Введение к работе
-3-
Актуальность темы.
Для получения низких частот вращения рабочих механизмов часто используются электроприводы, в которых двигатель передает движение исполнительному валу через редуктор. Редуктор обладает рядом недостатков, среди которых можно выделить: повышенные требования к качеству изготовления механических узлов и деталей, шум и вибрации при работе, необходимость в периодическом техническом обслуживании и дополнительные потери энергии.
В результате существенных достижений в развитии силовой и информационной электроники, а также прогресса в разработке систем регулируемого электропривода переменного тока в настоящее время во многих областях промышленности наметилась тенденция перехода к безредукторным приводам, которые работают при низких частотах и не требуют наличия редукторов. В большинстве зарубежных стран в безредукторных приводах применяются синхронные машины с постоянными магнитами в режиме вентильного двигателя.
Важно отметить, что поскольку с каждым годом увеличиваются масштабы применения регулируемых электроприводов, выполненных по системе преобразователь частоты - асинхронный двигатель, большой интерес представляет исследование, разработка и использование безредукторных приводов с асинхронными двигателями, которые имеют преимущественное распространение в промышленности и, в частности, в лифтовых установках. Для безредукторного электропривода был разработан, имеющий повышенное число витков обмотки статора, отечественный низкоскоростной асинхронный двигатель. Автор данной диссертации принимал участие в исследованиях и испытаниях безредукторного электропривода с низкоскоростным асинхронным двигателем на действующих лифтах. Разработанный низкоскоростной асинхронный двигатель имеет ряд существенных преимуществ перед импортными аналогами.
Низкоскоростной асинхронный двигатель работает при пониженных частотах. Для выполнения расчетов электропривода с этим двигателем необходимо разработать математическое описание статических и динамических режимов его работы с учетом влияния на них различных факторов.
Вследствие того, что для ряда отраслей промышленности имеется большая потребность в использовании электроприводов, не содержащих редукторы, безредукторные электроприводы, выполненные по системе преобразователь частоты - низкоскоростной асинхронный двигатель, должны получить широкое применение, их исследование и разработка представляет значительный научный и практический интерес.
Цель диссертационной работы - исследование и разработка способов, алгоритмов и программного обеспечения для математического описания частотно-управляемого электропривода с низкоскоростным асинхронным двигателем при учете и без учета насыщения его магнитной цепи, а также разработка методик по выбору рациональных параметров электропривода.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
Экспериментальное определение кривых намагничивания асинхронных двигателей в диапазоне мощностей 1-^50 кВт при частотах 5-^100 Гц и получение обобщенной кривой намагничивания.
Разработка математического описания асинхронного двигателя с учетом насыщения магнитной цепи по пути основного магнитного потока.
Проведение лабораторных исследований по проверке разработанного математического описания в различных режимах электропривода с низкоскоростным асинхронным двигателем.
Разработка рекомендаций по выбору рационального числа витков обмотки статора низкоскоростного асинхронного двигателя по условиям снижения тока статора и увеличения электромагнитного момента.
Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались: теория электропривода, теория автоматического управления, теоретические основы электротехники, моделирование и разработка средствами персонального компьютера в специализированных программах
Mathcad, Delphi и др., экспериментальные исследования (лабораторные и на действующих установках).
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждена результатами экспериментальных лабораторных исследований и испытаний безредукторного электропривода с низкоскоростным асинхронным двигателем на действующих лифтах.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработано математическое описание, позволяющее рассчитывать статические и динамические характеристики асинхронного электропривода в широком диапазоне частот с учетом насыщения магнитной цепи.
предложены способы рационального выбора числа витков обмотки статора низкоскоростного асинхронного двигателя.
получена формула для определения и обеспечения минимального диаметра шкива привода дверей кабины лифта с целью исключения из безредукторного электропривода тормозного резистора.
Основной практический результат диссертации состоит в том, что с помощью предложенных алгоритмов и выражений можно определить рациональные параметры числа витков обмотки статора и оценить особенности работы электропривода с низкоскоростным АД до его изготовления. Лабораторные исследования и испытания на действующих лифтах подтвердили положительные свойства электроприводов с низкоскоростным АД.
Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на заседаниях кафедры «Автоматизированного электропривода» Московского энергетического института (технического университета), докладывались на Тринадцатой и Шестнадцатой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, МЭИ, 2007 г. и 2010 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Количество страниц - 143, иллюстраций - 68, число наименований использованной литературы - 106 на 9 страницах.
