автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Вентильные двигатели с искусственной коммутацией

На правах рукописи

ВЫСОЦКИЙ Виталий Евгеньевич

ВЕНТИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ ( Теория, разработка, исследование, использование в электроприводе)

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара - 2005

Работа выполнена на кафедре «Электромеханика и нетрадиционная энергетика» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет»

Научный консультант: Заслуженный деятель науки и техники

Российской Федерации, доктор технических наук, профессор

| Скороспешкин А.И.|

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Беспалов В.Я.

- доктор технических наук, профессор Казаков Ю.Б

- доктор технических наук, профессор Никиян Н.Г.

Ведущая организация: ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод» (ЧЭАЗ)

Защита диссертации состоится СЬи^Я Л #2005 года в № час, на заседании диссертационного совета Д 212.217.04 при Самарском

государственном техническом университете (СамГТУ) по адресу: г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, ауд.2£углавный корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 443100, г. Самара, Молодогвардейская уЛг,'Главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.217.04., факс: (8462) 784-400.

Автореферат разослан 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.217.04

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОИ РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Высокие требования, поставленные перед отечественным электромашиностроением на ближайшие годы, предопределяют, помимо совершенствования уже выпускаемых изделий, создание новых с более высокими качественными показателями.

Указанные проблемы успешно решаются путем создания машинно-вентильных систем, в которых полупроводниковый преобразователь-коммутатор является составной частью электрической машины. Разработки вентильных двигателей (ВД) по системе «управляемый вентильный коммутатор (УВК) - электрическая машина с вращающимся полем», охваченная позиционной обратной связью показывают, что применение в такой системе синхронной машины, придает ей свойства и статические характеристики близкие к машине постоянного тока.

Для коммутации тока в фазах ВД используется реактивная мощность самой машины, устройств искусственной коммутации и сети переменного тока. Емкостный ток генерируется синхронной машиной только при опережающих углах управления коммутатором Источником реактивной мощности в режиме пуска и отстающих углов служит УВК с искусственной коммутацией силовых ключей.

Среди отечественных исследователей и разработчиков, внесших большой вклад в развитие теории и практики вентильных электрических двигателей следует выделить А. К. Аракеляна, A.A. Афанасьева, В.А. Балагурова, С.Г. Воронина, И.П. Копылова, ВД.Косулина, Ю.П. Коськина, В.А. Кучумова, В.А. Лифанова, В.К. Лозенко, Ш.И. Лутидзе, А.Г.Микерова В.П. Миловзорова, Г.Б. Михайлова, A.C. Михалева, В.А. Нестерина, А.И. Скороспешкина, И Е. Овчинникова, Н.И. Лебедева, Б В. Сидельникова, Б.Н. Тихменева, И.И Эпштейна.

При проведении исследований и разработок автор опирался на работы Б.Л. Алиевского, А.И.Бертинова, В.Я. Беспалова, Д.А. Бута, A.A. Дубенского, Т.А.Глазенко, Л.Я. Зиннера, М.Л Костырева, Ю.Б. Казакова, Н.Ф Миляшова, Н.Г Никияна, Р В. Фильца, Ю.Г Шакаряна.

Функциональное и конструктивное объединение в одном электромашинно-вентильном комплексе электромеханического и полупроводникового преобразователей, устройств управления и защиты, а также совокупность энергетических и информационных процессов, которыми характеризуется ВД, отличают его от других электромеханических систем улучшенной управляемостью, возможностью достижения высоких показателей качества в регулировании и диагностике функционирования. В этом плане можно с уверенностью прогнозировать создание в ближайшем будущем так называемых интеллектуальных электромеханических модулей на основе ВД.

Учитывая изложенное, следует отметить, что исследование, разработка и проектирование ВД с искусственной коммутацией является актуальной научно-технической проблемой, решение которой будет способствовать новым возможностям совершенствования рассматриваемых электромашинно-вентильных систем, а также содействовать повышению эффективности и технического уровня электрооборудования на их основе.

Работа выполнялась по важнейшей i емач ике МинВУЗа РФ по хоздоговорным темам «Разработка САПР и исследование широкорегулируемых машин постоянного тока с шихтованной станиной», Ks ГР 01826023158; «Разработка САПР и исследование процессов управления вентильных и коллекторных электродвигателей», № ГР 01880011987; «Разработка вентильных электродвигателей для привода дождевальной установки», Х° ГР 01880011992 (приказ 394 от 17.09.81, ЩЯН" 1988 -'991 г.г.), по

госбюджету (программа «Надежность конструкций»] iif0GuHAMAU'F от 20.04.92) и по договору о научно-техническом сотрудничестве с НИрвШвТАЩЬВАЗ]« Разработка

комбинированных энергетических установок гибридных автотранспортных средств» (программа Минпромнауки 2003-2004 г.г. «Разработка автомобилей ВАЗ и силовых агрегатов со встроенными стартер-генераторами на напряжение 42В»),

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка научно -методических основ моделирования и проектирования вентильных двигателей с искусственной коммутацией, новыми электрическими схемами, способами управления и коммутаторами в полной мере удовлетворяющими современным гребованиям эксплуатации сисгем электропривода, а также решение комплекса вопросов по их практической реализации и внедрению

На основе этого определяются следующие основные задачи, решаемые в диссертации:

1. Разработка на основе специальных координатных преобразований математических моделей для анализа квазиустановившихся и динамических режимов различных модификаций вентильных двш ателей, отображающих такие важнейшие их свойства, как дискретность смены электромагнитных структур, малое число фаз обмотки якоря, позиционный принцип управления коммутатором, закон изменения индукции в воздушном зазоре.

2. Анализ электромагнитных коммутационных процессов для определения характеристик и параметров вентильных двигателей, а также узлов искусственной коммутации, обеспечивающих устойчивую работу в статических и переходных режимах.

3. Создание программного комплекса для проектирования вентильных двигателей, позволяющего рассчитывать различные конструктивные исполнения при широком диапазоне мощностей, электромагнитных нагрузок, геометрических размеров и параметров индукторов, особенностей действия реакции якоря.

4. Разработка элементов оптимизации при проектировании вентильных двигателей для достижения совокупных критериев качества в статике и динамике

5. Исследование свойств ВД как объектов управления, анализ их статической и коммутационной устойчивости в динамике малых отклонений, а гакже зависимости динамических показателей различных модификаций от параметров управления, предвключенных цепей, нагрузки и вида воздействия.

6. Анализ электромагнитных и электромеханических процессов вентильных двигателей в квазиустановившихся и динамических режимах с учетом дискретности работы управляемых коммутаторов, получение критериальных зависимостей и количественных оценок влияния дискретности на характер этих процессов

7 Оценка импульсных способов регулирования частоты вращения, возможности использования ВД в замкнутой системе с широким регулированием частоты вращения, определение структуры и параметров регуляторов САУ электропривода с ВД.

8 Разработка различных типоисполнений вентильных двигателей для конкретных систем широкорегулируемого электропривода в станкостроении, легкой промышленности, сельскохозяйственном производстве, промышленной автоматике, электрооборудовании автономных объектов и перспективных транспортных средств.

Решение поставленных задач осуществлялось с использованием следующих методов научных исследований.

При разработке математических моделей для анализа элеотромагиитных процессов, способов управления частотой вращения применялись методы теории неголономных систем, координатных преобразований к колеблющимся осям, электрических цепей с переменными параметрами и векторно-матричные преобразования.

Функциональное проектирование вентильных двигателей проводилось с использованием координатных преобразований в сочетании с представлением

2 - 1.»":»' ' ' » 4 * н я

Ч ✓ .1 * > .-

электромагнитных переменных как функций дискретного аргумеша и имитационного моделирования на основе алгебры логики и топологического анализа цепей. Для решения уравнений математической модели применялось ^-преобразование, а затем осуществлялся переход к оригиналам с помощью условно-разностных соотношений операторно-рекуррентного метода.

Анализ коммутационных процессов и выбор параметров узлов искусственной коммутации осуществлялся с применением операторных методов.

При создании алгоритмов проектирования использовались процедуры поверочных расчетов, а также систематический просмотр многомерных областей с привлечением аппарата ЛП-г последовательностей и методы многокритериальной оптимизации.

При структурном анализе различных типов вентильных двигателей и получении выражений передаточных функций применялись векторно-матричные методы и основные положения теории автоматического управления и квазинепрерывных систем. Воздействие дискретности и коммутационных процессов на поведение вентильного двигателя как объекта управления оценивалось путем применения модифицированного 2-преобразования Лапласа

Определение влияния дискретности работы коммутатора, коммутационных интервалов, изменения электромагнитных структур при широтном и широтно-импульсном регулировании фазных напряжений осуществлялось с использованием дискретного преобразования Лапласа и аналогов преобразования Римана-Меллина для дискретных систем.

Расчеты САУ электропривода с вентильным двигателем проводились с привлечением частотных методов и теории систем подчиненного регулирования.

Экспериментальная проверка результатов теоретических исследований и разработок выполнялась с использованием методов идентификации и сопоставительного анализа.

Научная новизна работы представлена теоретическими и экспериментальными исследованиями, основное содержание которых может быть обобщено в следующих рассмотренных и решенных задачах:

1. Предложены координатные преобразования к дискретно-ориентированным осям и на их основе метод исследования электромагнитных процессов в вентильных двигателях с искусственной коммутацией, позволяющий получить решение системы дифференциальных уравнений с периодическими коэффициентами в замкнутом аналитическом виде и определить достаточно полный спектр токов, а также уточненные интегральные характеристики установившегося режима.

2. Разработаны методы анализа электромагнитных процессов с учетом особенностей формирования контуров машинной и искусственной коммутации, позволяющие определить основные показатели и характеристики этих процессов, а также параметры узлов коммутации и защитных элеменюв для обеспечения высокого уровня коммутационной устойчивости.

3. На основе использования аппарата коммутационных функций, дискретного преобразования Лапласа и условно разностных соотношений операторно-рекуррентного подхода сформированы имитационные логико-топологические и функциональные математические модели, учитывающие дискретный характер смены структур на коммутационном и внекоммутационном интервале, а также конструктивные особенности различных модификаций вентильных двигателей и ориентированные на решение задач рационального геометрического проектирования и параметрической оптимизации.

4. Составлены расчетные модели ВД с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением на основе теории машин постоянного тока при учете особенностей вентильной коммутации, малого числа фаз якорной обмотки, специфического механизма

действия реакции якоря, позиционно-зависимого алгоритма управления коммутатором, добавочных потерь

5. Предложены процедуры и разработаны алгоритмы проектирования вентильных двигателей, основанные на сочетании поверочного и оптимизационного расчетов, а также систематическом просмотре многомерных областей в сочетании с применением ЛП-т последовательностей. Разработаны подходы к достижению оптимума по различным критериям, либо по их совокупности, как в процессе проектирования, так и при изготовлении ВД.

6. Получены передаточные функции, структурные схемы и исследованы динамические характеристики вентильных двигателей как объектов управления на основе метода полезных составляющих параметров и с учетом дискретности работы коммутатора, влияния коммутационных процессов на основе представления ИД импульсной системой с периодически скачкообразно изменяющимися параметрами и непрерывной частью.

7. Представлены с использованием ¿»-преобразования математические модели веншльных двигателей для анализа функционирования и управления с учетом дискретности в квазиустановившихся режимах работы, позволяющие оценить влияние пульсаций тока якоря и момента на его работу.

8. Разработан метод расчета размагничивающего действия переменных составляющих реакции якоря и установлены закономерности управления углом опережения включения вентилей. Исследована работа ВД при широтно-импульсном, широтном регулировании и рассмотрено влияние составляющих момента низких комбинационных частот па статическую устойчивость, а также показаны особенности структур регуляторов САУ электропривода с ВД.

Практическая ценность работы определяется гем, что:

1. Выработаны рекомендации по улучшению эксплуатационных характеристик и показателей ВД, разработаны методы, алгоритмы и программы его расчета, которые позволяют проанализировать электромагнитные и электромеханические установившиеся и переходные процессы при различных параметрах электромеханического и вентильного преобразователей.

2 Обоснованы рациональные конструкции электромеханических преобразователей ВД, предложена инженерная методика проектирования, учитывающая процессы вентильной коммутации и особенности энергопреобразования, которая дала возможность провести расчеты различных модификаций и типоразмеров.

3 Создан программный комплекс для проектирования ВД с изменяемой методикой расчета и многокритериальной оптимизацией, позволяющий получать проектные решения при учете, как внутренних ограничений, так и ограничений, заданных конкретным типом производственного механизма или технологического процесса.

4. Показаны особенности расчета одноконтурных САУ с вентильным двигателем и двухконтурных САУ при управлении по контуру якоря и возбуждения для широкорегулируемого электропривода.

Реализация в промышленности, проектной практике, учебном процессе и внедрение результатов

Математические модели, алгоритмы и программные комплексы, методики расчета эксилуашционных характеристик и параметров использованы при разработке вентильных двигателей для систем широкорегулируемого электропривода главного движения металлорежущих станков, электрооборудования автономных объектов и автотранспортных средств, систем транспорта газа, устройств промышленной автоматики на предприятиях: АО «Псковэлектромаш», ООО «Самаратрансгаз». Опытные образцы вентильных двигателей, управляемых коммутаторов и систем позиционно-зависимого управления были

переданы СКБ завода «Электромашина» (г. Харьков), КБ «Электроприбор» завода агрегатного электромашиностроения (г. Саратов), Центральному научно-исследовательскому институту (ЦНИИСЭТ) судовой электротехники и электротехнологии, (г. Санкт- Петербург), КПО «Завод им. Масленникова» (г. Самара). Результаты работы используются также при курсовом и дипломном проектировании студентов специальностей 1801 «Электромеханика», 1804 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов», 1808 «Электрооборудование автомобилей и тракторов» электротехнического факультета СамГТУ.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Обобщенные математические модели вентильного двигателя как машины постоянного тока, учитывающие, что электромеханические и электромагнитные процессы такой дискретной электромашинно-вентильной системы характеризуются наличием межкоммутационного и коммутационного интервалов постоянства электромагнитных структур, взаимным влиянием якорного и индукторного контуров, законом распределения индукции в воздушном зазоре, способом управления и типом возбуждения.

2 Методы обеспечения высокого уровня коммутационной устойчивости, позволяющие определить параметры узлов искусственной коммутации и защитных элементов, а также основные показатели и характеристики коммутационных процессов.

3 Алгоритмы проектирования, процедуры многокритериальной оптимизации и программный комплекс на их основе для получения конструктивных решений и компоновок различных модификаций электромеханических преобразователей вентильных двигателей.

4. Частные линеаризованные математические модели ВД как машины постоянного тока, которые свидетельствуют о повышении порядка системы, снижении быстродействия с ростом угла опережения включения вентилей коммутатора, момента инерции, индуктивности якорной цепи и одинаковом быстродействии по цепи якоря и возбуждения

5. Методы оценки влияния дискретности и фактора пульсаций на процессы функционирования и управления ВД, учитывающие процессы коммутации и способы регулирования частоты вращения, а также особенности определения структур и параметров ре1уляторов САУ электропривода с ВД.

6. Практическая реализация схем и конструкций вентильных двигателей для электрооборудования функционально различного назначения.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на VI.V1I региональных научно-технических конференциях «Электропривод переменного тока с полупроводниковыми преобразователями» (г. Свердловск, 1983, 1986 г.г.), Всесоюзной научно-технической конференции, посвященной 25-летию ВНИИрслсстроения (г. Чебоксары, 1986 г), 1,11 Всесоюзных научно-технических конференциях по электромеханотронике (г. Ленинград, 1987, 1991 г.г.), V Всесоюзной научно-технической конференции «Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов» (г. Каунас, 1988 г.). III Всесоюзной научно-технической конференции «Динамика станочного оборудования гибких автоматизированных производств (г Тольятти, 1988 г.), Всесоюзной научно-технической конференции по электромеханическим системам с постоянными магнитами (г. Москва, 1989), Международном научно-техническом коллоквиуме по электротехнике (г Ильменау, Германия, 1990 г), региональной научно-технической конференции «Современные проблемы энергетики, электромеханики, электротехнологии», посвященной 75-летию основания УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург, 1995 г.), III

Международной научно-технической конференции 1СЕЕ «Электромеханика и электротехнология» (г. Москва, 1998 г.), Международных научно-технических конференциях «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте» (г. Самара, 1999, 2003 г.г.), юбилейной научно-технической конференции «Электромеханика на пороге XXI века», посвященной 100-летию рождения Г. Н. Петрова (Москва, 1999 I.), юбилейной научно-технической конференции «Электротехнические комплексы автономных объектов» (г. Москва, 1999 г.), Российском электротехническом конгрессе (г. Москва, 1999 г.), Международных научно-технических конференциях «Электромеханика и управляющие электромеханические системы» (г. Екатеринбург, 2001,2003 г.г.). IV Международной (XV Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» (г. Магнитогорск, 2004 г.)

Публикации

По теме диссертации опубликовано 62 работы, в том числе М0н01рафия, статьи в научно-технических журналах «Электричество», «Электротехника», Известия ВУЗов «Электромеханика», а также в сборниках научных трудов, материалах международных, всесоюзных, всероссийских, региональных конференций, получено 3 авторских свидетельства (в соавторстве)

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, изложенных на 422 стр. основного текста, списка литературы из 264 наименований, приложений на 32 стр , 206 иллюстраций, 18 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определена се цель, сформулированы задачи исследований и представлены основные результаты, полученные при их решении

В первой главе показаны физические особенности электромагнитных и электромеханических процессов в вентильных двжателях постоянного тока, проанализированы принципы позиционного управления и способы коммутации таких машинно-вентильных систем. Дана оценка состояния современной теории вентильных машин и выбраны методы исследования квазиустановившихся, динамических режимов работы, а также проектирования ВД.

Ретроспективный анализ и обзор современного состояния разработок венIильных двигателей показывают, что в настоящее время для диапазона малых и, отчасти, средних мощностей можно считать установившимся положение, когда возбуждение осуществляется постоянными магнитами (ПМ), а вентильный коммутатор строится на полностью управляемых ключах-транзисторах, переключаемых с помощью драйверов оптическими или холловскими датчиками положения ротора (рис 1а)

Стоимость ПМ составляет более 30% стоимости ВД поэтому вопросы 0птимальн01 о их использования имеют решающее значение Поиск рациональных консфуктивных решений по роторам и их эффективное использование в ВД малой мошноаи продолжаются до настоящего времени.

Дтя более мощных электромеханических преобразователей ВД требуются и более мощные полупроводниковые управляемые вентили. Поскольку 01ечествсшюй промышленностью полностью управляемые вентили для ВД диапазона средних и больших мощностей еще окончательно не освоены, силовыми ключами являются тиристоры.

В результате исследований, проведенных автором, было выявлено, что наиболее оптимальной модификацией ВД для широкорегулируемого электропривода является электродвигатель на базе явнополюсной машины с электромагнитным возбуждением и вентильного коммутатора с искусственной коммутацией, управляемого электромагнитными или оптическими датчиками положения ротора (рис. 16).

Рис 1 Эпектрические схемы ВД- а) УВК на полностью управляемых вентилях, б) УВК на тиристорах

11о сравнению с электроприводом на базе коллекторного двигателя постоянного тока и управляемого выпрямителя у регулируемого электропривода с ВД существенно расширяется диапазон регулирования частоты вращения (до 200 по якорю и до 5 .8 по полю) при сохранении показателей качества регулирования в статике, а также улучшаются технико-экономические показатели.

Чтобы обеспечить максимальное использование ВД, управляемый вентильный коммутатор должен быть выполнен на полностью управляемых вентилях либо содержать узлы искусственного выключения неполностью управляемых вентилей.

При таком схемном решении, как показывают проведенные в настоящей работе исследования и расчеты, удается создать ВД, электромагнитная система которого не превышает по массогабаритным показателям соответствующую часть коллекторной электрической машины.

С точки зрения организации позиционной обратной связи и процессов электромеханического преобразования энергии вентильный двигатель приближается к коллекторному, поэтому для построения математической модели целесообразно использовать координатные преобразования и структурные методы анализа машин постоянного тока.

Вместе с тем при математическом описании следует учитывать специфику электромагнитного процесса Ограниченное число фаз ВД и дискретность их включения определяют особенности влияния реакции якоря на суммарный магнитный поток в машине и, следовательно, на ее рабочие и энергетические характеристики.

Выявленные факторы оказывают существенное воздействие на электромеханическое преобразование энергии, выделяя ВД в отдельный класс электрических машин. Таким образом, адекватное реальным электромагнитным и электромеханическим процессам математическое описание ВД, приобретает решающее значение для анализа таких систем В то же время опыт показывает, что простое электрическое или конструктивное объединение ЭМП с полупроводниковым преобразователем без предварительной оптимизации их параметров не позволяет получить заданные выходные показатели.

б)

Надежную и эффективную работу ВДПМ можно обеспечить только при правильном их проектировании, учитывающем взаимное влияние ЭМП и УВК. В связи с этим необходимы расчеты и проектные оценки, использующие соответствующие критерии и направленные на поиск оптимальных вариантов. Многовариантные расчеты должны выполняться с использованием уточненных математических моделей, описывающих функционально объединенные ЭМП и УВК (рис. 2).

КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ ММ ВД

IX

ММ ВД в сиси-ме днскрстно-ориентированиыт координат

_т. _"

Имитационные

.10ГНКО-

топологическне модели ВДПМ в систем« фазовых координат

мм

для малто

ымпрочаппгг пых процессов

2 5

й 3

ММ для анализа

тлею ромехаяи-ческиж ароцсссоя

Переход к ш^рныч уравнениям и яппрокси мацни

функции параметров

ММ ВДПМ в системе преобразованных координаI

__ ^

Координат ные ирсоф^ммшкк

коммутационные фуикшш иоз |еГ(С1вим

/

\

г* Я

% =

» %

* £

^ ж

2 в

о. £

с е

г I.

Л г ё ;

с » § §•

II

5 = 1

з;

п

¡3

'л ъ

« И

* \ г =

II1

5 ? ,

I& ? к

* 5

И

к =

= <*

1 *

1 3

Применение иперггарпо - рекурреюиоп» полходэ гля числемпог о мочепфшглним

3--- ♦

г £ и «я

К * , - р, X У £ и к

£ „ в а «

в 5 и «» О —• и 41 В 5 X

1155®

и £ в х 2 >55««

з =г

58 £ т р £

£8.1 С. - ^

Ы.1

м * 2 * §

§ ж 3

< 5 =

\

\

х г >

* г !

I з . * =

ее X I

а * е а

§ § ~ I

аП,

за*

Не

\

3

Е 3 I

в £■ I

5 в в. £ * 5

| £ | ж

г £

£ % » х

Е о. ■

г - :

Рис 2

В работе проанализирован и оценен ряд специфических подходов к проектированию ВД и определена наиболее рациональная совокупность процедур синтеза его электромеханического преобразователя.

Во второй главе представлены разработанные математические модели вентильного двигателя как машины постоянного тока, отражающие позиционную связь и дискретный характер переключения фаз обмотки якоря управляемым вентильным коммутатором.

Идентификация обобщенной модели осуществляется с использованием факторов управления и коммутации. В итоге получено математическое описание наиболее сложных электромеханических и электромагнитных процессов при учете специфических особенностей, присущих электрической машине и коммутатору ВД

В работе представлен физический аналог и математическая модель вентильного двигателя с учетом процессов коммутации.

Независимо от числа фаз и времени их включенного состояния работа ВД характеризуется двумя периодически повторяющимися интервалами различными по характеру протекающих в электрической машине электромагнитных процессов. Один из этих интервалов - межкоммутационный (рабочий) - является достаточно длительным. Он определяет в основном процесс электромеханического преобразования энергии. Другой интервал - коммутационный - характеризуется процессами нарастания и спадания токов в фазах, входящих и выходящих из работы. При этом изменяется структура электрической цепи ВД.

Благодаря гому, что система управления позволяет регулировать момент включения силовых вентилей, можно изменять взаимное положение работающих обмоток якоря относительно обмотки возбуждения и обеспечить, таким образом, управление ВД по углу опережения включения вентилей р0. В том случае, если ось токосъема в течение интервала коммутации у оставалась бы фиксированной, уравнение для ее координаш

удовлетворялось бы при любых и ¿у- Однако, поскольку точка токосъема,

определяемая координатой ф^р^-Ду, перемещается на коммутационном интервале в

пределах _'_?£_ + Л(р<р + /?п < — + Аср

тпр ~ и тпр

и со скоростью ф = р^-дф эта зависимость приобретает сложный характер и может

быть определена исходя из закона изменения тока в процессе коммутации.

Если учитывать, что функция координаты <р аналитична на интервале неизменности структуры ВД и имеет разрывы на границах интервалов, то обобщенная математическая модель для анализа переходных и установившихся режимов электромашинно-вентильной системы с малым числом секций (фаз) обмотки якоря представляется как

Л & г

[I I-Ь (<р,Д(р)]—^ + + Л (Да)! +

а= а~ ' ж <у (¡1 я Т а

+ *2

--Ч—1 +-1 ,

2 д<р о д<р /

, дЬ

-(Р-ф)= и их

2 а (1)

Л ж дМ

1 . 1 дЬ , дМ г -■/0-4-70,=--^Г+-2-/ 1,-М

2 2 2 2 д<р а д<р а/ ст

Для использования методов математической теории электрических машин параметры В Д приводятся к дискретно-ориентированным осям and эквивалентной якорной обмотки и обмотки возбуждения. Полагая период повторяемости функций индуктивности и взаимоиндуктивности строго фиксированным сигналами с датчиков положения ротора, можно считать, что параметры ВД являются переменными периодическими функциями угла поворота Ш, поэтому эти функции могут быть представлены гармоническими рядами Фурье на коммутационном и межкоммутационном интервале.

Подстановка функций параметров в систему уравнений ВД позволяет получить развернутую систему дифференциальных уравнений электрического равновесия ВД с электромагнитным возбуждением в дискретно-ориентированных осях координат.

Метод приближенного аналитического решения дифференциальных уравнений с периодическими коэффициентами, применительно к вентильным двигателям с искусственной коммутацией, основан на теории систем с переменными параметрами, базирующейся на использовании уравнений типа Хилла. Сходимость рядов Фурье, описывающих параметры ВД, дает основание использовать эти ряды при преобразовании дифференциальных уравнений и перейти, в результате, к рекуррентным уравнениям с дальнейшим решением систем алгебраических уравнений.

Как подтверждено экспериментальными исследованиями, вынужденные составляющие токов якоря и возбуждения, определяющие установившийся режим работы ВД, являются периодическими функциями и могут быть записаны в виде:

(2)

где S - целочисленный ряд от -да до со.

Полученная, исходя из указанного вида решения, система рекуррентных уравнений распадается в систему алгебраических уравнений произвольного порядка, решение которой определяет комплексные амплитуды токов, как постоянных составляющих, так и переменных, протекающих по обмоткам якоря и возбуждения ВД.

Систему алгебраических уравнений ВД произвольного порядка удобно представить в матричной форме, после чего ее решение на ЭВМ можно получить с заранее заданной точностью Составляющие токов якоря и возбуждения вычисляются как

DS

,s =Z°J_ (3)

«./ Ds •

где

D - определитель, полученный из системы преобразованной из (1);

DSa j - определитель, полученный из определителя Ds заменой соответствующего столбца правой частью системы алгебраических уравнений преобразованной из (1).

Ds и числовые определители произвольного порядка, элементами которых

являются коэффициенты сходящегося ряда Фурье. Применительно к ВД эти коэффициенты определяются конструктивными параметрами машины и зависят, кроме того, от режима работы двигателя - частоты вращения и угла опережения включения вентилей.

Наибольшее влияние на величину вычисленного определителя оказывав! центральная компонента (нулевое приближение)

.0 О

1М,а f,

(4)

которая учитывает только постоянные составляющие параметров ВД, являющиеся усредненными интегральными характеристиками машины. Поэтому при учете только нулевого приближения можно получить для ж-фазной машины достаточно простые аналитические выражения постоянных составляющих токов якоря и возбуждения.

U - АаМ , sin-cos/?п U ,

;0=_afín т 0 ¡o =_J_ (5)

а (, V"» 2 я ■ я . . п ' / Л,

R +(a\L,-L —cos —sin—sin 2 Д. /

a \ d Ч) я 2m m 0 При опережающей коммутации реактивная составляющая момента, создаваемая за счет явпополюсности ротора, является отрицательной и, следовательно, при прочих равных условиях ток в таком двигателе должен быть увеличен.

Выражения (5) являются приближенными и могут быть уточнены при решении определителей более высокого ранга.

Параметры ВД с постоянными магнитами также приводятся к осям а и d эквивалентной якорной обмотки и продольной оси магнита, и определяется изменение этих параметров на межкоммутационном и коммутационном интервале. Ей coomeici Byei уравнение, описывающее электромагнитные процессы.

а- а ~ <ft а а ¿ дф (6)

х (~La ~ cos 2<Р)'а + ¿2МаМ -^'м = Ua{t) Состояние постоянного магнита ротора определяется уравнением

м М к к м' ^

где FM0 = Iм wM - фиктивная м.д.с. магнита на один полюс; /■„, Фк - координаты точки отхода прямой возврата на диаграмме магнита; RM- магнитное сопротивление постоянного магнита; wM~ число витков фиктивной обмотки возбуждения на один полюс. Уравнение (6). описывающее электромагнитные процессы в ВДПМ, также приводится к системе рекуррентных соотношений, которая распадается в дальнейшем в систему алгебраических уравнений произвольного порядка. Решение последней позволяет получить комплексные амплитуды токов якоря с любой заранее заданной точностью. Алгоритм решения зависит от закона распределения индукции в зазоре. Для ВДПМ с явно выраженной полюсной зоной (ЯПЗ) постоянная составляющая тока якоря для трапецеидального закона индукции

Ua~'M 2 М £ sm.-L-Oxsmv-L-^smvícos^

О __ = Of3 4_4 т_

а'"~ в , v. , 4 ?,n/» + lsine£ 2 я- . ж . , „ ' гдеа=2я-1,(8)

Ra '"AL -LMmln— I Н)"т'—r^xcos^a— sina-sin2aA, „ q a2 Ъп m "

V[ - нижнее, a v¡¡- верхнее основание трапеции.

Приведенный метод гармонического баланса позволяет определить характер изменения токов в контурах машины и их гармонический состав на межкоммутационном интервале. Совместное решение на ЭВМ для обоих интервалов позволяет получить форму тока якоря, потребляемого ВД от источника питания и тока возбуждения на интервале повторяемости я/от.

В зависимости от момента переключения вентилей противо-ЭДС соответствующим образом определяет значение потребляемого двигателем тока. Поэтому минимальные

пульсации получаются в том случае, когда ее максимум приходится на середину межкоммутационного интервала.

В то же время изменение во времени противо-ЭДС зависит и от нагрузки на валу, поскольку реакция якоря смещает ось суммарного магнитного потока в машине в сторону, противоположную направлению вращения. Таким образом, характер пульсаций при различной нагрузке и углах опережения подтверждает необходимость регулирования угла опережения /?ь в зависимости от нагрузки ВД. В количественном отношении погрешность эксперимента и расчета находится в пределах 20%, что можно считать вполне приемлемым, учитывая допущения предложенного метода

Анализ изменения тока возбуждения /у показывает, что этот ток также является

пульсирующим. Причем, характер пульсаций, в отличие от якорного тока, не изменяется при различных значениях углов опережения, а их величина достигает 20 ..25%, что указывает на необходимость учета этого фактора при исследовании ВД

Определители произвольного порядка для нахождения токов имеют конечное значение, и их вычисление может быть заменено с достаточной степенью точности вычислением конечных определителей ранга р, полученных путем выделения диагональных элементов центральной строки. При этом переход от определителя ранга р к определителю {р+\) уточняет значение определителя ранга р за счет компонент более высокого порядка малости.

Для определения числа удерживаемых компонент ряда необходимо оценивать величину ошибки конечных полиномов относительно периодических кривых изменения коэффициентов уравнений (1,6). Оценка проводилась с помощью равенства Парсеваля, определяющего среднеквадратичную ошибку усеченного полинома.

При использовании полной системы алгебраических уравнений достаточно остановиться на ранге 7-9 выделенного определителя. В этом случае для возможных режимов работы, числа фаз и частоты вращения относительная погрешность, вычисляемая как отношение разности определителей р+2 и р ранга к определителю р+2 ранга, находится в области 0.008-0.06.

В третьей главе рассматриваются вопросы, связанные с коммутационными процессами в мощных ВД при принудительном выключении силовых вентилей в УВК по типу инвертора напряжения, влиянием параметров обмоток якоря, возбуждения, коммутационных и токоограничиваюших цепей, а также законов управления углом опережения включения вентилей.

Электрическая структура ВД на коммутационном интервале для двигателя с принудительным выключением тока приведена на рис.За. Для сравнения на рис 36 дана структура цепи ВД с естественной коммутацией.

В случае принудительного выключения вентилей противоэде е"ск значительно больше, чем противоэ.д.с. е'ш (рис.4а,б) . Это означает и более интенсивный процесс спадания тока в выключаемой фазе, чем при естественной коммутации.

Более того, ВД с принудительным выключением вентилей может работать даже при запаздывающей коммутации (Д>>0), так как и в этом случае е/с>0 в момент переключения вентилей коммутатора.

Поскольку изменение параметров на интервале коммутации сравнительно невелико, им можно пренебречь, перейдя к системе с постоянными коэффициентами при неизвестных, которая может быть решена непосредственно операторным методом.

Рис 3 Схемы коммутационных контуров ВД при Рис 4 Диаграммы напряжений ВД при искусственной (а) и естественной (б) коммутации искусственной (а) и естественной (б) коммутации

Эти выражения позволяют вычислить изменение во времени коммутационного тока ц(() и тока возбуждения i/tj. Величина угла коммутации у определяется из условия ik~i„, что соответствует моменту запирания обратного диода в схеме управляемого коммутатора, изменению структуры электрической цепи и переходу ВД к работе на межкоммутационном ин гервале. По предложенной методике проведены расчеты угла коммутации на ПЭВМ для опытного образца ВД с номинальными данными Р2 = 4.5 кВт, п = 1500 об/мин и параметрами: т=3, Ял=1,52 Ом, ¿¿=0,0264 Гн, ¿,=0,019 Гн, ¿/=0,428 Гн, Мг-0,0761 Гн, Rj= 2.28 Ом, причем линейное напряжение на двух последовательно соединенных фазах якоря составляло 258 В, а на обмотке возбуждения — 22,8 В.

Анализ коммутационных процессов в УВК опытного образца с иофазной групповой коммутацией, проведенный в работе, показал, что самопроизвольное включение тиристоров происходит из-за очень высокой величины dU/dt, которая прикладывается к коммутирующим тиристорам при включении других вентилей преобразователя.

Рекомендуемая установка защитных DRC - цепочек ограничивает скорость нарастания напряжения на тиристоре. Однако, величина dUldt в значительной мерс определяется внутренним сопротивлением источника питания, и, если источник достаточно мощный, установка защитных цепочек без дополнительных мер оказывается неэффективной. В связи с этим в работе рассматривается и анализируется несколько схемных вариантов коммутирующих узлов (рис.5, 6)

Для уменьшения скачка тока через емкость С в схеме коммутирующего узла следует уменьшить соотношение что и может быть выполнено установкой всей

коммутирующей индуктивности ¿к непосредственно в цепи вспомогательных тиристоров KS1' и VS4'.

Переходные процессы в этой схеме при включении тиристора VS41 анализируются с использованием эквивалентной схемы замещения (рис.6). Она включает в себя два контура, поскольку коммутирующий конденсатор Ск шунтируется ключом К через индуктивность ¿"к и не может быть исключен из рассмотрения. Перед включением VS41 (замыканием ключа К) коммутирующий конденсатор Ск подготовлен к процессу выключения тиристора VS4 напряжение на его обкладках равно Uc(0), а полярность показана на рис 6 При работе УВК в режиме холостого хода ¿i=i'K+ ¿к!+ ¿l2; ¿г=¿//к; L= /Л+ i „1 В этом случае при нулевых начальных условиях, решая дифференциальное уравнение коммутации операторным методом, получим значения токов в контурах

Необходимо отметить, что при выборе коммутирующих элементов величины С„ и рассчитываются из условий коммутационной способности преобразователя, а не из значений динамических параметров используемых тиристоров При этом следует уменьшить соотношение Ьл и I", выбирая таким образом величину 1к2, чтобы при максимальной нагрузке снизить отрицательное напряжение на коммутируемом тиристоре.

Анализ результатов исследований показывает, что и сИЛск и максимальная величина напряжения ис„ очень мало зависят от внутреннего сопротивления источника г0. Даже при сравнительно большом го=0.5 Ом <№!& уменьшается только на 10-12%. ист - на 5-8%, причем большее изменение этих показателей соответствует меньшей величине индуктивности

Функция Л//Л=/(£) имеет гиперболическую зависимость и, начиная с некоторого значения I («30 мкГн), величина МЛН изменяется незначительно. Следовательно, в преобразователях с искусственной коммутацией нет необходимости устанавливать большие индуктивности, тем более что по ним протекает силовой ток нагрузки, и габариты дросселей возрастают.

Рис.5 Эквивалентная схема одной фазы УВК с Рис 6 Эквивалентная схема одной фазы УВК с коммутирующими дросселями в силовой цепи разделенными коммутирующими дросселями

Снижения скорости нарастания напряжения на тиристоре можно добиться увеличением емкости С. При этом возрастает ток через С и диод защитной цепочки ОКС. Поэтому параметры диода должны быть выбраны в соответствии с током ¡„ учитывая, однако, что длительность переходного процесса мала и составляет от 5 до 20 мкс.

Проведенные расчеты для различных параметров схемы рис.6 показали, что также как и в схеме рис.5 величина составляющих тока ¡с, напряжения Ис и скорости нарастания <ЛУ/<& практически не зависит от г0. Так при изменении г0 от 0 до 0,5 Ом, ток через конденсатор С и, следовательно, сНЛск уменьшаются на З...6% (для значения ¿2 от 30 до 70 мкГн и С от 0,5 до 2,0 мкФ.

Необходимо отметить, что в схеме с разделенными коммутирующими дросселями (рис.6) нет необходимости в применении конденсатора С большой емкости в отличие от схемы рис.5, так как уменьшение сИЛЖ незначительно, а ток через конденсатор С и диод КО увеличивается в 3.. 4 раза при изменении С от 0.5 до 2 мкФ.

Анализируя коммутационные процессы в этой схеме можно заметить, что две составляющие тока <ИЛЛ обусловлены наличием двух контуров: 1,С и ¿2СК, которые и определяют частоту изменения тока \НЦС = со,, 1Л//.2Ск = со2.

Изменение индуктивности практически не влияет на значения г'с и с11]1<к, в то время как увеличение ¿2 от 15 до 75 мкГн снижает эти значения в 1,3... 1,5 раза.

При изменении коммутирующей емкости от 10 до 20 мкФ ток /с и МЛ Л снизились на 30%, что при максимальной величине 27,5 В/мкс можно считать несущественным. Следует, однако, заметить, что в преобразователях меньшей мощности, использующих и меньшие по 14

величине значения емкости Сю требования к динамическим параметрам коммутирующих (вспомогательных) тиристоров должны быть выше.

Во всех отмеченных случаях составляющие тока и dUldt, определяемые контурами ¿1 С, имеют отрицательный знак, в то время как другие составляющие тока и dU/dt , определяемые контуром ¿2СК - положительны. Причем большую абсолютную величину имеют вторые составляющие, которые в рассматриваемой схеме рис.6 сравнительно малы. Следовательно, схема с использованием разделенных коммутирующих дросселей с точки зрения динамических параметров тиристоров более предпочтительна, чем схема без разделения дросселей (рис.5).

Проведенный анализ динамических характеристик схемы рис.6 показал, что при регулировании Ua могут возникать достаточно большие значения тока ic достигающего сотен ампер и dUldt, имеющего величину 100 В/мкс и более). В то же время ток этой составляющей протекает в направлении противоположном включению диода в защитной цепочке DRC, и, следовательно, ограничивается активным сопротивлением R. Тем не менее, к тиристору при этом прикладывается достаточно большая величина dU/dt отрицательного знака, однако такой режим УВК при регулировании напряжения Ua вполне допустим.

В схеме на рис. 16 (С=0.5 мкФ) скорость нарастания напряжения на коммутирующем тиристоре составила 180...220 В/мкс, а амплитудное значение тока конденсатора » 100А. В схеме с дросселями в силовой цепи инвертора (рис.5) скорость нарастания напряжения значительно ниже и не превышает 90... 100 В/мкс. Снизился и ток конденсатора, который составил « 60А. Заметим, что включение нагрузки лишь незначительно изменило величину и форму этого тока.

Еще большее уменьшение dUldt наблюдается при включении всей индуктивности в цепи коммутирующих тиристоров, согласно схеме рис.6. Здесь dUldt порядка 25 В/мкс, а ток конденсатора i равен 20А. Однако максимальное напряжение на тиристоре

увеличивается до двойной величины напряжения питания и поэтому, как уже было указано ранее, необходимо использовать тиристоры повышенного класса по напряжению.

В четвертой главе представлены результаты имитационного моделирования и функционального проектирования ВД с искусственной коммутацией.

В частности, уравнение электрического равновесия i-ой фазы ВДПМ: d / \ и. = -JtVV, + Г ,„ )+ »Д, где у/, = /Д +

у'т = -ЫмМMsm{a{) ПРИ /»= const■ ' (9)

При m законе коммутации питающего напряжения период работы инвертора можно разбить на число интервалов 2т, определяемых состоянием проводимости управляемых вентилей, а каждый интервал еще на два нодинтервала, обусловленных состоянием проводимости обратного диода, зависящего от направления тока коммутирующей фазы Из этих состояний можно выделить, например, для замкнутой обмотки якоря четыре структуры (рис.7). Интервалами для каждой из структур являются:

1 -й - коммутационный где ¿=0,1,2,3,....;

0 т 0 т

2-й - внекоммутационный ^ _ д + 2кл <,а<,-р + + ^

т ' т

3-й - коммутационный ^ | л(7к + 1) ^ ^ ^ ^ | л-(2* + 1)

4-й - внекоммутационный. т т

И -т+1

Рис 7. Эквивалентные схемы ВДПМ с замкнутой обмоткой »коря

Для этих структур составлены, с использованием аппарата переключающих функций, коэффициенты, описывающие топологию схем и коэффициенты, связывающие эти схемы с источником питания. Выражения некоторых из них приведены далее

01,1 + Рп + ЗГ , , <У|/ +

—-)-т иЛС-1—

2*

2к

-Л

2*

-)-т ни['

ш,( + Д0 -

2я

(10)

Переключающая функция с коммутационного на внекоммутационный интервал в этих

выражениях имеет вид

0,при <и,( < 7 + — л/, Ф 0 (л 12 *

т

, пж + „ / ч

1. при у + — < <ц,/ <;-— Л1к = 0 (л 12 = I,)

(И)

При переходе к системе контурных токов (рис.7) число неизвестных и уравнений модели можно существенно уменьшить.

Напряжение ¡-ой фазы обмотки якоря и уравнения токов в фазах через контурные токи, составленные по первому закону Кирхгофа для разомкнутой схемы обмотки якоря

и, =

2 и

—, I - 1, л ^ - 0 л 14 = 0

11 I т

— ,1 = 1, л ^ =1

—-,1 = |4 V (| = 1} л 1'к = 0 л 14 * 0) -~-,(1 = 1гл/^ = 0л14 - 0)у I = ¡з

--- ь л р к = \

2 2 * 21/

-у ,1 = 12 л = 0 л 14 * 0 0,1 * 1| А ! * 12 Л 1 * 1т Л 1 # 14

'<»»Л.1 = ЧЛ|4 = 0

0, 1, J * 1| Л I, J * I; Л I, J * 13

л|,.|*14

Используя (10... 12) в соответствии с эквивалентными схемами рис.7, можно представить дифференциальные уравнения для контуров обмотки якоря в канонической форме записи и решить их относительно неизвестных токов контуров.

Поскольку. ВД относится к электромашинно-вентильным системам с переменной структурой, то для задач анализа наиболее перспективен операторно-рекуррентный метод Он дает возможность уточненного анализа процессов, математически описанных разностными уравнениями с переменными коэффициентами.

Для рассматриваемой задачи граничные условия необходимые для уточнения угла коммутации запишем в виде:

СД0+„) = +о) = о; /пят(у ) = 4(0+0) = и§+о); цу_0) = /,(у+о) =... = ) = о.

Угол коммутации корректируем по результатам расчета, приравнивая к нулю следующее выражение А1 = /пиг (- ) - (0+о).

3 -О

Применяя операторно-рекуррентный метод, имеем на коммутационном интервале

- и [* + ¡Р**- + 'Л* + Ф - -\kpf- + [Ф + + ИЕ21.

На внекоммутационном интервале \.к + ~ ='.»,«М' + + +

По мгновенным значениям контурных токов с использованием уравнений связи (12) находятся мгновенные значения фазных токов, а по ним определяется мгновенное значение электромагнитного момента л.\ л., , |

2ш,м' Ж11 Л

Средние значения токов и момента находятся с использованием прикладных программ численного интегрирования.

Наиболее оптимальной формой распределения индукции в зазоре ВДПМ является трапеция, у которой длительность участка с линейным изменением индукции соответствуют углу, реальные значения которого составляют 15...50°. Индуктивности и взаимоиндуктивности цепей ВДПМ для этого случая

А/ = = Ьсоб—О -¡) + сГК(пх), т

(14)

а производные потокосцеплений и параметров

^ = ^ = ср-К(ац)- ~^ = -а>11„МмРТс[(п2). (15)

Переключающие функции в (14, 15) описывают трапецеидальные кривые.

Решение системы при трапецеидальном законе индукции в зазоре проводится изложенным ранее методом. При этом на операторном этапе переменные коэффициенты предполагаются постоянными, а при переходе к разностным уравнениям в расчет берутся их значения на текущем интервале (начальное или среднее).

Результаты расчетов для опытных образцов ВДПМ с параметрами 4, =0,017ГнД, =0,027Гн,Д = 1,10м,£Ц, =375рад/сек представлены на рис.8 -10.

Мгновенные значения фазных токов, полученные с помощью модели, адекватны результатам экспериментальных исследований макетных образцов и отличаются в

17

количественном отношении не более чем на 10... 15%. Такова же и оценка влияния угла опережения рй на характер изменения токов и длительность коммутационного интервала.

С помощью указанной методики можно рассчитать токи во всех элементах УВК, а усредненные значения использовать для расчета интегральных характеристик в программном комплексе проектирования и оптимизации ВД.

Для исследования квазиустановившихся процессов используется метод коммутационных функций.

При разомкнутой обмотке якоря на коммутационном и внекоммутационном интервале выражения для фазных напряжений при числе фаз т=3 будут иметь вид

я

cos—п

и. 3

2 я

=-и 3 cos-(и-2)

Vc я , cos — (л + 2)

Ли

3

cos—(2л-1) 6

cos-(2и-5)1 6 *

ЯГ

cos—(2и + 3) 6

(16)

Целочисленный аргумент коммутационной функции: для m-фазного ВД п - я, + F„, где и, = int

для трехфазного ВД

п=ц +F„

где

<ätt + ß0. я / т

F. =

П, = int

я73

1 п\я п

-\,а= --ß0

т

о >flV)tM_A ' т

причем р - дополнительная коммутационная функция, идентифицирующая состояние структуры.

С целью уменьшения числа дифференциальных уравнений, а также для исключения из

них периодических коэффициентов используется координатное преобразование к осям с1д,

вращающимся с частотой первой гармоники поля, равной частоте вращения ротора.

Решение полученной системы дифференциальных уравнений проводится численными

методами. Мгновенные значения тока питания находятся в результате обратных

координатных преобразований. Средние значения тока питания и электромагнитного

момента получаем с помощью численного интегрирования.

На рис.8 представлены мгновенные значения тока в фазе А при соединении обмотки

якоря опытного образца ВДПМ в треугольник при ш = 079 и Д,=0± —

24

Для ВДПМ с использованием операторно-рекуррентного метола построены мгновенные значения токов :д (рис 9), для различных значений угла включения вентилей УВК.

Разработанная математическая модель ВД позволяет при исследовании электромагнитных процессов ВДПМ учесть влияние продольной составляющей реакции якоря при синусоидальном распределении поля в зазоре и пульсации частоты вращения.

Учет пульсации частоты вращения практически не изменяет угла коммутации в диапазоне относительных скоростей 0,65-0,75 и увеличивает его приблизительно на 3-5%, д=0 в диапазоне относительных скоростей 0,75-0,95. При учете указанных факторов в

зоне изменения относительной частоты вращения ротора 0,75-0,85 Ду «15%;

А1,АМ =! 0 И 7% ■ Зона изменения относительной частоты вращения ротора при

постоянном напряжении питания и нейтральной коммутации составляет 0,71-0,96. Увеличения ее можно достигнуть регулированием угла Д0 в зоне опережающей

коммутации, уменьшением величины разности индуктивности по продольной и поперечной 18

осям и уменьшением величины отношения индуктивного к активному сопротивлению. Учитывая, что серийные промышленные электроприводы работают в широком диапазоне частот вращения, приведем мгновенное значение электромагнитного момента и частоты вращения в ВДПМ при номинальном моменте статической нагрузки и аГ = 0,08 (рис. 10).

При низких частотах вращения среднее значение м практически не зависит от величины разности продольной и поперечной составляющей индуктивности обмотки якоря.

Рис 8. Мгновенные значения тока в фате (о е )для т=3 и замкнутой обмотки при опережающей, нейтральной и запаздывающей коммутации

Рис.9 Мгновенные значения тока в осях ¿д для разомкнутой обмотки при опережающей (а), нейтральной (б) и

запаздывающей (в) коммутации

Рис.10. Мгновенные значения частоты вращения(1), и электромагнитного момента (2)

К | /х1

1 0

С изменением угла Д, от значения до 0 угол коммутации уменьшается на 8%,

среднее значение тока уменьшается на 2%, а среднее значение электромагнитного момента и его пульсации практически не изменяются. Анализ кривых момента показал, что для случая = пульсации электромагнитного момента и частоты вращения, зависящие

только от пульсаций тока , составляют соответственно ± 26% и ± 37 %. Если же ф I , то происходит снижение пульсаций соответственно до +13,%; -15,3% для момента и +32,2%; -21,7% для частоты вращения. Это объясняется как снижением пульсаций тока ¡У , так и сглаживающим действием параметрической составляющей электромагнитного

момента, определяемой неравенством Ь^ и Ь^.

Особенности проектирования ВД с электромагнитным возбуждением заключаются в том, что при известных геометрических размерах магнитной цепи, а также заданной частоте вращения и напряжений на фазе ВД производится расчет обмоточных

19

данных якоря, поверочный расчет магнитной цепи и определение обмоточных данных ротора. Угол опережения включения Р задается при этом из необходимости обеспечения cos0»=l в процессе работы ВД и может быть в пределах р= от 15 до 35 эл.град., тогда число эффективных проводников якоря 60аЕ

nHpa'xl'Bs cos Р'

Мйд =______0» причем = 0,8-0,82-

(17)

В каждой момент времени в электрома1ншном процессе участвуют только две фазы обмотки якоря, т.е. используется 2¡т витков обмотки Таким образом, можно считать, что при одинаковых конструкциях ВД и МПТ

, 1т Я* (18)

Некоторые особенности учета реакции якоря при проектировании ВД и расчете обмоточных данных индуктора обусловлены тем, что сильное размагничивающее действие реакции якоря в вентильном двигателе вызвано действием как поперечной составляющей м.д.с, так и продольной составляющей из-за ее различных значений в начале и конце интервала постоянства структуры ВД. Для определения рабочей точки на кривой намагничивания машины необходимо рассчитать суммарную м.д.с. реакции якоря

F =F +F (19)

яр xpd 1 xpdq'

По сумме м.дх проводится расчёт дополнительной стабилизирующей обмотки, расположенной на полюсах индуктора и включённой в цепь якоря.

Изменение взаимного положения осей обмоток якоря и возбуждения в пределах межкоммутационного интервала обуславливает появление переменных составляющих потока якоря по продольной и поперечной оси машины.

Поскольку ВД средней и большей мощности работают обычно с опережающими отрицательными углами /?0, то продольная намагничивающая составляющая +Fad получается больше чем размагничивающая -Fad Однако и в этом случае, как это следует из анализа, происходит размагничивание машины. Причём чем меньше /?0, тем меньше -Fad и возможен случай, когда продольные переменные составляющие создадут некоторое подмагничивание. Однако выбирать режим работы ВД с большими опережающими углами /0О всё же не следует, так как в целом использование машины снижается

В ходе расчета рабочих характеристик с учетом насыщения магнитной системы по продольной и поперечной осям, определяется м.д.с по продольной оси в конце и начале интервала постоянства структуры ВД. Для начала интервала м.д.с по продольной оси будет представлять собой сумму двух составляющих

(20 )Fm = FI-Fyd„ где Fnd\ -продольная составляющая м д.с. реакции якоря,

1 я л (21)

причем ^ = ~ COS2Sm(6 " Р)

Аналогично может быть определен поток при номинальной нагрузке для конца интервала постоянства структуры. По значениям f^Harl и Гянаг2 соответствующим найденным значениям потоков Фянаг1 и Фянаг2 определяется м.д.с. по продольной оси при нагрузке у +с

г- _ яиш\ ' яиаг!

Виг -—-■ (22)

а затем и суммарная м.д.с. реакции якоря

F,P r; (23)

Исходя из этого значения м.д.с находится резулыирующий ногок при нагрузке, а также при заданном угле опережения включения определяется частота вращения и все остальные переменные, характеризующие режим работы ВД. 20

По результатам расчетов строятся механические, рабочие и регулировочные характеристики, а также уточняется значение номинального тока якоря, мощности и момента, исходя из соотношения переменных и постоянных потерь. Кроме того, определяются данные для построения искусственных характеристик.

Каждая гамма характеристик просчитывается для заданного значения угла опережения включения вентилей УВК /5, который в ходе расчета изменяется с определенным шагом А/3.

При этом диапазон регулирования угла охватывает зоны запаздывающей (/£Ю), нейтральной 0=0) и опережающей коммутации (^<0).

Разработка различных модификаций вентильных двигателей требует создания компонентов гибкой автоматизированной системы проектирования, позволяющей получать решения при учете различных факторов: имеющихся материалов, существующего технологического оборудования, наличия базовых типоразмеров и других.

В диссертационной работе используется синтез, основанный на сочетании поверочных расчетов с оптимизирующей процедурой и использующий в качестве варьируемых параметров конструктивные размеры ВДПМ.

Задачи оптимального проектирования ВД естественно рассматриваются как многокритериальные, а проектные процедуры имеют характер эвристического итерационного процесса: рассматриваются различные варианты, оцениваются результаты, уточняется постановка задачи, которая вновь решается и анализируется.

В качестве частных критериев, например, можно принять кпд или такие удельные показатели, как статическую и динамическую добротности.

г> п <24>

ЫСТ г-, > дни ~ , >

где Мн, Мпу« - номинальный и пусковой моменты; Сщц - масса постоянных магнитов; ./ - момент инерции.

Другая отличительная черта предлагаемого подхода к проектированию -систематический просмотр многомерных областей. Для этих целей применяются ЛПг-последовательности с высокими характеристиками равномерности. В соответствии с этим выбираются N пробных точек Ли...Ац равномерно расположенных в пространстве параметров С. В каждой из точек А, рассчитывается модель ВДПМ и вычисляются значения всех критериев 11(А])...7.,к(А1). По каждому критерию составляется таблица испытаний, в которую включены значения ^(Л,)...2ХАЫ) с указанием их номеров.

~ Т3"качёствё вводных, автоматически варьируемых координат пространства параметров, используются, например, относительные величины, характеризующие геометрию активной

части ВДПМ: д* - воздушный зазор; ¿1' - диаметр вала; а . ОС - коэффициенты

в М ' п

полюсного перекрытия магнита и наконечника; И'м, Кн - высота паза, магнита и

полюсного наконечника; \ - относительная длина магнита; д* - технологический зазор,

- коэффициент, определяющий положение точки отхода прямой магнитного возврата; -коэффициент, равный отношению номинальной скорости к скорости холостого хода

Задаются параметрические ограничения (диапазон изменения параметров). В условия задачи также включаются такие функциональные ограничения как температурные М°0„ ¿100°СИЛИ связанные с электромагнитными нагрузками, например ограничением

индукции во втулке ¿¡^ < 197^ и другие. Вводятся критериальные ограничения и отыскивается множество допустимых точек Д удовлетворяющих всем вышеназванным ограничениям и такую оптимальную точку А что

где 2,(А)~ обобщенный критерий качества.

Использование системы предоставляет эволюционный процесс, поскольку она является открытой Ее обновление и дополнение осуществляется на основе новых представлений при идентификации математических моделей ВД. С помощью данной системы выполнены проектные расчеты различных типоразмеров ВДПМ.

Модульная структура является наиболее удобной с точки зрения размещения данных, разработки программ и расчета. Кроме того, модернизация и расширение функциональных возможностей отдельных модулей осуществляется практически без изменения остальных.

Программный комплекс содержит модули первого, второго и третьего уровней, вспомогательной, подготовительной и основной групп. Подпрограммы основной группы обеспечивают полный расчет, включая расчеты магнитных проводимостей, обмоточных данных якоря, его параметров, характеристик, потерь и теплового состояния ВДПМ.

Подпрограммы, относящиеся к вспомогательной группе, служат для осуществления выбора в меню, оформления расчетного формуляра.

Подпрограммы, относящиеся к подготовительной группе, обеспечивают расчет внутренних переменных, необходимых для взаимосвязи модулей, обращения к базам данных, аппроксимации, построения характеристик и диаграммы магнита.

Один из основных принципов, заложенных в методе поиска решения, связан с использованием «прямой модели», имитирующей реальный ВД, и организацией на ней цикла проектирования Процесс синтеза параметров на этой модели представляет собой серию направленных экспериментов, причем за один цикл проектирования осуществляются расчет выходных показателей путем моделирования, проверка одного набора варьируемых параметров (вектора в пространстве варьируемых параметров) и выбор нового вектора, если предыдущее решение не удовлетворяет заданным критериям Алгоритм дополнен правилом выбора из теории принятия решений. Разработанный программный комплекс проектирования ВДПМ дал возможность рассчитать различные варианты конструкции ВДПМ: с радиально намагниченными магнитами при наличии полюсных наконечников и без них, с тангенциально намагниченными магнитами, с коггеобразными полюсами. При этом диапазон мощностей рассчитанных вариантов составляет от 100 Вт до 10 кВт; диапазон напряжений от 30 до 300 В.

При расчете начальное значение к.п.д. ВД может быть принято таким же, как у коллекторной МПТ. Диаметр якоря можно принять на ступень меньше, чем у соответствующих коллекторных двигателей, что позволяет улучшить использование активных материалов. Коэффициент расчетной полюсной дуги может быть увеличен до 0,8; число пар полюсов выбирается по ближайшему из рекомендованных значений для коллекторных машин, имея в виду верхний его предел; плотность тока в обмотке якоря приблизительно в 1,5 раза больше, чем у МПТ.

Расчеты различных вариантов ВДПМ указывают на связь максимума КПД и угла опережения Большей разности магнитных сопротивлений по продольной и поперечной

осям ротора соответствует больший угол р , при котором начинает сказываться

уменьшение КПД При малых /?0 уменьшение противо-ЭДС практически компенсируется

ростом параметрической ЭДС и ток якоря не изменяется. При больших ро (опережающих

или запаздывающих) уменьшится поток, участвующий в создании противо-ЭДС. Это уменьшение преобладает над ростом параметрической ЭДС, из-за чего ток якоря увеличивается, а к.п.д. ВДПМ падает.

По результатам расчета вариантов ВДПМ с радиально намагниченными магнитами без полюсных наконечников определены зависимости статической и динамической

'ha:' i ' т ///s //Як. ! ......

>J

* ---j •er---

s ~ Г " -1--------------- —,—i-

0 07 0,09 IN 013 Ol« 0.17 0.1» 0Л <U3 0M „,, 0]J ц„

Рис. 11 Влияние относительной высоты магнита на статическую (а) и динамическую (б) добротность, 5.„ooov 2-5'-о.оо9, з -6>=o,oi 1

добротности, КПД, массы магнитов от относительной высоты магнита при различных относительных величинах воздушного зазора и одинаковых остальных геометрических размерах. Результаты расчетов приведены на рис 11,12.

С ростом относи! ельной высоты магнита от 0,08 до 0,22 кратность пускового момента увеличивается в 4,5 раза 11ри фиксированной высоте магнита с изменением относительной величины воздушного зазора в 1,5 раза кратность пускового момента изменяется в 1,45 раз. Вместе с тем при изменении о гное отельной высоты магнита в тех же пределах КПД имеет тенденцию к некоторому снижению (примерно на 2%).

Вне зависимости от величины воздушного зазора при указанном ранее диапазоне

изменения относительной высоты магнита его масса увеличивается в 2,84 раза. Статическая

добротность ВДПМ при тех же условиях уменьшается в 2 раза, в 8,8 раза. При стремлении к малые значения относительного /,р,ам,5'' могут

01)7 0,09 0 31 0,13 0,15 017 0,19 0,21 0J3

007 01W 0,11 Й.1Л О/Л 0,17 0,19 051 6)

Рис. 12 Графики зависимостей КПД (а), массы магнита (б) от его относительной высоты

использоваться

тогда как динамическая добротность возрастает минимальным размерам ЭМП желательно иметь воздушного зазора. Для конкретного выбора экономические подходы, обеспечивающие компромисс между ростом размеров машины и снижением объема магнитов.

Расчеты ВДПМ показывают, что у относительно более длинных машин использование меди обмотки якоря выше, чем у коротких и они получаются более экономичными. Кроме того, уменьшение диаметра расточки статора приводит к уменьшению махового момента и улучшению динамических параметров машины и пусковых характеристик. Однако при этом ухудшаются условия охлаждения и возрастает реактивное сопротивление секций якоря, что приводит к затягиванию коммутационных процессов.

При изменении относительной высоты магнита в тех же пределах кпд имеет тенденцию к некоторому снижению (примерно на 2%).

Содержанием пятой главы является исследование динамики значительных возмущений и малых отклонений вентильного двигателя постоянного тока, вывод и анализ передаточных функций (ПФ) и переходных характеристик, анализ факторов, влияющих на характер переходного процесса и быстродействие.

Вентильная машина типа постоянного тока в режиме малых отклонений приобретает свойства идеального электромеханического фильтра, пропускающего переходные токи и напряжения, обусловленные постоянными составляющими параметров.

Для наиболее общего случая машинно-вентильной системы при учете только постоянных составляющих параметров уравнение динамики обобщенной модели запишется в виде: '

О М?р+в.М? +

*а+<га= + Л0>'+ ° 2

U

и

f

<р

rf + Lfp

7

(26)

Математическая модель динамического режима должна быть дополнена уравнением

механического равновесия (уравнением движения

9

joropa)

(27)

2 ст д<р

а также уравнением, определяющим пространственную координату эквивалентной физической нейтрали ( \

(28)

Здесь [£,°|- матрица коэффициентов само- и взаимоиндуктивности, которая содержит коэффициенты при трансформаторных э.д.с. в контурах двигателя, а матрица

коэффициентов при э.д.с. вращения получается из последней путем дифференцирования по яр""р' [^.¿р]

Используя символические преобразования, метод подстановок и вводя относительную форму записи, получим передаточную функцию по управлению

Í ж/0 ] -

( \

V * W* f Л / / />+1 д-м ¿i

в = Г Т.Т..-Г /1

a f U af fa М

(ВрЪ +C'p2+D'p)

—Í--I +1 КО aj

AU»f "J M!» MI0 Ь°

f Y. En En ¿

Г= 7 +Г, ГГ..—*z + TJT..—SL-U..-2-, l" f " M й f M 0'

0' = '., +Г. + Г ,-2—Г.. —%

Здесь Ад - динамический коэффициент передачи двигателя "

(30)

1 1 а Í 1

<г м Ео КО а)

Г = а

L, + ¿ |cos2 Ж+1? cos2Bn + L-

И от а 0 Ф-

электромагнитная постоянная времени якоря;

г /

'у -электромагнитная постоянная времени обмотки возбуждения;

УЛ

А/ '

T _ aj O j _ af O - постоянные времени, учитывающие

af R ' fa Rr o f

взаимоиндуктивную связь якоря и индуктора при Д^О.

Выражение для передаточной функции (30) показывает, что при работе двигателя в диапазоне отрицательных углов опережения включения статическая устойчивость соблюдается во всех режимах и ограничивается лишь коммутационными факторами.

В области положительных углов Д> двигатель работает устойчиво лишь при я. , т.е.

£

cos/Ví >0™2¿O sin2/L/° a

20 af f 20 a a

Передаточная функция при возмущающем воздействии - моменте нагрузки на валу

может быть получена из линеаризованной системы при условиях

Ат *0' AU AU Л? = 0 и ПРИ переходе к относительной форме записи имеет ст а' /' р

вид

we(P) = -ke

(Т г,-1 a f

TafTfah +

Е Е

Т +7Ч + Г , -\-Т. -Яг а / * AU* * ли° f "

P + I

ли0

£ (р) (31)

В работе получено также выражение ПФ ВД при управлении напряжением на обмотке возбуждения, что дает возможность проанализировать динамику в малом и по этому контуру.

Как указывалось, полностью управляемый вентильный двигатель включает в себя также канал регулирования по углу опережения включения р Система управления позволяет регулировать время задержки или опережения включения сигналов с датчиков положения ротора (ДПР) на управляющие электроды вентилей коммутатора Регулированием р в некотором диапазоне можно осуществить стабилизацию частоты вращения, добиться постоянства потребляемой двига гелем мощности, обеспечить устойчивую коммутацию в заданном диапазоне частот вращения и нагрузок

Структурные формулы, полученные при анализе динамики малых отклонений вентильного двигателя постоянного тока с явно выраженными полюсами индуктора и коммутатором с принудительным запиранием вентилей, указывают на качественную связь между характером действия реакции якоря, режимом по возбуждению и степенью статической устойчивости машины и, в частности, на ограничение диапазона углов регулирования УВК. Особый интерес в этом отношении представляет реактивный режим, при котором статическая устойчивость определяется коммутирующей способностью вентилей и углом запаздывания включения.

В результате использования линейной математической модели получены все важнейшие передаточные характеристики В Д.

Для оценки динамических свойств ВД исследовалась его реакция на единичный скачок управляющего воздействия - напряжения на обмотке якоря в условиях постояшюго угла опережения включения /?0

В процессе анализа варьировалась также величина индуктивности дросселя и момента инерции ВД и рабочего механизма.

Анализ характеристик свидетельствует о значительном влиянии на вид переходного процесса «в малом» угла опережения включения вентилей УВК.

Действительно, инерционность, вносимая в основной контур регулирования ВД, за счет электромагнитного взаимодействия контуров якоря и индуктора увеличивается при возрастании сдвига осей поля возбуждения и эквивалентной якорной обмотки. Это затягивает переходный процесс и демпфирует колебания скорости ротора вблизи установившегося значения.

В качестве общих показателей качества переходного процесса целесообразно использовать в данном случае такие характеристики как длительность переходного процесса (гв), максимальную величину динамического выброса (от) в разомкнутой

системе, колебательность^) процесса (рис.13).

Индуктивность якорной цепи и маховый момент привода оказывают обычное демпфирующее воздействие на электромеханический переходный процесс. Характер изменения кривых скорости и момента при управлении по цепи возбуждения также определяется углом опережения включения р.

В целом закономерность влияния р на быстродействие сохраняется такой же как и

при управлении по якорю, но выражена слабее, что, очевидно, объясняется большой индуктивностью контура возбуждения. Быстродействие по обоим контурам, в отличие от двигателя постоянного тока, одинаковое, поскольку кроме параметров контуров на него влияет взаимоиндуктивная связь между ними.

Полученные в работе выражения передаточных функций для ВДПМ по управлению напряжением на обмотке якоря и возмущающему воздействию в виде наброса статического момента на валу машины по виду аналогичны ПФ коллекторного двигателя постоянного тока. Однако в параметры в выражениях ПФ зависят от угла /?0 опережения включения вентилей УВК.

Следует заметить также, что параметры ПФ учитывают закон распределения индукции в воздушном зазоре, характеристики и состояние постоянного магнита. Как указывалось ранее, Г1Ф по углу опережения включения вентилей преобразователя /?0 является характерной лишь для ВД, поскольку система управления позволяет изменять /?0 в процессе работы машины. При «набросе» /?0 частота вращения ю машины снижается, а при «сбросе» наоборот возрастает.

Действительно, при одном и том же токе нагрузки частота вращения ВДПМ ниже при запаздывающих углах, чем при опережающих. Это является следствием того, что при опережающей коммутации происходит размагничивание машины полем реакции якоря, а при запаздывающей коммутации - намагничивание. Однако, для ВД с возбуждением от постоянных магнитов это влияние меньше, чем для ВД с электромагнитным возбуждением, так как проницаемость магнита близка по величине к магнитной проницаемости воздуха.

Результаты анализа переходных характеристик ВДПМ приведены на рис 14. В результате исследований установлено, что динамические свойства ВД с возбуждением от постоянных магнитов как объекта управления могут быть описаны передаточными функциями, которые на порядок ниже, чем при электромагнитном возбуждении

Зависимости изменения динамических параметров и показателей в функции этого угла имеют существенные особенности для конструкции роторов с обмоткой возбуждения, и с постоянными магнитами при неявно- (НЯГТЗ) и явно выраженной полюсной зоне (ЯПЗ).

1 т(1 о]

/ ✓

/ /

- гЧ" 1ст

- /

/

\ N

к

V к -

-- л * н

N ч

N N

ч \

а

ч

60 0. фи

Рис. 13 Зависимости динамических показателей от угла Д>

О _7Т _7Т 7Г_ (3. зи. ри

12 6 4

Рис 14 Зависимости времени переходного процесса т от угла опережения Д>

В шестой главе рассмотрены математические модели ВД с учетом дискретности изменения структуры УВК, сочетающие методы анализа ВД как импульсной системы и классический принцип припасовывания решений на интервалах постоянства электромагнитных структур. Указанный подход позволяет получить некоторые весьма важные критериальные зависимости, характерные как для процессов функционирования в квазиустановившемся режиме, так и процессов управления при импульсных воздействиях. Эти зависимости дают возможность оценить качество функционирования и управления в замкнутой системе автоматического регулирования на основе анализа таких характеристик как амплитуда пульсаций юка, момента и частоты вращения в функции параметров и в зависимости от режима работы ВД.

Если считать, что при трапецеидальном законе изменения индукции угол спада индукции в зазоре мал по сравнению с периодом дискретности или, при широтно-

импульсном законе управления, меньше периода несущей частоты, то можно считать такой закон предельным случаем трапеции - прямоугольником

Для указанного закона изменения индукции в зазоре с учетом постоянства противо-э.д.с. в пределах рабочего и коммутационного интервалов составлены уравнения электрического равновесия, после интегрирования которых и представления выражения для тока ¡ки(0 в виде решетчатой функции аргумента п, можно перейти к разностному уравнению и записать его в изображениях в соответствии с дискретным преобразованием Лапласа для решетчатых функций ф-преобразованием).

Переходя затем к оригиналам с использованием формул обратного перехода и смещенных решетчатых функций, получим выражения для токов в любой момент времени на любом тактовом периоде работы ВД I = п + с.

Максимальное и минимальное значение пульсирующего тока в динамическом режиме определяются, исходя из условий

РИ

4 ' 1е = 0 РИЧ ' шш

(32)

е = Г0 "'кИ^О^'тах'

тогда пульсации тока якоря Аг =1 -;

тах тт'

Для установивше! ося режима (32) и (33) преобразуется с учетом

'ки(",')при л-

'ки("''' = 'кИ<Я,')При" *

того, что

- /17 при П -> СО

(33)

(34) 27

Определены условия для критических углов коммутации, при которых пульсации тока в эквивалентной якорной обмотке будут наибольшими.

Увеличение же СО до а> —> 1 обращает угол у к в 0 , т к. в этом случае при частоте

вращения, близкой к частоте идеального холостого хода, коммутируемый ток фазы близок к нулю, а сам процесс коммутации происходит практически мгновенно.

В квазиу становившемся режиме пульсация частоты вращения ограничивается предельным значением, поэтому при анализе электромеханических процессов в ВДПМ необходимо выяснить, как зависит эта величина от параметров электрической машины и УВК. Исследование квазиустаповившегося режима проводилось в предположении постоянства частоты вращения (¿э^сопЛ). На самом же деле, ввиду периодичности изменения структуры УВК а + До>(1),

где Лш(1)"есть некоторая периодическая компонента частоты вращения.

Для квазиустановившегося режима была проведена оценка влияния длительности коммутационного интервала и дискретности перехода от одной структуры к друюй на пульсации частоты вращения установившегося режима, при учете постоянства противо-э.д.с. в пределах рабочего такта и трапецеидальном законе изменения индукции в зазоре. Результаты исследований показаны на рис 15 и рис.16. На рис.15 кривая 1 показывает зависимость нормированного коэффициента неравномерности 2АШ для

Ли - --

ук = 20° элл-рад или ук =0,33, а кривая 2 - допустимые значения для электроприводов

технологического оборудования. Из анализа кривых следует, что при снижении о) ниже 0,2 уровень пульсаций становится недопустимым и увеличивается с уменьшением Ш-

В целом следует отметить, что на частотах вращения не удовлетворяющих условию теоремы Котельникова необходимо учитывать дискретную смену структур на рабочем и коммутационном интервалах, особенно в области нижнего предела диапазона регулирования. Увеличение длительности коммутационного интервала ведет к увеличению пульсаций частоты вращения в квазиустановившемся режиме на низких частотах вращения. На высоких же частотах вращения вблизи идеального холостого хода и при малой нагрузке ук» дискретность изменения структур практически не влияют на пульсации частоты вращения.

у . VI

Рис 15 Зависимость коэффициента Кн от частоты вращения при

У к = 0,3(20° эл)' *-Кт{с5)

Рис 16 Зависимость коэффициента Кп от угла ук при

1-й? = 0,1.2-0=1 3-КНкр

Коммутатор ВД может рассматриваться как импульсный элемент (ИЭ) осуществляющий периодическое подключение фаз ВД к питйощей сети с периодом ж!т

Реальный ИЭ может быть представлен в виде последовательного соединения идеального ИЭ, выдающего на выходе идеальные мгновенные импульсы, и формирующего элемента, преобразующего эти импульсы в импульсы, соответствующие выходным импульсам реального ИЭ. ПФ формирующего элемента может быть найдена как изображение по Лапласу от импульса на выходе реального ИЭ

В работе рассмотрены передаточные функции и переходные характеристики ВДПМ с учетом дискретности УВК при управлении напряжением на обмотке якоря.

Переход к относительному времени осуществлен путем замены комплексной величины р на а / у при этом структурная схема двигателя приобретает следующий вид 4 П

По структурной схеме определена общая ПФ приведенной непрерывной части системы. Дискретная передаточная функция через О - преобразование приведенной непрерывной части = ^ [ общ пр^} ' (35)

где £ - фиктивный параметр смещенной решетчатой функции.

Рис.17 Структурная схема ВДПМ в изображениях по D-лpeoбpaзoвaнию Лапласа "мш^ "гпр^- ПФ на межкоммутационном и коммутационном интервале

В работе с использованием структурной схемы, приведенной на рис.17, получены различные передаточные функции ВДПМ с учетом дискретности УВК В общем случае переходная характеристика может быть определена при помощи обратного модифицированного 2 - преобразования изображения переходного процесса

Величину реального времени можно представить как ' = пТ + £Т. Обратное преобразование определяется с помощью интеграла

Х[п,е] = — | X*(37) 2я/ г г

где Г - контур интегрирования в плоскости, охватывающей все особые точки подынтегрального выражения. Используя вычеты, можно получить

к

Х[п,е]= I Ле^ *(г)*1У*(2,е)2"~Ч , (38>

1 г ' 2К | г - IV

где го = е^^ - полюсы функций, стоящих под знаком обратного преобразования.

При воздействии типа скачка выражения переходных характеристик можно

записать в виде:

» к » г"

IV (1,е)+ тАг,е)——|

0<£<.\-у

' V

о = 1 ^ 1

1 -У <,£ < 1 ' К

(39)

По полученным выражениям рассчитаны переходные характеристики для двух опытных образцов - ВДПМ с полюсными наконечниками и ВДПМ без полюсных наконечников.

При выполнении условия, следующего из теоремы Котельн Якова, ВДПМ может быть с достаточной степенью точности представлен как непрерывная система с эквивалентными параметрами Кдм=К01{\-7к) + Кат7- Т, экв = Т,(\-7к) + Т,шГк, {щ

где Ка, Кдк, Г(, Т1Ш - коэффициенты передачи и постоянные времени рабочего и

коммутационного интервалов соответственно.

При невыполнении указанного условия переходные характеристики и области статической устойчивости необходимо определять с использованием теории дискретных систем по эквивалентной схеме, показанной на рис.17. На рис.18 показаны зависимости эквивалентных постоянных времени и коэффициентов передачи, рассчитанных с использованием (40) в функции угла коммутации у С ростом длительности

коммутационного интервала электромагнитная постоянная времени увеличивается, а электромеханическая снижается Поскольку электромеханическая постоянная времени намного больше электромагнитной постоянной времени, то именно она и оказывает определяющее влияние на показатели качества переходных процессов.

На рис.18 представлены зависимости времени переходного процесса гот угла коммутации. С его увеличением до 20 эл. град, время процесса снижается на 15 20 %.

На низких частотах вращения необходимо учитывать дискретность УВК. На рис.19 представлены зависимости времени переходного процесса Т от угла коммутации у для

различных частот вращения, рассчитанных по выражениям (39) Если при (0Щ - ] о время Т практически совпадает с расчетами по ПФ с эквивалентными параметрами во всем диапазоне изменения у (рис.19), то на низких частотах вращения происходит некоторое

снижение быстродействия за счет влияния дискретной смены электромагнитных структур С ростом полосы пропускания электропривода с ВДПМ, согласно теореме Котельникова, влияние дискретности увеличится.

По приведенной методике рассчитаны также переходные процессы ВД с искусственной коммутацией на базе синхронной машины и с электромагнитным возбуждением.

в 5 1« 15

Рис 18 Зависимости эквивалентных постоянных времени и коэффициентов передачи от угла коммутации у

времени Т от угла

Рис.19 Зависимости переходного процесса коммутации у для различных частот вращения с учетом дискретности

-ф = 1,0 --ш* =0,1

В седьмой главе рассматриваются особенности регулирования частоты вращения ВД с электромагнитным возбуждением и с возбуждением от постоянных магнитов при широтно-импульсном регулировании, а также при широтном регулировании (ШР) напряжения на якоре, обеспечивающем минимальные потери в вентильном коммутаторе в условиях постоянства угла управления. Значительное внимание уделено синтезу квазинепрерывной САУ частоты вращения электропривода с вентильным двигателем.

Кривую напряжения при ШИР можно представить в виде гармонического ряда

Г--00

О

(41)

л т£ г*°

■иа

гж

2 я гх 2

где О- частота основной гармоники переменной составляющей напряжения,

' У" I

/а> - кратность частоты переключений является определяющей для частоты

- скважность управляющих импульсов; ' Постоянная составляющая напряжения вращения и момента двигателя. Изменением скважности можно регулировать ее величину, задавая, тем самым, режим работы двигателя. Анализ выражения (41) показывает, что с уменьшением скважности постоянная составляющая напряжения изменяется прямо пропорционально т.

Поскольку при ШИР частота переключений, как правило, значительно выше, чем максимальная частота вращения двигателя, при достаточно большой величине постоянной составляющей напряжения гармонические составляющие тока якоря, вызванные

переменными составляющими напряжений (где «=1,3,5,... оо ) оказываются

пренебрежимо малыми в сравнении с постоянной составляющей тока якоря и их влияние на работу двигателя незначительно.

Проведенный анализ показывает, что при ШИР ток якоря и возбуждения ВД может содержать составляющие комбинационных частот, а одно из частных решений системы дифференциальных уравнений двигателя (I), если правая часть этой системы представляет собой периодическую функцию вида (41) следует искать в виде:

00 I

00 I

5 = -СОК -\П = 1

I у " «»[(лЛ ± 8кв)1 < <р5ауп1

(42) 31

5*0

В процессе регулирования уменьшение и°а повлечет и соответствующее снижение

г»

1а , в то время как величина переменных составляющих тока может и увеличиться.

В цепи возбуждения имеют место трансформаторные э.д.с. частоты (кв ± £>), под действием которых протекают токи соответствующих частот. Дальнейшее взаимодействие этих токов обусловит возникновение э.д.с. и токов частоты{2кв±0)...(8кв± О), где

5 = -<»... + оо.

Наличие токов возбуждения частот (БкО±П) приведет к появлению э д.с. вращения в цепи якоря, в результате чего гок якоря в своем составе также будет иметь составляющие частоты (Бкв ± О).

Вторая и последующие гармоники приложенного напряжения обусловят возникновение токов в якоре и индукторе частоты (Бкв ± 2/2) и (БкО ± пП), где «=1,2,3____

Для того, чтобы определить порядок убывания гармонических составляющих токов

, и необходимое число рекуррентных уравнений, можно воспользоваться

аналитическими выражениями для токов при нулевом (5=0) приближении решения выделенных определителей, поскольку именно нулевые составляющие периодических коэффициентов являются определяющими при решении систем произвольно!« порядка.

Анализ выражения для переменных составляющих тока якоря

7Ш %тпят

I" = (-1)"--п--(43)

а ппиптй ++Я

показывает, что с увеличением номера и характер убывания гармонических составляющих тока достаточно сложен и неоднозначен для различных углов регулирования скважности широтно-импульсного сигнала г.

При значительных нагрузках на валу двигателя, как первая, так и высшие гармонические составляющие тока имеют относительно небольшое значение во всем диапазоне изменения г, если ^>"8. - -

Однако, величина переменных составляющих тока якоря в значительной стенени зависит и от частоты переключений Д причем при достаточно больших частотах высшие гармонические токов становятся пренебрежимо малыми, относительно постоянной составляющей.

Характер изменения первой гармонической тока якоря в зависимости от кратности частоты переключения 4 Для различных значений скважности г и нагрузок на валу двигателя свидетельствует о том, что если нагрузка двигателя мала, то пренебрежение первой гармонической уже не может быть допустимо даже при ^=10. Причем наибольшую величину эта гармоника имеет при г =0,5, что обусловлено максимальным значением первой гармоники приложенного напряжения.

Вторая и последующие гармоники становятся незначительными при £>8 во всем диапазоне изменения нагрузки и угла регулирования г. Однако, например, при сбросе нагрузки учет только постоянной составляющей может оказаться недостаточным и в этом случае следует учесть ещё и первую гармонику переменного напряжения, тем более, что внутри диапазона регулирования при г =0,5 амплитудное значение первой гармоники тока может достигать 30% от постоянной составляющей.

При решении системы дифференциальных уравнений (1) она распадается на две системы алгебраических уравнений произвольного порядка, из которых могут быть определены комплексные амплитуды составляющих тока якоря и возбуждения

При этом одна из этих систем позволяет определить составляющие тока частот Б9, вызванные постоянным напряжением на якоре, вторая - составляющие тока комбинационных частот, (!2± ), вызванные первой гармоникой питающего напряжения.

Одним из наиболее важных моментов при решении второй системы уравнений является определение составляющих токов инфранизких частот, появляющихся при частоте переключений О близкой Яви вызывающих «качания» частоты вращения.

Наибольшая вероятность появления «качаний» возникает при небольших нагрузках двигателя, когда частота вращения выше, чем в номинальном режиме Такое положение объясняется тем, что равенство частот П и 5 0, для больших частот вращения имеет место при меньших 5, а поскольку высшие гармонические убывают пропорционально 5, то токи и соответственно, составляющая момента вращения инфранизких частот имеют большее значение на высоких скоростях.

Расчет составляющих элеет ромагнитного момента для макетного образца ВД показал,

что наибольшее значение момента комбинационных частот М^м имеет место в пределах

от 0,5 и°а до 0,7 и определяется в основном первой гармоникой переменного напряжения (рис.20).

Некоторый сдвиг вправо максимального значения М^¡м' относительно 0,5 и° объясняется небольшим влиянием второй составляющей гармонического напряжения на якоре. Причем, величина составляющих момента комбинационных частот пренебрежимо мала во всем диапазоне регулирования г, если отношение частоты переключений к частоте вращения двигателя более 10 (рис.20).

При меньшей кратности составляющие момента могут вызвать уже заметные «качания» в работе двигателя, так как, например, при кратности, равной 7. эта составляющая достигает 12... 15% от номинального момента.

Таким образом, при ШИР вентильный двигатель имеет регулировочные характеристики, аналогичные коллекторному двигателю при якорном управлении, а переменные составляющие электромагнитного момента частот (в # ± п£2) при достаточно высокой кратности частоты переключений (^>10) не оказывают

существенного влияния на работу двигателя.

При магнитоэлектрическом возбуждении частоты токов при ШИР кратны лишь (Бкв + гО )> т0 есть в спектре тока якоря отсутствуют комбинационные составляющее

кратные «Як», а также « — гО.».

Увеличение частоты переключений, О т.е. несущей частоты ШИР влечет за собой рост потерь в преобразователе. Этот фактор особенно характерен для УВК на тиристорах с узлами емкостной искусственной коммутации, у которых существенно возрастают коммутационные потери, а также вероятность срыва работы вспомогательных вентилей

Минимизировать потери в преобразователе позволяет широтный способ регулирования частоты вращения вентильного двигателя.

При этом способе поддерживается постоянство угла между осями потоков якоря и возбуждения ВД В этом случае при разложении в ряд периодической кривой напряжения по оси абсцисс необходимо откладывать угол поворота ротора (рис.21), а не время /, как это сделано при ШИР. Основная особенность этого способа управления состоит в том, что частота и фаза основной гармоники прмсошшого напряжения полностью совпадают с частотой и фазой гармоник параметров ВЖИЙС нлционлльь«

I БИБЛИОТЕКА " 33

I С.Петер«ууг I

' _ 09 »0 иг » —-----'

Рис 20 Зависимость момента Рис 21 Напряжение на обмотке якоря ВД

комбинационных частот от скважности при широтном регулировании

При широтном регулировании напряжение можно представить в виде:

(

ис

т

\ /

-и$+ ТигаеАга + <Рг

г = —00 I

г* О

где

2т£ я

иг

пг х2 т

(£-4

(44)

причем во всем диапазоне регулирования частоты вращения выполняется условие Учитывая это можно представить (44) в комплексной форме

{}-2тт

С/а «Г - <«>

) 5 =

ие индекс «г» заменен индексом «5» с 1еми же пределами изменений.

Для случая трапецеидального распределения поля выражение для правой части в уравнении равновесия (6) с учетом (44) будет:

ли

"¡=0-1А~~1м Е Ж

о

лис

(46)

- м\п ~"3*о-(иа-1м £ Хм„)ерв1

п-1 п 1 I

Приложенное напряжение изменяется с частотой кратной , поэтому ток якоря

будет иметь гармонические составляющие также кратные Величины амплитуд токов

будут зависеть от результатов разложения в гармонический ряд периодически изменяющихся параметров 11осле подстановки падения напряжения вида (46) в уравнение равновесия (6) и ряда преобразований получим развернутую систему алгебраических уравнений.

- Л I

• П 7

7"

—-2 I Цп

гЬ

у"'

¿/у»

7'2

Л I,,г

—-2 > —24

г,,. г,,.

¿V К.

—1 * г»

—О 2

1\г1

Т.*,» 2ц„ 21,»

/!,„ /

.ч-1 .»М

[//-/„ЕЛ'«,,

п >

и: 1„1,х

Л/И»

Э» ,

с/:-/

^ X

<(»|

При помощи этой системы могут быть получены комплексные амплитуды токов якоря для ВД с постоянными магнитами при трапецеидальном распределении индукции в воздушном зазоре и регулировании напряжения способом ШР. Выражения для постоянной составляющей тока и тока якоря с учетом высших гармонических параметров определяются при ШР по выражениям (5), (8), в которых напряжения соответствуют(44)

Изменение ы посредством ШР может осуществляться вниз от номинального значения. Однако на малых частотах вращения могут возникнуть пульсации электромагнитного момента и, как следствие, пульсации частоты вращения («шаговость») чрезмерно большой величины Диапазон изменения со метолом ШР напряжения должен определяться в каждом конкретном случае, исходя из требований к пульсациям момента и скорости. На основе численного решения системы дифференциальных уравнений, состоящей из уравнения равновесий напряжений на обмотке якоря и уравнения движения электропривода, для опытных образцов были рассчитаны пульсации частоты вращения. Коэффициент К„ неравномерности частоты вращения со определялся по выражению

^ 2®"« (От

(Ол

(48)

Как и следовало ожидать, при увеличении суммарного момента инерции, пульсации частоты вращения снижаются. Так для приводов подачи металлорежущих станков Кн <0,1 • Поэтому данный способ применим при регулировании со до 0,4...0,5 от номинальной частоты вращения. Дальнейшее снижение со может осуществляться посредством ШИР. При таком подходе Ü выбирается на порядок выше значений составляющих (0,4...0,5)«у и, следовательно, потери в преобразователе резко уменьшаются.

При увеличении ß диапазон изменений со посредством IIJP может быть несколько расширен, поскольку при этом происходит снижение коэффициента неравномерности (рис.22).

Во всем диапазоне угла включения вентилей УВК пульсации частоты вращения у ВД с полюсными наконечниками несколько ниже, чем у ВД без полюсных башмаков. Однако в диапазоне изменения углов от 0 до 5 + 7 эл. град. ВД с полюсными башмаками по своим динамическим свойствам близок к ВД без полюсных наконечников. Поэтому, в этом диапазоне угла коэффициенты неравномерности у обоих образцов близки между собой.

С использованием полученных математических выражений были определены потери в

ВД с постоянными магнитами и ротором типа «звездочка» для различных способов управления. Потери в электромеханической части ВД при ШИР и при ШР оказываются практически

равными, но при различных способах управления

напряжением на обмотке якоря изменяются потери в УВК Заметим, что при нагрузки, близком к потери при ШИР и практически совпадают. Однако при увеличении тока потери в преобразователе (УВК) при ШИР возрастают быстрее, чем при ШР

35

он

\ 25 }дв

/ л 5

\ V \\ № \ 4 а 0 — ВДПМсЯШ — ВДПМсИЯПЗ

\ а f

. г ß«-60 V

токе нулю, ШР

0 02 0.4 06 08

Рис 22 Зависимости коэффициента неравномерности от частоты вращения при различных углах опережения включения вентилей УВК

и при номинальной нагрузке превосходят на 25 30% потери при ШИР. При дальнейшем увеличении тока эта разность возрастает в нелинейной зависимости и при двукратном по отношении к номиналу токе составляет уже 35-40%.

В работе приводятся результаты исследований и расчета САУ ВД по заданным динамическим характеристикам ВД, свойства которого, как объекта, могут быть представлены в виде передаточных функций (ПФ) или в виде передаточных характеристик (табулярных или графических).

Использование широтного или широтно-импульсного способов управления фазными напряжениями обмотки якоря ВД приводит к появлению в САУ запаздывания, которое может быть учтено в ПФ ВД через параметр ^ _ I где /н(х - частота модуляции в ШИР.

При канонической форме записи передаточная функция ВД должна быть представлена в виде

W (р)= А0)(Р) = Кд(тоР + Уе~"Т (49)

уУР) AU а(р) (Típ + \)(Т2р + \)(Т3р +1)'

где г - время запаздывания; Tg, T¡, Т2, Тъ - постоянные времени канонической формы записи.

Рассмотренные в работе методы расчета САУ с ВД основываются на частотном способе представления динамических свойств собственно объектов регулирования и регуляторов. Для расчета комплексных частотных характеристик ВД оператор р в передаточной функции (49) заменяется выражением p-m(j-ft), где а> - круговая частота, fx - показатель колебательности переходного процесса.

При fí~0 вычисляется обычная комплексная частотная характеристика ВД (КЧХ), а при Ц >0 - расширенная.

Для ВД с ПФ вида (49) по известным значениям Яеад(//,й>) и 1швд(//,<и) действительной и мнимой части КЧХ и амплитудно-частотной характеристике (АХЧ)

вычисляются коэффициент передачи регулятора САУ Kf и отношение —!-, определяющие

Ти

границы области устойчивости (при /I =0) или линии заданного запаса устойчивости (при кр= 4КеВдС"> °>) + М 1тВд(.", ю)1 / ^зд (ji, (50)

KV 7 7

= -<o(pL +1) Im вд (ft, to) / со).

и

Рекомендуемые численные значения степени колебательности в динамике, fi =0,221 и //=0,366 соответствуют степеням затухания основной составляющей частоты вращения в

процессе регулирования !f=0,75 f =0,9.

Параметры настройки ПИ-регулятора частоты вращения ВД выбирают на линии /Л = //кр = const, исходя их требований обеспечения наилучших показателей качества

регулирования В частности, необходимо обеспечить минимум дисперсии ошибки при низкочастотном возмущении или минимум линейного интегрального критерия /, в системе с ПИ-регулятором при ступенчатом возмушении по каналу управляющего воздействия -напряжения на якоре В этом случае в качестве оптимальных настроек могут быть приняты

к к

настройки Кр и __р , соответствующие точке /_JL) max, а для обеспечения минимума

т. V

квадратичного интегрального критерия /¡¡ - справа от точки максимума так, чтобы

К К (51)

(-PjonTHO^.-.O^)^. и и

Для П и И регуляторов выбираются настройки, соответствующие точкам пересечения = ) с осями координат Кр и —— . Вычисление координат эквивалентной

тя тн

комплексной частотной характеристики ReBn(m,&>) и 1шВя("!,<и) ВД производится до частоты среза <о№, которую можно приближенно определить, исходя из зависимости

• (53)

ф Т -т

у

где Гу — время установления переходного процесса в ВД. Число дискретных значений эквивалентной КЧХ выбирается в пределах /<"=30-80.

При составлении алгоритма расчета и анализа эквивалентных КЧХ ВД предусматривается возможность расчета на ЭВМ как обычной, так и расширенной эквивалентной КЧХ ВД, а также вычисления координат КЧХ для любого желаемого диапазона частот.

Конечным этапом расчета системы регулирования ВД является поверочный расчет процесса регулирования, в частности, переходной характеристики замкнутой системы при входном типовом (ступенчатом) воздействии.

По определенным ранее настройкам регуляторов (П, И или ПИ-типа) на ПЭВМ рассчитаны частотные характеристики и переходная характеристика замкнутой САУ ВД.

Для электропривода с ВД произведен с использованием ПЭВМ предварительный выбор параметров регулятора и оценка устойчивости работы САУ стабилизации частоты вращения

Зона устойчивой работы /¡{ >0—2->0) зависит от времени запаздывания в системе

V р ' J. '

1 и

раулирования. Это время определяется соотношением несущей и модулирующей частот (модулирующая частота в данном случае для ВД является частотой вращения) при использовании широтно-импульсного управления фазными напряжениями УВК или временем задержки и скважностью при использовании широтного способа регулирования.

Для обеспечения минимума квадратичного интегрального критерия при угле опережения включения вентилей /?=Д,1д оптимальные настройки регулятора выбираются следующим образом При степени колебательности ¡л =0.221, что соответствует степени затухания основной составляющей частоты вращения //=0,75 значение (Кр / Г„)опт =312,5, а при ¡i =0,366 {¡л =0,9) значение (ft"p / Г„)01гг -111. Запаздывание в системе может быть учтено коррекцией параметров настройки регулятора

При построении двухконтурных САУ электропривода с ВД реализованы принципы подчиненного регулирования. В частности, рассмотрен синтез квазинепрерывной САУ частоты вращения ВД регулируемого по контуру якоря и по контуру возбуждения

В последнем случае в структурной схеме САР (рис 23) внутренним подчиненным контуром является контур регулирования тока возбуждения, настраиваемый на технический оптимум.

АС (р)

дихр)

к*.

б' 1 ьдц»

Л1,(Р)

АЕ(р)

Д',(Р)

К К,

АЕд(р)

Р и с. 23 Структурная схема САУ ВД, регулируемого по контуру возбуждения

В восьмой главе рассмотрены вопросы практической реализации схем и конструкций ВД с искусственной коммутацией

Блок-схема ВД (рис.24) включает: электромеханическую часть (ЭМ), данные которой указаны в табл.1, датчики положения ротора (ДГГР) с сигнальным диском; тиристорный преобразователь с искусственной коммутацией (УВК); систему управления (СУ), определяющую режимы работы двигателя; два управляемых выпрямителя (УВ1 и УВ2), один из которых обеспечивает регулируемое питание цепи якоря, а другой - обмотки возбуждения, нагрузочный генератор; датчик тока (ДТ), предусмотренный для защи1ы 01 перегрузки и коротких замыканий в ВД и УВК. Трехфазная обмотка якоря ЭМ, соединенная в звезду, расположена на статоре, а индуктором является ротор явнополюсной конструкции и напряжение на его обмотку подается через контактные кольца.

На корпусе машины установлена и неподвижно закреплена траверса с ДПР. В качестве датчика используется пара светодиод-фотодиод типов АЛ-107А и ФД-256. работающих в инфракрасном диапазоне световых волн. Количество датчиков - четыре. Непосредственно на траверсе установлена плата с усилителями сигналов датчиков.

Сигнальный диск имеет четыре дорожки, три из которых выдают информацию о шести различных положения ротора относительно обмоток статора на периоде частоты вращения Четвертая дорожка состоит из 360 пазов, благодаря которым в систему управления поступает информация о положении ротора через 1 эл.град. Эта информация необходима для того, чтобы обеспечить возможность изменения угла опережения р. В соответствии с числом импульсов от четвертой дорожки и числом полюсов машины регулирование Р происходит дискретно через 1 эл.град.

Управляемый вентильный коммутатор представляет собой трехфазный мостовой инверюр с пофазной искусственной коммутацией, электрическая схема которого приведена на рис. 16 Для уменьшения величины коммутирующей емкости С и индуктивности /, в УВК используются силовые тиристоры с малым временем восстановления запирающих свойств типа ТБ 8 .10 класса. В качестве коммутирующих вентилей используются тиристоры 10.. 12 класса. Все дроссели, применяемые в УВК, изготовлены из многожильного изолированною провода, поскольку частота тока, протекающего в них, достаточно высока и составляет несколько килогерц, а в качестве коммутирующих емкостей (С) использованы конденсаторы с улучшенными частотными свойствами и

малыми потерями. Параметры коммутирующей цепи рассчитывались в соответствии с методикой, изложенной в гл.З

УВ1

дт~]

УВ2

УВК

U

СУ

эм

~п

ДИР

Рис 24 Блок-схема ВД

Рис 25 Принципиальная схема силовой части УВК для электропривода с ВД средней мощности

В СУ предусмотрена возможность регулировать напряжение питания якоря и возбуждения, а также изменять угол опережения р в зависимости от нагрузки на валу ВД. Кроме того, СУ позволяет обеспечить работу ВД в режимах широтного (ШР) и широтно-импульсного регулирования (ШИР).

Для вентильного двигателя электропривода главного движения тяжелых металлорежущих станков предложена модифицированная схема УВК (рис. 35) Она позволяет при уменьшении напряжения на входе инвертора сохранить неизменным напряжение подзаряда накопительных конденсаторов и обеспечить тем самым максимальную коммутационную способность УВК в процессе регулирования питающего напряжения.

Для этого в силовую схему УВК введены разделительные диоды VD1... VD\2 и два добавочных тиристора К57, KS8. Сигналы на включение этих тиристоров подаются таким образом, что коммутирующие конденсаторы подзаряжаются до напряжения Un, получаемого от отдельного неуправляемого выпрямителя

Наличие индуктивностей ¿1 и ¿4 в силовой цепи фазы А ( и соответствующих индуктивностей в других фазах) обеспечивает выключение силовых тиристоров VS1 и VS4 при достаточно большом обратном напряжении на них, благодаря протеканию коммутационного тока. Кроме того, увеличение тока нагрузки ВД, протекающего также через LI или ¿4, соответственно увеличивает и коммутационную способность узла коммутации за счет энергии, накопленной в L\ и/,4в межкоммутационный интервал

Отметим также, что эти индуктивности ограничивают скорость нарастания тока dildt через силовые тиристоры и, согласно исследованиям, проведенным в работе, dUldt на коммутирующих тиристорах Таким образом, разработанный преобразователь в состоянии обеспечить питанием ВД мощностью 150 кВт и использовался для опытно- промышленных образцов ВД225 и ВД250. изготовленных на предприятии.

В диссертации представлены также результаты разработки вентильных двигателей с постоянными магнитами для систем промышленной автоматики

ВДПМ включает в себя датчики положения ротора, управляемый источник постоянного тока (выпрямитель) с системой управления, управляемый вентильный

коммутатор и систему его управления с элементами защиты, блоки питания, электромеханический преобразователь. Траверса с датчиками положения ротора по типу датчиков Холла или оптического типа расположена непосредственно на подшипниковом щите электрической машины. Коммутатор собран на транзисторных модулях, обеспечивающих высокую надежность функционирования ВД в переходных и установившихся режимах. Данные опытных образцов ВДПМ приведены в табл.1.

Основные технические данные опытных образцов ВДПМ Таблица 1.

Пара- Рн, иа, 1а, п, т 2р 1 гф, Ья/Ы ар

метр кВт В А об/мин ое Ом

ВДПМ1 1,2 300 5,4 1500 3 4 0,74 0,92 1 0,59

ВД11М2 1,16 300 5,4 1500 3 4 0,72 0,92 2,15 0,75

Испытания макетного и опытных образцов ВД с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением позволили подтвердить основные положения работы, как для статических, так и для динамических режимов Сопоставление результатов экспериментальных исследований и математического моделирования показало, что в пределах принятых допущений соблюдаются принципы адекватности объекта и модели, а точность находится в пределах, допустимых для инженерной практики Новые технические решения по реализации, предложенных автором основных принципов управления вентильным двигателем, а также способы наилучшей организации электромеханического преобразования энергии обеспечивают достижение высоких эксплуатационных возможностей.

Разработанные при непосредственном участии автора электромеханические и полупроводниковые преобразователи вентильных двигателей для электроприводов в станкостроении, систем промышленной автоматики, транспорта, электроэнергетических комплексов автономных объектов, легкой промышленности, сельскохозяйственных производств и различного промышленного назначения являются конкурентно способными с коллекторными машинами постоянного тока и с частотно управляемыми асинхронными двигателями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Предложенные математические модечи вентильных двигателей постоянного тока в системе дискретно-ориентированных координат позволяют проанализировать электромеханические процессы в электромашинно-вентильных системах этого типа при различных принципах реализации позиционной обратной связи, конструкциях магнитопроводов, способах коммутации УВК, различных схемах обмоток, коммутаторов и оценить его эксплуатационные характеристики и возможности

2 Исследование коммутационных электромагнитных процессов, проведенное в работе, показало, что в мощных ВД с принудительным выключением вентилей угол коммутации на 20-30% меньше, чем у ВД с естественной коммутацией за счет более высокого значения э л с коммутируемых фаз, что позволяет существенно улучшить его массо-габаритные показатели, а также повысить коммутационную устойчивость за счет совершенствования схем узлов емкостной коммутации

3. Разработанные имитационные модели, ориентированные на проектирование применены при расчете опытно-промышленных образцов, а также ряда типоразмеров ВД на различные номинальные данные. Кроме того, они могут быть использованы при проектировании серий и отрезков серий ВД с коммутаторами на полностью и неполностью управляемых вентилях, когда существенно сказываются коммутационные факторы и значительной является разность индуктивных сопротивлений по продольной и поперечной осям.

4. Полученная линеаризованная модель ВД позволяет проанализировать его статическую и динамическую устойчивость как объекта регулирования. Причем структурная схема, составленная на основе этих уравнений, учитывает специфические особенности динамики малых отклонений, обусловленные позиционным управлением и взаимоиндукгивной связью обмоток якоря и индуктора.

5. Показано, что ВД может быть рассмотрен как непрерывная система с эквивалентными параметрами при частотах вращения, удовлетворяющих условию квазинепрерывности во всем диапазоне изменения частот, а при частотах вращения, не удовлетворяющих этому условию, как импульсная система с периодически скачкообразно изменяющимися параметрами непрерывной части, причем переходные процессы в динамике малых отклонений и области статической устойчивости необходимо определять с учетом дискретности управляемого вентильного коммутатора.

6. Установлено, что изменение частоты вращения предложенным в работе широтным способом регулирования возможно в диапазоне частот вращения от соти до (0,4...0,5) су,,,,,,,, а дальнейшее снижение частоты вращения должно осуществляться посредством широтно-импульсного регулирования с целью ограничения пульсаций частоты вращения не превышающих допустимые значения.

7. Предложено при расчете замкнутых САУ электропривода с ВД, регулируемого напряжением на якоре и на обмотке возбуждения, учитывать, что подчиненный регулятор тока внутреннего контура и регулятор э.д.с. имеют более сложную структуру, чем в электроприводе с коллекторным двигателем постоянного тока Настройка регуляторов на оптимум по модулю осуществляется по усредненному углу управления преобразователем.

8. В ходе разработок получены новые технические решения по реализации основных принципов управления вентильным двигателем, а также способы наилучшей организации процессов электромеханического преобразования энергии и достижения высоких эксплуатационных возможностей.

9. Созданные электромеханические и вентильные преобразователи для вентильных двигателей различного промышленного назначения являются конкурентно способными для использования в бесколлекторном или полностью бесконтактном регулируемом электроприводе постоянного и переменного тока.

В приложении приведены акты внедрения работы на предприятиях и в учебном процессе, а также дополнительные материалы не вошедшие в основной текст диссертации.

Автор отдает долг памяти учителю. Заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору Алексею Ивановичу СКОРОСПЕШКИНУ, постоянное внимание и советы которого помогли выполнению данной работы.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях

1 Высоцкий В.Е., Зиннер ЛЯ Применение методов математического моделирования к анализу переходных процессов венгильного двигатета постоянного тока //Силовые полупроводниковые и импульсные электромеханические преобразовательные устройства /Межвузовский тематический сборник научных трудов Куйбышев, 1976. С 56 - 65

2 Высоцкий В Е, Зиннер Л Я Исследование динамических режимов вентильного двигателя постоянного тока на аналоговой вычислительной машине /Лезисы докладов межотраслевой научно-технической конференции «Математическое моделирование и гибридная вычислительная техника Куйбышев. 1975.2 С.

3. Соколов Ю Г, Высоцкий В Е, Щукин А Д Построение схем нормирования ШИМ сишала //Электрические машины /Межвузовский тематический сборник научных трудов Куйбышев, 1974 С 40 -44

4 Зиннер Л Я , Скороспешкин А И, Высоцкий В Е, Каретный В Д Электромагнитные процессы в вентильном двигателе постоянного тока // Бесконтактные электрические машины постоянного тока/Тез докл П-ойВсесоюзн конф М • МАИ, 20-23 нояб ,1975 с 17

5 Высоцкий В Е, Зиннер Л Я Исследование переходных процессов вентильного двигателя постоянного тока на АВМ //Тезисы докладов межотраслевой научно-технической конференции «Автоматизация технологических процессов в различных отраслях народного хозяйства» Куйбышев 1975 С 176- 177.

6 Высоцкий В. С , Зиннер Л Я , Коротаев В. П, Скороспешкин А И Анализ динамики электропривода с вентильным двигателем// Материалы докл 111 Всесоюзного симпозиума «Теория информационных систем и систем управления с распределенными параметрами» Ч 1, Уфа, 12-15 мая. 1976 г Уфа 1976 С. 25-26

7 Высоцкий В Е Зиннер Л. Я Коммутационная устойчивость вентильных машин постоянного тока // Тезисы докладов межотраслевой научно-технической конференции «Автоматизация технологических процессов в различных отраслях народного хозяйства», Тольятти, 3 -8 мая 1977 г Тольятти. 1977 С 37.

8 Высоцкий В.Е. Структурное моделирование вентильных машин типа постоянного тока //Тезисы докладов межотраслевой научно-технической конференции «Математическое моделирование и гибридная вычислительная техника» Куйбышев 1977 С 23-24

9 Высоцкий В Е, Зиннер Л Я Идентификация одного типа вентильно-машинных систем постоянного тока //Тезисы докладов межотраслевой научно-технической конференции «Математическое моделирование и гибридная вычислитечьная техника» Куйбышев 1977 ЗС

10 Высоцкий ВЕ, Зиннер ЛЯ Вентильный двигатель постоянного тока как объект регулирования //Импульсные электромеханические и полупроводниковые преобразовательные устройства Куйбышев. 1978 С. 48-55

11 Высоцкий В Е, Зиннер Л.Я, Скороспешкин А.И. Белоусов В И Моделирование вентильных преобразователей частоты и числа фаз при работе на пассивную нагрузку и на противо-эде /Яиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов / Межвуз темат сб науч тр Уфимск авиац ин-т Уфа 1978, №. 8. С 79 - 82

12 Высоцкий В Е, Зиннер Л Я, Каретный В Д, Скороспешкин А И Разработка преобразователей частоты и числа фаз вентильных двигателей //Проблемы преобразоватепьной техники Докл Всесоюзн науч.-техн конф. Киев 1979 Т 4 С 87-90.

13 Зиннер ЛЯ, Скороспешкин А И, Высоцкий ВЕ Динамика вентильных двигателей постоянного тока//Электромеханика/Изв вузов 1979 №8 С. 714-722.

14 Высоцкий В Е Электромагнитные процессы в бесколлекторном электроприводе постоянного тока//Машшшо-вентильные системы, коммутация коллекторных электрических машин /Межвуз (межвед-)сб науч тр Куйб политехи ин-т Куйбышев 1981. С 71-76

15 Высоцкий В Е Каретный В Д, Скороспешкин А И Особенности математического исследования вентильных машин// Тез локл науч • техн конф «Электромашинные и машинно-вентильные источники импульсной мощности», Томск, 1981 С 12-15

16 Высоцкий В Е, Скороспешкин А И Анализ динамической устойчивости вентильного двигателя с учетом процессов коммутации// Известия вузов Электромеханика, 1982 №10 С 1165 -1174.

17 Высоцкий В Е , Каретный В Д, Скороспешкин Л И Широкореаулируемый электропривод с вентильными двигателями //Проблемы создания электромеханических систем Тез докл Всесоюзн науч -гехи совещ Тольятти, 18-20 мая, 1982 С 79-80

18 Высоцкий В Е, Овсянников Н Н Синтез квазинепрерывной САР электропривода с вентильным двигателем // Электрические машины специального назначения / Сб науч тр Куйб политехи ин-т. Куйбышев 1985 С 57-64

19 Высоцкий В Е.. Каретный В Д, Скороспешкин А И Расчет статических характеристик вентильного двигателя с учетом насыщения по продольной и поперечной осям магнитной системы// Электротехника, 1985 №3 С. 36 - 38.

20 Высоцкий В Е Каретный В Д. Гандшу В М. Вентильный двигатель с искусственной коммутацией для электропривода главного движения металлорежущих станков //Двадцать лет Всесоюзному научно-исследовательскому институту рслсстроения (ВНИИР) Тез докл юбилейной науч -техн конф. Чебоксары, 1986. С 103 - 104

21 Высоцкий В Е , Каретный В Д, Скороспешкин А И Широкорегулируемый электропривод с вентильным двигателем для главного движения металлорежущих станков //Электропривод переменного тока с полупроводниковыми преобразователями. Тез докл VII науч.-техн конф Свердловск, 3-7 февр., 1986

22 Ас 1251277 (СССР), МКИ Н02Р 6/02 Устройство для управления вентильным электродвигателем/ В Е Высошсий, В Д Каретный, А С Скороспешкин, М С Ольшанский 3707381/2407 заявл 07 03 84 Опубл 15 08 86 в Б И 1986, №30 С. 183

23 Высоцкий В Е, Каретный В Д, Скороспешкин А И, Сердюков Ю П Вентильный двигатель постоянного тока с искусственной коммутацией для широкорегулируемого электропривода //Известия вузов Электромеханика, 1987 №10 С 102- 107.

24 Каретный В. Д, Высоцкий В Е, Лютахин Ю И Вентильные двигатели постоянного тока с широким диапазоном регулирования частоты вращения //1-я Всесоюзн науч -техн конф по электромеханотронике Тез докл Л. 21-23 от., 1987 С 64-66

25 Высоцкий В Е, Коньков Н Н Сишез САР частоты вращения вентильного двигателя, регулируемого по контуру возбуждения //Разработка и исследование специальных электрических машин/Межвузовский сборник научных трудов Куйбышев 1987 С 43 - 49.

26 Высоцкий В Е, Каретный В Д, Коньков Н Н Система цифрового управления электропривода с вентильным двигателем для металлорежущих станков II Динамика станочных систем гибких автоматизированных производств- Тез докл III Всесоюзн науч -техн конф Тольятти, 1988 С 34-35

27. Высоцкий В В , Коньков Н Н, Скороспешкин А И Исследование динамических режимов нешильного двигателя постоянного тока как объекта управления с учетом дискретности// Тез докл Всесоюзн науч -техн конф «Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов», Каунас, 3 - 7 сент 1988 г Каунас 1988 С 167

28 Высоцкий В Е, Коньков Н Н, Скороспешкин А И Вопросы динамики вентильных двигателей с постоянными магнитами //Вентильные электромеханические системы с постоянными магнитами- Тез докл Всесоюзн науч -техн конф М , 1989 С 45

29 Высоцкий В Е, Коньков Н Н Особенности динамики вентильного двигателя постоянного тока//Специапьные электрические машины / Сб науч тр Куйб политехи ин-т Куйбышев 1989 С 51 -61

30 Высоцкий В Е., Каретный В Д, Лютахин 10 И , Скороспешкин А. И Расчет динамических и статических параметров вентильного двигателя на основе моделирования магнитных полей /Л езисы докладов международной научно-технической конференции по электротехнике Ильмснау Германия 1990

31 Ас 1676054 (СССР), МКИ Н02Р 6/02, Н02К 29/06 Устройство для управления вентильным электродвигателем /В Е Высоцкий, В Д Каретный, Н Н Коньков, М С Ольшанский 4615574/07, заяви 06 12 88 Опубл 07 09 91 в Б.И 1991, №33

32 Ас 1679594 (СССР), МКИ Н02К 29/06 Способ регулирования частоты вращения вентильного двигателя и устройство для его осуществления / В Е Высоцкий, В Д Каретный, Н Н Коньков, М С Ольшанский 4616272/07, заявл 06 12 88 Опубл 23 09 91 в Б. И 1991, №35 С 183

33 Высоцкий В Е, Фельзинг А П, Сидоров В В Бесконтактные вентильные генераторы для передвижных ветроэлектростанций. //Электрические машины специального назначения /Межвузовский сборник научных трудов Самара 1991

34 Высоцкий В.Я Саафин М X Исследование динамики бесконтактного вентильного двигателя с учетом дискретности изменения структуры управляемого вентильного коммутатора СамГТУ, Самара, 1994 19 с. Рукопись деп в Информэлектро, № 22-Эт94 от 13.09 94, реф Электротехника, 1994, №10.

35 Высоцкий В Е, Аль-Саафин М X Анализ использования электромашинной части вентильного двигателя в бесконтактном электроприводе постоянного тока СамГТУ, Самара, 1995 19 с Рукопись дсп в Информэлектро, № 42-Эг94 от 13 09 94, реф Электротехника, 1995, №6

36 Высоцкий В Е , Аль-Саафин М X Электромагнитные процессы в вентильном двигателе с постоянными магнитами при учете дискретности работы управляемого коммутатора// Электрические машины общего и специального назначения' Межвуз темат сб. научн. тр. Омск, ОМГАПС, 1995 С 54 -61.

37 Высоцкий В Е, Аль-Саафин М. X Анализ функционирования и управления вентильного двигателя с учетом дискретности работы управляемого коммутатора// Современные проблемы энергетики, электромеханики и электротехнологии Вестник Уральскою государственного техн университета - УПИ. Ч 2 Екатеринбург. УГТУ - УПИ, 1995 С. 66 - 70

38 Высоцкий В Е, Тулупов П В Особенности проектирования бесконтактных вентильных двигателей как машин постоянного тока с учетом процессов вентильной коммутации // Деп в Информэлектро 13 05 97, №2 -эт97

39 Высоцкий В Е, Тулупов П В, Воронин А Ю Вентильный двигатель с постоянными магнитами для систем промышленной автоматики //Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды'тез докл межвуз науч-техн конф Самара, 1998 Ч 2 С.201 -202

40. Высоцкий В.Е, Мифпгахов М Т, Семичастнов В Г Идентификация динамического вибросостояния синхронных турбодвигателей газоперекачивающих агрегатов// Электромеханика и злектротехнолопня. Тез. докл Ш-ей международн науч-техн конф М 1998 С 245-246

41 Высоцкий В Е, Тулупов П В, Воронин А Ю Вентильные стартер-генераторы для систем электрооборудования транспортных средств// Электромагнитные процессы в электрических машинах Межвуз гемат сб научн тр Омск,ОМГУПС, 1999 С 12-18

42. Анисимов В. М , Высоцкий В. Е., Скороспешкин А И., Тарановский В Р. Перспективные стартер-генераторы для автомобилей //Российский электротехнический кошресс Тез докл М. 3 - 5 июля 1999 Т. Электротехнические системы транспорта

43. Высоцкий В Е, Тулупов П В Применение вентильных двигателей для привода экологичных I ибридных электромобилей //Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте Тез докл международн науч-техн конф Самара 6 - 8 окг, 1999 Самара, 1999 С 155157

44 Высоцкий В Е, Тулупов П В Оптимальное проектирование веетильных двигателей с постоянными магнитами с учетом технологического разброса свойств магнитных материалов// Тез докл научно-техн конф « Электротехнические комплексы автономных объектов», 12 - 14 окт 1999 т, Москва М 1999. С 41-43

45 Высоцкий В. Е, Тулупов П В Математические модели электромеханотронных систем с позиционно-зависимым управлением//Надежиость и качество в промышленности, энергетике и на транспорте Тез докл международн науч-техн конф Самара, 6 - 8 окт, 1999 Самара, 1999 С 140 — 142.

46 Высоцкий В Е, Мифтахов М Т, Семичастнов В Г Проблемы перевода электроприводных газоперекачивающих агрегатов к эксплуатации по техническому состоянию //Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте Тез докл международн науч -техн конф Самара, 6-8 окт, 1999 Самара, 1999 С.207-208

47 Высоцкий В Е, Мифтахов М Т, Семичастнов В Г Организация диагностирования электроприводных газоперекачивающих агрегатов в современных экономических условиях//Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте Тез докл международн науч-техн конф Самара,6 8окт, 1999 Самара, 1999 С 209 - 211

48. Абакумов А.М., Высоцкий В.Е., Макаричев Ю.А., Семичастнов ВТ. Шварц Р.Г. Совершенствование электромеханических систем транспорта газа на базе мощных синхронных турбодвигателей. Электротехника, 2000, №8. С. 6 - 8.

49. Высощсий В.Е., Мифтахов МТ., Семичастнов В Г, Христензен В.Л. Техническая диагностика мощных синхронных турбодвигателей газоперекачивающих агрегатов Неразругааюпшй контроль и техническая диагностика. Сб докл. ХУ-ой международной научно-технической конференции. М.: РОНКГД. 1999. Т.1 С. 68.

49. Вентильные двигатель генераторы постоянного тока для силовых установок гибридных автомобилей // В.М Анисимов, В Е Высоцкий, П В Тулупов, В Е. Верещагин // Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы- Вестник Уральского государственного техн. университета - УПИ Екатеринбург УГТУ - УПИ, 2003. с.262-266

50 Высоцкий В.Е., Анисимов В М Электромеханотронные системы с позиционно-зависимым управлением для комбинированных силовых установок гибридных автомобилей// Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин Сб тр. межа науч -техн конф. посвящ 90-летаю СамГТУ Самара, ноябрь 2003 М ■ Машиностроение. Т 1 С 174-179

51. Высоцкий В.Е, Тулупов П.В Математические модели динамики вентильных двигателей постоянного тока//Электромеханика и управляющие электромеханические системы Вестник УГТУ -УПИ, 2000. С. 110-116.

52 Высоцкий В Е Тулупов П В Математические модели динамики неголономных электромеханотронных систем// Вестник СамГТУ, серия «Технические науки», вып 17 Самара, 2001 С 33-43.

54. Высоцкий В.Е, Тулупов П.В. Имитационное моделирование электромагнитных процессов в бесконтактных вентильных двигателях// Вестник СамГТУ, серия «Технические науки», вып. 19, Самара, 2002 С.54 - 63.

55 Высоцкий В Е , Тулупов П В Дидактическая трактовка обобщенной математической модели для анализа электромеханических преобразователей// Вестник СамГТУ, сер Педагогические науки, вып. 18. Самара, 2003. С 114 - 124.

56 Высоцкий В.Е., Верещагин В.Е,, Тулупов ПВ. Исследование электромагнитных и электромеханических процессов магнитоэлектрического вентильного двигателя с учетом влияния продольной реакции якоря и пульсаций частоты вращения// Вестник СамГТУ, серия «Технические науки», вып. 21. Самара, 2003. С. 6-12

57 Высоцкий В Е., Верещагин В.Е, Тулупов П В Система автоматизированного проектирования бесконтактных вентильных двигателей// Электричество, 2003 №10 С 16-35

58 Высоцкий В Е Математическое моделирование вентильных двигателей с искусственной коммутацией СамГТУ, Самара, 2004.351 с

59. Высоцкий ВЕ Вентильные двигатель-генераторы для электроэнергетических комплексов автономных объектов// Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии Сб. тр Всеросс. научн - техн конф Тольятти, 2004

60. Высоцкий В Е Верещагин В Е Бесконтакгаые двигатели-генераторы с позиционно-зависимым управлением для комбинированных силовых установок автотранспортных средств //Автоматизированный электропривод Сб тр межд науч - техн. конф Магнитогорск, сентябрь 2004 М МЭИ. Т. 1. С. 74 - 76.

61 Высоцкий В.Е Об одном подходе к параметрической идентификации математических моделей леиромеханотронных систем// Извести Самарского научного центра Российской академии наук Т 6, №1 Самара, 2004 С. 245-254.

62 Высоцкий В Е Математические модели вентильных магнитоэлектрических двигателей в системе дискретно ориентированных координат// Вестник СамГТУ, серия «Технические науки», вып 32, Самара, 2005 С 130-144.

Личный вклад автора Основные научные результаты, включенные в диссертацию, опубликованы в работах [8,14,58,59,61,62], написанных автором лично. В работах [1,2,5Д7,9,10,11,13,15,16,18,21,27,28,34,36,37,40,45,52,53,54,55] автору принадлежат постановка задачи и разработка математических моделей, в работах [19,24,25,29,30 35,38,44,57] методика, обобщения и анализ, в работах[12,17,20,21,46,49] экспериментальная часть, в работах [4,20,39,43,49,50,51] расчетная часть, и в работах[3,22,23,26,31,32,33,41,42,48,51,60] новые направления в разработке технических решений.

Р-541Й

РНБ Русский фонд

2006-4 4356

Разрешено кпечати диссертационным советом Д 212 217 04 решение№ 23 от 22 12 04

Форм 60 X 84 1/16 Бумага офсетная Уел п л 2,0 Тираж 100 экз Заказ № 1000 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» 443100, г Самара, ул Молодогвардейская, 244 Главный корпус

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА. ВЫБОР МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ.«

1.1. Ретроспективный анализ и современное состояние разработок вентильных двигателей.

1.2. Общие принципы управления и основные закономерности процессов электромеханического преобразования в ВД.

1.3. Особенности электромагнитных процессов в коммутаторе и их влияние на характер энергопреобразования и управления ВД.

1.4. Анализ современной теории вентильных двигателей. Задачи исследования.

1.5. Методы проектирования вентильных двигателей.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ КВАЗИУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ

ВЕНТИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

2.1. Применение вариационных принципов к исследованию динамики машинновентильных систем с позиционно зависимой коммутацией.

2.2. Физический аналог и математическая модель вентильного двигателя с учетом процессов коммутации.

2.3. Физический аналог и математическая модель вентильного двигателя постоянного тока при мгновенной коммутации.

2.4. Параметры эквивалентного якорного контура ВД.

2.5. Уравнения вентильного двигателя с учетом дискретности изменения структуры УВК.

2.6. Математическая модель ВД с электромагнитным возбуждением в дискретно-ориентированных осях координат.

2.6.1. Эквивалентная схема вентильного двигателя с электромагнитным возбуждением.

2.6.2. Уравнения электрического равновесия ВД с электромагнитным возбуждением в дискретно-ориентированных осях.

2.7. Математические модели электромагнитных процессов в вентильном двигателе с постоянными магнитами.

2.7.1. Анализ электромагнитных процессов при синусоидальном распределении поля в зазоре.

2.7.2. Анализ электромагнитных процессов при трапецеидальном распределении поля в зазоре.

2.8. Электромагнитные процессы в вентильных двигателях с искусственной коммутацией.

2.8.1. Электромагнитные процессы в ВД на неполностью управляемых вентилях. щ 2.8.2. Электромагнитные процессы в ВД на полностью управляемых вентилях.

2.9. Выводы.

3. ИСКУССТВЕННАЯ КОММУТАЦИЯ В УВК ВЕНТИЛЬНОГО

ДВИГАТЕЛЯ.

3.1. Коммутационные структуры вентильных двигателей с искусственной коммутацией.

3.2. Повышение коммутационной устойчивости УВК с групповой пофазной искусственной коммутацией.

3.2.1. Математические модели процессов емкостной искусственной коммутации УВК с пофазной групповой коммутацией.

3.2.2. Анализ переходных электромагнитных процессов при переключении тиристоров УВК с групповой пофазной коммутацией.

3.3. Выводы.

4. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВД С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ.

4.1. Уравнения m-фазного ЭМП ВД в собственных осях обмоток.

4.2. Имитационные математические модели электромагнитных процессов вентильных двигателей.

4.3. Применение операторно-рекуррентного метода для моделирования ВД.

4.4. Анализ электромагнитных процессов ВДПМ в dq-осях.

4.5. Исследование электромагнитных и электромеханических процессов в магнитоэлектрическом вентильном двигателе с учетом влияния продольной реакции якоря и пульсаций частоты вращения.

4.6. Особенности проектирования ВД с электромагнитным возбуждением.

4.6.1. Основные положения.

4.6.2. Выбор основных электромагнитных нагрузок и расчет обмоточных данных якоря.

4.6.3. Некоторые особенности учета реакции якоря при проектировании ВД и расчете обмоточных данных индуктора.

4.6.4 Учет действия переменных составляющих реакции якоря.

4.6.5. Расчет рабочих характеристик ВД с учетом насыщения магнитной системы по продольной и поперечной оси.

4.6. Разработка алгоритма проектирования САПР ВДПМ.

4.7. Анализ разработанных вариантов вентильных двигателей.

4.8. Выводы.

5. ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ВЕНТИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ.

5.1. Исследование динамики ВД при значительных возмущениях.

5.2. Исходная математическая модель ВД для структурного анализа.

5.3. Учет процессов машинной коммутации при структурном анализе и их влияние на динамическую устойчивость ВД.

5.4. Структурный анализ различных модификаций вентильных двигателей постоянного тока с искусственной коммутацией и электромагнитным возбуждением.

5.5. Структурный анализ вентильных двигателей с постоянными магнитами

5.5.1. Передаточные функции вентильных двигателей с неявно выраженной полюсной зоной (НЯПЗ Lj ~ Lq).

5.5.2. Передаточные функции вентильных двигателей с явно выраженной полюсной зоной (ЯПЗ L^Lj).

5.6. Переходные характеристики вентильных двигателей.

5.6.1. Переходные характеристики ВД с электромагнитным возбуждением.

5.6.2. Переходные характеристики ВД с постоянными магнитами.

5.7. Выводы.

6. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВД С УЧЕТОМ ДИСКРЕТНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ УВК.

6.1. Анализ электромагнитных и электромеханических процессов в вентильном двигателе с учетом дискретности изменения структуры УВК.

6.1.1. Электромагнитные процессы и пульсации тока якоря.

6.1.2. Электромеханические процессы, пульсации частоты вращения.

6.2. Передаточные функции ВДПМ как элемента импульсной системы.

6.3. Переходные характеристики вентильного двигателя с постоянными магнитами как импульсной системы.

6.4. Особенности динамики малых отклонений ВД с электромагнитным возбуждением при учете дискретности изменения структуры управляемого вентильного коммутатора.

6.6. Выводы.

7. РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

7.1. Особенности широтно-импульсного регулирования напряжения на обмотке якоря.

7.2. Широтный способ регулирования частоты вращения вентильного двигателя.

7.3. Особенности методики синтеза квазинепрерывной САУ частоты вращения электропривода с вентильным двигателем.

7.4. Синтез квазинепрерывной САУ частоты вращения ВД, регулируемого по контуру якоря.

7.4.1. Система регулирования с управлением в цепи тока на входе УВК вентильного двигателя.

7.4.2. Система регулирования частоты вращения.

7.5. Синтез САУ частоты вращения вентильного двигателя регулируемого по контуру возбуждения.

7.5.1. Система регулирования с управлением в цепи тока возбуждения вентильного двигателя.

7.5.2. Система регулирования частоты вращения при управлении потоком.

7.6. Выводы.

8. СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ ВЕНТИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ.

8.1. ВД с коммутаторами на неполностью управляемых вентилях.

8.2. Вентильный двигатель для электропривода главного движения металлорежущих станков.

8.3. Исследование рабочих характеристик ВД.

8.4. Исследование механических и энергетических характеристик.

8.5. Вентильные двигатели на полностью управляемых вентилях.

8.5.1. Вентильные двигатели с постоянными магнитами для систем промышленной автоматики.

8.5.2. ВДПМ с микропроцессорным управлением для систем электропривода специального назначения.

8.6. Интегральные характеристики квазиустановившегося режима ВД.

8.7. Выводы.

Высокие требования, поставленные перед отечественным электромашиностроением на ближайшие годы, предопределяют, помимо совершенствования уже выпускаемых изделий, создание новых с более высокими качественными показателями.

Одним из возможных путей решения этой проблемы является разработка электромеханических преобразователей, обеспечивающих широкий диапазон частоты вращения, хорошие регулировочные свойства высокие энергетические показатели и надежность.

Традиционные коллекторные машины постоянного тока (МПТ), используемые в регулируемом электроприводе, достигли высокого технического уровня и поэтому обладают достаточно широкими возможностями. Они сохраняют ведущее положение в силу своей хорошей управляемости и простоты реализации замкнутых систем, обеспечивающих требуемые статические и динамические показатели регулирования частоты вращения. Однако дальнейшее улучшение их эксплуатационных характеристик сдерживается, прежде всего, наличием коллекторно-щеточного узла, его ограниченной коммутационной способностью.

Работа коллекторно-щеточного узла МПТ в области высоких частот вращения, больших токовых перегрузок, при значительной вариации параметров окружающей среды, а также на пульсирующем токе, в комплекте с управляемым вентильным преобразователем, сужает перспективы их дальнейшего использования и существенно снижает технические возможности электропривода.

Целый ряд исследований свидетельствует о том, что двигатели постоянного тока в настоящее время достигли своего предельных параметров. Для машин общепромышленного применения это связано с более интенсивным износом щеток и увеличенным значением реактивной ЭДС на высоких частотах вращения, а для специальных машин тяговых или автономных электроприводов - с ограничением осевой мощности, силы тяги, снижением весогабаритных показателей. Кроме того, в агрессивных средах, на химических производствах, в условиях пониженного давления (на высотах свыше 23000 м) и повышенной влажности-применение двигателей постоянного тока вообще исключено как по условиям безопасности, так и из-за нарушения условий формирования контакта под щеткой.

Поиск возможной замены коллекторным машинам обусловлен прогрессом полупроводниковой техники и созданием мощных управляемых вентилей, применение которых в качестве коммутируемых элементов позволяет значительно увеличить предельные мощности, диапазон и максимальную величину частоты вращения, повысить надежность и уменьшить эксплуатационные затраты электрооборудования.

Указанные проблемы успешно решаются путем создания машинно-вентильных систем, в которых полупроводниковый преобразователь-коммутатор является составной частью электрической машины. Синтез машины, преобразователя, системы управления в одном комплектном устройстве обеспечивает улучшение качественных показателей и расширение функциональных возможностей системы электропривода.

Использование новых материалов и технологий, замена дискретных полупроводниковых элементов бескорпусными, внедрение интегральных микросхем и микропроцессорных комплектов, разработка датчиков с улучшенными метрологическими характеристиками стимулирует развитие этого направления электромеханики.

Три последних десятилетия в России и за рубежом проводятся разработки вентильных двигателей (ВД) по системе "управляемый вентильный коммутатор (УВК) - электрическая машина с вращающимся полем, охваченная позиционной обратной связью с помощью датчиков положения ротора, фазы противо-э.д.с. или напряжения статора". Они показывают, что применение в такой системе синхронной машины, придает ей свойства и статические характеристики близкие к машине постоянного тока [1-4].

Широкими возможностями в этом плане обладают также бесконтактные вентильные двигатели постоянного тока, представляющие собой электромашинно-вентильный комплекс в который, как в единое устройство, интегрированы коммутатор на полностью управляемых вентилях, бесконтактный электромеханический преобразователь энергии, элементы управления и автоматического регулирования.

В настоящее время такие вентильные двигатели успешно применяются в различных отраслях промышленности в основном для маломощных приводов систем автоматики, робототехники, электроэнергетических систем автономных объектов, электрооборудования транспортных средств, аудио- и видеотехники. Использование в качестве индукторов постоянных магнитов обеспечивает высокую надежность и быстродействие, малый уровень создаваемых помех, хорошее использование электротехнических материалов. К этому следует добавить улучшенные динамические свойства, высокую перегрузочную способность, рациональную компоновку.

Приоритетными тенденциями в этом направлении являются: объединение с электронными компонентами, информационно- управляющими системами, накопительными (буферными) устройствами; использование высококоэрцитивных постоянных магнитов (ПМ), внедрение безотходных технологий.

Отечественная промышленность уже освоила серийный выпуск вентильных двигателей с постоянными магнитами (ВДПМ) в диапазоне электрических микромашин и машин малой мощности, где они успешно конкурируют с асинхронными частотно- управляемыми двигателями, сочетая регулировочные характеристики коллекторных двигателей постоянного тока с надежностью машин переменного тока. Что же касается вентильных двигателей большей мощности, то продолжается активный поиск их наиболее приемлемых вариантов и производится выпуск опытно-промышленных серий, как с использованием постоянных магнитов, так и с электромагнитным возбуждением.

В последние два десятилетия в ряде стран (Россия, Япония, ФРГ, США, Франция и др.) широко развернулись научно-исследовательские и проектно-конструкторские разработки в области вентильных двигателей для широкорегули-руемого электропривода.

В настоящее время в механизмах главного движения тяжелых металлорежущих станков в нашей стране и ведущих зарубежных фирм наряду с высокомомент-ными электродвигателями начинают использоваться электроприводы с ВД [5,6].

Вентильные двигатели имеют несколько конструктивных типов исполнения и могут изготавливаться с когтеобразными полюсами, (бесконтактные), с аксиально- и радиально намагниченными постоянными магнитами, с совмещенным возбудителем и вращающимся выпрямителем в роторе, с вращающимся индуктором и электромагнитным возбуждением, с вращающимся якорем, электромагнитным возбуждением, компенсационными и демпферными обмотками [7-9].

Столь существенное разнообразие конструкций ВД при отсутствии достаточно объективной и всесторонней оценки их свойств затрудняет решение вопроса об оптимальной конструкции перспективных серий отечественного производства. Среди зарубежных разработок в данной области известны серии вентильных двигателей Simotron (ФРГ) и МК Permotron (Япония), охватывающие диапазон мощностей до 200 кВт [10,11 - 13].

Разрабатываемые ВД имеют более высокую удельную материалоемкость при одинаковых с коллекторными двигателями высотах осей вращения и номинальных частотах вращения.

Разнообразие конструктивных исполнений обуславливает и разнообразие схем коммутаторов, которые могут строиться на принципах комбинированной (сетевой и машинной) и искусственной коммутации [14, 15].

На кафедре электромеханики СамГТУ с участием автора разрабатываются и исследуются вентильные двигатели различных модификаций. В результате этих исследований было выявлено, что наиболее оптимальной модификацией ВД для широкорегулируемого электропривода является электродвигатель на базе явнопо-люсной машины с электромагнитным возбуждением и вентильного коммутатора с искусственной коммутацией, управляемого электромагнитными, оптическими или холловскими датчиками положения ротора [16 - 20].

По сравнению с электроприводом на базе коллекторного двигателя постоянного тока и управляемого выпрямителя [21] у регулируемого электропривода с ВД существенно расширяется диапазон регулирования частоты вращения (до 200 по якорю и до 5.8 по полю) при сохранении показателей качества регулирования в статике, а также улучшаются технико-экономические показатели.

Создание широкорегулируемых вентильных двигателей позволяет значительно упростить кинематическую схему станков и снизить трудоемкость их изготовления из-за отсутствия коллекторно-щеточного узла.

В перспективе наблюдается сближение экономических показателей электропривода с коллекторными двигателями по системе "управляемый вентильный преобразователь-двигатель" и электропривода с ВД. Объясняется это, прежде всего тем, что стоимость двигателя переменного тока вдвое меньше стоимости эквивалентного ему двигателя постоянного тока, за счет чего и компенсируется повышенная стоимость вентильного коммутатора, которая к тому же имеет тенденцию к снижению.

Что же касается электрооборудования систем производственной автоматики, бытовой техники и сельскохозяйственного производства, то на первый план выступают эксплуатационные показатели. В этом смысле вентильные двигатели оказываются конкурентно способными в таких областях как электропривод для швейных, раскроечных машин и оверлоков в легкой промышленности, дождевальных установок и машин для обработки почвы в аграрном секторе. Наиболее оптимальной модификацией ВД для этих целей является электродвигатель на базе магнитоэлектрической синхронной машины и вентильного коммутатора с искусственной коммутацией, управляемого оптическими или холловскими датчиками положения ротора [22 - 24].

Указанные существенные достоинства подтверждают перспективность использования вентильного двигателя постоянного тока в качестве исполнительного элемента различных по своему целевому назначению систем специального и автономного электропривода [25 — 27] и доказывают необходимость его дальнейшего всестороннего теоретического и экспериментального исследования.

Наряду с практическими вопросами создания ВД, остаются открытыми и многие теоретические положения. До сих пор не сформировались единые позиции, касающиеся вопросов исследования, расчета и проектирования ВД.

Объяснением этому может быть различный традиционно сложившийся теоретический подход к электрическим машинам. Исследователи исходят в основном из двух различных теоретических предпосылок, первая из которых рассматривает ВД как синхронную машину с самосинхронизацией, а вторая - как классическую машину постоянного тока. И хотя электромагнитные процессы в этих видах машин наиболее близки, их конструктивные различия обусловили и разные методологические концепции. Поскольку ВД сочетают в себе как особенности машин постоянного тока в отношении их рабочих характеристик, так и процессы преобразования энергии, которые могут рассматриваться с позиций теории синхронных машин, то это определило и различные методы исследования ВД. Однако до настоящего времени теория вентильного двигателя во всей совокупности его электромагнитных и электромеханических процессов еще далеко не разработана.

Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что в ВД протекают своеобразные электромагнитные процессы, присущие только этому виду машин. Многие из этих процессов еще требуют своего дальнейшего анализа и соответствующего объяснения с целью наиболее полного использования возможностей ВД. В основном к настоящему времени исследованы квазиустановившиеся режимы ВД и законы управления в статике. Нерешенными остаются проблемы коммутационной и динамической устойчивости, влияния электромагнитных процессов в коммутаторе на электромеханическое преобразование в машине. Недостаточно изучены переходные электромагнитные и электромеханические процессы ВД, что обусловлено широкой шкалой мощностей этих двигателей и, как указывалось ранее, различием подходов к их анализу.

Дискретный характер переключения и смены электромагнитных структур цепей обмоток и преобразователя ВД оказывает существенное воздействие на процессы его функционирования и управления, Скачкообразность изменения параметров ВД на границах интервалов постоянства этих структур и их изменение в пределах каждого интервала позволяют отнести ВД к весьма сложным импульсным системам с изменяемыми параметрами, как непрерывного звена так и импульсной части. Таким образом, особенности электромагнитных, а также электромеханических и информационных процессов в ВД, присущих этому типу электромашинно-вентильных систем, приводят к необходимости дальнейшего их теоретического анализа, создания наиболее адекватных этим процессам математических моделей, поиска методов и средств повышения качества электромеханического преобразования энергии и управления.

Замена обмотки возбуждения постоянными магнитами также вносит дополнительные особенности в процессы, происходящие в электромеханическом и вентильном преобразователях ВД. Это связано с тем, что м.д.с., развиваемая во внешней цепи и создаваемый таким индуктором магнитный поток изменяются с изменением магнитного потока реакции якоря. Значительное внутреннее магнитное сопротивление постоянного магнита заставляет большую часть потока реакции якоря замыкаться путям потоков рассеяния. Вследствие этого многие из процессов в ВД с постоянными магнитами (ВДПМ) требуют дополнительного анализа и адекватного математического описания с целью наиболее полного использования возможностей ВД.

Важной задачей, актуальность которой подтверждается решениями ряда международных конференций и совещаний по электрическим машинам и автоматизированному электроприводу, является изучение ВД как объекта регулирования и выяснение основных закономерностей управления им в статических и динамических режимах. При этом целесообразно электромашинно-вентильную система такого типа рассматривать и в установившихся, и в переходных режимах работы при любых способах коммутации и законах позиционного управления как машину постоянного тока. Это позволяет наилучшим образом и наиболее глубоко раскрыть свойства ВД как объекта системы электропривода, определить его статические характеристики, динамические параметры и особенности управления.

Учитывая изложенное, следует отметить, что исследование, разработка и проектирование ВД с искусственной коммутацией является актуальной научно-технической проблемой, решение которой будет способствовать новым возможностям совершенствования рассматриваемых электромашинно-вентильных комплексов, а также содействовать повышению эффективности и технического уровня электрооборудования на их основе.

В связи с этим в настоящей диссертации представлены результаты теоретического исследования, разработки, создания и использования в электроприводах функционально различного назначения вентильных двигателей с искусственной коммутацией силовых ключей преобразователя.

Данная работа является частью комплексных научных исследований кафедры "Электромеханика и нетрадиционная энергетика" СамГТУ по проблеме создания и исследования вентильных электродвигателей постоянного и переменного тока, проводимых по заказу предприятий различных отраслей промышленности и транспорта.

Работа выполнялась по важнейшей тематике МинВУЗа РФ по хоздоговорным темам «Разработка САПР и исследование широкорегулируемых машин постоянного тока с шихтованной станиной», № ГР 01826023158; «Разработка САПР и исследование процессов управления вентильных и коллекторных электродвигателей», № ГР 01880011987; «Разработка вентильных электродвигателей для привода дождевальной установки», № ГР 01880011992 (приказ 394 от 17.09.81, координационные планы 1988 - 1991 г.г.), по госбюджету (программа «Надежность конструкций», приказ Госкомвуза № 107 от 20.04.92) и по договору о научно-техническом сотрудничестве с НТЦ ОАО АвтоВАЗ « Разработка комбинированных энергетических установок гибридных автотранспортных средств» (программа Минпромнауки 2003-2004 г.г. «Разработка автомобилей ВАЗ и силовых агрегатов со встроенными стартер-генераторами на напряжение 42В»).

Целью диссертационной работы является разработка научно - методических основ моделирования и проектирования вентильных двигателей с искусственной коммутацией, новыми электрическими схемами и способами управления коммутаторами в полной мере удовлетворяющих современным требованиям эксплуатации систем электропривода, а также решение комплекса вопросов по их практической реализации и внедрению.

На основе этого определяются следующие основные задачи, решаемые в диссертации:

1. Разработка на основе специальных координатных преобразований математических моделей для анализа квазиустановившихся и динамических режимов различных модификаций вентильных двигателей, отображающих такие важнейшие их свойства, как дискретность смены электромагнитных структур, малое число фаз обмотки якоря, позиционный принцип управления коммутатором, закон изменения индукции в воздушном зазоре.

2. Анализ электромагнитных коммутационных процессов для определения характеристик и параметров вентильных двигателей, а также узлов искусственной коммутации, обеспечивающих устойчивую работу в статических и переходных режимах.

3. Создание программного комплекса для проектирования вентильных двигателей, позволяющего рассчитывать различные конструктивные исполнения при широком диапазоне мощностей, электромагнитных нагрузок, геометрических размеров и параметров индукторов, особенностей действия реакции якоря.

4. Разработка элементов оптимизации при проектировании вентильных двигателей для достижения совокупных критериев качества в статике и динамике.

5. Исследование свойств ВД как объектов управления, анализ их статической и коммутационной устойчивости в динамике малых отклонений, а также зависимости динамических показателей различных модификаций от параметров управления, предвключенных цепей, нагрузки и вида воздействия.

6. Анализ электромагнитных и электромеханических процессов вентильных двигателей в квазиустановившихся и динамических режимах с учетом дискретности работы управляемых коммутаторов, получение критериальных зависимостей и количественных оценок влияния дискретности на характер этих процессов.

7. Оценка импульсных способов регулирования частоты вращения, возможности использования ВД в замкнутой системе с широким регулированием частоты вращения, определение структуры и параметров регуляторов САУ электропривода сВД.

8. Разработка различных типоисполнений вентильных двигателей для конкретных систем широкорегулируемого электропривода в станкостроении, легкой промышленности, сельскохозяйственном производстве, промышленной автоматике, электрооборудовании автономных объектов и перспективных транспортных средств.

Решение поставленных задач осуществлялось с использованием следующих методов научных исследований.

При разработке математических моделей для анализа электромагнитных процессов, способов управления частотой вращения применялись методы теории неголономных систем, координатных преобразований к колеблющимся осям, электрических цепей с переменными параметрами и векторно-матричные преобразования.

Функциональное проектирование вентильных двигателей проводилось с использованием координатных преобразований в сочетании с представлением электромагнитных переменных как функций дискретного аргумента и имитационного моделирования на основе алгебры логики и топологического анализа цепей. Для решения уравнений математической модели применялось Z-преобразование, а затем осуществлялся переход к оригиналам с помощью условно-разностных соотношений операторно-рекуррентного метода.

Анализ коммутационных процессов и выбор параметров узлов искусственной коммутации осуществлялся с применением операторных методов.

При создании алгоритмов проектирования использовались процедуры поверочных расчетов статического синтеза, а также систематический просмотр многомерных областей с привлечением аппарата ЛП- т последовательностей и методы многокритериальной оптимизации.

При структурном анализе различных типов вентильных двигателей и получении выражений передаточных функций применялись векторно-матричные методы и основные положения теории автоматического управления и квазинепрерывных систем. Воздействие дискретности и коммутационных процессов на поведение вентильного двигателя как объекта управления оценивалось путем применения модифицированного Z-преобразования Лапласа

Определение влияния дискретности работы коммутатора, коммутационных интервалов, изменения электромагнитных структур при широтном и широтно-импульсном регулировании фазных напряжений осуществлялось с использованием дискретного преобразования Лапласа и аналогов преобразования Римана-Меллина для дискретных систем.

Динамический синтез САУ электропривода с вентильным двигателем проводился с привлечением теории систем подчиненного регулирования.

Экспериментальная проверка результатов теоретических исследований и разработок выполнялась с использованием методов идентификации и сопоставительного анализа.

Научная новизна работы представлена теоретическими и экспериментальными исследованиями, основное содержание которых может быть обобщено в следующих рассмотренных и решенных задачах:

1. Предложены координатные преобразования к дискретно-ориентированным осям и на их основе метод исследования электромагнитных процессов в вентильных двигателях с искусственной коммутацией, позволяющий получить решение системы дифференциальных уравнений с периодическими коэффициентами в замкнутом аналитическом виде и определить достаточно полный спектр токов, а также уточненные интегральные характеристики установившегося режима.

2. Разработаны методы анализа электромагнитных процессов с учетом особенностей формирования контуров машинной и искусственной коммутации, позволяющие определить основные показатели и характеристики этих процессов, а также параметры узлов коммутации и защитных элементов для обеспечения высокого уровня коммутационной устойчивости.

3. На основе использования аппарата коммутационных функций, дискретного преобразования Лапласа и условно разностных соотношений операторно-рекуррентного подхода сформированы имитационные логико-топологические и функциональные математические модели, учитывающие дискретный характер смены структур на коммутационном и внекоммутационном интервале, а также конструктивные особенности различных модификаций вентильных двигателей и ориентированные на решение задач рационального геометрического проектирования и параметрической оптимизации.

4. Составлены расчетные модели ВД с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением на основе теории машин постоянного тока при учете особенностей вентильной коммутации, малого числа фаз якорной обмотки, специфического механизма действия реакции якоря, позиционно-зависимого алгоритма управления коммутатором, добавочных потерь.

5. Предложены процедуры и разработаны алгоритмы проектирования вентильных двигателей, основанные на сочетании поверочного и оптимизационного расчетов, а также систематическом просмотре многомерных областей в сочетании с применением ЛП-т последовательностей. Разработаны подходы к достижению оптимума по различным критериям, либо по их совокупности, как в процессе проектирования, так и при изготовлении ВД.

6. Получены передаточные функции, структурные схемы и исследованы динамические характеристики вентильных двигателей как объектов управления на основе метода полезных составляющих параметров и с учетом дискретности работы коммутатора, влияния коммутационных процессов на основе представления ВД импульсной системой с периодически скачкообразно изменяющимися параметрами и непрерывной частью.

7. Представлены с использованием D-преобразования математические модели вентильных двигателей для анализа функционирования и управления с учетом дискретности в квазиустановившихся режимах работы, позволяющие оценить влияние пульсаций тока якоря и момента на его работу.

8. Разработан метод расчета размагничивающего действия переменных составляющих реакции якоря и установлены закономерности управления углом опережения включения вентилей. Исследована работа ВД при широтно-импульсном, широтном регулировании и рассмотрено влияние составляющих момента низких комбинационных частот на статическую устойчивость, а также показаны особенности структур регуляторов САУ электропривода с ВД.

Полученные в работе математические модели и структурные схемы обладают достаточной общностью и могут быть использованы для исследования и проектирования различных модификаций ВД с искусственной коммутацией, а также динамического синтеза САУ на их основе и построения схем регуляторов.

Практическая ценность работы определяется тем, что:

1. Выработаны рекомендации по улучшению эксплуатационных характеристик и показателей ВД, разработаны методы, алгоритмы и программы его расчета, которые позволяют проанализировать электромагнитные и электромеханические установившиеся и переходные процессы при различных параметрах электромеханического и вентильного преобразователей.

2. Обоснованы рациональные конструкции электромеханических преобразователей ВД, предложена инженерная методика проектирования, учитывающая процессы вентильной коммутации и особенности энергопреобразования, которая дала возможность провести расчеты различных модификаций и типоразмеров .

3. Создан программный комплекс для проектирования ВД с изменяемой методикой расчета и многокритериальной оптимизацией, позволяющий получать проектные решения при учете, как внутренних ограничений, так и ограничений, заданных конкретным типом производственного механизма или технологического процесса.

4. Показаны особенности расчета одноконтурных САУ с вентильным двигателем и двухконтурных САУ при управлении по контуру якоря и возбуждения для широкорегулируемого электропривода.

Реализация в промышленности, проектной практике, учебном процессе и внедрение результатов.

Математические модели, алгоритмы и программные комплексы, методики расчета эксплуатационных характеристик и параметров использованы при разработке вентильных двигателей для систем широкорегулируемого электропривода главного движения металлорежущих станков, электрооборудования автономных объектов и автотранспортных средств, устройств промышленной автоматики на предприятиях: АО «Псковэлектромаш», ООО «Самаратрансгаз», АО «Завод им. Тарасова». Опытные образцы вентильных двигателей, управляемых коммутаторов и систем позиционно-зависимого управления были переданы СКВ завода «Электромашина» (г. Харьков), КБ «Электроприбор» завода агрегатного электромашиностроения (г. Саратов), Центральному научно-исследовательскому институту (ЦНИИСЭТ) судовой электротехники и электротехнологии, (г. Санкт- Петербург), КПО «Завод им. Масленникова» (г. Самара).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Обобщенные математические модели вентильного двигателя как машины постоянного тока, учитывающие, что электромеханические и электромагнитные процессы такой дискретной электромашинно-вентильной системы характеризуются наличием межкоммутационного и коммутационного интервалов постоянства электромагнитных структур, взаимным влиянием якорного и индукторного контуров, законом распределения индукции в воздушном зазоре, способом управления и типом возбуждения.

2. Методы обеспечения высокого уровня коммутационной устойчивости, позволяющие определить параметры узлов искусственной коммутации и защитных элементов, а также основные показатели и характеристики коммутационных процессов.

3. Алгоритмы проектирования, процедуры многокритериальной оптимизации и программный комплекс на их основе для получения конструктивных решений и компоновок различных модификаций электромеханических преобразователей вентильных двигателей.

4. Частные линеаризованные математические модели ВД как машины постоянного тока, которые свидетельствуют о повышении порядка системы, снижении быстродействия с ростом угла опережения включения вентилей коммутатора, момента инерции, индуктивности якорной цепи и одинаковом быстродействии по цепи якоря и возбуждения.

5. Методы оценки влияния дискретности и фактора пульсаций на процессы функционирования и управления ВД, учитывающие процессы коммутации и способы регулирования частоты вращения, а также особенности определения структур и параметров регуляторов САУ электропривода с ВД.

6. Практическая реализация схем и конструкций вентильных двигателей для электрооборудования функционально различного назначения.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на VI,VII региональных научно-технических конференциях «Электропривод переменного тока с полупроводниковыми преобразователями» (г. Свердловск, 1983, 1986 г.г.), Всесоюзной научно-технической конференции, посвященной 25-<• летию ВНИИрелестроения (г. Чебоксары, 1986 г.), 1,11 Всесоюзных научнотехнических конференциях по электромеханотронике (г. Ленинград, 1987, 1991 ф, г.г.), V Всесоюзной научно-технической конференции «Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов» (г. Каунас, 1988 г.), III Всесоюзной научно-технической конференции «Динамика станочного оборудования гибких автоматизированных производств (г. Тольятти, 1988 г.), Всесоюзной научно-технической конференции по электромеханическим системам с постоянными магнитами (г. Москва, 1989), Международном научно-техническом коллоквиуме по электротехнике (г. Ильменау, Германия, 1990 г.), региональной научно-технической конференции «Современные проблемы энергетики, электромеханики, электротехнологии», посвященной 75-летию основания УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург, 1995 г.), III Международной научно-технической конференции ICEE «Электромеханика и электротехнология» (г. Москва, 1998 г.), Международных научно® технических конференциях «Надежность и качество в промышленности, энергетике ке и на транспорте» (г. Самара, 1999, 2003 г.г.), юбилейной научно-технической конференции «Электромеханика на пороге XXI века», посвященной 100-летию рождения Г. Н. Петрова (Москва, 1999 г.), юбилейной научно-технической конференции «Электротехнические комплексы автономных объектов» (г. Москва, 1999 г.), Российском электротехническом конгрессе (г. Москва, 1999 г.), Международных научно-технических конференциях «Электромеханика и управляющие электромеханические системы» (г. Екатеринбург, 2001,2003 г.г.), IV Международной (XV Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» (г. Магнитогорск, 2004 г.)

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 62 работы, [16.20, 22.27,106,110,112,159,160,167.169,172.174,181,182,190,192,213.217,219,222 .227,230.234,241.268] в том числе монография, статьи в научно-технических журналах «Электричество», «Электротехника», Известия ВУЗов «Электромеханика», а также в сборниках научных трудов, материалах международных, всесоюзных, всероссийских, региональных конференций, получено 3 авторских свидетельства (в соавторстве)

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, изложенных на 422 стр. основного текста, списка литературы из 268 наименований, приложений на 32 стр., 206 иллюстраций, 18 таблиц.

8.7. Выводы

1. Испытания макетного образца ВД с электромагнитным возбуждением по-•) зволили подтвердить основные положения работы, как для статических, так и для

• динамических режимов.

2. Сопоставление результатов экспериментальных исследований и математического моделирования показало, что в пределах принятых допущений соблюдаются принципы адекватности объекта и модели, а точность находится в пределах, допустимых для инженерной практики.

3. В ходе разработок получены новые технические решения по реализации, предложенных автором основных принципов управления вентильным двигателем, а также способы наилучшей организации процессов электромеханического преобразования энергии и достижения высоких эксплуатационных возможностей.

4. Созданные при непосредственном участии автора электромеханические и Ф вентильные преобразователи для вентильных двигателей различного промышленного назначения являются конкурентноспособными для использования в бесколлекторном или полностью бесконтактном регулируемом электроприводе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложенные математические модели вентильных двигателей постоянного тока в системе дискретно-ориентированных координат позволяют проанализировать электромеханические процессы в электромашинно-вентильных системах этого типа при различных принципах реализации позиционной обратной связи, конструкциях магнитопроводов, способах коммутации УВК, различных схемах обмоток, коммутаторов и оценить его эксплуатационные характеристики и возможности.

2. Исследование коммутационных электромагнитных процессов, проведенное в работе, показало, что в мощных ВД с принудительным выключением вентилей угол коммутации на 20-30% меньше, чем у ВД с естественной коммутацией за счет более высокого значения э.д.с. коммутируемых фаз, что позволяет существенно улучшить его массо-габаритные показатели, а также повысить коммутационную устойчивость за счет совершенствования схем узлов емкостной коммутации.

3. Разработанные имитационные модели, ориентированные на проектирование применены при расчете и оптимизации опытно-промышленных образцов, а также ряда типоразмеров ВД на различные номинальные данные. Кроме того, они могут быть использованы при проектировании серий и отрезков серий ВД с коммутаторами на полностью и неполностью управляемых вентилях, когда существенно сказываются коммутационные факторы и значительной является разность индуктивных сопротивлений по продольной и поперечной осям.

4. Предложенные процедуры и разработанные алгоритмы проектирования вентильных двигателей, основанные на сочетании поверочного и оптимизационного расчетов, а также систематическом просмотре многомерных областей в сочетании с применением ЛП-г последовательностей, позволяют рассчитывать различные конструктивные исполнения при широком диапазоне мощностей, электромагнитных нагрузок, геометрических размеров и параметров индукторов, учете особенностей действия реакции якоря и различных законах изменения индукции в воздушном зазоре.

5. Полученная линеаризованная модель ВД позволяет проанализировать его статическую и динамическую устойчивость как объекта регулирования. Причем структурная схема, составленная на основе этих уравнений, учитывает специфические особенности динамики малых отклонений, обусловленные позиционным управлением и взаимоиндуктивной связью обмоток якоря и индуктора.

6. Показано, что ВД может быть рассмотрен как непрерывная система с эквивалентными параметрами при частотах вращения, удовлетворяющих условию квазинепрерывности во всем диапазоне изменения частот, а при частотах вращения, не удовлетворяющих этому условию, как импульсная система с периодически скачкообразно изменяющимися параметрами непрерывной части, причем переходные процессы в динамике малых отклонений и области статической устойчивости необходимо определять с учетом дискретности управляемого вентильного коммутатора.

7. Установлено, что изменение частоты вращения предложенным в работе широтным способом регулирования возможно в диапазоне частот вращения от соном до (0,4. 0,5) ft>H0M, а дальнейшее снижение частоты вращения должно осуществляться посредством широтно-импульсного регулирования с целью ограничения пульсаций частоты вращения не превышающих допустимые значения.

8. Предложено при расчете замкнутых САУ электропривода с ВД, регулируемого напряжением на якоре и на обмотке возбуждения, учитывать, что подчиненный регулятор тока внутреннего контура и регулятор э.д.с. имеют более сложную структуру, чем в электроприводе с коллекторным двигателем постоянного тока. Настройка регуляторов на оптимум по модулю осуществляется по усредненному углу управления преобразователем.

9. В ходе разработок получены новые технические решения по реализации основных принципов управления вентильным двигателем, а также способы наилучшей организации процессов электромеханического преобразования энергии и достижения высоких эксплуатационных возможностей.

10. Созданные электромеханические и вентильные преобразователи для вентильных двигателей различного промышленного назначения являются конкурентно способными для использования в бесколлекторном или полностью бесконтактном регулируемом электроприводе постоянного и переменного тока.

1. Бертинов А.И., Лотоцкий Е.Л. Бесконтактные электрические машины. М.: Информстандартэлектро, 1967. 74 с.

2. Мейстель A.M., Наумычева К.И. Итоги науки и техники. Серия Электропривод иавтоматизация промышленных установок. Т.4. Электропривод с вентильными двигателями. М.: ВИНИТИ, 1974. 217 с.

3. Бернштейн А.Я., Константинов В.К. Крылов B.C., Суйский П.А. Вентильные двигателина основе синхронных машин с постоянными магнитами //Тр. ВНИИ электромеханики, 1980. Т. 65. С. 5-16.

4. Итоги науки и техники. Сер. Электропривод и автоматизация промышленных установок. Т.2.// Под ред. Ю.Г. Шакаряна М.: ВИНИТИ, 1990.

5. Алексеев В.А., Горчаков В.В., Казначеев В.А. Двухзонный электропривод с вентильными двигателями.// Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод. 1984. №7. С. 17-19.

6. Адволоткин Н. П., Овчинников И. Е. Состояние и перспективы развития вентильныхэлектродвигателей для станкостроения и робототехники.// В кн. Бесколлекторные регулируемые электрические машины. Л.: ВНИИЭлектромаш, 1988. С.5-19.

7. Поздеев Д.А., Афанасьев А.А. Королев Э.Г., Макаров В.А., Нестерин В.А, Селиванов

8. М.Н., Носков В.А. Синхронный двигатель с постоянными магнитами для электропривода металлообрабатывающих станков //Электротехника, 1983. №10. С.ЗЗ -38.

9. Лебедев Н.И. Электрические и конструктивные схемы мощных вентильных двигателей.// В кн.: Вентильные электродвигатели. Л.: ВНИИЭлектромаш, 1981. С. 95-109.

10. Толкунов В.П., Фрумин В.Л. Казначеев В.А. Разработка и исследование вентильныхдвигателей средней мощности.// Машинно-вентильные системы, коммутация коллекторных электрических машин: Межвуз. сб. науч. тр. Куйбышев: Куйб. политехи, ин-т, 1981. С. 66-71.

11. Takeda Mikio, Yanai Ginjiro. MC Permotron. // Fuji. Elec. J. 1975. 45 №12. P.625 630.

12. Toshiba AC thiristormotor MF PACK-III. Toshiba KSA. E99093. 1. 1977 19 p.

13. Jamamoto Shinpei, Takeda Mikio, Takanashi Samora. AC thiristormotor PERMOTRON. // Fuji. Elec. J. 1980.53. №12. P.661 667.

14. Мейстель A.M. Электроприводы с вентильными двигателями // Электротехническая пром-сть. Сер. Электропривод, 1973. Вып. 5. С.47 52.

15. Тихменев Б.Н. Электровозы переменного тока со статическими преобразователями. М.: Трансжелдориздат, 1958. 267 с.

16. Забродин Ю.С. Узлы принудительной коммутации тиристоров. М.: Энергия, 1974.320с.

17. Высоцкий В.Е., Зиннер Л.Я., Каретный В.Д., Скороспешкин А.И. Разработка преобразователей частоты и числа фаз вентильных двигателей //Проблемы преобразовательной техники: Докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф. Киев, 1979. Т. 4. С.87 -90.

18. Высоцкий В.Е., Каретный В.Д., Скороспешкин А.И. Широкорегулируемый электропривод с вентильными двигателями //Проблемы создания электромеханических систем: Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. совещ. Тольятти, 18 -20 мая, 1982. С. 79-80.

19. Каретный В.Д., Высоцкий В.Е., Лютахин Ю.И. Вентильные двигатели постоянного тока с широким диапазоном регулирования частоты вращения /Я-я Всесоюзн. науч.-техн. конф. по электромеханотронике: Тез. докл. Л.: 21 23 окт., 1987. С.64 - 66.

20. Комплектные системы управления электроприводами тяжелых металлорежущих станков /Под ред. А.Д. Поздеева. М.: Энергия, 1980. 286 с.

21. Высоцкий В.Е., Коньков Н.Н., Скороспешкин А.И. Вопросы динамики вентильных двигателей с постоянными магнитами //Вентильные электромеханические системы с постоянными магнитами: Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф. М., 1989. С. 45.

22. Высоцкий В.Е., Аль-Саафин М.Х. Анализ использования электромашинной части вентильного двигателя в бесконтактном электроприводе постоянного тока. СамГТУ,

23. Самара, 1994. 19 с. Рукопись деп. в Информэлектро, № 42-Эт94 от 13.09.94, реф. Электротехника, 1995, №6.

24. Анисимов В.М., Высоцкий В.Е., Скороспешкин А.И., Тарановский В.Р. Перспективные стартер-генераторы для автомобилей //Российский электротехнический конгресс: Тез. докл. М. 3 — 5 июля 1999. Т. Электротехнические системы транспорта.

25. Kern Е. Der Kommutatorlose Einphasen Lokomotivmotor fur 40 bis 60 Herz //Elektrische bahnen. 1931. N 11. S. 313.

26. Willis C.N. A study of the Thyratron Commutator Motor //Gen. Elec. Rev. 1933. v. 36. N 2. P. 76-80.

27. Alexanderson F.W., Mittag A.H. «Thyratron» motor //Elec. Eng. 1934. v.53. N 11. P. 1517 -1523.

28. Alexanderson F.W., Mittag A.H. The Thyratron» motor //Power Plant Eng. 1935. v.39. N 4. P. 232-234.

29. Тихменев Б.Н. Новые схемы вентильного двигателя //Электричество. 1935. №12. С. 39 -46.

30. Завалишин Д.А., Вегнер О.Г. Новые схемы вентильных двигателей //Электричество. 1936. №3. С.6 13.

31. Бутаев Ф.Н., Эттингер E.JI. Новые схемы вентильных двигателей //Вестник электропромышленности. 1937. №2. С. 10 — 13.

32. Пат. 2492.435 США. Electric Motor Control Circuits / H.E. Ostlin. 1949.

33. Пат. 2719.944 США. Commutatorless direct current motor / D.Harrison, N. Brailsford, N. Rys. 1955.

34. Пат. 2751.501 США. Transistor Commutated Direct Current Motor N. Brailsford. 1956.

35. Streng K. Kollektorloser Gleihstrom Kleinstmotor fur Tondbandgerate //Radio und Femschen. 1963. N. 14.

36. Лодочников Э.А., Шеминов В.Г., Пархоменко Г.А., Шалагин В.М. Агеев В.Е., Власова В.П., Спаннут B.C. Серия микроэлектроприводов типа МБ //Электротехника. 1966. №2.

37. Пат. 9820 Японии. Бесконтактный двигатель /К. Матасаро. 1957

38. Пат. 2895095 США. Electronic d. с. motor / Н. Cuyton. 1959.

39. Пат. 1075207 ФРГ. Kolleklorloser Gleichstrom motor/R. Zaubitzer. 1960. 43.Saderholm G.L. Solid state d-c motor provides high torque, even currenl demand1. Design news. 1960. N. 15.

40. Deich C.D. Gleichstrommaschinen mit electronischen Kommutator ais Reversierantrieb //VEM Electroanlagenbau. 1969. N. 3. S. 201 203.

41. A. C. 143100 (СССР). Бесконтактный электродвигатель постоянного тока / И.А. Вевюрко, Ю.В. Разумовский, А. И. Селивахин. Опубл. в Б. И. 1974, №7.

42. Вевюрко И.А., Разумовский Ю.В., Селивахин А.И. Двигатель постоянного тока без скользящих контактов //Вестник электропромышленности. 1962. №3. С.34 36.

43. Овчинников И.Е., Лебедев Н.И. Бесконтактные двигатели постоянного тока автоматических устройств. М-Л.: Наука, 1966. 187 с.

44. Дубенский А.А. Бесконтактные двигатели постоянного тока. М.: Энергия, 1967. 144 с.

45. Цоканов В.В., Коссов О.А. Бесколлекторный электропривод постоянного тока. Электричество, 1963. №1.

46. Бесконтактные микродвигатели постоянного тока за рубежом: Аналитическая справка / Информэлектро, 1990. 16 с.

47. Балагуров В.А., Гридин В.М., Лозенко В.К. Бесконтактные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. М.: Энергия, 1975.221 с.

48. Лутидзе Ш.И. Основы теории электрических машин с управляемым полупроводниковым коммутатором. М.: Наука, 1968. 304 с.

49. Вентильные электродвигатели малой мощности для промышленных роботов/В. Д. Косулин, Г.Б. Михайлов, В.В. Омельченко, В.В. Путников. Л.: Энергоатомиздат, 1988. 184 с.

50. Аракелян А.К., Афанасьев А.А., Чиликин М.Г. Вентильный электропривод с синхронным двигателем и зависимым инвертором. М.: Энергия, 1977. 224 с.

51. Аракелян А.К., Афанасьев А.А. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод: В 2-х кн. Кн. 1: М.: Вентильные электрические машины. Энергоатомиздат, 1997. 509 с.

52. Аракелян А.К., Афанасьев А.А. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод: В 2-х кн. Кн. 2: М.: Регулируемый электропривод с вентильным двигателем. Энергоатомиздат, 1997. 498 с.

53. Воронин С.Г., Лифанов В.А. Исследование пульсаций момента тихоходных бесконтактных двигателей постоянного тока с дискретным датчиком положения ротора //Электричество, 1977. №11. С.54 58.

54. Михалев А.С., Миловзоров В.П. Следящие системы с бесконтактнымидвигателями постоянного тока. М.: Энергия, 1979. 160 с.

55. Зиннер Л .Я., Скороспешкин А.И. Вентильные двигатели постоянного и переменного тока. М.: Энергоиздат, 1981.136 с.

56. Копылов И.П., Фрумин В.Л. Электромеханическое преобразование энергии в вентильных двигателях. М.: Энергоиздат, 1986. 168 с.

57. Овчинников И.Е., Лебедев Н.И. Бесконтактные двигатели постоянного тока. Л.: Наука, 1979. 270 с.

58. Овчинников И.Е. Теория вентильных электрических двигателей. Л.: Наука, 1985.164 с.

59. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока / Н.П. Адволоткин, В. Т. Гращенков, Н.И. Лебедев, И.Е. Овчинников, А.К. Стыцина Л.: Энергоатомиздат, 1984. 160 с.

60. Вентильные электрические машины / Н.И. Лебедев, В.М. Гандшу, Я.И. Явдошак РАН. Науч. исслед. ин-т электромашиностроения. Отв. ред. И.А. Глебов. СПб.: Наука, 1996. 352 с.

61. Косысин Ю.П. Введение в электромеханотронику. СПб.: Энергоатомиздат, 1991. 192 с.

62. Косыгин Ю.П. Микеров А.Г. Электромеханотроника. Основные особенности и современное состояние //Робототехника и мехатроника. Вып. 1. СПб.: Наука, 1996. С. 126- 133.

63. Сидельников Б.В., Рогачевская Г.С., Макаров И.В. Проблемы развития теории и практики вентильных двигателей постоянного тока // Тр. Ленинградского политехи, ин-та. 1979. №3 67. С. 84 89.

64. Вентильные двигатели и их применение на электроподвижном составе. / Под ред. Б.Н. Тихменева. М.: Транспорт, 1976. 280 с.

65. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. М.: Энергоиздат, 1982. 192 с.

66. Вентильные двигатели мощностью 0.5 20 кВт на базе синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов со встроенными датчиками положения ротора, скорости и тормозом. Отчет /ВНИПТИЭМ; №ГР 79038145. Владимир, 1981. 250 с.

67. Бесконтактные двигатели серии БК / В.А. Бусс, И.А. Вевюрко, Г.В. Иванов и др. // Электротехника, 1985. №5. С. 49 50.

68. Адволоткин Н.П., Овчинников И.Е. Вентильные электродвигатели с постоянными магнитами (электромеханическая часть): Обзорн. Информ., вып. 1. М.: Информэлектро, 1986. 84 с.

69. Адволоткин Н.П., Вдовиков А.Г., Выплавин Ю.И. Унифицированная серия вентильных двигателей с постоянными магнитами ДВУ для стакостроения и робототехники //Электротехника, 1988. №2 С.37 40.

70. Яцук В.Г. Вентильный электродвигатель для электромобиля на базе бесщеточной синхронной машины с постоянными магнитами //Сб. докладов по проблемам автомобилестроения: советско-американский симпозиум по электромобилям. Ереван, 1979. 15 с.

71. Адволоткин Н.П., Овчинников И.Е. Состояние и перспективы развития вентильных электродвигателей для и станкостроения и робототехники //Бесколлекторные регулируемые электрические машины: Сб. науч. трудов. Л.: ВНИИэлектромаш, 1988. С5 19.

72. Сромин А.Ф. Расчет дисковых вентильных двигателей для привода станков и роботов //Электротехника, 1988. №2. С37 40.

73. Жуков В.П., Нестерин В.А. Высокомоментные вентильные электродвигатели серии 5ДВМ //Электротехника, 2000. №6. С. 19 21.

74. Эффективность применения высокомоментных двигателей в станкостроении / Под ред. И.В. Харизоменова. М.: Машиностроение, 1981. 144 с.

75. Постоянные магниты: Справочник/Под ред. Ю.М. Пятина М.: Энергия, 1980.488 с.

76. Овчинников И.Е. , Лебедев Н.И. Вентильные электродвигатели: состояние и перспектива // Электротехника, 1981. №8. СЗ8 41.

77. Asaeda Takeaki, Matsuira Toshiaki, Tominaga Joshiharu, Rosokawa Jasuhiko, Udaka Masaharu Commutatorless motors using thyristors // Mitsubisi denki giho, 1983, vol 57. N. 7. P. 481 -484.

78. Brushless drive system for paper mashine and revinder: Toshiba. KSG-E-1029, 1976. 17 p.

79. X. Ота, И. Мори, M. Уэяма, И. Ватанабэ Тиристорные двигатели постоянного тока MF- PACK-IV. М.: Всесоюзн. центр перев. науч.- тех. лит. и док. Перев. № 7965/2. 19 с. Toshiba Rev., 1974. N. 4, vol. 29. P. 355 358.

80. Fohse W., Weis M. Reiche der BL-Motoren fur der mittleren Leistungabereich. Technische Mitteilungen AEG-Telefimken. Umrichtertechnik, 1977.

81. Bosch Servodyn/Servocon. S. Katalog 3540-D1/8-81. 21 s.

82. Indramat Servosystem. Wartungsfreie Permanentmagnet Dreihstrom - Servoantriebe Baumeihe MAK112. Katalog ID29 853/09.81. 19 s.

83. Liska M. Simotron К//Siemens Zeitschrift, 1972. N. 4. S.18 24.

84. Simovert GSC 1 // Siemens Zeitschrift, 1975, vol. 49. N. 7. S.424 - 490.

85. Донской H.B., Сушенцов A.A., Шепелин В.Ф. Электроприводы с бесколлекторными (синхронными) двигателями для металлорежущих станков.// В кн. Автоматизированный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1986. С. 386 393

86. Электродвигатели вентильные серии ВД, габариты 225 315. Технические условия /ТУ 16 - 513. 531-83. Минэлектротехпром.

87. Флоренцев С.Н., Ковалев Н.Ф. Современная элементная база силовой электроники // Электротехника, 1996. №4. С.2 8.

88. Бернштейн А.Я., Хорт Б.И. Использование электрических машин в электроприводе с вентильными двигателями //Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод, 1977. Вып. 8(61). С. 12-18.

89. Аракелян А.К. К вопросу об использовании электрической машины в электроприводе с вентильным двигателем // Электрооборудование промышленных предприятий / Чувашский ун-т. Чебоксары. 1979. Вып. 7. С. 3 —22.

90. Глазенко Т.А., Гончаренко Р.Б. Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах. Л.: Энергия, 1969. 184 с.

91. Забродин Ю.С. Автономные тиристорные инверторы с широтно импульсным регулированием. М.: Энергия, 1971. 128 с.

92. Могилевский Г.В., Дикань С.В. Узлы принудительной коммутации тиристоров с переводом тока в высокочастотный тиристор //Оптимизация полупроводниковых устройств энергетики и электротехники. Киев, 1980. С.117 124.

93. Булачев О.Г. Царенко А.И. Тиристорно-конденсаторные преобразователи. М.: Энергоиздат, 1982.216 с.

94. Эттингер E.JI. Вентильный электропривод с бесколлекторными двигателями переменного тока //Автоматизированный электропривод в народном хозяйстве. М.: Энергия, 1971. С. 269-273.

95. Иванов В.Г., Рогачевский B.C. Анализ пусковых свойств вентильного двигателя //Вопросы теории и расчета мощных электромашинно-тиристорных комплексов. JL: Внииэлектромаш, 1979. с. 25 — 39.

96. Сидельников Б.В., Рогачевская Г.С., Земцовский А.В. Особенности теории вентильного двигателя с шестифазной обмоткой на якоре // Электрические машины специального назначения: Сб. науч. тр. Куйбышев, 1985. С. 30 42.

97. Курбасов А.С. Вопросы анализа вентильного двигателя // Бесконтактные силовые схемы и вентильные тяговые двигатели электроподвижного состава переменного тока: Сб. науч. трудов. М.: ВНИИЖТ, 1969. №388. С. 124 136.

98. Курбасов А.С. Реакция якоря вентильного двигателя //Электричество, 1970. №9. С. 48 54.

99. Зиннер Л.Я., Коротаев В.П. Скороспешкин А.И. Реакция якоря вентильного двигателя //Электрические машины / Сб. науч. тр. Куйб. политехн. ин-т. Куйбышев. 1975. Вып. 2. С. 61-70.

100. Высоцкий В.Е., Каретный В.Д., Скороспешкин А.И., Сердюков Ю.П. Вентильный двигатель постоянного тока с искусственной коммутацией для широкорегулируемого электропривода //Известия вузов. Электромеханика, 1987. №10. С. 102- 107.

101. Аранчий Г.В., Жемеров Г.Г., Эпштейн И.И. Тиристорные преобразователи частоты для регулируемых электроприводов. М.: Энергия, 1968. 128 с.

102. Глебов И.А., Левин В.Н., Ровинский П.А., Рябуха В.И. Вентильные преобразователи в цепях электрических машин. Л.: Наука, 1971. С. 136 — 143.

103. Рытвин А.Ф., Семенов В.В. Тиристорные преобразователи с искусственной коммутацией для вентильных двигателей //Электротехника, 1974. №3. С. 29 34.

104. Зиннер Л.Я. Электрические машины с управляемым коммутатором //Электрические машины / Сб. науч. тр. Куйб. политехи, ин-т. Куйбышев. 1975. Вып. 2. С. 40 — 50.

105. Зиннер Л.Я., Скороспешкин А.И., Высоцкий В.Е., Каретный В.Д. Электромагнитные процессы в вентильном двигателе постоянного тока // Бесконтактные электрические машины постоянного тока: Тез. докл. П-ой Всесоюзн. конф. М.: МАИ, 20 — 23 нояб.,1975. с. 17.

106. Завалишин Д.А., Вегнер О.Г. Теория и основы расчета вентильного двигателя постоянного тока, коммутируемого с помощью тиратронов //Тр. Ленинград, индустр. ин-та, 1936. Вып. 5. С. 245 271.

107. Нитусов Е.В., Эттингер Е.Л. Некоторые вопросы теории вентильного двигателя //Тр. Моск. ин-та механиз. и электрифик. сельск. хоз-ва, 1939. С. 21- 45.

108. Завалишин Д. А. Вентильный двигатель трехфазного переменного тока и уточненное обоснование построения его рабочих характеристик // Тр. Ленинград, ин-та авиац. приборостроен., 1968. Вып. 57. С. 6- 13.

109. Завалишин Д.А. Современное состояние и перспективы развития электромашинно -вентильных схем // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1966. №1. С. 17-31.

110. Булгаков А.А. Исследование квазинепрерывных систем. М.: Наука, 1973.102 с.

111. Лутидзе Ш.И., Михневич Г.В., Тафт В.А. Введение в динамику синхронных машин и машинно-полупроводниковых систем. М.: Наука, 1973.338 с.

112. Кривицкий Е.О., Эпштейн И.И. Динамика частотно-регулируемых электроприводов с автономными инверторами. М.: Энергия, 1970. 149 с.

113. Тафт В.А. Спектральные методы расчета нестационарных цепей и систем. М.: Энергия, 1978. 272 с.

114. Горбунов Н.Ф. Кузнецов Н.Ф: Регулируемый бесконтактный микропривод постоянного тока // Тр. Рязанского радиотехнич. ин-та, 1970. Вып. 4. С. 232 236.

115. Протопопов Л.М., Михайлов Г.Б. Бесконтактный двигатель постоянного тока с аналоговым преобразователем //Электромашинные элементы для автоматических систем / Сб. науч. тр. Ленинград, ун-та. Л.: 1973. Вып. 1. С.15 12.

116. Jakubowich A., Nougaret М., Perret R. Simplified model and closed loop control of a commutatorless d. c. motor //Ind. Appl. Soc. IEEE 14th Annu. Mitt., Cleveland. Ohio, 1979 / Conf. rec. New. York. N. Y.: 1979. P. 857 863.

117. Кучумов В.А. Анализ электромагнитных процессов в вентильном двигателе // Вестн. Всесоюзн. науч.-исслед. ин-та ж. д. трансп-та, 1967. №2. С.6 — 10.

118. Garrido M.S. La theorie dynamique des mashines 'electriques // Technica, 1967. N. 367. P.23 37.

119. Garrido M.S.M. Elements d'une theorie dynamique des mashines 'electriques //Revue Generale de Telectricite, 1968. ill. N. 1. P.27 33.

120. Garrido M.S. Contribution a la theorie dynamique des systems electromechaniques // E.N.S.E.M., Nancy 1968. N. 9. P. 13-21.

121. Garrido M.S. Equation de la dynamique de circuites electriques // Revue E., vol VI. 1971. N. 10.

122. Garrido. M.S. Gudefin E. Equations de circuits a commutation non linerguss // Revue E., vol. VI. 1971. N.9.

123. Garrido. M.S. Gudefin E. Les equations generales des mashines electriques deduites de 1'electromagnetisme // Revue E., vol.VI. 1971. N. 9. 131. Garrido M. S. Edude theorigue et experimental de la generatrice a redresseur // Revue E., 1972. N. 3.

124. Курбасов A.C. Повышение работоспособности тяговых электродвигателей. М.: Транспорт, 1977. 223 с.

125. Лозенко В.К., Санталов A.M. Применение тензорного анализа для исследования вентильных электромеханических систем //Тр. МЭИ. Межвед. сб.: Применение постоянных магнитов в электромеханических системах, 1984. Вып. 32. С. 40 — 49.

126. Плахтына Е.Г. Математическое моделирование электромашинно- вентильных систем. Львов: Вища школа. Изд-во при Львов, ун-те, 1986. 164 с.

127. Воронин С. Г. Применение преобразования Фортескью при математическом описании коммутационных процессов вентильного двигателя // Тр. МЭИ. Тематич. сб.: Электромеханические системы с постоянными магнитами, 1986. В. 112. С. 16- 22.

128. Кучумов В.А. Электромагнитные процессы в вентильном двигателе постоянного тока и его основные характеристики // Вестн. Всесоюзн. научн.- исслед. ин-та ж. д. трансп-та, 1975. №6. С.10-15.

129. Gols Grumbrecht P. Umrichtergespeiste // Techn. Mitt. AEG Telefunken, 1973. N. 4. P. 141 - 148.

130. Haboch A. Antriebe mit stromrichtergespeisten Synchronmaschinen //New Techn., 1974. N. 3.

131. Magureanu R. The steady-state characteristics of an inverter-fed synchronous machin with rotor-position control // Int. J. Elec. Eng. Educ., 1972. N. P.40 50.

132. Никиян Н.Г. Многофазная реальная асинхронная машина: математическое моделирование, методы и средства диагностики. ОГУ, Оренбург, 2003. 334 с.

133. Le Doeuff R. La simulation numerique des ensembles convertisseur maschin - comande // Rev. Gen. de Г electric., 1992. N. 6. p.28 - 34.

134. Hemati Neuram, Leu S. A complete model characterization of brushless d.c. motor // IEEE Trans. Power Ind. Appl., 1992.28. N. 1, pf. P. 172 182.

135. Калачиков П.Н. Математическая модель вентильного двигателя при учете источника питания //Тез. докл. 2-й Всесоюзн. науч.- техн. конф. по электромеханотронике, СПб., 23 25 окт. 1991 г. СПб.: БАН СССР. 1991. С. 106- 108.

136. Зильберман С.З., Винник И.И. Имитационная модель вентильного двигателя постоянного тока // Тр. Челябинск, политехи, ин-та. Тематич. сб.: Исслед. автоматизир. электроприводов, электрич. машин и вентильн. преобразователей, 1990. С. 22-29.

137. Белов М.Ю. Елец А.С. Имитационное моделирование вентильного электропривода станков с ЧПУ // Изв. ЛЭТИ, 1991. №441. С. 7 11.

138. Домрачев В.Г., Смирнов Ю.С. Цифроаналоговые системы позиционирования (электромеханотронные преобразователи). М.: Энергоатомиздат, 1990. 187 с.

139. Low T.S., Lim K.W., Binns K.I., Rahman M.F. Comparison of two control strategies in development of high torque electronically commutated drive // IEEE Proc. В., 1992. 139. N. l.P. 26-36.

140. Teodorescu Dan Burstenlose Gleihstromantriebe // Elec. Mach., 1992. 71.N 5. P. 125 128.

141. Попов Б.Н., Макаров M.A. Микропроцессорное управление двухфазным бесконтактным двигателем постоянного тока // Электротехника, 1996. №1.С. 2-6.

142. Константинов В.Г., Крылов B.C. Вентильные двигатели с аналоговыми и цифровыми системами регулирования, управления для электроприводов автономных объектов // Электротехника, 1996. №5. с. 32-41.

143. Силовые полупроводниковые приборы. Номенклатурный каталог на 2002 — 2003 г.г. // ОАО ЭЛЕКТРОвыпрямитель. Саранск, 2003. 55 с.

144. Такеути Т. Теория и применение вентильных цепей для регулирования двигателей. Пер. англ. Л.: Энергия, 1973. 348 с.

145. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем. М: Физматгиз, 1963. 968 с.

146. Уайт Д., Вудсон Г. Электромеханическое преобразование энергии. Перев. с англ. М.: Энергия, 1964. 528 с.

147. Леви Э. Панцер М. Электромеханическое преобразование энергии. Перев. с англ. М.: Мир, 1969. 224 с.

148. Грузов А.И. Методы математического исследования электрических машин. М.-Л.: ГЭИ, 1953.264 с.

149. Важнов А.И. Основы теории переходных процессов синхронной машины. М.: ГЭИ, 1960.312 с.

150. Высоцкий В.Е. Электромагнитные процессы в бесколлекторном электроприводе постоянного тока//Машинно-вентильные системы, коммутация коллекторных электрических машин /Межвуз. (межвед.) сб. науч. тр. Куйб. политехи, ин-т. Куйбышев. 1981. С. 71 -76.

151. Тафт В.А. Основы спектральной теории и расчет цепей с переменными параметрами. М.: Наука, 1964.260 с.

152. Тафт В.А. Электрические цепи с переменными параметрами. М.: Энергия, 1968. 327 с.

153. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. М.: Энергоатомиздат, 1988.280 с.

154. Осин И.Л., Колесников В.П., Юферов Ф.М. Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами. М.: Энергия, 1976. 232 с.

155. Электрические двигатели с гладким якорем для систем автоматики /Ю.К. Васильев, Г.В. Лазарев, Н.С. Рубан и др. Под ред. Ю.К. Васильева. М.: Энергия, 1977. 176 с.

156. Заездный A.M. Гармонический синтез и анализ в радиотехнике и электросвязи. Л.: Энергия, 1972. 528 с.

157. Высоцкий В.Е. Структурное моделирование вентильных машин типа постоянного тока//Тезисы докладов межотраслевой научно-технической конференции «Математическое моделирование и гибридная вычислительная техника». Куйбышев.1977. С. 23-24.

158. Фильц Р.В., Дячишин Б.В., Маляр B.C. Обобщенная методика составления линеаризованных уравнений нелинейных систем//Известия вузов. Электромеханика,1978. №6. С. 671 -657.

159. Солодовников В.В., Бородин Ю.Н., Ианнисян Л.Б. Частотные методы анализа и синтеза нестационарных линейных систем. М.: Советское радио, 1972. 132 с.

160. Высоцкий В.Е., Скороспешкин А.И. Анализ динамической устойчивости вентильного двигателя с учетом процессов коммутации//Известия вузов. Электромеханика, 1982. №10. С. 1165- 1174.

161. Высоцкий В.Е., Коньков Н.Н. Особенности динамики вентильного двигателя постоянного тока//Специальные электрические машины / Сб. науч. тр. Куйб. политехн. ин-т. Куйбышев. 1989. С. 51 61.

162. Афанасьев А.А., Никифоров В.Е. Рабочие характеристики вентильного двигателя с компенсационной обмоткой // Электротехника, 1975. №10. С. 16-18.

163. Михайлов Ф.А, Теория и методы исследования нестационарных линейных систем. М.: Наука, 1986. 136 с.

164. Теория автоматического регулирования / Под ред. В.В. Солодовникова. Т. 1,2. М.: Машиностроение, 1967. 395 с.

165. Макаров И.М., Менский Б.М. Линейные автоматические системы. М.: Машиностроение, 1977.464 с.

166. Справочник по теории автоматического управления/Под. ред. А.А. Красовского. М.: Наука. Гл. ред. физ.- мат. лит., 1987. 712 с.

167. Васильев Д.В. Чуич В.Г. Системы автоматического управления. М.: Высшая школа, 1967.419 с.

168. Лупкин В.М. Анализ режимов работы синхронной машины методами Ляпунова. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1991. 159 с.

169. Иванов В.А., Ющенко А.С. Теория дискретных систем автоматического управления. М.: Наука,1983. 336 с.

170. Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. М.: Энергия, 1973.430 с.

171. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Л.: Энергия, 1975.414 с.

172. Джури Е.И. Импульсные системы. М.: Мир, 1963. 512 с.

173. Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1989. 304 с.

174. Иванов В.А., Медведев B.C., Чемоданов Б.К., Ющенко А.С. Математические основы теории автоматического регулирования. Т1, 2 М.: Высшая школа, 1983. 346 с.

175. Электромагнитный момент насыщенного вентильного реактивного двигателя. Лифанов В.А., Томашев В.П.// Исследование автоматизированных электроприводов, электрических машин и вентильных преобразователей./ Челяб. политехи, ин-т. Челябинск, 1990.-С.46-54.

176. Высоцкий В.Е., Овсянников Н.Н. Синтез квазинепрерывной САР электропривода с вентильным двигателем // Электрические машины специального назначения / Сб. науч. тр. Куйб. политехи, ин-т. Куйбышев. 1985. С. 57 64.

177. Фрер Ф., Ортенбургер Ф. Основные звенья регулируемого электропривода постоянного тока. М.: Энергия, 1977. 190 с.

178. Лютиков Ю.А., Селезнев М.А., Воронко А.В. Сборник алгоритмов и программ расчета систем управления. М.: МЭИ, 1982. 70 с.

179. Рудаков В.В. Мартикайнен Р.П. Синтез электроприводов с последовательной коррекцией. М.: Энергия,, 1972. 120 с.

180. Фишбейн В.Г. Расчет систем подчиненного регулирования вентильного электропривода постоянного тока. М.: Энергия, 1972. 136 с.

181. Управление вентильными электроприводами постоянного тока / Е.Д. Лебедев, В.Е. Неймарк, М.Я. Пистрак, О.В. Слежановский М.: Энергия, 1970. 199 с.

182. Ройзман Я.Б. Схемы, наладка и обслуживание электроприводов станков и машин. М.: ЭНИМС, 2001.211с.

183. Овчинников И.Е., Адволоткин Н.П. Закономерности проектирования вентильных двигателей с постоянными магнитами для станков с ЧПУ и других механизмов// Электротехника. 1988. №7. С.59 65

184. Куликов Н.И. Некоторые вопросы проектирования и расчета вентильных двигателей постоянного тока.// Сб. Машинно вентильные системы, коммутация коллекторных электрических машин. - Куйбышев, КПтИ - 1981. - С. 58 - 63.

185. Елизарова Т.А., Куликова Т.В., Золошкова В.П. Определение индукции в рабочем зазоре вентильных двигателей.// Сб. Разработка и исследование специальных электрических машин. Куйбышев, КптИ - 1987 - С. 58 - 65.

186. Лебедев А.Н. Рабочие характеристики тягового вентильного двигателя с постоянными магнитами. // Бесколлекторные электрические двигатели с полупроводниковыми устройствами. Л.: ВНИИЭлектромаш, 1985. - С. 70 -78.

187. Елизарова Т.А. Основные закономерности выбора геометрии активной зоны и электромагнитных нагрузок тихоходных вентильных двигателей.// Сб.: Специальные электрические машины. Куйбышев, КПтИ, 1989. - С. 61 - 71.

188. Масленников B.C. Проектирование вентильных двигателей по габаритному критерию.// Электротехника. 1996. - № 6. - С. 19 - 22.

189. Modeting of effects of skewing of rotor mounted permanent magnets of the performance of brushless dc motors/ Alhamadi M. A.,Demerdash N. A. // IEEE Trans Energy Convers. -1991.-6,№4-C721-728

190. Analytical prediction of the cogging torque in radial field permanent magnet brushless motors.Zhu Z.O., Howe D.//IEEE Trans Magn.- 1992 - 28, № 2 - C. 1371 - 1374.

191. Афанасьев А.А. Математическая модель вентильного двигателя с постоянными магнитами.// Известия вузов. Электромеханика. 1987. - № 10. -С. 23 - 37.

192. Морозовский М.Я., Хутомлянский Ю.А. Выбор оптимальной толщины полюса ротора в вентильных двигателях с постоянными магнитами /Электротехника. -1992.-№ 1.-С. 11 14.

193. Сромин А.Ф. О выборе оптимального числа пазов статора глубокорегулируемого вентильного двигателя// Бесколлекторные электрические двигатели с полупроводниковыми устройствами.- Л.: ВНИИЭлектромаш, 1985. С.22 - 29.

194. Абакумов A.M., Высоцкий В.Е., Макаричев Ю.А., Семичастнов В.Г. Шварц Р. Г.

195. Совершенствование электромеханических систем транспорта газа на базе мощных синхронных турбодвигателей. Электротехника, 2000, №8. С. 6 8.

196. Гончаров Ю.П., Ермуратский В.В., Заика Э.И., Штейнберг А.Ю. Автономные инверторы. Кишинев, Штиинца, 1974. 336 с.

197. Ситник Н.Х., Некрасов Л.Т., Беркович Е.И., Ягунов С.М. автономные инверторы с отделенными от нагрузки конденсаторами. М.: Энергия, 1968. 98 с.

198. Яцук В.Г. Анализ электромагнитных коммутационных процессов в инверторе с двухступенчатой импульсной коммутацией.// Электричество 1974. - № 4. - С. 21 - 26.

199. Высоцкий В.Е., Тулупов П.В. Математические модели динамики вентильных двигателей постоянного тока//Электромеханика и управляющие электромеханические системы. Вестник УГТУ УПИ, 2000. С. 110 - 116.

200. Высоцкий В.Е., Тулупов П.В. Математические модели динамики неголономных электромеханотронных систем// Вестник СамГТУ, серия «Технические науки», вып. 17. Самара, 2001. С. 33-43.

201. Высоцкий В.Е., Тулупов П.В. Имитационное моделирование электромагнитных процессов в бесконтактных вентильных двигателях// Вестник СамГТУ, серия «Технические науки», вып. 19, Самара, 2002. С.54 — 63.

202. Высоцкий В.Е., Тулупов П.В. Дидактическая трактовка обобщенной математической модели для анализа электромеханических преобразователей// Вестник СамГТУ, сер. Педагогические науки, вып. 18. Самара, 2003. С. 114 124.

203. Шипилло В.П. Операторно-рекуррентный анализ электрических цепей и систем. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 312с.

204. Высоцкий В.Е. Каретный В.Д., Скороспешкин А.И. Особенности математического исследования вентильных машин// Тез докл. науч. — техн. конф. «Электромашинные и машинно-вентильные источники импульсной мощности», Томск, 1981. С. 12 15.

205. Высоцкий В.Е. Каретный В. Д., Скороспешкин А.И. Расчет статических характеристик вентильного двигателя с учетом насыщения по продольной и поперечной осям магнитной системы// Электротехника, 1985. №3. С. 36 38.

206. Высоцкий В.Е., Тулупов П.В. Особенности проектирования бесконтактных вентильных двигателей как машин постоянного тока с учетом процессов вентильной коммутации// Деп. в Информэлектро 13.05.07, №2 -эт97

207. Высоцкий В.Е., Верещагин В.Е., Тулупов П.В. Система автоматизированного проектирования бесконтактных вентильных двигателей// Электричество, 2003. №10. С. 16-35.

208. Боглаев Ю.П. Вычислительная математика и программирование. М.: Высшая школа, 1990. 544 с.

209. Вольдек А.И. Электрические машины. Л. Энергия, 1974.

210. Толвинский В.А. Электрические машины постоянного тока. М. -Л.: Госэнергоиздат, 1956.

211. Морозов А.Г. Расчет электрических машин постоянного тока. М.: Высшая школа, 1972 224 с.

212. Гольдберг О.Д., Турин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. М.: Высшая школа, 1984. 451 с.

213. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Наука, 1981. 110 с.

214. Соколов Ю.Г., Высоцкий В.Е., Щукин А.Д. Построение схем нормирования ШИМ сигнала //Электрические машины /Межвузовский тематический сборник научных трудов. Куйбышев, 1974

215. А.с. 1251277 (СССР), МКИ Н02Р 6/02. Устройство для управления вентильным электродвигателем/ В.Е. Высоцкий, В.Д.Каретный, А.И. Скороспешкин, М.С. Ольшанский. 3707381/24-07 заявл. 07.03.84. Опубл. 15.08.86 в Б.И. 1986, №30. С. 183.

216. А.с. 1676054 (СССР), МКИ Н02Р 6/02, Н02К 29/06. Устройство для управления вентильным электродвигателем /В.Е.Высоцкий, В.Д.Каретный, Н.Н.Коньков, М.С. Ольшанский. 4615574/07; заявл. 06.12.88. Опубл. 07.09.91 в Б.И. 1991, №33.

217. Высоцкий В.Е., Фельзинг А.П., Сидоров В.В. Бесконтактные вентильные генераторы для передвижных ветроэлектростанций. //Электрические машины специального назначения /Межвузовский сборник научных трудов. Самара. 1991.

218. Высоцкий В.Е., Зиннер. Л .Я. Идентификация одного типа вентильно-машинных систем постоянного тока //Тезисы докладов межотраслевой научно-технической конференции «Математическое моделирование и гибридная вычислительная техника». Куйбышев. 1977. С. 3 5

219. Высоцкий В.Е. Исследование динамических режимов вентильного двигателя постоянного тока: Дисс. канд. техн. наук: 05.09.01. Новочеркасск, 1982.219 с.

220. Высоцкий В.Е., Коньков Н.Н. Синтез САР частоты вращения вентильного двигателя, регулируемого по контуру возбуждения. //Разработка и исследование специальныхэлектрических машин /Межвузовский сборник научных трудов. Куйбышев. 1987. С. 43-49.

221. Разработка и исследование широкорегулируемых машин постоянного тока. Отчет /Куйб. политехи, ин-т; №ГР 76061128. Депонир. Во ВНТИЦ 15.12.1980. 4.1. Инв. №68804039. 50 с.

222. Разработка и исследование широкорегулируемых машин постоянного тока. Отчет /Куйб. политехи, ин-т; №ГР 76061128. Депонир. Во ВНТИЦ 15.12.1980. 4.2. Инв. №68805010. 52 с.

223. Исследование работы вентильных МПТ в установившихся режимах и коммутационной устойчивости преобразователя напряжения. Отчет /Куйб. политехи, ин-т; №ГР 01826023158. Депонир. Во ВНТИЦ 24.06.1983. Инв. №0280056233. 29 с.

224. Разработка и исследование системы управления электроприводом с вентильным двигателем для регулирования и стабилизации частоты вращения. Отчет /Куйб. политехи, ин-т; №ГР 01826023158. Депонир. Во ВНТИЦ 29.06.1984. Инв. №02840069153. 31 с.

225. Подготовка и выдача рекомендаций по результатам исследований вентильной и коллекторной МПТ с шихтованной станиной. Отчет /Куйб. политехи, ин-т; №ГР 01826023158. Депонир. Во ВНТИЦ 17.01.1985. Инв. №02850014005. 37 с.

226. Высоцкий В. Е. Математическое моделирование вентильных двигателей с искусственной коммутацией. СамГТУ, Самара, 2004. 348 с.

227. Высоцкий В. Е., Тулупов П. В., Воронин А. Ю. Вентильные стартер-генераторы для систем электрооборудования транспортных средств// Электромагнитные процессы в электрических машинах: Межвуз. темат. сб. науч. тр. Омск, ОМГУПС, 1999.С. 12-18.

228. Высоцкий В. Е. Вентильные двигатель-генераторы для электроэнергетических комплексов автономных объектов// Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: Труды Всеросс. научн.- техн. конф. Тольятти: ТГУ, 2004. С. 60 — 64.

229. Высоцкий В.Е. Об одном подходе к параметрической идентификации математических моделей электромеханотронных систем// Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Т.6, №1. Самара, 2004. С. 245 254.

230. Высоцкий В.Е. Математические модели вентильных магнитоэлектрических двигателей в системе дискретно-ориентированных координат //Вестник СамГТУ, серия «Технические науки», вып. 31. Самара, 2005. С. 130 144.

231. Высоцкий В.Е. Математические модели вентильных электрических машин в дискретно-ориентированных осях координат //Вестник СамГТУ, серия «Физико-математические науки», вып. 34. Самара, 2005. С. 154 162.