Введение к работе
*""''
Актуальность проблемы. Синтез сов-гменных управляема полупроводниковых преобразователей элект-іческой энергии с электромеханическими преобразователями іергии позволил создать элегстромашинно-вентильные системы азличного типа и назначения. На основе этого синтеза появил-и и новий класс электрических маяки - вентильние электричес-ие наигаш (Ш). В настоящее вреуя наибольшее развитие и прак-нческое применение получили ВН постоянного тока, представляв-не собой органическое объединение синхронной малины с полу-роводниковыми преобразователями частоты (ПЧ) и устройствами актоэоЯ ссзосяихрониэации по полсзенгаэ ротора или результирухэ-его магнитного поля машюш. Вентильный дзигатель (ВД) постойного тока по своим свойствам и электромеханическим характе-истикса является шотлогом коллекторного двигателя постоянно-о тока (ДПТ), но не имеет его ограничений по иовдосги и ско-остн вращения. ЕД цалой н средней мощности получили широкое аспространенкз в электроприводах станков, инструментов, робо-ов и т.п., больной ценности - в областях обцепроыкяленного 'и :пециальксго электропризода, в том числе в качестве тяговых івигателей мбгг.-тральньк электровозов переменного тока и греб-ых двигателей судов ледового плавания. Однако, ВД как и ДІГГ із цогут погностьи удовлетворить требования тяжелого пуска іривода с ыгксииалыю возможный пусковым моментом, сопровождавшегося достаточно дяительнш решаоц упора, лімитирусцим токо-syr» нагрузку двигателей. Ограничения этого режима ВД обуслов-іеїш нагрзвои тиристоров инверторного звена ПЧ, который в слу-jae подвижного мощного тягового электропривода доляен иметь отнииалькые габариты и массу, например, їлагксгральше электро-зозы грузовой службы, суда ледокольного типа и др. В дашмх областях электропривода требуется обеспечить .также ускоренный реверс и электрическое рекуперативное торможение до полной остановки привода, а в реякме рабочих скоростей максимально вознесений КПД.
Указанные требования к электроприводу могут быть обеспечены применением нового типа контактного и бесконтактного ВД
реализованного на основе двигателя двойного питания (ДЦП) с ПЧ в цепях обмоток якоря и возбуждения. Исходя из законов управления ПЧ якоря и возбуждения,.характера статической устойчивости двигателя по углу нагрузки и скорости вращения, а в итоге из свойств и характеристик данного ДЦП, последний следует определить как асинхронизированный вентильный двигатель (АВД). В связи с возможностью снятия ограничений режима упора улучшения характеристик и повышения производительности электропривода на базе применения АВД, разработка основ теории асинхронизированного вентильного двигателя является актуально проблемой.
Цель и задачи работы. Основная цель диссертационной работы заключается в разработке основ теории различных вариантов контактного и бесконтактного АВД (БАВД), их комплексное теоретическое и экспериментальное исследование выявление особенностей процесса электромеханического преобразования энергии в них.
Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:
-
Разработка законов управления АВД и БАВД.
-
Разработка теории установившихся режимов работы АВД и БАВД.
-
Теоретические исследования режимов работы АВД и БАВД, в частности, пускового (упора), рабочего и перегрузки.
-
Разработка основ проектирования двигателей.
-
Создание математических моделей АВД и БАВД и исследование на них квазиустановившихся и динамических режимов работы двигателей.
-
Исследование электромагнитного момента АВД и БАВД при несинусоидальных токах обмоток.
-
Экспериментальные исследования работоспособности АВД в пусковом (стопорном), рабочем и перегрузочном режимах.
-
Определение наиболее целесообразных областей применения АВД и БАВД.
9. Создание экспериментальных образцов АВД.
Автором защищаются: законы управления
АЗД и БАВД, обеспечивающие последним принцип действия обоб-
ценного ДІЛ; негод анализа электромагнитных процессов АВД, основанного на разложении его тока возбуадения на составляющие холостого хода и кагрузочнуо, обусловленную скольжением ротора; теоркэ различных вариантов АВД и БАВД; математические модели электромеаинно-вентихьных систем АВД и БАВД; методы расчета переменной и постоянной составляющих электромагнитного момента АВД и БАВД.
Научная новизна.
Разработана научная концепция АВД как обобщенного ДПГ. Установлена характерная особенность данного типа ВД - естественное компаундирование или противокоыпаундирование возбуждения и компенсация действия реакции якоря, обусловленные характером электромагнитной связи обмоток якоря и возбуждения по скольаенив ротора. Получена электрическая схема замещения АВД с разделением составлявших тока возбуждения холостого хода и нагрузочной, Ьмвлен оптимальный вариант контактного АВД по максимальному пусковому моменту в режиме упора и перегрузочной способности при заданных значениях токов в обмотках и величине результирующего магнитного потока при ортогональном управлении, обеспечиващкы ортогональность векторов тока якоря и результирующего магнитного потока.
Впервые разработан и исследован бесконтактный АВД как последовательный каезад собственно АВД и возбудителя (В). Определены оптимальные соотнесения ыезду параметрами ыашки каскада по энергетически* н массо-габаритным покаоатоляа. Новизна исследований подтверждена 14 авторскими свидетельствами СССР, подученными на их основе.
Практическая ценность. Проведенные исследования позволили рекомендовать полученные технические ретения по создание АВД и БАВД к практическому пргаененка с целы) повышения тяговых, тормозных и энергетических хараэто-ристид магистральных электровозов переменного тока и гребного электропривода судов ледокольного типа. Разработанные в диссертации положения составили теореткчесжуо и эхслэргаентагь-ную основу для создания нового типа вентильного двигателя.
Реализация и внедрение результатов. На основе теоретических и экспериментальных исследований созданы два експериментальних образца АДД мощностью 10 хВг на базе АД типа АК 62/6 и 132 кВт на базе 4АНК2В0 54УЗ. Оба образца АДД прошли успешно испытания на специально разработанных и выполненных исследовательских стендах в Центральном научно-исследовательском институте судовой алектротвхнихи и технологии. АДД мощностью 132 кВт практически использован для привода главного водяного насоса широкозахватной дождевальной машины "Кубань-Э" с централизованным электроснабжением. Применение АВД позволило улучшить технико-экономические показатели привода за счет получения регулируемой производительности водяного насоса.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МТУ км.Н.П.Огарева (Саранск» 1979-91 гг.), на Л, УП, УШ научно-технических конференциях по проблеме электропривода переменного тока (Свердловск, 1983, 1986, 1989 гг.), а также на научных семинарах АН УССР в Институте Электродинамики АН УССР (Киев, 1981 г.) и Одесском политехническом институте (1982 г.).
Публикации . Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы в 33 печатных работах, в той числе 17 статей, 2 переведены за рубежом, 14 авторских свкде-тельстз; а также изложены в 6 отчетах по научно-исследовательским работам.
Объем и структура 'работы. Диссертация изложена иа 366 страницах (включая 109 рисунков) и состоит из введения, восьми глав, основных результатов и выводов по работе и списка литературы в количестве 251 наименований. В приложении даш копни документов, удостоверяющих внедрение результатов научных разработок.
