автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Способы и устройства импульсного перевозбуждения гистерезисного двигателя

2 ц ФЕВ

На правах рукописи

АНДРЕЕВ МИХАИЛ ИВАНОВИЧ

СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ИМПУЛЬСНОГО ПЕРЕВОЗБУЖДЕНИЯ ГИСТЕРЕЗИСНОГО ДВИГАТЕЛЯ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-1997

Работа выполнена в Институте оптики атмосферы СО РАН п Научно-исследовательском институте автоматики ц электромеханики при Томской академии систем управления и радиоэлектроники

Научные руководители:

доктор физико-математических наук

В. В. Зуев

доктор технических наук, профессор Ю. А. Шурыгин

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Лоос А. В.

кандидат технических наук, доцент Легостаев Н. С.

Ведущее предприятие.

НПЦ "Полюс", г. Томск

Защита диссертации состоится "2Б " ^сьрул а 1997 г. в 45 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета К 063.80.01 в 135 ауд. 8 корпуса Томского политехнического университета

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Томского политехнического университета

Автореферат разослан " /У " фа&тп еилЯ 1997 г.

1 V

Ученый секретарь

диссертационного совета К 063.80.01. к.т.н., доцент

Алехин А. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Гистережсные двигатели (ГД) находит широкое применение в различных системах автоматики, преппзнойных приборах и уароиавах гироскоиии. спектроскопии, лазерной техники и при реализации ряла технологических процессов.

И.мпу пеное перево туждение при реализации и шестых алюршмоь управления электроприводом с ГД позволяет существенно повысить энергетические и ючностные показатели электропривода.

Полому разработка новых способов импульсною перевозбуждения н статических преобразователей на основе автономных инверторов напряжения, лвлиюшнхея основным элементом гироскопическою и ряла других электроприводов, совмещающих функшш питания с функпиен эффективною намагничивания ротора ГД является актуальной задачей

В процессе практической работы были выявлены ранее неизвестные особенности импульсного перевозбуждении, которые не поддаются обьясненнм к рамках сложившегося подхода.

Анализ результатов проведенных экспериментов побудил к более углубленному теоретическому исследованию влияния параметров распределения обмотки статора и формы фантою тока на эффективность переяон>\жлении. и разработке новых способов и устройств импульсного мерено¡оуждения ГД.

Целью диссертационной работы ян.тяется синтез способов импульсною перевозбуждения, учитывающих распределение сгаторнои обмо1кн, и устройств, реализующих импульсное перевозбуждение.

Основные задачи.

1. Разработать методику определения максимума магнитодвижущей силы статорной обмотки ГД.

2. Исследовав влияние формы фазного гока на величину и форму ма!ниюдвижушеи силы стаюрнои обмотки ГД

3. Разработать методику сите ¡а способов пмпульежзю переас •■•>. л. ¡спил Г7 -заданным р.'спреде П'нием сП'Го;л..п; <и',\н.1кП

4. Разработать методику синтеза устройств, реализующих способы импульсной! перевозбуждения ГД

Методы исследований. При исследовании применены трафолналшичеекие методы, элементы теории ориентированных графов теории конечных автоматов, методы планирования эксперимента

Научной новизной обладают следующие результаты работы:

1. Методика определения максимума магнитодвижущей си.и статорной обмотки.

2. Методика синтеза способов импульсного перевозбуждения ГД заданным распределением сгаторноК обмотки.

3. Методика синтеза устройств, реализующих способы нмпульсног пгпевозбужлеиия ГЛ.

Основные практические результаты.

1. Синтезированы способы импульсною перевозбуждения, которы попытают однозначность магнитных характеристик двигателя за сче формирования симметрично!! намагниченности материма ротора и с повышенной стабильности.

2. Синтезирован ряд структурно-совмещенных схем инверторе напряжения с устройством имштисного перевозбуждения, н снизь которых- подтверждена ангорскими свидетельствами на изобретения.

3. Разработан ряд статических преобразователе**, сопметаюип функции питания и импульсного перевозбуждения ГД, эффективное: которых подтверждена соответствующими актами внедрения.

Основные технические решения по п.п. 1-3 защищены 9 авторских свидетельствами на изобретения.

Реализация результатов работы. При непосредственном учат автора выполнены НИОКР. разработаны комплекты рабоч« документации, изготовлены опытные образцы и внедрены:

на предприятии МЭНИИ - серия малогабаритных статическ! преобразователен с устройством импульсного перевозбужден! еннхронных гироскопических ГД (АЛТ 3.21!.005, АЛТ 3.21).006). в 5-9 р улучшены энергетические и массогабаритные показатели, повыше точность гиросистемы:

на предприятии НПО "Азимут" - опытные образцы специальш источников питания и скпических преобразователей с устро»1ства> импульсного перевозбуждения для питания группы синхронных ГД, которых обеспечено снижение габаритов (втрое), улучшен энергетических параметров системы преобразователь-группа двигателе повышение точностных характеристик системы, возможность применен с различными модификациями двигателей.

в лаборатории дистанционной спектроскопии атмосферы ИОА С РАН - статический преобразователь с устройством ичпульснс

перевозбуждения ГД, предназначенный для дальнейшей разработки и исследования оптико-механического затвора лидара.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: научно-практической конференции "Системы управления подвижными об'ектами и автоматизация технологических процессов" (г.Томск, 1989г.); II научно-технической конференции "Устройства и системы автономных об'ектов" (г.Красноярск, 1990г.); II и III Межреспубликанском симпозиуме "Оптика атмосферы и океана" (г.Томск, 1995, 1996г.г.); XV научно-технической конференции "Электронные л электромеханические системы и устройства" (г.Томск, 1996г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 работа, включая статьи, тезисы докладов и 9 авторских свидетельств на изобретения.

Об'ем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (105 наименований), приложений и изложена на 178 страницах, включая 51 рисунок и 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы.

В первой главе проанализированы особенности характеристик ГД в различных режимах его работы.

Отмечено следующее:

- все особенности характеристик ГД связаны с нелинейностью и неоднозначностью характеристик материала активной части ротора;

- стабилизация магнитного состояния происходит при циклическом изменении как момента нагрузки, так и параметров питающей сети, и позволяет установить регулярность характеристик двигателя при изменении возмущающих воздействий;

при стабн ?нзчровлнном магнитном состоянии положение максимума намагниченности материала ротора жестко связано с его геометрическими осями в большом диапазоне изменения возмущающих воздействий, и ГД может рассматриваться как синхронная машина с регулируемым возбуждением;

- технологический разброс магнитных и иных параметров при изготовлении двигателя существенно влияет на абсолютные значения

- б -

- технологический разброс магнитных и иных параметров при изготовлении двигателя существенно влияет на абсолютные значения параметров двигателя и его характеристики (на примере гиродвигателей с 2=12, р=2, я=1, у=0.66 показано, что технологический разброс сказывается на различие их характеристик даже в пределах одной серии);

- режим перевозбуждения улучшает энергетические показатели двигателя, до некоторой степени уменьшает влияние технологического разброса параметров, нелннейность и неоднозначность его характеристик, однако импульсное намагничивание с неизменными параметрами импульса напряжения по-разному сказывается на достигнутой намагниченности ротора в двигателях даже одной серии, что показано на примере указанных гиродвигателей.

Определение приемлемых параметров импульсов целесообразно проводить экспериментальным путем. В качестве примера приведены результаты экспериментальных исследований влияния параметров импульсов на глубину перевозбуждения гиродвигателей с 18, р=2, Я=1.5, у=0.66. Полученное значение длительности импульса напряжения, при котором эффект перевозбуждения еще приемлем, составило половину периода питающего напряжения, что не соответствует рекомендуемому в известных публикациях значению, не превышающему 1/6.

В процессе практической работы был выявлен ранее неизвестный факт увеличения эффективности импульсного перевозбуждения и повышения устойчивости материала ротора этих гиродвигателей к действию размагничивающих факторов при подаче трех импульсов напряжения длительностью, не превышающей 1/6 периода частоты питающего напряжения, в течение полупериода указанной частоты.

Данный факт расходится с известным утверждением о значимости вольт-секундной площади импульса напряжения для осуществления перевозбуждения, так как при уменьшении суммарной вольт-секундной площади импульса в два раза при всех прочих идентичных условиях потребляемый двигателем ток уменьшился примерно в 1.1 -1.2 раза.

На основании анализа результатов проведенных экспериментов сформулированы задачи работы.

Во второй главе проводится краткий обзор известных способов импульсного перевозбуждения и отмечается, что важным условием при намагничивании ротора является не только обеспечение требуемой величины намагниченности, но и способность противостоять различного рода размагничивающим факторам.

Устойчивость к размагничиванию материала ротора определяется уровнем намагниченности и степенью стабилизации его магнитного состояния.

Свой вклад в процесс формирования распределения намагниченности по расточке ротора вносит эффект последействия, проявляющийся в перераспределении намагниченности соседних областей ротора в соответствии с принципом минимума термодинамического потенциала.

Эффект последействия зависит от градиентов намагниченности соседних областей ферромагнитного материала, а значит, и от градиентов намагничивающей МДС. Указанные градиенты минимальны при симметричной форме ступенчатой МДС обмотки статора.

Стабилизация магнитного состояния материала активной части ротора (как и стабилизация постоянных магнитов) происходит после многократной подачи намагничивающих импульсов, так как единичный импульс не стабилизирует магнитное состояние ферромагнитного материала, а в ряде случаев не способен полностью его намагнитить.

Таким образом, для данного конкретного исполнения ротора предельные энергетические характеристики ГД в режиме перевозбуждения определяются возможностью статорной обмотки создать максимальную симметричную намагничивающую МДС с минимальными градиентами.

Предложена методика определения пространственно-временного положения максимума МДС. Для наиболее часто применяемых в гпродвигателях трехфазных двухслойных петлевых статорных обмоток, соединенных в "звезду" без нулевого провода, методика предполагает следующее:

1. По заданным параметрам распределения обмотки статора определяется график распределения катушечных сторон по фазным зонам.

2. Определяются области существования фазных МДС при единичноп максимальной величине тока фазы.

3. Записываются выражения для МДС каждого зубца как алгебраическая сумма МДС фаз. находящихся под данным зубцом.

4. Полученные выражения группируются по эквивалентности формы записи.

5. Далее, упрощаются с помощью равенства /",(.У! - - Гс( <9) = 0.

6. Вычисляются максимальные значения для каждой формы записи при заданном законе изменения фазного тока во времени.

7. Полученные значения Fram сравниваются между собой и выбираются наибольшие.

В таблице приведены формы записи Fn, номера зубцов, соответствующие /"„, величины F„nm при синусоидальной форме фазных токов, моменты времени 9 относительно тока фазы А. при которых = , а также отношения /"„„„.,</ Fh&n для обмоток, имеющих

различную форму записи F„. и соотношения / ^/т.к(90").

Наличие нескольких форм записи Fn означает, что при одном и том же фазном токе величина /Ггу,л разных зубцов неодинакова.

Различие максимумов МДС (до 30% по величине и до 20% по положению во времени относительно начала полуволны синусоидального фазного тока для некоторых обмоток) необходимо учитывать при проектировании как ГД, привода гироскопа, так и гироузла.

При питании ГД от трехфазного инвертора напряжения в номинальном ^перевозбужденном режиме (так как ЭДС недовозбужденного двигателя мала) фазные токи могут быть представлены известными выражениями при работе инвертора на RL-нагрузку. На рис.1 приведены расчетные зависимости (cosф) для рассматриваемых обмоток, анализ которых показывает, что Frnvci при одной и той же максимальной величине фазного тока /я имеет место при cosф = 0.53 и совпадает по времени с максимумом F„(9).

Для обмоток с неоднозначной формой записи F„. кроме того, имеются зубцы, для которых /~„га,ч остается постоянной (по отношению к максимальной величине фазного тока /„, при соответствующем cos ф) во всем диапазоне изменения соъф и совпадает по времени с максимумом кривой фазного тока, т. е. Э = л при cos^<-0.53 и 8 = 2/г/3 при cos^>0.53.

Так для обмотки с Z=9, p=L, у=0.83 МДС зубцов 1: 3,6,9 (см. Таблицу и рис.1,в) превышает МДС оставшихся зубцов во всем диапазоне изменения коэффициента мощности двигателя.

В то же время для обмотки с Z= 12, р=1, у=0.66 МДС зубцов 1: 1,3,5,7,9.11 (см. Таблицу и рис.1,г) не превышает МДС оставшихся зубцов во всем диапазоне изменения cos ф.

При увеличении степени возбуждения растет ЭДС, наведенная в обмотке статора изменением намагниченности материала ротора, и форма фазного тока отличается от исходной. Однако указанные отличия приводят к существенному увеличению кривизны экспоненциальных участков фазного тока лишь на интервате 2,т/3< .9 <4,т/3, причем знак кривизны не меняется.

Таблица

Результаты анализа МДС статорных обмоток при синусоидальной форме фазного тока

N Параметры обмотки статора Форма записи Fn Номера зубцов, соответствую щие форме записи Fn Величина Fnmax при синусоидальной форме фазного тока Момент времени U max (относите льно фазы А) при Fn=Fnmax Fnmax Fimax Fnmax(u) Fnmax(90°

z Р я У

1 6 1 1 0.66 Fa == F. - Fi n : l,...,z Fnmax ~ '-73ralm 60° - 1.15

2 9 1 1.5 0.66 |F| = -2F, lFm = 2F| F, 1 : 1, 4, 7 m: 2,3,5,6,8,9 Fj тач = 2ш1т Ршшм - 2.64t3l„, 90" 70'5 J' «1.32 1.05

3 9 1 1.5 0.83 ¡I; - (Fm - M; F, 1 : 3,6,9 m : 1,2,4,5,7,8 F| тач '- 3ralm F„,m.i\ ■■ 2.64га! т W 70"5l' 9:0.87 1.00

4 12 1 2 0.66 |F| - 3F, lFm = 2(F, - Fj) I : 1,3,5,7,9,11 m : 2,4,6,8,10,12 F|,iuix = Зта1ш Рщшал - 3.46ш1т 90° 60° «1.15 1.15

5 12 1 2 0.83. F„ =- 3F, + F, n : 1,..., z Fnmax = 3.61ш1т 76c061 - 1.03

Рп так.

Щ*)

05 ?2(2п/У)

0.2

0.4 0.53 0.6

К(2л/3)

2.5

пич Р3(2я /У) | ! 1

Г \ . 1 / 1 ^ Р7 (2л / 3)

| ! ЛЧ1 !

0.2 0.4 0.53 0.6 0.« «кч. б)

.1.0

2.5 .

Г7М

0.2

0.4 0.53 0.6 В)

0.8 с™'!1

4.0

0.Х «>ЧФ

3.0

Ь'м тал —.....1 ■ 1 4<*> 1 1 Р,<2*/3)

Г,< 71 ) 1 Г <г*ау

3.5

0.2

3.0 0

^■"11 1Ш\ ^Р4(я) 1 1 1 1 ----------

1 . : 1 ■ Р

О

О 4 0.53 0.6

Г)

Рис.1. Расчетные зависимости /"„(еохр) для обмоток: а) 2=6, р=1, я=1, у=0.66; б) г=9, р=1, я=1.5, у=0.66; в) Z=91 р=1, ч=1-5, у=0.83; г) г=!2, р=1, я=2. у=0.66; д) г=12, р=1, Я=2, у-083.

0.2 0.4 0.53 0.6 0 8 с«"1 Д)

- л -

Подобное изменение формы фазного тока искажает и форму однако не приводит к изменению положения максимума /'„(.У).

Этот факт позволяет использовать полученные результаты анализа

и при работе трехфазного мостового инвертора на ГД с повышенной

намагниченностью ротора.

Данная методика также может быть использована для определения наиболее загруженных в магнитном отношении зубиов статора ГД, расчета величины и направления магнитных тяженин и магнитной разбалансировки в гироприборах еше на этапе их проектирования.

Анализ величины и формы МДС обмоток ГД, проведенный на основе предложенной методики, дополненной операцией определения симметрии МДС относительно оси ее полюсов (программа приведена в приложении), показал, что условие симметрии выполняется лишь при двух видах соотношения фазных токов: /, = 0, /,. = - условие I вида, и = /, - условие II вида, что весьма удачно обосновывает эффективность

известных способов и устройств импульсного перевозбуждения.

Следует заметить, что полученное условие /, =/,. соответствующее

условию максимума тока в третьей фазе, более строгое, так как при его невыполнении МДС оказывается несимметричной.

Предложенный подход к анализу МДС обмотки ГД, позволяет не только выяснить ее возможности с точки зрения создания симметричной намагниченности ротора, но и позволяет синтезировать наиболее приемлемый способ перевозбуждения ГД.

Предложен алгоритм синтеза способов импульсного перевозбуждения ГД с конкретным распределением статорной обмотки, который включает следующие этапы.

1. Выявление зубцов с максималъной МДС заданной обмотки.

2. Выделение возможных симметричных форм МДС обмотки.

3. Проверка на совпадение осей разноименных полюсов.

4. Определение градиентов соседних зубцовых МДС.

5. Сравнение выделенных симметричных форм МДС обмотки по амплитуде и градиентам соседних зубцовых МДС.

6. Выбор или синтез симметричной формы МДС обмотки для намагничивания материала ротора.

7. Определение условий существования выбранной или синтезированной формы МДС. т. е. соотношения амплитуд фазных токов.

8. Определение амплитудных значений фазных токое обеспечивающих превышение намагничивающей МДС над МДС обмотю в ^перевозбужденном режиме работы ГД с учетом характера нагрузки.

9. Определение временных интервалов между повторяющимис эквивалентными условиями для стабилизации магнитного состояни материала ротора.

Приведены примеры синтеза способов для рассматриваемы обмоток. Так, для двигателей с параметрами распределения обмотк = -= = 1.5,>' = 0.66 и ^ = 9,р = = 1.5,.V = 0.83 форма записи 1 неоднозначна (см. Таблицу, рис.2 и рнс.З).

Симметричная МДС обмоток для каждого из полюсов неидентичн как по форме, так и по амплитуде, причем симметрия МДС возможи только при выполнении условия И вида (см. Рис.2,а и рис.3,а).

Применение этих форм МДС для намагничивания материал-активной части ротора приведет к возникновению магнитного дебалаж из-за неравенства амплитуд намагниченности разноименных полюсов.

Поэтому требуется синтез МДС с целью получения спмметричнь по форме и одинаковых по амплитуде магнитных полюсов ротора.

Такая форма может быть получена путем чередования форм МДС воздействующих на одни и те же участки ротора (рис.2.б п рис.3,6).

Временной интервал между намагничивающими импульсами то! определяется пространственным положением скоростью врашеш

ротора и длительностью импульса тока. Минимальный временнс интервал составляет 1/6 периода питающего напряжения.

Это объясняет как несоответствие между известны?, рекомендациями по выбору длительности импульса и полученны\ экспериментальными результатами исследования гиродвигателе имеющих I - 18, р = 1,1/ ~ 1.5,у = 0.66, так и факт увеличен] эффективности импульсного перевозбуждения и повышения устойчивое материала ротора ГД к действию размагничивающих факторов.

Отмечается. что синтезированные способы импульсно перевозбуждения ГД, включающие стабилизацию магнитного состоян ротора путем неоднократного воздействия максимальной симметричн' МДС на одни и те же участки поверхности ротора при намагничиванн отличаются от известных минимальным временем цикла намагничивай и минимальными затратами энергии на намагничивание (используют предельные возможности статорной обмотки как индуктора).

- 1Ъ -

п >А = 'В = 0.5/ОТ1

'С = -¡т

2.0 '1.0 Н

о -1.0 -2.0

ТТЧЧЧ

-4

рс

3.0'

2.0 1.0-1

-2.0 -3.0

--'в = 0-5

---= /<Г = -0.5/«

V =0 / 6)7-

А

_« щ Ч я, Р 2ж

Ll.iI

1__I

а)

б)

Рис.2. Пространственное распределение симметричной МДС (а) и синтезированная МДС (б), воздсйствуюшая на ротор при 1=9, р=1, Я=1.5, у=0.66.

3.01 2.0 1.0 о

-1.0-1 -2.0 -з.о н

¡Л = '£ = °-5///

Ж', А/г

тт

'4 5' й

7 ' К ' 'V I

'С

3.0 2.0 1.0' 0 -1.0

-2.0-р J

-3.0-

- - >Л = >В = °-5Л/7;

/'л - ¡с =-0.5/да Г 1 т,=(1/6)Г

0

п п

д

Г!

.и

"П

Г

л

и

I]"

а)

б)

Рис.3. Пространственное распределение симметричной МДС (а) и синтезированная МДС (б), воздействующая на ротор при 1=9, р=1, ч=1.5, у=0.83.

В третьей главе отмечается, что разработка устройств импульсного перевозбуждения ведется в большей степеии эвристическим путем.

Предложено проводить синтез их структурных схем исходя из представления статического преобразователя с устройством импульсного перевозбуждения конечным автоматом, реализующим тот или иной способ импульсного перевозбуждения, представленный как последовательность регулярных событий.

Опираясь на теоремы и следствия теории конечных автоматов и известные правила преобразования ориентированных графов, заменяющих конкретные элементы схемы, предложен алгоритм синтеза, который включает следующие этапы:

определяется множество регулярных событий, соответствующих реализуемому способу импульсного перевозбуждения;

выбирается одна из известных схем, реализующих импульсное перевозбужде н и е;

производятся преобразования ориентированных графов, представляющих элементы схемы;

проводится проверка полученных схем на соответствие заданному множеству регулярных событий, сравнение полученных схем и выбор приемлемой по электрическим и энергетическим характеристикам (амплитуда напряжения и тока на элементах схемы, средняя и максимальная мощность и т.п.) или иным требованиям технического задания.

На рис.4,а представлена диаграмма распределения импульсов напряжения и токов по фазам ГД при реализации условия первого вида (/, =0; /', = -¡к = /„,), а на рнс.4,6 - при реализации условия второго вида ('/ = и ¡, - /„, )• Здесь же приведены соответствующие матрицы Ех и Ег регулярных событий при чередовании фаз обмотки.

В дополнение приведена аналогичная матрица, отражающая диаграмму работы трехфазного мостового инвертора напряжения (рис.5).

Сравнение матриц показывает, что матрица Е И инвертора совпадает с матрицей Е\ реализации условия второго вида. То есть, структура устройства импульсного перевозбуждения при реализации условия второго вида совпадает со структурой трехфазного мостового инвертора напряжения. Условие первого вида реализуется запиранием ключей фаз инвертора в соответствии с матрицей Е{.

В качестве примера применения предложенной методики проведен синтез структурно-совмещенных схем инвертора и устройств импульсного

в

1.0 -А О

-Г.оч 1.00 -1.0 1.0 О -1.0

С

1%

Э

2%

2к 9

1.0 0 -1.0 £.=¡-1.0-1.0 О 1 0-1.0 1.0

1.0Н Л О -1.01.0 н в о -1.01.0-

с

о

-1.0 -

—1

! < (71

ы \ \ Ы 2т¿9

П

171 / / и 2 к

Ы N V \ 3

/

171 / / и.

ы 2я а

о)

~ К) 0.? -0.5 -1.0 -0.5 0.5 £,=¡-0.5 -и- 1.0 0.5-0.5-1.0 ! -0.5 -1.0 -0.5 0.5 1.0 0.5!

Рис.4. Диаграмма распределения импульсов напряжения и токов при выполнении условий симметрии МДС первого (а) и второго (б) видов; Е[ и Е2 - соответствующие матрицы регулярных событий.

-1 <н

I 0'

/ 9

Ж [ г%

1.0 0.5 -0.5 -1.0 -0.5 0.5 -0 5 0.5 1.0 0.5 -0.5 -1.0

-0 5 -1.0 0.5 ¡.О 0.5'

Рис.5. Диаграмма напряжений и токов и матрица Еи регулярных событий трехфазного мостового инвертора напряжения.

Э

УУ1/

, и

I__

1Д

->

а)

Л_

_I

Х-

к 1

А-2,

х0 >

ч

/ N

. }

Л

т

_ J

Рис.6. Исходная (а) и преобразованная (б) структурные схемы

V

Б1

V

$

V

2

и?

Рис.7. Схема преобразователя для питания гиродвпгателей.

Рис.8. Схема преобразователя в электроприводе оптико- механического затвора.

от

I

+

перевозбуждения ГД, использующих обратный ток инвертора для заряда накопителя энергии. На рис.6 привепены исходная (а) и преобразованная (б) структурные схемы (все ключи двусторонней проводимости, кроме К\ и А'2), на рис.7 и рис.8. - схемы преобразователей для питания гиродвигателей и ГД в электроприводе оптико-механического затвора.

Отмечается, что известные структуры преобразователен являются частным» случаями более общих структур, реализующих полное множество регулярных событий I- — Ехи Е,.

В четвертой главе проведен анализ требований к гистерезнсному гироавигателю и приведены примеры применения сташческих преобразователей с устройством импульсного перево (бужлепип для гпстерезисного гиропрнвода.

Проведен анализ требований к ГД в оптнко-механпческом затворе лнлара я пример применения статического преобразователя с устройством импульсного перевозбуждения ГД в этом устройстве.

Отмечается, чго рассмотренные и разработанные в последующем преобразователи на момент их внедрения обладали качественно новыми техническими характеристиками, о чем свидетельствуют соответствующие акты внедрения, приведенные приложении

Полученные экспериментальные результаты подтверждают правильность основных предпосылок и теоретических выводов, приведенных в диссертации.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Установлена зависимость пространственно-временного положения максимума МДС статорной обмотки от параметров ее распределения и формы фазного тока Предложена методика определения пространственно-временного положения максимума МДС. Методика может быть нспользавана в том числе и для определения наиболее загруженных в магнитном отношении зубпов статора.

2. Установлено, что для трехфазных двухслойных петлевых обмоток максимум МДС может не совпадать с максимумом синусоидального фазного тока, а максимхчьные зубцовые МДС моп,гг различаться до 305г по величине и до 20^. по временному положению.

3. Установлено, что при равновероятном направлении внешнего размагничивающего поля для сохранения высокого уровня остаточной

намагниченности ступенча1ая форма МДС обмотки должна удовлетворив условию минимума градиентов соседних ступеней, что соответствует условию симметрии намагничивающей МДС относительно оси ее полюсов-

4. Установлено, что условие симметрии для рассмотренных обмоток выполняется лишь при двух видах соотношения фазных токов: равенство нулю одного из фазнах токов и равенство двух фазных токов. чк> весьма удачно обосновывает эффективность известных способов и устройств импульсного перевозбуждения.

5. Предложена методика синтеза способов импульсного перевозбуждения. Методика позволяет определить необходимые соотношения амплитуд фазных намагничивающих токов и минимальные временные интервалы между импульсами намагничивающею тока. Для определения параметров импульсов напряжения методика предполагает использование методов планирования эксперимента.

6. На основе элементов теории конечных автоматов и правил преобразования ориентированных графов прехюжена методика синтеза устройств импульсного перевозбуждения. Синтезирован ряд структурно-совмещенных схем статических преобразователен с устройством импульсного перево)буждения, защищенных авторскими свидетельствами, что доказывает эффективность предложенной методики

7. Эффективность реализации некоторых из предложенных способов и устройств импульсного перевозбуждения, использованных в статических преобраювателях, подтверждается актами внедрения.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Андреев М. И., Целебровскин И. В. О атиянин параметров импульсов перевозбуждения на глубину перевозбуждения синхронного гистерезпеного двигателя. // В кн.: Управление, электропривод и электропитание автоматизированных установок. Томск. И;д. ТГУ, 1979. С. 136-141.

2. Д. с. 748694 (СССР). Способ перевозбуждения гистерезисною электродвигателя / Андреев М. И., Добрускин В. А., Целебровскин И. В., Шурыгин Ю. А. - Онубл. в Б. И.. 1980. N2 26.

3. А. с. 807471 (СССР). Устройство для перевозбуждения гистерезнсного двигателя / Андреев М. И., Добрускин В. А., Целебровскии И. В. и Шурыгин Ю. А. - Опубл. в Б. И., 1981. № 7.

то

4. А. с. 813652 (СССР). Устройство для перевозбуждения гистерезисного электродвигателя / Андреев М. И., Толстобров Ю. С., Тоцкий А. С., Шурыгин Ю. А. и др. - Опубл. в Б. И., 1981. № 10.

5. А. с. 900395 (СССР). Статический преобразователь с блоком импульсного перевозбуждения для питания гистерезисного электродвигателя / Андреев М. И., Толстобров Ю. С., Целебровский И. В. и др. - Опубл. в Б. И., 1982. № 3.

6. А. с. 936334 (СССР). Гистерезисный электропривод ротора гироскопа / Андреев М. И., Толстобров Ю. С.. Целебровский И. В. -Опубл. в Б. И., 1982. № 22.

7. А. с. 966838 (СССР). Электропривод / Андреев М. И., Комиссарова Л. Г. - Опубл. в Б. И., 1982. № 38.

8. Андреев М. И. Статический преобразователь "Полюс-3". Томск. ЦНТИ. Информ. листок № 24-84. 1984.

9. Андреев М. И. Принципы управления в системах стабилизации мгновенной скорости синхронных гистерезисных двигателей. // В кн. "Электропривод и электропитание автоматизированных установок". Томск: Изд. ТГУ, !984. С. 73-78.

10. Андреев М. И. Определение положения максимума магнитодвижущей силы статорной обмотки синхронного гистерезисного гиродвигателя. // Электромеханика, 1986. № 7. С. 100-101.

11. Андреев М. И., Целебровский И. В. Статические преобразователи для синхронных гистерезисных двигателей. // В кн.: Электромеханические системы и устройства автоматичесого управления. Томск. Изд. ТГУ, 1987. С. 44-47.

12. Андреев М. И. Влияние параметров обмотки статора и формы фазного тока на эффективность перевозбуждения СГД. // В кн.: Электромеханические системы и устройства автоматичесого управления. Томск. Изд. ТГУ, 1987. С. 74-79.

13. Андреев М. И., Микушев М. К. Расчет магнитодвижущей силы статорной обмотки гиродвигателя. // Тезисы докл. НПК "Системы управления подвижными объектами и автоматизация технологических процессов". Томск, 1989. С. 87.

14. Андреев М. И., Ильин С. Н. Способы импульсного намагничивания ротора гистерезисного гиродвигателя. // Тезисы докл. НПК " Системы управления подвижными об'ектами и автоматизация технологических процессов". Томск, 1989. С. 88.

15. .Андреев М. И., Климкин О. А. Стабилизация магнитного состояния ротора гистерезисного двигателя. // Материалы II НТК "Устройства и системы автономных объектов". Красноярск. КГШ, 1990. С. 136.

16. А. с. 1642577 (СССР). Электропривод / Андреев М. И. - Опубл. в Б. И,, 1991. № 14.

17. А. с. 1647838 (СССР). Способ перевозбуждения гистерезисного электродвигателя / Андреев М. И. - Опубл. в Б. И.. 1991. № 17.

18. А. с. 1653121 (СССР). Статический преобразователь для гистерезисного двигателя / Андреев М. И. - Опубл. в Б. И., 1991. № 20.

19. Андреев М. И. Влияние параметров механического затвора на прием лидарного снгната. // В сб.: II Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана". (Тезисы докладов). Томск.: ИОА СО РАН,

1995. Ч. 2. С. 310-311.

20. Андреев М. И. Синтез способов и устройств импульсного перевозбуждения гистерезисного двигателя // XV НТК "Электронные и электромеханические системы л устройства". Тезисы докладов. Томск.

1996. С 123-125.

21. Андреев М. И., Зуев В. В. Механический затвор лидара с управляемым синхронным гистерезисным двигателем. // В сб.: Ill Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана" (Тезисы докладов). Томск. ¡996. С. 205-207.

Заказ Ns 55. Тираж 100_ экз. Формат 60 х 84/16 Усл.печ.л. /6'. Подписано к печаш 10.0£.9уг,

Отпечатано на ризографе И KT "Пак и К° 634021, г.Томск, пр.Фрунзе, 118