Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор состояния вопроса и постановка задачи 11
1.1 Особенности конструкции синхронных двигателей малой мощности 11
1.2 Синхронные двигатели, разработанные отечественной промышленностью 14
1.3 Краткий обзор теоретических исследований 18
1.4 Выводы и постановка задачи 25
2 Дифференциальные уравнения трехфазных синхронных двигателей с учетом амортизации статора и упругости соеди нительной муфты 27
2.1 Устойчивая работа синхронного двигателя 27
2.2 Дифференциальные уравнения синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением в условиях амортизации статора 31
2.3 Дифференциальные уравнения синхронных двигателей при учете упругости соединительной муфты и амортизации статора 43
3 Решение задачи об устойчивости работы упругоамортизи- рованных трехфазных синхронных двигателей на основе системы нелинейных дифференциальных уравнений 50
3.1 Характер изменения демпфирующих свойств синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением при действии упругих механических связей в отсутствии пусковой обмотки на роторе 50
3.2 Характер изменения демпфирующих свойств синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением при совместном действии упругих механических связей и пусковой обмотки на роторе 65
3.3 Устойчивость работы синхронных двигателей с постоянными магнитами при совместном действии упругих механических связей и пусковой обмотки на роторе 74
3.4 Устойчивость работы синхронных реактивных двигателей при совместном действии упругих механических связей и пусковой обмотки на роторе 80
4 Сопоставление результатов расчетов с эксперименталь ными данными
4.1 Параметры синхронной явнополюсной машины 87
4.2 Оценка погрешности расчетов устойчивости в трехфазных синхронных двигателях с электромагнитным возбуждени- им 92
4.3 Выводы 96
Заключение 97
Список литературы 100
Приложение 115
- Синхронные двигатели, разработанные отечественной промышленностью
- Дифференциальные уравнения синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением в условиях амортизации статора
- Характер изменения демпфирующих свойств синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением при совместном действии упругих механических связей и пусковой обмотки на роторе
- Оценка погрешности расчетов устойчивости в трехфазных синхронных двигателях с электромагнитным возбуждени- им
Введение к работе
Актуальность темы. Для переоснащения промышленности возникает потребность автоматизации производства на основе широкого внедрения современного электропривода переменного тока. Его основу традиционно составляют асинхронные электродвигатели, однако синхронные двигатели получают все более широкое применение.
Имея ряд преимуществ перед асинхронными электродвигателями, синхронные электродвигатели имеют существенный недостаток, состоящий в следующем. При определенном сочетании параметров синхронного двигателя и нагрузки возможно нарушение устойчивости, которое может носить апериодический или колебательный характер. Колебания угловой скорости вращения ротора синхронного двигателя могут и не приводить к выпадению его из синхронизма. Если учесть то, что синхронные двигатели малой мощности обычно используют в автоматических и полуавтоматических процессах, в которых должны быть синхронизированы различные производственные операции, то колебательный характер движения ротора чаще всего является недопустимым.
Следует отметить, что проблема создания синхронных двигателей для устойчивой работы в заданных условиях при удовлетворении современных технических требований полностью не решена. Этому препятствует отсутствие исследований устойчивости основных типов трехфазных синхронных двигателей при их упругой установке и соединении с нагрузкой упругой муфтой.
Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетной темы «Исследование и развитие методов проектирования и моделирования электромеханических систем» № ГБ05.01.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является исследование влияния упругих механических связей на устойчивость работы трехфазных синхронных дви- гателей малой мощности. Для ее решения в диссертационной работе были поставлены следующие основные задачи:
Разработать математическую модель, описывающую работу синхронных двигателей с учетом амортизации статора и упругости соединительной муфты.
Выяснить влияние коэффициентов упругости амортизаторов и муфт на устойчивость работы трехфазных синхронных двигателей основных типов: с электромагнитным возбуждением, с постоянными магнитами и синхронных реактивных.
Выработать рекомендации по проектированию синхронных двигателей, обладающих запасом устойчивости в требуемых условиях эксплуатации.
Провести эксперименты, подтверждающие адекватность математических моделей.
Методы исследований. Исследования проводились с помощью математических и экспериментальных методов. В области электротехники и электромеханики использовались методы теории электрических цепей и эквивалентных электрических схем замещения. Для расчета и анализа устойчивости работы синхронных машин использовались методы математического моделирования электромеханических объектов; методы численного интегрирования нелинейных систем дифференциальных уравнений. Экспериментальные исследования проводились с помощью методов испытаний электрических машин в соответствии с государственными стандартами.
Научная новизна. Научная новизна состоит в следующем.
1. Созданы математические модели основных типов трехфазных синхронных машин малой мощности, позволяющие определять устойчивость работы в условиях действия упругих механических связей, учитывающих возможность упругой установки синхронной машины и соединения с нагрузкой при помощи упругой муфты.
На основе численного интегрирования систем нелинейных дифференциальных уравнений установлен характер поведения исследуемых синхронных машин в тех областях, где при жесткой установке имеют место области устойчивой и неустойчивой работы.
Доказано, что упругая установка статора синхронной машины и упругая муфта, соединяющая машину с нагрузкой, расширяют возможности повышения устойчивости работы.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
Получены дифференциальные уравнения, позволяющие рассчитать устойчивость работы основных типов синхронных двигателей малой мощности, статоры которых закреплены упруго на фундаменте.
Получены дифференциальные уравнения, позволяющие учесть упругость муфты, соединяющей синхронный электродвигатель с нагрузкой.
Результаты моделирования позволяют выбирать коэффициент упругости амортизаторов так, чтобы повысить устойчивость работы даже тогда, когда режим при жесткой установке является неустойчивым.
Величины коэффициентов упругости ка=кв=5000 соответствуют практически жесткой установке СД, то есть, полученные результаты расчетов при жесткой установке полностью совпадают с данными расчетов при ка=кв=5000.
Выбором параметров амортизаторов и муфты можно расширить область устойчивой работы. В том случае, когда синхронный двигатель работает в центре области автоколебаний, то выбором коэффициентов упругости амортизаторов и муфты, можно снизить амплитуду колебаний.
Проведенные исследования расширили наши представления о работе синхронных двигателей в области автоколебаний. В ряде случаев для синхронных двигателей с постоянными магнитами и синхронных реактивных двигателей установлено наличие областей, работа в которых заканчивается выходом из синхронизма.
В системах электропривода, обладающих повышенными требованиями к качеству вращения выходного конца вала, установка статоров электродвигателей и сопряжение с нагрузкой упругими амортизаторами и муфтами должна быть предусмотрена.
Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие необходимую для практики точность используемых методов расчета.
Практическая значимость работы.
Определено влияние коэффициентов упругости амортизаторов и соединительной муфты на устойчивость работы синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением, с постоянными магнитами и синхронных реактивных.
Доказана возможность повышения устойчивости синхронных двигателей малой мощности введением в систему упругих механических связей в виде амортизации статора и упругости соединительной муфты.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в ОАО «Агроэлектромаш» (г. Воронеж), и в учебный процесс Воронежского государственного технического университета, что подтверждено соответствующими актами.
Достоверность полученных результатов следует из адекватности и корректности примененных в работе теоретических и экспериментальных методов. Данные экспериментальных исследований подтвердили состоятельность предложенного способа расчета устойчивости синхронных двигателей малой мощности.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции "Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве" (г. Воронеж, 2004 - 2005 г.г.), на международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии » (г. Томск, 2005 г.), на заседаниях кафедры ЭМСЭС ВГТУ в 2004-2006 г.
Кроме того, результаты диссертации опубликованы в журнале «Энергия - XXI век» (г. Воронеж, 2004 г.). Всего по теме диссертации было опубликовано 8 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 163 наименования и приложений. Работа изложена на 114 страницах, на которых приведено 56 рисунков.
Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи исследований, показана структура диссертации, отмечены научная новизна и практическая ценность результатов проведенных исследований, дана общая характеристика работы.
В первой главе проведен обзор существующих методов расчета устойчивости синхронных двигателей малой мощности, работающих от трехфазной сети. Рассмотрены методы, основанные на теории цепей и численные методы расчета систем дифференциальных уравнений. Сделан вывод о целесообразности применения численных методов для расчета синхронных двигателей малой мощности, определена цель и поставлены задачи работы.
Во второй главе построена математическая модель синхронного двигателя, работающего от трехфазной сети. При выводе уравнений учитывалось, что статор синхронной машины установлен на упругие амортизаторы, а ротор соединен с нагрузкой при помощи упругой муфты.
Полученная математическая модель распространяется на синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением, с постоянными магнитами и синхронные реактивные. Варьируя коэффициенты упругости амортизаторов и муфты можно моделировать жесткую установку (ка=кв=5000), а также упругую установку, если величины этих коэффициентов упругости уменьшать.
В третьей главе рассмотрены результаты моделирования поведения синхронных двигателей в областях устойчивой и неустойчивой работы при варьировании коэффициентами упругости. Интегрирование систем диффе- ренциальных уравнений выполнялось численным методом Рунге-Кутта. Были рассмотрены варианты, когда на роторе синхронной машины не было демпферных обмоток, и когда имелась полная демпферная клетка. Проведенный вычислительный эксперимент позволил определить области существования коэффициентов упругости, расширяющих возможности синхронной машины по устойчивости работы. Предложены рекомендации для проектирования синхронных двигателей, обладающих повышенной устойчивостью.
В четвертой главе приведены данные экспериментальных исследований амплитуды автоколебаний синхронной машины с электромагнитным возбуждением в зависимости от величины тока в обмотке возбуждения. Результаты экспериментальных исследований сопоставлены с расчетами по предложенным математическим моделям. Сделаны выводы о сопоставлении результатов испытаний с данными расчетов.
В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в работе.
В приложении приведены акты внедрения.
Синхронные двигатели, разработанные отечественной промышленностью
Отличительной чертой синхронных двигателей является постоянство частоты вращения ротора. Синхронные двигатели, независимо от конструкции ротора, используются в таких системах и устройствах, где требуется постоянство угловой скорости вращения при изменении нагрузки на валу и величине напряжения сети.
В диапазоне малых мощностей синхронные машины с электромагнитным возбуждением широко используются как синхронные генераторы автономных источников питания [91]. Они получают широкое применение в передвижных бензиновых и дизельных электроустановках трехфазного и однофазного тока промышленной частоты; в качестве управляемых электрических генераторов, работающих при переменной частоте; в авиации, благодаря своим высоким удельно-массовым показателям. Синхронные генераторы бензоэлектрических агрегатов серии ГАБ на мощности 2, 4 и 8 кВт используются с приводом отбора мощности от двигателей автомобилей [91].
Синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением находят применение в авиационных системах и устройствах [109], используются в поршневых компрессорах [92]. К числу перспективных следует отнести бесконтактные синхронные двигатели с когтеобразными полюсами серии СО, разработанные в физико-энергетическом институте АН Латвии [75]. Такие двигатели имеют мощности от 2.2 до 7.5 кВт при частоте вращения 1500 об/мин и от 1.5 до 5.5 кВт-при 1000 об/мин.
Еще одним известным достоинством синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением является то, что они могут работать с коэффициентом мощности, равным единице. По этой причине на нефтяных промыслах с начала 60-х годов в приводе станков-качалок применяются синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением [40, ПО]. Экономически оправдано их использование и в других случаях при продолжительном режиме работы в центробежных и поршневых насосах, газодувках, двигатель-генераторных агрегатах.
Если от электродвигателей требуется более высокая надежность и простота в эксплуатации, синхронные реактивные двигатели и СД с постоянными магнитами находят широкое применение. Так, например, разработан оригинальный СД с постоянными магнитами и асинхронным пуском [87]. Он предназначен для привода модулятора светового потока пирометров излучения, используемых для дистанционного измерения температур. Общеизвестно использование СД для привода лентопротяжных механизмов бытовой и студийной аппаратуры звуко-, видео - и магнитной записи, в медицинских аппаратах, в установках связи и телевидения. Генераторы переменного тока, приводимые во вращение синхронными реактивными двигателями, используются для систем электроснабжения [147]. Очевидна перспектива применения нескольких СРД меньшей мощности для привода ряда взаимосвязанных ленточных конвейеров, это позволит отказаться от применения асинхронного электродвигателя гораздо большей мощности с жесткими или ременными передачами.
Можно использовать положительные качества синхронных двигателей более полно. При длительных режимах работы оказывается экономически целесообразным применять синхронные двигатели с постоянными магнитами вместо асинхронных. По данным фирмы СЕМ (Франция) [142, 149] СД с успехом конкурируют с асинхронными двигателями при установке в вентиляторы, насосы, кондиционеры, дождевальные установки.
Для преобразования тока промышленной частоты 50 Гц в ток повышенной частоты 100 - 500 Гц в диапазоне мощностей 0.5 - 3 кВА с успехом применяются синхронно-реактивные преобразователи частоты, основанные на принципе выделения и использования высших гармоник магнитного поля [112]. В настоящее время они выпускаются серийно.
Разработаны синхронные двигатели с постоянными магнитами мощностью от 1 до 180 Вт, предназначенных для работы от трехфазной и однофазной сети промышленной частоты [85]. Эту разработку выполнили коллективы НИИ электромеханики и кафедры электрических машин МЭИ. Двигатели данного исполнения сконструированы четырехполюсными и рассчитаны для работы в нормальных и тяжелых климатических условиях.
Для разработки новых синхронных двигателей за базу, как правило, принимают асинхронный двигатель соответствующего габарита [108]. Как показали исследования, стоимость синхронного двигателя с постоянными магнитами получается больше стоимости базового асинхронного двигателя в 2-3 раза. Можно добавить, что технология изготовления короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя существенно отличается от аналогичной технологии синхронного двигателя с постоянными магнитами. Все это служит препятствием для массового производства синхронных двигателей с постоянными магнитами. Проведенные исследования показали, что в последние годы все большее внимание уделяется синхронным реактивным двигателям, стоимость и тех-
Дифференциальные уравнения синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением в условиях амортизации статора
Анализ влияния параметров СД на устойчивость его работы удобно проводить на основе математической модели. Однако выполнить точное аналитическое описание условий работы реального синхронного двигателя крайне сложно.
В настоящее время на практике рассматривают некоторую идеализированную синхронную машину, для которой обычно принимаются следующие допущения [3, 16, 38, 93 и др.]: 1. Изменение насыщения магнитной цепи при выводе уравнений не учитывается. 2. Потери в стали, явления гистерезиса, и вытеснения тока отсутствуют. 3. Кривые магнитодвижущих сил и индукции распределены в воздушном зазоре синусоидально. 4. Индуктивные сопротивления рассеяния обмоток синхронных машин не зависят от положения ротора в пространстве. 5. Обмотки синхронных машин симметричны. Фазы статорных обмоток имеют одинаковые числа витков, активные сопротивления и взаимный сдвиг магнитных осей. Стержни короткозамкнутых обмоток ротора расположены симметрично относительно продольной (d) и поперечной (q) осей ротора. 6. Синхронная машина работает от сети бесконечно большой мощности. 7. Переменные напряжения, приложенные к зажимам обмоток, синусоидальны.
Для математического описания переходных процессов, происходящих в синхронных машинах, составляются уравнения равновесия напряжений обмоток и уравнения равновесия моментов на валу машины (уравнения движения). Форма их записи во многом определяется выбором системы координатных осей и положительных направлений величин.
Обычно для синхронной машины общепринята система координатных осей d - q, жестко связанных с ротором [3, 16, 38 и др.]. При этом положительным направлением фазных токов считается направление от концов фаз к их началам. За положительные направления осей трехфазной обмотки принимаются положительные направления магнитодвижущих сил (МДС) соответствующих катушек. Направление продольной оси ротора d совпадает с осью полюса ротора, а направление поперечной оси ротора q опережает ось d на 90 электрических градусов. Вращение ротора и системы координатных осей против часовой стрелки принимается в качестве положительного. Положительными являются величины (проекции векторов), направления которых совпадают с положительным направлением координатных осей.
За исходный режим работы синхронной машины принимается режим работы двигателем, поэтому электромагнитный вращающий момент и угол нагрузки принимаются положительными в режиме двигателя.
В преобразованной системе координат решение уравнений синхронной машины существенно упростится, если воспользоваться общепринятой системой относительных единиц [3, 16, 38 и др.]. Величины, выбранные в качестве базисных величин, приводятся в [107]. Наиболее подробный анализ систем относительных единиц дан в [3, 23].
Примем во внимание, что обмотки ротора приведены к статорной обмотке. То есть, роторные обмотки пересчитаны на число фаз и витков обмотки статора [25]. Это дает возможность применять одну систему относительных единиц для обмоток ротора и статора.
Кроме того, короткозамкнутую демпферную обмотку ротора заменим двумя эквивалентными короткозамкнутыми контурами по продольной и поперечной осям [38].
В выбранной нами системе координатных осей d и q, вращающихся вместе с ротором, и системе относительных единиц дифференциальные уравнения СД с электромагнитным возбуждением при переменном по амплитуде и частоте напряжении питания имеют следующий вид [68]:
Необходимо подчеркнуть, что выражения для потокосцеплений (2.4) записаны через индуктивности и взаимоиндуктивности. В системе относительных единиц индуктивности и индуктивные сопротивления, рассчитанные для номинальной (базисной) частоты, выражаются одним и тем же числовым Заметим, что в уравнениях (2.2) и (2.7) только один член зависит от частоты: угловая скорость вращения магнитного поля, которая в относительных единицах численно равна а и входит в последнее уравнение системы (2.2). В литературе вывод уравнений для частотно-управляемых СД производится и другим способом, но следует ясно представлять, что уравнения потокосцеп-лений (2.7) - это эквивалентная форма записи уравнений (2.4). Поэтому и для случая работы синхронной машины от сети с нерегулируемым напряжением, и при ее работе от управляемого источника форма записи уравнений (2.7) остается неизменной.
При работе синхронной машины предполагаем, что а и 3 известны для любого момента времени. Наиболее простым, в случае частотного управления, является закон пропорционального регулирования, который характеризуется равенством др.], однако пока ограничимся, для определенности, выражением (2.9). Рассмотрим теперь одно из слагаемых уравнения движения - момент сопротивления на валу Мс, зависящий от характера нагрузки. Как известно, при нарушении устойчивости угловая скорость вращения ротора СД становится непостоянной. Изменение угловой скорости вращения ротора в синхронном режиме носит обычно колебательный характер, Известно также, что развитие колебаний существенно зависит от сил трения [34, 103, 151]. Полез
Характер изменения демпфирующих свойств синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением при совместном действии упругих механических связей и пусковой обмотки на роторе
Чтобы сделать исследования наиболее наглядными, рассмотрим СД, границы устойчивости которого были рассчитаны и приведены на рис. 2.12, б [68].
Область автоколебательной неустойчивости, соответствующую данному случаю приведем на рис. 3.18. В принятой системе относительных единиц [107] рассчитанный электродвигатель имеет такие параметры Заштрихованная область соответствует наиболее неустойчивому режиму, когда колебательный режим, начавшийся в одной из точек данной области, неизбежно приводит к выпадению СД из синхронизма. Точки, в которых было проанализировано поведения СД, пронумерованы. Граница сползания на рис. 3.18 не приведена.
Для большей определенности будем считать, что анализируемые точки расположены на пересечениях координатной сетки. Выберем в качестве объекта анализа две точки № 5 и 13. Первая из них расположена в области автоколебаний вблизи границы устойчивой работы (№ 5), а вторая (№ 13) - расположена в центре области автоколебаний.
Анализ начнем с точки № 5. Базовый вариант СД характеризуется отсутствием упругих связей при установке и монтаже электродвигателя. Его будет описывать система дифференциальных уравнений (2.2). Решение системы позволяет получить исходные данные для анализа. Это рис. 3.19 и 3.20.
Нестабильность мгновенной частоты вращения, как следует из данных рис. 3.19 N = 0.094. Если плавно уменьшать коэффициент упругости муфты от величины 5000 до величины 5, то ни режим работы, ни амплитуда автоколебаний не изменится. Колебания переменных, полученных как решение системы (2.31) носят гармонический характер. Рис. 3.28. Изменение тока в эквивалентной обмотке ротора (кв= 0.1)
Оценивая результаты работы СД при кв= 0.1 можно отметить полученную нестабильность частоты вращения N = 0.00006. Она на два порядка превосходит значения N, которые имеют по данным экспериментальных исследований устойчиво работающие СД. Это позволяет режим работы СД с N = 0.00006 отнести к устойчивому режиму работы. Для большей наглядности результаты расчетов нестабильности частоты вращения приведем на рис. 3.29. На графике числовые значения оси абсцисс ограничены величиной кв равной 10, поскольку при дальнейшем увеличении жесткости соединительной муфты изменений в характере работы СД не происходит. N, 1.2 0.8
Рис. 3.29. Зависимость нестабильности частоты вращения N от величины коэффициента упругости соединительной муфты кв
Выполненные исследования показали, что упругость муфты оказывает влияние на устойчивость работы СД в точке № 5, причем так, что делает работу устойчивой, то есть сокращает область автоколебательной неустойчивости.
Проверим, насколько эффективна амортизация статора СД, работающего в этой же точке области автоколебаний. Для этого воспользуемся выведенной системой уравнений (2.23). Решим ее, варьируя величину коэффициента упругости амортизаторов ка. Если ка= 5000, то СД ведет себя точно так же, как при жесткой установке, то есть находится в режиме автоколебаний. Дальнейшее уменьшение ка плавно до 4 не приносит изменений. И только если ка 3, амплитуда колебаний скорости вращения ротора начинает уменьшаться. Зависимость нестабильности частоты вращения ротора СД от величины коэффициента упругости амортизаторов показана на рис. 3.30.
Оценка погрешности расчетов устойчивости в трехфазных синхронных двигателях с электромагнитным возбуждени- им
Эксперимент проводился в режиме двигателя при работе параллельно с сетью. В качестве первичного двигателя и нагрузочного генератора была использована машина постоянного тока параллельного возбуждения.
Для оценки колебаний скорости вращения ротора использовался стробоскопический метод. В этом случае колебания скорости вращения ротора регистрируются достаточно объективно, так как они наблюдаются непосредственно. Строботахометр синхронизируется от той же сети, от которой работает синхронная машина. На выходном конце вала синхронной машины устанавливается указательная стрелка, а на подшипниковом щите укрепляется шкала, проградуированная в градусах. При освещении лампой строботахо-метра вращающейся стрелки, последняя кажется неподвижной, если частота ее вращения строго синхронна. В противном случае скорость вращения ротора, а следовательно, и стрелки, в процессе самораскачивания начинает периодически изменяться около синхронной. При этом наблюдаются колебания стрелки около положения, соответствующего синхронной скорости вращения ротора.
При выпадении машины из синхронизма указательная стрелка кажется вращающейся с некоторой скоростью.
При экспериментальных исследованиях определялись амплитуда колебаний угловой скорости вращения ротора в зависимости от тока в обмотке возбуждения. Экспериментальная установка показана на рис. 4.5 - 4.7.
При исследованиях применялась следующая методика. Вначале генератор синхронизируется с сетью методом точной синхронизации. При работе синхронного генератора вхолостую ток в его обмотке возбуждения устанавливается таким, чтобы машина работала устойчиво. После этого отключаем двигатель постоянного тока. Генератор переходит в режим двигателя.
Нагрузочный генератор не возбуждается, и синхронный двигатель работает на холостом ходу. Затем увеличивается ток в обмотке возбуждения до возникновения первых видимых колебаний скорости вращения ротора. Фиксируем амплитуду колебаний. Увеличиваем ток в обмотке возбуждения и опыт повторяем.
Экспериментальные исследования показали, что амплитуда колебаний ротора зависит от величины тока в обмотке возбуждения. Сравнение расчетов с экспериментом показано на рис. 4.8.
Расчетная зависимость, показанная сплошной линией получена расчетом исходной системы дифференциальных уравнений и полученной нами в предположении, что коэффициенты упругости амортизаторов и муфты равны 5000. Данные расчетов между собой полностью совпали. Экспериментальные точки нанесены в виде квадратов. Их разброс не превышает 15%. Основываясь на этом, делаем вывод о том, что математическая модель адекватно отражает процессы, протекающие в синхронной машине, находящейся в режиме автоколебаний. 1. Устойчивая минимальная величина амплитуды колебаний, которую удалось зафиксировать, превышала 5 электрических градусов. 2. Экспериментальными исследованиями установлено, что механические потери в синхронной машине оказывают заметное влияние на точность расчета ее поведения в переходных режимах. Уточнено значение коэффициента механического демпфирования. 3. Расхождение результатов разработанной математической модели и данных экспериментальных исследований находятся в пределах от 5 до 15 %, что подтверждает адекватность разработанной математической модели.
В настоящее время перед промышленностью стоит задача развития и технического перевооружения производства на основе современных достижений науки и технологии. Автоматизация технологических процессов во многом базируется на электроприводе переменного тока, растущая потребность в котором может быть удовлетворена при использовании в нем синхронных двигателей малой мощности, обладающих специальными свойствами.
Основным из них является требование устойчивой работы в переходных и установившихся режимах. Кроме этого, работая в системе электропривода, синхронный двигатель подвергается частым пускам, возможным изменениям нагрузки на валу, частоты и величины напряжения, подводимого к обмоткам статора. Все это требует при создании новых синхронных двигателей особое внимание уделять решению этих вопросов.
На основании теоретических и экспериментальных исследований в диссертации решена задача обеспечения устойчивости в переходных и установившихся режимах работы основных типов синхронных двигателей малой мощности, работающих от трехфазной сети. Полученные результаты позволяют создавать синхронные двигатели, обладающие повышенной устойчивостью в системах электропривода переменного тока для автоматизации современного промышленного производства благодаря влиянию упругих механических связей.
Выполненные в диссертации исследования позволили сформулировать следующие основные результаты. 1. Получены дифференциальные уравнения, позволяющие рассчитать устойчивость работы основных типов синхронных двигателей малой мощности, статоры которых закреплены упруго на фундаменте. Для синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением это уравнения (2.23). Для синхронных реактивных двигателей и двигателей с постоянными магнитами
