автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Статическая устойчивость синхронных гибридных двигателей

ТОМСКИЙ ПОЯШЖШИЕСКИЙ УНШРСШГ

Па правах рз^.отгоси

КОНОВАЛОВ ОЛЕГ АНАТОЛЬЕВИЧ

ш 621.313.323

СТАТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ СЙНХШПШХ ПЖРЩМХ ДВИГАТЕЛЕЙ

(Специальность 05.09.01 - электрические мпшинн)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-1992

Работа выполнена на кафедра электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета

Научный руководитель; Заслуженный деятель науки и техники

РСФСР, доктор технических наук, профессор Снлайяов Г.А.

Офшдаашше оппонента: доктор технических наук,профессор

Еуловян Б,В. ;

кандидат техшгчаскшс наук, с.н.е. Лаас Р.П.

Ведущая организация! Научно-производственное объадакйшш

"Сцбэлектроыотор", г. Томск

Защита диссертации состоится II карта 1992 г. в актовом заче главного корпуса в 15-00 па заседании специализированного совета К.063.60,01 б Томском политехническом университете / 63.4004, Томск, пр. Ленина, 33 /.

С диссертацией ыохио ознаяошться в библиотеке университета;

Автореферат разослан " 3 " февраля 1992 г.

Учений са1фо?арь спэикалиг зированного совета,кандидат технических наук,доцент l/VVЧ'-uit^xГ^yгIaJшa

0 I

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Соврекенное состояние и перспективы развития промышленности предопределяет широкое внедрение систем комплексной автоматизации я роботизации производственных процессов. Одним из .главных -элементов таких систем являются приводные . электродвигатели. Поэтому дальнейшее развитие автоматизации производства неразрывно связано с совершенствованием электродвигателей. При этом к приводным электродвигателям предъявляются довольно жесткие, а порой и противоречивые требования. Например, со сторона высокоточных станков и технологических узлов и механизмов предъявляются такие требования, как стабильность скорости вращения за один оборот, бескон -тактное исполнение, высокие энергетические и эксплуатационные показатели, возможность работа двигателя с широким диапазоном регулирования частоты питающей сети, втягивание в синхронизм с высоки/и инерционными кассами, высокая перегрузочная способность и устойчивость работы при внезапном изменении нагрузки на валу, синхронность и синфазность вращения в групповом приводе и т.д.

Опыт эксплуатации синхронных двигателей показал, что не всегда удается удовлетворить этим требованиям в конструкции одного,например, синхронно-реактивного, магнитоэлектрического или какого-либо другого электродвигателя. В связи о а г к.' в последнее время'довольно широкое распространение стали получеть специальные электродвигатели в качестве приводов для различных систем комплексной автоматизации и робота -зеции производственных процессов. Одним из представителей специальных электродвигателей является так называемый синхронный гибридный двига-телт, объединяющий в единой конструкции положительные свойства синх -ронно-реактивных и магнитоэлектрических машин.

Одной из основных задач, решаемых при разработке синхронных гибридных двигателей |СГД), используемых в электроприводе, является за - . дача обеспечения их устойчивой работы в заданных реяиыах. Однако при олр<-делеином сочетании параметров СГД и нагрузки возкояко возникновение низкочастотных самовозбувданцихся колебаний частоты вращения ро ~ тора, известных под названием "самораокачивание",

С этой точки зрения особенно актуальным является вопрос о создании такого гибридного двигателя, основную долю мощности которого ва рабатывала бы синхронно-реактивная калина, а энергия полисов постоянных магнитов в полном объеме использовалась бы для повышения устойчивости работы двигателя,

Цель работы. Решение ряда вопросов, связанных с разра -боткой и созданием синхронных гибридных двигателей, облеяаглцкх выв о -кой устойчивостью работы.

' . В связи о этим бшш поставлены следующие задачи:

- Провести сравнительный анализ синхронных двигателей различного типа с точки зрения их устойчивой работ;

- Оценить лишние угла взаимного расположения осей полюсов и соотношения паракетров составных частей комбинированного ротора на статическую устойчивость синхронного гибридного двигателя;

- Разработать рекомендации по проектированию синхронных гибридных двйгателеЙ с учетом обеспечения высокой устойчивости их работы.

Методы исследований. Для решения поставленных задач был применен-метод математического и физического моделирования.

Исследования статической устойчивости синхронного гнбрвдного двигателя производились на'ЕС ЭВМ с! использованием алгоритмического языка "Сортран~1У". Экспериментальные исследована опытных образцов синхронных гибридных двигателей проводились в електромашинной лаборатории 110 "Сибэлектрокотор", в Ленинграде на ЛМО юи. Карла Маркса и в лаборатории электрических малин Томского политехнического института.

Автор зачинает

- математическув модель синхронного гибридного двигателя, позволяющую исследовать статическую устойчивость СГД с учетом электромагнитной связи .составных частей комбинированного ротора;

- -методику расчета грагащ областей устойчивой и неустойчивой работы СГД, поаволяэдую оценить влияние различных параметров гибридного двигателя на-характер изменения -¿тих границ.

Научная нов и а и а,, Б работе содержатся следующие каучше результата;

- Разработана ¡математическая модель синхронного гибридного двигателя для исследования колебательной устойчивости с учетом электромагнитного влияния составных частей; кжбшшровашгаго вотора;

- Создала методика расчета границ ¡областей устой"->.,вой и неустойчивой работы СГД в зависк/.оети от угла сдвига осей полюсов и соотношений

. ^исаду параметрами составных частей комбинированного ротора;

- Еаявлена основные параметра и произведена оценка их влияния на статическую устоГшшость синхронного гибридного двигателя;

- Разработан синхронный гибридный двигатель с улучшенными експлуатаци-ониыми характеристиками и повышенной устойчивостью работы.

©Практическая ценность работы состоит в еле -дуизек:

- Предложенная математическая модель позволяет количественно оценить влияние основных параметров синхронного гибридного двигателя на его колебательнуп устойчивость;

- Составленная методика расчета на ЭШ статической устойчивости СГД ■коает быть использована при автоматизированном проектировании этих

двигателей для определения предела статической перегружаемости и колебательной устойчивости проектируемого двигателя; - Разработанные рекомендация по проектированию синхронных гибридных двигателей даю возможность- на стадия проектирования предусмотреть изменение конструктивных элементов и параметров этих двигателей с целью достижения устойчивой работы при требуемых условиях.

Реализация результатов работа. Теоре -ткческие и экспериментальные исследования автора втецреш при проек -тировании и изготовлении синхронных гибридных двигателей для привода технологических узлов машин го производству синтетических волокон в рамках хоздоговорных работ о Ленинградским машиностроительным объединением игл. Карла Маркса. Разработанные синхронные гибридные двигатели использованы э качестве технологического оборудования на произведет -венных площадях объединении Экономический эффект от внедрения результатов работы составил 71,Груб, для одного двигателя типа СРИРПМВЭОВ!.

Апробация. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и получили одобрение научно-практической конференции "Молодце учете и спсш'олисти - народное/ хозяйству", Оренбург, 1989 г.; Всесоюзной научно-технической конфереютя "Современное сос -тояние, проблемы а перспективы энергетики и технологи:! в энергостроении", Иваново, 1989 г.; 2-оЯ Дальневосточной научно-практической конференции "Совершенствование электрооборудования и средств автоматизации технологических процессоз промышленных предприятий", ■ Комсомольск-на-Амуре, 1989 г.; 2-ой научно-технической конференции "Устройства и системы автоматики автономии объектов", Красноярск, 1990 г.; Научно-технической конференции "Проблем! энергоснабжения в автонокиой электроэнергетике", Севастополь, 1991 г.; Республиканской научно-технической конференции "Электромеханические преобразователи и ¿¡ашишю-веп -тилыше системы", Томск, 1991 г. { Краевой научно-технической кои$е -ронции "Автоматизация электроприводов и оптимизация режимов электропотребления", Красноярск, 1991 г.; У1 Всесоюзной научно-технической конференции "Динамические режимы электрически ¡шш и электроприво -дов", Бишкек, 1991 г.; НТО кафедры электрических машзд п аппаратов ИИ 1988 - 1991 г.г.

Пу б л и к а ц и и. По результатам выполненная теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 10 печатных работ. ' •

Структура и объем работы, Диссертационная работа состоит :;з введения, четырех разделов и заклачштя; содержи

80 страниц машинописного текста, 72 рисунка: , ,2 таблица, список литературы из 101 нашенованяя, 2 щшешния.

Бо введении рассматривается актуальность поставленной вадачн разработки специальных синхронных гибридных двигателей и исследования режимов его работы.

В первом разделе проведена сравнительная оценка различных типов синхронных двигателей, используемых в электроприводе. Показано, что для удовлетворения все возрастающих требований к приводным электродвигателям наиболее предпочтительным является использование специальных электродвигателей, в частности таких как синхронные гиб -рвдные двигатели, сочетающие положительные свойства синхронно-реактивных и иагнЕТОэлектрических машин.

Разработанные конструкции синхронных гибридных двигателей доста -точно технологичны при изготовлении. Их мояно изготавляти на базе се -риШшх асинхронных (но конструкции статора) и синхронно-реактивных (по конструкции ротора) электродвигателей. Существующие виды СГД по свою.! энергетическим характеристикам сравнимы с асинхронными двигателя:-а; в тех же габаритных размерах, и в настоящее время синхронный гибридный двигатель ыоахт стать конкурентом синхрошю-реактивнш двигателя?.: и синхронным двигателям с поотояшшми кскзитшл;, используемых в электроприводах.

На основании анализа конструктивных исполнений синхронных гибридных дытателей выявлены наиболее перспективные вида! атих двигателей и показана целесообразность в их серийном производстве.

Дш1 ревоиия ¿опроса о влиянии параметров и угла сдвига А, оси полисов магнитоэлектрической части относительно оси полюсов сикхронно-реактпвкой части комбинированного ротора били получены выражения в относительных единицах для токов по продольной _ X Л и поперечной осям и электромагнитного кегдзнта, позволяющие исследовать синхронный гибридный двигатель в синхронно« установившемся реяадаз, в частности, научить его угловые характеристики

т* (т9-6«>* -(шв-е$<лГАх*э +

- г/V2 (1) --~

н; . ^^ \ФлВ * я)4со#а~ -

(/Л*

е - гт 2)(4 -

- ¡¿¡г.$- (с^-всз'Л)*

-/У ♦ д^рЗЬ?* -*«а>

-Ш-г&Ш+Ж}}. (з)

где ^ - относительное сопротивление фаза статора; 6 = - степень возбукденяости&

¿7 - угол нагрузки.

Эквивалентные ивдуктивнне сопротивления гибридного двигателя з относительных единицах, зависящие от угла сдвига поязсов и параметров магнитоэлектрической и синхранкс-реактизной частей ротора,

- / * + • §/гг'1 ш

* <■ -<- м/л/' (5)

я • $(л2сс§2 . (5)

При этом за базисные величины били принята: за базисное сопротизлзпис-синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси -С/ синхронно-реактивной части ротора; за базисный ток гс » за базисную мощ-

ность р£ « /7? /^¿У

Л последующем опустим знак "¿4", имея э виду, что вез величина выраяены в относительных единицах.

Результаты исследования зависимости полюй угловой характеристики СГД от угла сдвига осей поносов X предстаглеш ка рис. 1-4. Причем, полная угловая характеристика (/-%) разлокена на соотавлявдие характеристики, обусловленные суммарной явнсполюсностьэ магнитоэлектрической а синхронно-реактивной частей ротора ) и возбуяден -ностью полюсов магнитоэлектрической маыиш {Ма.ч).

При нулевом сдвиге осей полюсов (рис. X) суммарная углова-з характеристика от явнопоЛоснос ти синхронно-реактивной и магнитоэлектрической частей ротора Шхср) получается путем вычитания одной из другой. А угловая характеристика от постоянных магнитов имеет период в два раза больший, чем угловая характеристика, обусловленная явнополэсностью, и энергия постоянных магнитов в зоне устойчивой работы двигателя не используется в полной мере. Поэтому полный электромагнитный момент

- о -

Рис. I

Рис. 2

fue. 5

имеет небольшую величину.

Со сдвигом полюсов магнитоэлектрической части относительно поло- ■ сов синхронно-реактивной части ротора повышается электромагнитный момент глбридиого двигателя (рис. 2 - X » -30°, рио, 3 - X » -60°). И при угле сдвига % = -90° (рис, 4) положительные полуволны угловых характеристик от явноиолюеиости сюпфошю-реактивноЯ п магнитоэлектрической частей ротора складывается, а энергия постоянных магнитов'ис' -пользуется более полно.

Проведенный анализ влияния угла сдвига X на угловые характеристики синхронного гибридного двигателя показал, что существует, такой угол % я -90°, при котором эквивалентная явношшосность СГД достигает, своего максимального значения, что способствует повышению электромагнитного момента гибридного двигателя.

Вов то р о м разделе с улетом электромагнитной связи меглу синхронно-реактивной в магнитоэлектрической частями кокбингро -ванного ротора проанализировано влияние угла сданга осой полисов и степени возбужденности на области устойчивой и неустойчивой работы синхронного гибридного двигателя.

Для решения вопроса о влиянии угла сдвига осей полюсов, степени возбужденности и параметров СГД была разработана математическая модель гибридного двигателя, описывавдая электромеханические процессы, протекающие в СГД, и на ее основе была получека система линеаризованных дифференциальных уравнений, позволяющая проводить анализ .статической устойчивости СГД,

Система линеаризованных дифЗйсретяальтпс уравнений шьет вид

Р&% » - д всо$8* -/&и + ^ А*0 + ч 4 РлЦ* -л ^ - у%0 - и>0& чо

Я - Ц А€4 (7)

• /»ао> - к* &ь>)/ц

р&9 = ,

Потокосцеплеиия определяются хыраленкями

Л = А Ц + X, + Д

д уГг е &и&Л» ^ ^ ¿¡^ (8)

* 4 0

Свстеглу уравнений (7) можно преобразовать, выразив все неизвестные через три переменные величины 0 ¿ й9

*В(<м ыи'Ы^ - щ * (9)

Токи з исходном установившемся реяше находятся по (I) и (2), а потокосцеяления определяется выражениями

ЩX * ил^г ~> ¿рХ*

» ¿р ¿р * ¡¿г * £ • (10>

Области устойчивой и неустойчивой работы СГД, описанного систе -мой уравнений (9), могут быть определены из анализа корней характеристического уравнения

* 4- Одр5 + а6ра + йА рг + <?5 р + = о

с использованием критерия Рауса.

Результаты исследования зависимости областей устойчивости от угла сдвига осей полюсов X представлены на рис. 5 для следующих значений параметров: ¡¡¿¡Ц * 6; =4; 6 = 0,3; 0,05; Н = 200; Кп = 0. Из приведенных графиков видно, что для одного значения активного сопротивления обкотки статора £ при увеличении угла

сдвига 3t повышается перегрузочная способность СГД. Изменение угла сдвига 2. оказывает влияние и на область самораскачиваиия. Увеличе -ние 3. приводит к возникновении и расширению области самораскачквания: и при этом одновременно эта область смещается в сторону меньших значений активного сопротивления обмотки статора^ . Увеличение угла Ii з гибрвдных двигателях эквивалентно увеличении отношения , яо-

втсму здесь и проявляется свойства сннхроняо-реактивкцх двигателей.' Но при малых нагрузках область самораскачквания несколько суяается по сравнению с СРД, а перегрузочная способность для 31 = -SO0 в 2 ¡,5-3 раза выше, чем для А = О0«

На рис. 6 и 7 представленн граница областей устойчивости в коор-г динатахМ в зависимости от угла сдвига 31 для двух значений

степени возбужденности, соответственно в = 0,3 и £> = 0,5 при соотношения индуктивных сопротивлений синхронно-реактивной части ротора Jßft, = S и неявноползосной магнитоэлектрической части Xfj = I. Из анализа приведенных зависимостей видно, что изменение угла сдвига от Я = 0° до Я - -SO0 для обоих значений степени возбужденности приводит к повышению перегрузочной способности и при % я -SO0 ока будет наибольшей.

Изменение утла 3. более сильное влияние оказывает на область' са~ мораскачизаняя. Из рис« 6 видно, что при <5 =0,3 изменение угла сдвига 3 от ä = 0° до 2 = -90° приводит к незначительному расширения области самораскачивания, ко при этом для малых нагрузок она смещается в сторону больших значений активного сопротивления обмотки статора J* . При работе СГД в режвуэ холостого хода (ffl »0) устойчивая работа для Я = 0° невозможна уае при J* = 0,15 o.e., а для 1 = -90° - при / = 0,3 o.e.

Результаты анализа по рис. 7 показали, что при & 0,5 с из -кскекиеи угла сдвига "X область самораскачивания сужается. Так для Я = 0° работа в режиме холостого хода возможна только при £ — 0,18 o.e. Изменение угла Л смещает эту точку в сторону увеличения f и для X = -60° величина активного сопротивления обмотки статора, при котором еще возможна устойчивая работа на холостом ходу, достигает значения ff: 0,3 o.e. А при X = -90° явления самораскачивания не возникает даже при малых нагрузках (Pié0,2 o.e.) для любых значений ß ,

Обобщая результаты, представленные на рис. 6 и 7, можно сделать вывод, что устойчивость СГД шшо повысить путем изменения угла сдвига полюсов магнитоэлектрической час*и ротора относительно синхронно-реактивной части и увеличением степени возбужденности. Более эффективны?.: является первый способ, который позволяет улучшить использование энергии постоянных v.l. китов. Taíc при степени возбужденности £ =0,3,

Ii

At ú

и и

ал ».i es. Рис. Б

йк ff.t at. Рис. е

M \ ^ 6

Л ■■ t -

f

16

J9 2>o* -if AГ—

V -SÛ* yf-

wtf m Sí / /

аЬ à.r o.e. Рис. 7

а4 лг û.e. Рис. 9

Рис. го

s.<t йг o.e. Рис. II

сдвигая полюса магнитоэлектрической части на угол 2 =» -90°, для j> = 0,1 o.e. устойчивая работа СГД возможна при нагрузках И £■ 1,65 o.e., а при & = 0,5 для того же значения J> , но при нулевом сдвиге осей полюсов, устойчивая работа возможна только при М й 1,25 o.e.

Проведенный сравнительный аиатаз влияния угла сдвига % на об -ласти устойчивой и неустойчивой работы СГД показал, что при угле X « = -90° при равных других параметрах гибридные двигатели имеют более лучшие характеристики.

Излученные результаты показали, что в области реальных значений активного сопротивления обмотки статора для двигателей малой и средней мощности (J> & 0,15 o.e.) у гибридных двигателей не возникают низко -частотные самовозбуждакщиеся колебания' частоты вращения ротора для любых значений угла сдвига осей полисов, а перегрузочная способность для X - -90° значительно вило по сравнении с нулевым сдвигом осей полюсов.

Третий раздел посвящен ксследсвашзо влияния параметров СГД и частоты питающей сети на устойчивость гибридного двигателя.

IIa рио. 8 и 9 изображена зависимости областей устойчивой и неустойчивой работы для степени возбужденности £ = 0,. ^J/ff - 6, углов сдвига & я 0° и Л « -20° при изменении отношения /xjt от

/yjt = I до /£Jfа 4. Характер зависимостей, представленных на рис. 8 и 9, можно объяснить с покощьа зтшааейгяизс индуктивных сопротивлений «Xsb/j^g и угловой характерлотгош гибридного двигателя, состоящей из суммарной угловой характеристики от яшожшооности магинто -электрической части и синхронно-реактивной чйсти ксмб'лтфовшшого ро -то; •..

Исследования показали, что при Д, а 0° отишеняв-минимальное по орахнекзш о другим значениями угла сдвига осей поли -сов. Следовательно, мшдашшшм будэу и электроштгЕшЯ момент, развиваемый СГД и обусловленный суммарной яввоподзсасотш отдельных частей ротора. Наибольшего значения огновеюга ера Я 3 0* и fyl/Xj, & I достигает при /ХЛ ™ I. При етсгл олектромлгшгпшй момент является наибольшим, а значит а перегрузочная способность будет максимальна (piro, G). С увеличением отиопюти Íf-J, уменьшается отношение эквивалентных цвдуктазнше сопротивлений, что. ззздэт к снижению перегрузочной способности. Так как стношшэ Л'»/.?^ при % в О достигает своего максимального значения при iünf /Лс/ » X» то в этом случае, как и у обычгаяс СРД, область секораскачишш будет се.\;сД больной. Увеличение отношения , как сажалось si:zo, уизныгае? ''h/Цъ и область саиораскгошаняя сокргтаз?оя я с-.'зщазтся в сторону больямк значений Р .

При Z ~ -90° отношение наибольшее, следовательно,

казбольшол будет электромагнитный момент, обусловленный суммарной яв-иополэскостьв частей комбинированного ротора» При /JU/f^I каи-ыаныаей величины отношение достигает при £<// с уве-

личением Жр /X<j} отношение ¡эквивалентных сопротивлений возрастает, что ведет к повышения электромагнитного момента и перегрузочной сио -собности СГД, а область самораскачивания при этой расширяется и сме -¡дается з сторону уменьшения значения ß . Так устойчивая работа СГД в режиме холостого хода для Z = -90° и Щ/ / ~ I возможна при / 6 0,2 o.e., а для / % = 4 - при fik 0,15 о.е,

Еа рис5 10 представлена граница областей устойчивости СГД для следующих значений параметров: 2- = -20°, Ь - 0,3, Хр/Хь'/ = 4 ара изменении отношения синхронных индуктивных сопротивлений ешкрон-ко-реахтивной части ротора XZ/j^ от ^/Xj =2 до Jtd jfy =6

Из приведенных рисунков видно, что изменение отношения Ä/j.^ в значительной мерз оказывает влияние на области сползания л саморас-качизашш и у СГД очень сильно проявляются свойства СРД. Это мояно объяснить тем, что изменение отношения Jfj/Jf^ очень сильно метет на величину отношения эквивалентных индуктивных сопротивлений А с увеличением отношения 1 ¿¡¡э синхронный гибридный двигатель пс сбоим характеристикам близок к усовершенствованным СРД.

Результаты проведенных исследований показали, что для синхронно! гибридного двигателя при Л = -90° с увеличением отношения X/ / Xf н явкопоюсности кагшгоалектрической части ротора повышается перегр5 зочяая способность, а зона самораекачивания расширяется, однако для двигателей малой и средней шцности область устойчивой работы ограничивается только пределом статической перегрукаемости.

Бее предцлущие исследования проводились при условии, что СГД работал от сети больной мощности, а частота тока оставалась неизменной. Ко не практике это допущение колет оказаться некорректным, в случае, когда частота тока питаидей сети не будет оставаться постоянной. Такие в последнее время все более широкое распространение находят электроприводы с частотным управлением.

Вследствие вышесказанного было проанализировано влияние изменен! частоты питазэдей сети на устойчивость СГД и предполагалось, что в слз чае частотного управления осуществляется закон пропорционального perj лирования: "¡Г = Л , где = Vjy^ ~ относительное значение на • пряжения, «/ = У- относительное значение частоты напряжения.

На рис. 11 представлены области устойчивой и неустойчивой работг СГД ъ зависимости от .астоты питающей сети для различных углов с; ьига с с с.'! полюсов 2 при неизменных остальных параметрах: /Хр

« 6, » 4, «5 = 0,3, / = 0,03, & = - 0,05.

Из рисунка видно, что при Я. - 0° и % = -30° явления само -заскачивания не наблюдается для любых значений частота питадаей сети, травда, при этом СГД обладает низкой перегрузочной способностью. Изменение угла 3 до 2 = -60° и % - -90° приводит к возникновению эбласти самораскачивания в диапазоне малых значений частоты тока питающей сети, а перегрузочная способность повышается в 3 раза при номинальной частоте дитавдей сети = I (У = 50 Пд).

Анализ полученных результатов показал, что гибридные двигатели работают без колебаний скорости вращения ротора при частоте напряже -ния питающей сети / ? 20 0,4).

В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных исследований опытных образцов синхронных гибридных двигателей.

Основное внимание в ходе экспериментальных исследований било уделено изучению устойчивых режимов работы. Главной задачей эксперимен -талыгого исследования явилось рассмотрение влияния угла сдвига осей полюсов магнитоэлектрической части ротора относительно синхронно-реактивной части на устойчивость СГД и сохранения км сижронного режима работы при изменении нагрузки на валу.

Дш оценки точности методов расчета, а также исследования различных режимов работы СГД опытным путем били определены параметры иссле -дуемой машины.

В качество испытуемых образцов было взято несколько моделей гиб -ридшгх двигателей, которые отличались друг от друга геометрическими параметрами составляй®»: частей комбинированного ротора, соотношением длил синхронно-реактивной части ротора и части ротора, содержащей постоянные магниты, а также конструктивным исполнением полюсов и пусковой короткозамкнутой клетки. Во всех моделях для магнитоэлектрической части ротора использовались призматические постоянные магниты из интерметаллических соединений кобальта с редкоземельными элементами марки КС-37 А, имеющие следующие основные характеристики: остаточная индукция Зх. - Тл; коэрцетпвиая сила по индукции //л = 540 кА/м; максимальная удельная энергия (БН^* = НО Тл-кА/м; коэффициент возврата = 1.35.Ю"6 Гн/м.

Для определения влияния угла сдвига осей полюсов Я на величины синхронных индуктивных, сопротивлений по осям <=1 и f был использован синхронный гибридный двигатель,- выполненный на базе асинхронного двигателя серии ЛИР90Ь4УЗ. Четырехполисный ротор состоит из чередующихся в аксиальном направлении синхронно-реактивной и магнитоэлектрической частей. Синхронно-реактивная и магнитоэлектрическая части ротора вы -полнены по типу ротора усовершенствованного СРД , во внутренние допол-

нителыше пазы магнитоэлектрической части устанавливаются постоянные магниты. Магнитоэлектрическая часть ротора без постоянных магнитов выполнялась по скользящей посадке и имела один шпоночный паз, который совместно со шпоночными пазами, выполненными на валу, позволял осуществлять сдвиг оси полюсов магнитоэлектрической части относительно синхронно-реактивной части ротора на угол ¿120° о шагом через 15°.

Определение эквивалентных индуктивных сопротивлений ¿¿э и осуществлялось методом синхронного вращения, позволяющим получить достаточно точше результаты и при этом легко реализуемым на практике. Результаты экспериментов показали, что характер изменения эквивалентных индуктивных сопротивлений в зависимости от угла сдвига Л. полностью совпадает о характером соответствующих расчетных показателей,представленных в теоретической части работы.

Экспериментальное определение границ статической устойчивости производилось в координатных осях М (у) для различных значений напряжения питающей сети. В качестве испытуемого образца был взят синхронный гибридный .двигатель, отличающийся от первой конструкции тем, что магнитоэлектрическая и синхронно-реактивная части в аксиальном направлении собираются таким образом, чтобы угол сдвига осей их полюсоз был равен 30°. После сборки сердечника ротора, заливки пусковой обмотки, запрессовки пакета на вал и снятия технологической перемычки во внутренние дополнительные пазы магнитоэлектрической части устанавливаются постоянные магниты таким образом, что по расточке образуется по -лжсы чередующейся полярности. На каадый полюс приходится по три постоянных магнита, представляющих собой бруски размерами 27x11x8 ш.

Результата, испытаний показали, что при номинальном напряжении питающей сети у синхронного гибридного двигателя не возникали низкочастотные сжоеозбувдашие ся колебания вращения ротора. При снижении величины напряжения и увеличении дополнительно вводимых в цепь обмотки статора активных сопротивлений появляются устойчивые незатухающие колебания частот« вращения ротора, характеризующие область самораскачивания.

Проведенные экспериментальные исследования и анализ теоретических расчетов позволили сформулировать практические рекомендации по проектирование синхронщд гибридных двигателей, предусматривающие изменение конструктивных элементов и параметров гибридных' двигателей с целью достижения требуемых энергетических характеристик и устойчивости работы СТЛ.

- 17 -

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Для систем комплексной автоматизации производственных процессов, в частности,для привода машин по производству синтетических волокон,где требуется синхронность и синфазность вращения группы индивидуальных приводов,целесообразно использовать специальные синхронные двигатели - син-хроавыэ гибридные двигатели.

2. На устойчивость синхронного гибридного двигателя наиболее существенное воздействие оказывает угол сдвига осей полюсов, а сравнительный анализ полученных результатов показал, что существует такой угол Я --5С, при котором СГД обладает наибольшей перегрузочной способностью.

3. Лдя СГД при Я =-50° увеличение явношушоности синхронно-реактивной и магнитоэлектрической частей ротора ведет к расааретш области устойчивой работы, поэтому при разработке гибридного двигателя слздует выбирать лучшие образцы усовершенствовзшшх СРД.

4. Получены рекомендации по выбору утла сдвига и параметров гибраного дзигатоля, позволяющие более полно и эффективно использовать оксргш постоянных магнитов в устойчивых режимах работы.

5. Разработанная методика расчета статической устойчивости СГД и реализованная в виде программы для ЗЕМ серии ЕС позволяет на стадии проектирования определить границы областей устойчивости для различных значений угла сдвига, степени возбуэдемности и соотношения параметров СГД,

6. Разработанннз рекомендации по проектированию синхронных гибридных двигателей позволяют на стадии проектирования предусмотреть изменение конструктивных элементов и параметров зт!!х двигателей с цель» достижения устойчивой работы при требуемых условиях,

7. Проведенные теоретически и экспериментальные исследования позволили создать синхронный гибридный дзагатель, наиболее полно сочетавший положительные свойства синхронно-реактивных и магнитоэлектрических маздн и работающий в устойчивом рвазгаз с широким диапазоном язмзнения напряжения и частоты плтавдей сети.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАВДИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1, Взрхотуров Л,И. .Коновалов 0,Л. ,Нэлрозский В,Б. Анализ саморзскачива-ная синхронных гибридных двигателей, // В сб.{ Устройства и систэка автоматики автономных объектов: 2-я научно-техническая конферзншш, Тезисы докладов, - Кзаскоярск, 1830. С, 40-41,

2. Вгрхотуроп А.И. , финнов А,С, ,КЫ:овалоа О.А.'Энзргэтячеокяа и экспгсуата-цйоншз характеристик;! гибридных двигателей, // В сб.: Совершенствование электрооборудования и средогв автоматизации технологических прокос-сов проваленных предприятий. Тез.докл.2-й Дальиовоят, региональной научно-практ. конф., Комсомольск-яа-1муро, 1969. С. 81-82.

3. Коновалов O.A. Колебания утла нагрузки синхронного гибридного двигателя. // В сб.; Автоматизация электроприводов и оптимизация ре -аишв электропогребления. Тезисы догл. научно-техн. конф., Красноярск, 2991, С, 54.

4. Коновалов O.A.,Киселев А.Д.,Верхотур0в А.И. Повышение эксплуатационных характеристик гибридных двигателей. // Б сб.: Молодые учете и специалист - народному хозяйству. Тезисы докл.научно-практ.конф. Оренбург, ISS9. С.

5. Коиоваюв O.A. .Куканов A.C." Колебательная устойчивость гибридных двигателей. // В сб.: Динамические реавш работ электрических машин и электроприводов. Тезисы докл. У1 Бсесоюзной научло-техи.конф. Бишкек, 1991. С. 20.

6. Силайлов Г.А.,Берхотуров А.Й.,Коновалов O.A. Влияние степени возбуж дешоста .на устойчивость работа габрздного двигателя, // £ сб.: Электромеханические преобразователи и машшно-вентилыше системы. Тезисы докл, Республиканской научио-техи. конф., Томск, 1291. С.54.

7. Сшайлов Г.А.,Версогуров А.И,,Коновалов O.A. Вшше угла сдвига полисов m колебания ротора гибридного двигателя. (I Б сб.: Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в «даеруострое'нш. Тезисы докл. Всесоюзной таучно-техл. конф,, Ивало-во, 1989. С. 132.

8. Силайлов Г.А.,Верхотуров А.И..Коновалов O.A. Оптимизация коз№зди-ента синхрошзирувдеЯ мощности гибридного двигателя. // Медвузов -ский сборник научных трудов, Оптимизация рещшов работы систем электроприводов, Красноярск, 1990. С. 86-69.

9. Силайлов Г,А. .Еерхогуров А.И,.Коновалов-O.A. Расчет зон устойчивой работы гибридного двигателя. // В сб,s Перспективы использования трехфазного электрического тока. Тезисы докл. Всесоюзной научно-Toxjj. кov4i, Ленинград, 2991. С, 26-27.

10.Сшайлов Г.А..Взрхотуров А.И.,Коновалов 0.А, Статическая устойчи-. вость синхронных гибридных двигателей. // В сб,: Динамические ре-

яквд работы электрических машин и электроприводов. Тезисы докл, У1 Всесоюзной научно-техн. конф,, Бишкек, 1991, С. 29.

Заказ 45 Тшраж 100 Ротапраит ТИАСУРа