последнее преобразуется в постоянное напряжение (Ууях > рар"ое (У/т , которой умножается на напряжение и3л, . Полученное напряжение (Уоа в схеме сравнения СС сравнивается с пилообразным, а угол отпирания вентилей роторного преобразователя определяется выражением

где Kt: - постоянный коэффициент.

На базе электропривода (рис.6) были построены функшюнильсце схемч электроприводов ¿ля стабилизации и регулирования частоты вращения и механической мощности двигчтеля. Сигналы обратных связей могут быть получены либо от вращающегося, либо от статического датчика (с использованием напряжения У у. : ).

При допущении постоянства- тока ротора и магнктноГу истока двиг теля была разработана упрощенная v> КЩ с учетом импулъ«-ны> свойств управляемого преобразователя г роторе. Предло-птая, что .высшие гармонией в кривой мг.мента дьиглтсля подавлялся илш-выми массами ротора и пригодного механизма, импульс ысчгнга, г-.~ «аичрнннй между двумя соседш-мл импульсами ^шоде- 4njpM«f<Vít«?

(?)

СИ (рис.6), бил заменен.прямоугольным импульсом з® длительности и площадью, равной площади реального импульса .момента. Структурная схема МДП приведена на рис. 7, где представлены модулятор, преобразующий непрерывный сигнал в модулированную последовательность дельта импульсов , и демодулятор, преобразующий эту последовательность в кусочно-непрерывное изменение . В данном случае демодулятор представлен фиксатором нулевого порядка. Период квантования в статике определяется по формуле Т„ = -0,02/(б-Ъ)- Это означает, что при ¿<$<2 электропривод обладает наиболее высоким быстродействием регулирования момента б пределах допустимых значений. Влияние динамических свойств ИБП может быть учтено выражзнием (6) и исключено ограничением скорости изменения напряжения £/з/ч. В качестве примера на рис.8 представлен результат-расчета переходных процессов пуска двигателя и наброса нагрузки 'при 3>/ с пропорциональным регулятором частоты вращения.

О

ы

/

tc —р-

Рис. 7.

г

Рис. 8.

Таким образом, электромеханический преобразователь напряжения Usm в момент на валу двигателя представляет собой нелинейную импульсную систему, что определяем специфику исследований полученной модели в замкнутых системах'автоматического управления.

Пятая глава посвящена вопросам практического применения результатов работы.

Было проведено исследование влияния стабилизирующих свойств ИБП и фазосдвигающих свойств ОУ на формирование характеристик вида М ~ const. Точность стабилизации тока ротора (момента) зависит от типа схемы ИЕН и диапазона изменения нагрузга, определяемой произведением скольжения S и косинуса угла Vi - чем меньше диапазон, тем выше точность стабилизации. Влияние СУ на отклоление момента от заданного значения связано с фазосдвигаювдми свойствами входных фильтров СУ и возрастанием величины падений напряжения на сопро-

тивлениях ротора по сравнению с величиной ЭДС ротора при S>0,S. При S-0,2. точность стабилизации момента не хуже 20%.

Бил тагаг;е провер°н расчет входного тока электропривода на полной модели. Показано, что наиболее высоким коэффициентом модности обладает электропривод с ИЕП П-CL. Однако можно отметить наименьшие нелинейны^ искажения входного /ока электропривода со схемой Г1-1С.

Представлены фотографии и результаты экспериментальных исследовании электропривода на физическом макете в режимах стабилизации и.регулирования момента, частоты вращения и механической мошдости. Точность совпадения экспериментальных и расчетных результатов не хуже 20%,

Анализ функциональных возможностей предлагаемого электропривода позеолил определить области его рационального применения э механизмах, работающих в пускс-тормоэных режимах, требумцих раздельного регулирования момента и частоты враденя , управления величиной .скорения разгона и торможения, требующих контроля и управления моментом, в механизмах, допуо5>аю!дих гозможность построения ыногодва. ательиого электропрг'чода, а также в механизмах с вентиляторным характером нагрузки.

примером здесь молсет служить использо. -ние электропривода по системе ИЕП-АД в качеств*» привода бурового станка СКВ-4 для геологоразведочного бурения. Механические характеристики двигателя на восьми передачах бурового станка» ограниченные участками характеристик вида a -const и М = const, ступенчато аппроксимируют характеристику постоянства механической мощности, отбираемой с вала дв...'атэля. Это соответствует оптимальному режиму бурения при максимальной производительности бурового станка.

Примером щ ,ме нения системы ИЕП-АД в многодвигателъных схемах мох г служить электропривод раэмстки-намотки полосовых материалов. Особенностью работы данного электрог *ивода является то. ч-;о двигатель моталки работает в двигательном реэкиме при враге и и и ротора против поля статора, а двигатель размять ¿теля в режиме тооиоиекия противовключение1 что позволяет избежать необходимости > ю: рекуператора энерх'ии скольдания. Реоота ; игателей при скольжении, превимакивм 1, обеспечивает высокое быстродействие регулирования иоиента.

Результаты работы, касаввшеся моделирова«-чя электроприводов и источников тока, были исполь.:- .ваны при газ; Лотке серийно EjnycKi-

емых электроприводов ЭПЩ-1.

В приложениях содержатся листинги программ и а^гы использования результатов диссертационной работы.

•III. 'ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Определены условия реализации основных силовых структур электроприводов с источниками тока по схемам двойного питания, предложены схемы регулируемых электроприводов на их основе.

2. С помощью схемы замещения проведен анализ работы КЩП при питании роторных обмоток током с неизменной амплитудой и регулируемым угле относительно ЭДО ротора. Получены выражения /та расчета параметров асинхронного двигателя в таком режиме работы. Показано, что торс статора и ток намагничивания могут бьггь представлены' как векторные суммы неизменных по амплитуде векторов тока холостого хода и соответствующих векторов токов, вызванных действием источника тока в роторе.

3. Проведен сравнительный анализ двух двигательных и двух генераторных режимов работы асинхронного двигателя, а тага® режимов работы роторного преобразователя с искусственной .. естественной коммутацией вентилей при стабилизированной амплитуде тока ротора.

- 4. Предложен многодвигательный электропривод, в котором роторы асинхронных двиг- елей питаются стабилизированным током одного источника тока, а рекуперация энергии скольжения одного -двигателя ногат осуществляться через ротор и статор дру. ого двигателя в питающую сеть. Получены выражения 'для определения алгебраических суш мощностей скольжения двигателей, входящих в состав электропривода

5. Разработана математическая модель двигателя двойного питания в координатах с ..оммутатором трапецеидального тока неизменной амплитуды в ротор двигателя, Проведен анализ динамических я статических характеристик двигателя. .Подученные механические ха-рактеристкки соответствуют работе двигателя в режиме "источника иомента".

6. Рассмотрены.особенности разработки источников тока на базе ИЕП для электроприводов переменного тока Показано, что относительные величины сопротивления нагрузки и установленной мощности реактивных элементов ИЕП определяются типом схемы преобразователя, диапазоном изменения сколькения и коэффициентом трансформации дви-

гателя. Относительная величина генерируемой (потребляемой) реактивной мощности ИЕП определяется типом схемы преобразователя и коэффициентом трансформации дзигателя. разработаны математические модели схем ИЕП и проведен сравнительный анализ установившиеся и динамических режимов преобразователей.

7. Предложен но .й способ стабилизации и регулирования момента асинхронного двигателя в разомкнутой системе. Рассмотрены принципы построения Функциональных схем электропривода с управляемым преобразователем з роторе для регулирования координат двигателя. Разработаны импульсные модели электропривода по системе КЕП-ЛД, позволяющие упростить задачу синтеза систем управления.

8. Разработаны математические модели электропривода по системе ИЕП-А5 с учетом неидеалытости ИЕП, системы управления, и рассмотрены особенности их влияния па работу электропривода. Шказа-яо, что наиболее высокое быстродействие регулирования М'. мента и точность его стабилизации обеспечивается при 3> ' г

9. Теоретические и экспериментальные исследования легли в основу разработанных в .,ЗД АН Украины электропривода бурогого станка для геояогоразведоч. ;го бурения, электроприводов разматывателя и моталки линии индукционного отжга цветных металлов, а тэк>'л р?да регул .руемых электроприводов, где были испо. зованы результаты исследований источников тока на базе ИЕП.

Результаты диссертации отражены в 8-ми опубликованных работах:

1. Лкинин К. П, Млтег.'атическое моделирование электропривода по системе индуктивно-емкостн' 1 преобразователь- - асинхронная малина с фазовым регулированием момента // Пятая всееотан. конф.' "Проблемы преобразовательной техники", Чернигов, сентябрь 1991 г. г Тез. 'окл. - Пиев: Ия-т электродинамики, 1691,- 4.2. -^ 145-147.

?. Акинин К. П. , Войтех В. А., Исаков г'. Н. Регулирование и.мента в асинхронном электроприводе по системе источник тога асинхронная у -пина // Всесоюз. науч. -теи конф. "Разработка методов и срсдств экономии электроэнергии э электрических ч ¿отеигх 1 системах элестроснабяения транспорт«"', Днепропетровск, сктяО 19'ю г.: Тез. догл. - Днепропетровск: ДТП, 1090. - 0.333. 3. Акинин К П. , Исаков В. 51 Анализ динамических сьсйст" нклукгтч-но-емкостиых преобр-пгоьателей в элекгрсь'рир «л'гх по светеда источник тока - асинхронная // 'йт ергал все-ссгон. кспс-

"Проблемы преобразовательной техники", Чернигов, сентябр! 1987 г.: Тез.докл. - Киев: Ин-т электродинамики. 1987.- 4.5. -С. 12-13.

4. Акинин К. П, Войтех В. А., Исаков В. К Фазовое регулирование электромагнитного момента асинхронного двигателя с фазным ротором в электроприводе со свойствами "источника момента"// Труд* IV Республиканской школы-семинара молодых ученых и специалистов: Электромагнитные и тепловые процессы в электромеханически} и полупроводниковых преобразователях. - Киев: Ин-т элеетроди-намики АН УССР. 1989. - Деп. в ЩНЦТУ.

5. Исаков В. Н., Акинин К. П. Анализ работы индуктивно-емкостны) преобразователей Г- и П-образных структур в электроприводах т систе!.. источник тока - асинхронная машина // Силовые полупроводниковые преобразователи и электрооборудование для энергосберегающих технологий. - Киев: АН УССР, Ин-т электродинамики, Ин-т проблем энергосбережения, 1988.- 0.130-135.

6. A.c. 1382775 (СССР), МКИ В 65 8 15/00. Магнитно--фрикционный электропривод лент чного конвейера / Н.Г. Шпович, RA.Гаврилки, Н. В. Печеник, а М. Мамалыга, Г. Г. Восканян, К. П. Акинин. - Опубл. 1988, N11.

7. А.о. 1723652 (СССР), МКИ Н 02 Р 7/62. Способ управления асинхронным двигателем с фазным р. лэром / К. IL Акинин, Е А. Войтех, iL Е Волков, Е И. Исаков, A. IL Плугатарь. - Опубл. 1992, N12.

8. A.c. 1742975 (ССоР), МКИ К 02 Р 7/62. Электропривод переменного тока / И. В. Волков, В. Е Исаков, Г. R Иванов, А. П. Плугатарь, К. Е Акинин. - Опубл. 1992, N23.

Личный вклад автора в работах (2-8), опубликованных в соавторстве состоит в следующем: (2,4) - проведен анализ работы электропривода по системе ИЕН-АД с управляемым преобразователем в роторе двигателя; (3,5) - исследованы статические и динамические характеристики ИБП в электроприводе переменного тока;.{В,8) - разработаны новые схемы электроприводов и выполнено описание реиимог их работы; (7) - предложен способ управления асинхронным двигателем с фазньы ротором и устройство для его' осуществления.

Соискате