автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Стационарные режимы испытательных стендов двигателей внутреннего сгорания с асинхронно-вентильными нагружающими устройствами

НИЖЕГОРОДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ-ШЛИТЕХШШЖ1Й ИНСТИТУТ

На правах рукописи

СОЧКОВ Андрей Львогяч

СТАЦИОНАРНЫЕ РЕЕШ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СТЕЗДОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ • С АСИНХРОННО-ВЕНШЬНШШ НАГРУ1АЩШ УСТРОЙСТВАМ!

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, Еключая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород, 1992

-? /

Ч.

Работа наполнена в Нижегородском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте.

Научный руководитель

Официальные оппонента:

- Заслуженный деятель наука и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор ХВАТОВ C.B.

- доктор технических наук, профессор ИВАНОВ Г.М. ;

- кандидат технических наук АШ1ШЕВ Е.Ю.

Ведущее предприятие - НПО силовой электроники, г. Сарана

Защита состоится "/У* ¿с/ОН Л 1992 года е /У часов .в аудитории № /39-9 на заседании специализированного совета К 063.65.06 по присуждению ученых степеней кандидата технических наук в Нижегородском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте по адресу:

603600, 1Ш-41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24. С диссертацией мозсно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "'Т/-* .-.¿¿¿"^ 1992г.

Ученый секретарь специализированного смета к.т.н., с.н.с. •./ . Соколов В.В.

Поцп.12.05.92. Формат 60x84^/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Уч.-изд.л. 3,0. Тираж 100 экз. Заказ 121. Бесплатно.

Лаборатория офсетной печати ННПИ.603600,Н.Новгороп,пр.Гагарина,1.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.Двигатели внутреннего сгорания СДВС) широко используются та транспорте, в промышленности и сельском хозяйстве страны. Повышение их экономичности, надежности, снижение токсичности - основные задачи, стоячие сегодня перед моторостроителями.

Решение указанных задач неразрывно связано с созданием соответствующих испытательных стеадов (¡1С).

X - сложная взаимосвязанная система, основным углом которой является нагружающее устройство (НУ), определяющее его (функциональные возможное?« и характеристики. Одним из перспективных направлений их развития является применение асинхронно-вентильных НУ. Тип -используемого устройства определяется на этапе проектирования ИС в соответствии с предъявляемыми требованиями.

пС с НУ на основе асинхронных машин и силовых полупроводниковых регуляторов являются особым классом электромеханических систем с упругими связями ОМС), где основной режим - горячая обкатка (ГО), то есть реяим нагруиения ДВС, а основной регулируемы;! параметр - нагрузочный момент. Даже при неизменном положении органов управления в ЭМС ИС существует периодические возку-цающие воздействия в взде пульсаций нагрузочного момента НУ и крутящего момента ДВС, обусловленные несинусопдальностью токов нагрузочной машины (Нй) и дискретностью работа цилиндров испытуемого двигателя. Наличие возмущений приводит к возникновению упругих колебаний, искажающих режим нагруления и снижащнх надежность работы ИС ДВС. Потмоние надежности таких систем требует: рассмотрения функционирования основного узла стенда (НУ) во взаимосвязи с испытуемым ДВС с учетом упругости отдельных элементов, этой системы и особенностей построения датчика нагрузочного момента; анализа поведения главного регулируемого параметра - нагрузочного момента НУ и крутящего момента ДВС, в частности, их переменных составляющих; рассмотрения возможностей снияения уровня упругих колебаний в систаке и др.

Решение указанного комплекса задач базируется на обпирнон материале по исследованию и разработке как отдельных углов ИС., так л всего стенда в целом.

Целью диссертационной работы является создание наденных ¿¡С ДйС с различными типа;,:л асинхронно-вентильных НУ (АВК, МДП, ПЧ-АД) на основе исследования юс как единой электромеханической системы, оптимизации ее силовой структуры, разработки системы упрааченля Н7, а такие рекомендаций по их проектировании.

Основные задачи работа'.

- разработка математической модели ИС ДВС с НУ на основе асинхронной ыааины с силовым полупроводниковым регулятором ыо-кента и скорости, позволяющей исследовать его стационарные ре-жилы работы;

- исследование возмущающих моментов, действующ« в системе ДБС-НУ;

- исследование стационарных электромеханических процессов в ИС Д6С с различными датчиками комета;

- оптимизация силовой структуры электромеханической систе-ш ЙС ДВС с различными типами НУ;. ' , .

- разработка системы управления НУ ИС ДВС с различными датчиками момента;

- разработка электрических датчиков момента;

- экспериментальные исследования разработанных НУ в. составе ИС ДВС; ■ ^

- разработка рекомендаций по проектирования Ж ДВС с исследованные типшлиНУ.'-.

¡¿етоды исследования. Исследования выполнены ка основа методов аналитической динамика-и теории колебаний кногомассовых электромеханических систем. Использованы общая теория электрических маоин переменного тока,векторно-гармонический анализ, чисченныа методы и алгоритмы глобальной оптимизации, метода пространства состояний и модального управления. Проведены экспериментальные исследования ка опытно-лроыьщиенном образце.

Научная новизна. Разработана метод анализа стационарных электромеханических процессов в ИС ДВС с асшхронно-вентильндаи НУ, иетод синтеза его силовой структуры и системы управления основного узла стевда - иагрудагацего устройства, базирующиеся на:

- созданной математической модели ЭКС ИС ДВС, наиболее полно учитывавшей взаимосвязь электрической и механической систем, а также дополнительные возмуцащие воздействия* вызванные пуль-

сациями электромагнитного момента НМ;

- полученных структурах собственных спектров ЭМС КС ДВС с учетом особенностей используемых датчиков момента, аналитических выражениях и значениях максимальных динамических нагрузок

в упруги элементах ИС, позволяли?« оптимизировать силовую структуру ЭМС стенда;

- условиях минимизации максимальных динамических нагрузок

в замкнутой системе подчиненного регулирования главного параметра - нагрузочного момента;

- условиях управляемости ЭМС КС и ее наблюдаемости при использовании а качестве измеряемого выходного сигнала объекта -сигнала датчика момента ПС.

Практическая ценность диссертационной работы заклячается в следующем:

- разработаны рекомендации по выбору отдельных узлов КС ДБС с различными типами асинхронно-вентильных НУ;

- разработаны структурные , функциональные и принципиально схемы электрических датчиков момента ИС» новизна которых подтверждена авторскими свидетельствами;

- предложены новые технические решения по построении системы управления асинхронно-вентильных НУ; '

- разработаны опытно-протаяленные образцы НУ для ИС ДВС.

Реализация результатов работн.г Результаты диссертационной

работы внедрены:

- в виде опытно-промышленного образца НУ типа ЬД!1 с элек- ■ трическж датчиком момента мощность» 160 кВт для испытания двигателя ЯМЭ-238 на экспериментальном испытательном стенде в НПО силовой электроники (г.Саранск);

- в виде промшленньк обргзцов НУ. типа АВК с электрическими датчиками момента на заводе ремонта двигателей ПО КАМАЗ ' (г.Кустанай).

Апробации работы. Основные положения работы, ее теорети- . чсские л практические результаты, выводы и рекомендации доложены, обсувдены и получили положительные отзывы на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

- 5-я Всесоюзная научно-техническая конференция "Динамические рехиш работы электрических машин и электроприводов",

Каунас, 1988 г.;

- научно-технический семинар "Автоматизированные тиристор-ные- нагружающие устройства для испытания двигателей внутреннего сгорания", Саранск, 1988"г.; .

- 8-я и 9-я научно-технические конференции "Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями", Свердловск, 1989 и 1992 г.г.;

- 4-я республиканская школа-семинар молодых ученых и специалистов "Электромеханические я полупроводниковые преобразователи", Киев, 1989 г.;

- научно-технические конференции молодых ученых Волго-Вятского региона, Горький, 198"? и 1989 г.г.;

- научно-технические конференции "Актуальные проблемы электроэнергетики", Горький, 1986-90 г.г.;

- Всесоюзная конференция "Методология измерений", Ленинград, 1991 г.

Публикации. По теме диссертации опубликована 21 печатная работа, в том числе 4 авторских свидетельства. Кроме этого получено I положительное решение на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего III наименований, и 4 приложений.,Содержит -!56 страниц машинописного текста, &5 рисунков на № страницах, I таблицу.

.. основной содащшз работы : : \

Во .введенииобоснована актуальность теш, проведен анализ технологии стендовых испытаний ДВС, определены основные требования, предъявляемые к функциональным характеристикам ИС в целом и его отдельны.! узлам - ¡¡У, датчику момента. Нагружавцие устройства должны обеспечивать как прокрутку вала - холодную обкатку '. (Х0), так и ГО ДБС во всем диапазоне рабочих частот вращения, при рекуперации энергии испытуемого агрегата в промышленную электрическую сеть. На основе сформулированных требований и тенденций развития автоматизированного электропривода, определяющих, преимущественное развитие систем переменного тока, определени наиболее рациональные типы НУ для ИС ДВС (рис.1). На НУ, пряве-

a] f)'

АВК о УРГЗ(б), МД1 (б), ПЧ-АЛ(г)

денное на рис.1.6, получено а.с. I 432 368 (СССР).

Датчики момента (да) должны обеспечивать измерение нагрузочного момента с точность» 0,5$. При использовании рассмотренных НУ момент может измеряться тремя типами датчиков (рис.2): тензометрическим ДМ (а), торсионным ДМ (б) и электрическим ДгЛ (в), определяющим момент по измеряемым параметрам НУ.

Проведенный анализ наиболее рациональных типов НУ и используемых Дк' позволил определить спектр исследуемых систем, ¡к особенности. Сформулированы цель и задач;! исследования, показана научная новизна полученных результатов и их практическая ценность.

В первой главе разработана математическая модель ПС с НУ на основе асинхронной машины и силового полупроводникового регулятора момента и скорости как единой ЭйС с упругими связями, исследованы возмущающие воздействия на систему для различных типов НУ.

На рис.3 приведена полная расчетная схема НС. Математическое описание динамических процессов получено на основе уравнений Лагранжа второго.рода ...

" к. (ёк 1 + ££ - -х

-<Н_\ ду! ~ Ъф Т дф ~ £ * Ш

где / = Т - У - функция Лагракяа; Т - кинетическая энергия системы; V - потенциальная энергия системы; р - диссипа-тивная функция системы; - обобщенная возмуцающая сила; ф -обобщенная координата системы. Для полной расчетной схемы уравнения движения имеют вид:

ЭнЧм *сшп (<?* - Чм-- 9;

4?« * сэн (яс - я?) ^(е^

Уг< ^пщ (Уг< -

">геУп+Сгкч (Ъ-ЪНгг Ъ'Ь;

Аг

Ш >

> (2)

упругий MazJOvzJ %[~7p%7ci'1

Х-

«с,

Ркс.2. Латчикк иоиента: ; а-тензшетркческ;:й, ö-юрсконнкй, . з-электрическкй

77777//7V ////////// п / ; ; ; / ; /

Ркс.З. Расчетная динамическая схеиа КС: '

1-220, 2-uaxoBiiK, 3-НУ, 4-рама, 5-йуп-дацент

2?

ткхк - хп)+.+

т.у, * Сг,у(ук - уГ1). У?) гУр<) Ч %1 °->

тн/Р< +сш (х,4-*к) +£„х (х„ -хк) х„ Ч, х„

те< УР1 +ек„(!/„ - У,) ^ ^ =

тпУп +сее„(Уег-ул +сА„„-Ьт?1) +</„4 'О, .

где Мп ... П?Г2 - массы головок цилиндров; Шц - масса картера ДзС; ,тР2 - массы частей рамы; ,... - моменты инерции кривошипно-аатункых механизмов ДЗС;. - момен-

ты инерции маховика, ротора и статора Н.Ч; Цтг, Ям ) Цр,

7с , Хп,- УГ1,-- Уп, ХК,УК,ХГ„ У», Хгл, У к - обобщенные координаты движения сосредоточены!« масс системы; СГк) Скр1Ср9 Срр1 сш, , Ст - упругости соединений ИС; с/ш< с1м, с1Р, с1с ,

| ^г > " коэффициенты трения сосредоточенных масс д1.С НС; £ - геометрический, размер; 1 Л^} Мэ - переменные составлявшие газодинамических сил ц их моментов, злектромагнит-ного момента НМ. Разработанная система позволяет полностью описать и исследовать крутильные колебания и вибрацию установки.

Исследованы.зависимости амплитуды и частоты низыей гармоники нагрузочного, момента, являвшейся наиболее значительной в спектре его переменной составляющей,- от скоростного и нагрузочного рекдаов работы рассматриваемых типов НУ. Результаты приведены на рис.4,5; -.','."■

Расчет электрокагштногр момента АМ основывался на анализе стационарных; электромагнитных процессов. V э НУ. Б качество основного метода исследований обоснован и применен метод векторно-гармонического .анализа. Частота.низшей гармоники электромагнитного момента НУ по схемам АВК и 1<ДГ равна 6-кратной частоте ,то-, ка ротора, .амплитуда не ее' зависит от типа силового регулятора, нагрузки НУ и закона управления (для НУ по схеме ЦДО). Наименьших значений 0,015-0,07 (в зависимости от причем большее значение соответствует и* = I) для НУ по схеме ЦДЛ она, достигает при законе управления п- , поэтому этот закон принят на-

10

ъ. 1

А№

Шщ-.ппд

щ.

Рис.4. Зависимости/)* ■ для НУ 160 кВт

Мб. ■

ш

о

ж

г%Шч 5-ока, "Ш

• м*

0.5

лМе

Рис.*>. Зависимости. /ч» для-НУ 160 кВт

\с1, Уг Ж Й

г

-Л2

%

4

7/Л 7Лг А

^_ 1

ну НУ

3!!с.б. Расчетные схемы коутияшой системы ИС с теизомптри-чеокш № (а) и торсиошш (электричество 'ДМ (б)-.

р

1000 2000 об/ми

Рис.7. Нагрузки-упругих элементов ¡1С

(НУ по схеме ШД - 160 кВт; ДЗС - СМД-72}

Н

иболее приемлемым для данного НУ. При использовании схемы АВК амплитуда низшей гармошки возрастает до 0,06-0,12.

Частота низйей гармоники момента НУ по схеме ПЧ-АД равна 6-кратной частоте тока статора, а ее амплитуда зависит от нагрузки НУ, его мощности и закона управления AIÍ. Обосновано использование закона %* COrtst . Наибольшего значения амгошту~ да низшей гармоники достигает при М* = I для минимальной мощности НУ из исследуемой серии. С уменьшением нагрузки НУ и увеличением его модности оно снижается.

Частота низшей гармоники переменной составляющей крутящего момента ДБС зависит от числа цилиндров ДВС и скоростного реякма работы стецца, а ее амплитуда принимается равной M¿cp.

rio второй главе исследуются стационарные электромеханические процессы в ИС ДйС-с тензомегрическии да и различными типами НУ. • ■..'.-:

Анализ собственного спектра ЭКС ИС, который,ввэду слабой диссипации, проводился на основе невозмуденного консервативного аналога, показал, что для всех,исследуемых-стендов он может бить разбит ka две.зоны: перпая - до 100 Гц, вторзя - свглзе 300 Гц. принимая во внимание, что частоты наибольших по амплитуде гармоник возмуцащих моментов не превышают 300 Гц, целесообразно рассмотрение только низкочастотной части собственного спектра и переход к грехмассовой крутильной схеме З.'-Ю ИС (рис.6),. .Погрешность-расчетов не превысит 1,5^. 3 этом случае систему уравнений, описывающих ИС, удобно представить в матричном "виде - .

Acf + P<j *'C(¡ = SM, : у (3)

где А = c/icjg [ 3/ J3] - инерционная матрица;

R = dioд 1 ¿i ¿si ~ диссипагивная матрица;

. С12 " 0 . .. С » - С12 С12 + С23 - С23 -

0 \ - С23 С23 + С3 :

- упругая матрица; Сjg» ^£3' С3 ~ УПРУГООТ1! соединительной куф-

та, электромагнитной связи и балки тензометрического Щ;

[Я* Яй Я* ]Т - вектор-функция обобщенных координат; М = = [ Ьц 1^2 %7Г- вектор-пункция обобщенных возмущений; В = I -матрица управления..

Обкатка на одной *1С различных ДВС приводит к изменению значений упруго-инерционных параметров, что обусловливает образование резонансных зон собственного спектра. Их анализ показывает, что для всех серий исследуемых ИС можно выделить высокочастотную резонансную зону (55-75 Гц), среднечастотну» (17-ЗОГц) и низкочастотную (4-8 Гц). Нагрузки упругих элементов ИС при совпадении частот возмущающих воздействий с собственными частотами могут значительно превысить номинальные значения (рис.7) и вызвать ускоренный их износ. Проведенный анализ показывает, что максимальные усилия в тензометрическсм да имеют место на резонансных скоростных реяимах ДВС (СЧ) и НУ (СЧ), обусловленных совпадением средней собственной частоты с частота;.!:! низппх гармоник переменяю-: составляющих моментов ДВС .и НМ, соответственно, для НУ по схеко ЦЩ1 и АВК и составляют при отсутствии демпфирующих устройств (3-14) номинальных значении,.а в соединительном вале - на режимах ДВС (ВЧ) для всех исследуемых НУ и равны (2,5-12) ¿1 . Резонансные усилия, определяемые НУ по схеме ЦДЛ симметричны относительно СОв , а ДВС зависят о? его тактнос-ти и количества цилиндров. Для •многоцил'.нздрових двигателей резонансные пики смещаются в зону более низких рабочих скоростей.

В третьей главе исследуются стационарные электромеханические процессы в ИС ДВС с торсионным и электрическим да.

Использование в составе ИС торсионных или электрических ДМ приводит к необходимости рассмотрения, в первую очередь, крутильных колебаний в линии вала ДВС-НУ. Применение в таких стендах электрических машин небалансиркаго исполнения обусловливает переход к расчетной двухмассоЕОй схеме крутильной системы (рис.6), которая описывается матричным уравнением, аналогичным (3), что позволяет аналитически определить ее собственный спектр и максимальные усилия в линии вала ДВС-НУ. -

Анализ собственного спектра расчетной двухыассовой схемы показывает, что для всех исследуемых стендов характерно наличие высокочастотной*резонансной зоны (43-74 Гц) и низкочастотной

(з-а Гц). :

Максимальные усилия в линии вала ДВС-НУ имеют место на резонансных скоростных режимах ДБС (ВЧ) для ИС со всеми исследуемыми типами КУ и составляют при отсутствии демпфирующих устройст; (2,5-11) номинальных значений. При обкатке многоцилиндровых двигателей на ИС с НУ по схеме ЛЗК резонансный скоростной реяим ДВС (ВЧ) может и не входить в рабочий диапазон скоростей, однако он обусловливает повышенный уровень нагрузок в нижней части диапазона.

В четвертой главе рассмотрены вопросы минимизации макси. мальных динамических усилий в упругих элементах ИС.

При горячей обкатке основным контуром регулирования является контур нагрузочного момента. Внутренним контуром является контур тока. Синтез контуров проводится на основе принципов подчиненного регулирования- Если пренебречь величинами второго порядка малости, оптимизированный контур момента представляет собой апериодическое звено с малой постоянной времени, обусловленной, в основном, силовым полупроводниковым регулятором. В предельном случае его можно представить безынерционным.

При использовании тензометрического ДМ реальная полоса пропускания контура момента очень ограничена,,так кал обратная связь осуществляется по среднему значено нагрузочного момента. При этом снижение динамических усилий в упругих элементах стенда за счет системы управления практически невозможно и целесообразно осуществить'синтез силовой структуры стенда. Синтез силовой структуры ИС по критерию динамической нагруженности элементов сводится к отысканий оптимальных параметров упругих элементов и демпфирующих устройств (гидравлический амортизатор, силиконовый демпфер),.обеспечивающих минимальный уровень максимальных динамических нагрузок в упругих элементах ИС. При ограниченном диапазоне скоростей ЙС (при НУ по схеме АВК) эффективным средством ограничения динамических нагрузок является смещение . резонансных пиков усилий в нерабочую зону. Разработана методика синтеза, получены оптимальные значения параметров 'ЛО.

Использование электрического датчика момента позволяет получить полосу пропускания контура момента для типовых силовых регуляторов 20-30 Гц и снизить уровень крутильных колебаний в

' ЧН- А ■• О." •

ЗЬ-С ИС, обусловленных переменной составляющей нагрузочного момента НУ по схеме АВК и ¿4ДП в диапазоне скольжений 0-11%. По такому принципу построена система управления НУ (рис.8) и защищена а.с. I 666 933 (СССР). При использовании НУ по схеме ПЧ-ДД резонансные режимы, обусловленные переменной составляющей нагрузочного момента лежат вне рабочего диапазона скоростей ИС.'

. Для снижения уровня динамических нагрузок во всем диапазоне рабочих скоростей ИС предложено синтезировать внесший контур управления НУ на основе принципов модального управления. Для этого исследована управляемость ЭКС ИС при различных НУ и ДМ. При использовании тензоиетрического ДМ критерий управляемости имеет следующий вид, который не зависит от быстродействия контура момента: * Параметры ЭйС ИС целесообразно выб-трать с учетом данного критерия. При использовании торсионного ДМ, критерий управляемости, который такхе не зависит от быстродействия контура момента, получился следующий: С^ С^/ ^ 0« Система управляема всегда.

Для реализации модального регулятора необходимо иметь пол-кую информацию о переменных состояния систеш, з качестве которых выбраны упругие моменты и их производные. Для этого исследована наблюдаемость системы при использовании в качестве измеримых переменных сигналов да в составе ИС. С учетом реальных параметров «С система наблюдаема, что позволяет построить редуцированный наблюдатель, восстанавливающий неизмеряемые переменные состояния систеш. Приведен пример синтеза модального регулятора и редуцированного наблюдателя при предельном быстродействии контура момента для ИС с различными да. • .

В пятой главе рассмотрены многолараметровые электрические Д1д, позволяющие использовать в составе ИС НМ цебалансирного исполнения и повышающие надежность его работы. Проанализированы различные модели расчета нагрузочного момента, их методические погрешности. Наиболее просто реализуемым является^, в котором момент рассчитывается согласно выражению

(4) К

?де д Р - омические потери в обмотках Ш; й Р^ - динамическая составляющая мощности, характеризующая изменение потокосцеп-иения статора. В статических режимах нагруяення Л = О. Погрешность измерения по (4) будет определяться изменением потерь в стали, механических в зависимости от скоростного режима и изменением омических потерь при изменении температуры обмоток. Отсутствие корректирующих связей по скорости и температуре обмоток статора приводит к методической, погрешности, достигающей 2,5£. Зведение корректирующих связей позволяет снизить погрешность до 3,5*. Значение й М у .определяемое величиной л »не превышает 2-3%, что вполне допустимо при измерении М в динамических режимах. Разработаны алгоритмы работы аналоговых и цифровых ДМ. Технические решения по электрическим да защищены а.с. I 542 207 (СССР) и а.с. I 639 214 (СССР).

Приведены результаты экспериментальных исследований, показавшие целесообразность применения используемых методов исследований, приемлемость принятых допущений. Экспериментально показана принципиальная возможность снижения крутильных колебаний с помощью замкнутой СЛУ НУ. Ошибка п расхождении расчетных и экспериментальных данных не превышает 5-10&. Проведен технико-эко-комический анализ применения ИС с электрическими да, показавший целесообразность разработки и внедрения таких систем, повышающих надежность работы и производительность труда.

В приложении приведены документы, тодтверздащие внедрение результатов работы.

ЗАЮОЗЧШЕ

Комплекс проведенных теоретических и экспериментальных исследований язился основой для разработки и создания серий НУ по схемам АВК и ЦДЛ ыацностью от 10 до 400 кВт для приемо-сдаточных испытаний ДВС.

В итоге проведенной работы получены следущие основные результаты:

I. На основе анализа конструкций и режимов работы ИС ДВС разработана его математическая модель как единой ЭКС с упругими связями, позволяющая наиболее полно учесть взаимодействие элект-

У?

рической и механической систем стенда и исследовать крутильные колебания и вибрацию установки. Обоснованы и созданы упрощенные модели ¿1С с различными типами асинхронно-вентильных НУ и да. Показано, что даке при неизменном положении органов управления стенда режим его работы является динамическим (стационар!Шм).

2. Основными возмущаазщими воздействиями, которые обусловливают стационарность режимов работы ИС, являются переменные составляющие электромагнитного момента Ш1 и крутящего момента ДЗС. Частота низшей гармоники электромагнитного момента зависит от типа НУ и равна 6-кратной частоте тока ротора для НУ по схема;/ АВК и ¡4^1 или 6-кратной частоте тока статора для НУ по схеме ПЧ-АД. Ее амплитуда составляет (1,5-2%) от Мн для всего типоряда НУ по схеме ВДП, (6-12Й) - по схеме АВК и (9-1255) - по схеме ПЧ-АД.

3, Б собственных спектрах крутильных систем ИС для всех исследуемых асинхронно-вентильных НУ с тензометрическим ДМ присутствуют высокочастотная (55-75 Гц), среднечастотная (17-30 Гц) и низкочастотная (4-8 Гц) резонансные зоны. Применение в составе ИС электрических или торсионных ДМ приводит к изменению силовой структуры ЗЫС стенда и, соответственно, ее собственного спектра, для которого характерно наличие двух резонансных зон: высокочастотной (43-74 Гц) и низкочастотной (3-8Гц).

, 4. При использовании в канале обратной связи контура момента системы управления НУ сигнала среднего значения момента ограничение упругих колебаний реализуется за счет синтеза силовой структуры ЭЙС ПС. Для ИС с ограниченным диапазоном регулирования момента и скорости (ИС с НУ по схеме АЗК) эффективным средством снижения динамических нагрузок является смещение резонансных скоростных режимов в нерабочую зону.

5. Использование электрического датчика момента в составе ИС позволяет замыкать контур момента системы управления НУ по сигналу мгновенного значения электромагнитного момента, что расаиряет его полосу пропускания до 20-30 Гц и снижает крутильные колебания в ЗИС ИС в диапазоне скольжений (0-Ш).

6. Для снижения уровня динамических нагрузок в упругих элементах ИС во веем диапазоне рабочих скоростей синтезирован внеш. ний контур.управления НУ на основе модального регулятора. Синтез

А? "■■:■-.-

егулятора осуществлен на основе полученных критериев управляемости и наблюдаемости ЭйС ИС с различными Щ, анализ которых показал, что она, при использовании сигналов ДМ и с учетом реальных параметров ее силовой структуры, полностью управляема и наблюдаема практически всегда вне зависимости от быстродействия внутреннего контура момента.

7. Разработан рад электрических датчиков момента, позволяв-цих использовать в составе ИС асинхронную машину небалансирного исполнения. Разработаны и внедрены опытно-промышленные и промыа-иенные образцы НУ по схемам АВК и Щ1 с электрическими датчиками момента на модность 160 кВт, показавшие высокую надежность и производительность работы и ставшие основой создания серий современных НУ.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кугуаев О.В., Сочков А.Л., Титов В.Г. Датчики нагрузочного момента как элементы системы автоматического регулировали.-В кн.: Электропривод и автоматизация промышленных установок. Горький, IS87, с.122-126.

2. Сочков А.Л. Электрический измеритель момента. - В кн.:Тезисы докладов научной конференции молодых ученых Волго-Вятского региона. - Горький, ПИ, 1987» с.228.

3. Сочков А.Л., Титов В.Г., Шахов A.B. Система регулирования асинхронно-вентильных нагруяающих устройств. - В кн.: Тезисы докладов У Всесоюзной научно-технической конференции "Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов", 6-8 сент.1988 г. ч.1.Каунас, 1988, с. 112.

4. A.c. I 432 368 (СССР). Нагружаззщаэ устройство стенда для испытаний двигателей внутреннего сгорания / С.ВЛазарев, Г.Л..Ыуравьев, А.Л.Сочков и др. - Опубл. в Б.И., 1988, » 39.

5. Электрические датчики момента для испытательных стендоа ДВС/ А.Л.Сочков, Д.Н.Запевалов и др. - В кн.¡Автоматизировало тиристорные нагружающие устройства для испытаний двигателей внутреннего сгорания: Тезисы докладов научно-технического семинара, II-I2 окт.1988 г. - Саранск, 1988, с.18.

6. Сочков А.Л., Титов В.Г., Толстых В. А. Упругие колебания в системе испытательного стенда ДЗС,- В кн.: Автоматизированные ти-ристорные нагружавдие устройства для испытания двигателей внутреннего, сгорания: Тезисы докладов научно-технического семинара, 11-12 окт. 1988 г.- Саранск, 19S8, с. 24.

7. ХЕатов C.B., Титов Б.Г., Сочкое А.Л. КЕазиустановившиеся режимы работы испытательных стендов двигателей внутреннего сгорания,- Горький, 1988.- Рук. пред. Горьков. политехи, ин-том. Деп. s Информэлектро 17.02.89, » 59 - ЭТ89.

8. Динамические режимы нагружающих устройств на основе ЗДЦ/ Хватов C.B., Титов В.Г., Сочков А.Д., ШахоЕ A.B.- В кн.: Тезисы докладоЕ к Восьмой научно-технической конференции "Электропривода переменного тока с полупроводниковыми преобразователями", март 1989 г.- Свердловск, 1989, с. 26.

9. Сочков А.Л., Браславский В.Я. Частотные свойства косвенного измерителя момента,- В кн.: Электрооборудование промышленных установок. Горький, 1989, с. 31-35.

10. Сочков А.Л., Титов В.Г., Браславский В.Я. Управляемость электромеханической системы испытательного стенда двигателей внутреннего сгорания,- В кн.: Электрооборудование промышленных установок. 'Нляний Новгород, 1990, с. 31-35.

11. A.c. 1 639 214 (СССР) . Устройство для измерения электромагнитного момента электродвигателя/'Г.Л.Муравьев, А.Л.Сочков к др.- Опубл. в Б.И., 1991, » 25.

12. A.c. 1 666 S33 (СССР) . Нагружающее устройство стенда для испытания двигателей внутреннего сгорания/ А.Л.Сочков, В.Г.Титов й др.- Опубл. в Б.И., 1991, ß 17.

ЛячнуР рклая автора. В работах,' написанных в соавторстве, автору принадлежит: новые схемные решения / 4,11,12 /; математические модели и алгоритмы программ / 1,7,8 /; постановка задачи и методический подход / 6,9,10 /; обобщения и экспериментальные исследования / 3,5 /.

So