Введение к работе
Актуальность темы. Развитие промышленности и транспорта сопровождается созданием новых типов электроприводов, отличающихся высокой экономичностью, регулировочными возможностями, сравнительно высокой степенью использования материалов и т.д. Одновременно возрастают требования к надёжности и качеству статических и динамических характеристик электроприводов, что выдвигает задачи совершенствования методов исследований.
Одной из важнейших задач развития автоматизированного электропривода на этом пути является переход к плавно-регулируемым приводам переменного тока. Машины переменного тока, относительно простые и дешёвые, нашли широчайшее применение во всех отраслях промышленности, но не могут использоваться для экономичного регулирования скорости и момента в сравнительно простых схемах с таким же качеством, как у машин постоянного тока. Поэтому органическое сочетание полупроводниковой техники и машин переменного тока позволяет расширить область применения регулируемых электроприводов и получить новые качества и возможности.
К числу задач теории и практики современного автоматизированного электропривода относится задача расширения областей применения регулируемого электропривода на базе синхронной машины, питаемой от вентильного преобразователя с зависимым инвертором тока или напряжения - собственно вентильный двигатель (ВД). Имеется опыт применения электроприводов с ВД в химической промышленности, в мощных высоковольтных и высокоскоростных установках по перекачке жидкостей и газов, для пуска турбоагрегатов, синхронных компенсаторов и так далее. Электропривода с вентильными электрическими машинами малой мощности используются в бытовых и промышленных приборах автоматики и там, где требуется получение относительно высокой частоты вращения.
Анализ литературных источников показал, что задача создания регулируемых электроприводов с ВД не получила исчерпывающего решения. Статические и динамические свойства ВД в электроприводе изучены недостаточно полно. Основными причинами, сдерживающими дальнейшее совершенствование конструкции и применение рассматриваемых двигателей на объектах промышленности, являются:
- отсутствие инженерной методики расчета статических характеристик ВД в электроприводе с учетом специфических свойств управляемого в такт с вращением ротора преобразователя, питающего синхронную машину;
- A -
не полностью изучены динамические свойства ВД в электроприводе как общепромышленного применения, так и объектно ориентируемых;
отсутствие такого важнейшего технического устройства, как имитатор датчика положения ротора, заменяющего электромеханический датчик положения ротора (ДПР).
Однако, ВД на основе синхронной машины и зависимого инвертора позволяют создать электропривод, сравнимый по затратам, регулировочным и динамическим показателям с регулируемым приводом на базе двигателя постоянного тока.
Из вышеизложенного следует, что исследование и разработка ряда технических решений, теоретических вопросов электропривода с вентильным двигателем представляют важную и актуальную научно -техническую задачу.
Цель работы и задачи исследования. Целью данной работы являются исследование и разработка статических и динамических режимов ВД в электроприводе. Указанная цель определила следующие основные задачи поставленные и решенные в диссертационной работе:
-
Разработка инженерной методики расчета, анализа результатов, определения регулировочных характеристик и управляемых параметров статических режимов электропривода с ВД.
-
Определение, теоретическое и практическое обоснование запаса статической устойчивости привода при "малых" возмущениях, связанных с изменением возмущающего или управляющего воздействия по якорю и возбуждению.
-
Разработка и исследование процессов пуска ВД с имитатором датчика положения ротора.
-
Исследование дискретной физической картины мгновенного значения электромагнитного момента синхронной машины в схеме ВД в зависимости от^положения ротора относительно фаз якоря: от соотношения значений токов якоря и обмотки возбуждения.
-
Разработка схемы, теоретическое обоснование и исследование процесса определения положения ротора синхронной машины в предпусковом (неподвижном) состоянии.
-
Анализ свойств ряда схемных решений, теоретическое обоснование, математическое описание и исследование контроля и управления темпом пуска ВД в процессе разбега ротора с неподвижного состояния и до реализации естественной коммутации.
-
Разработка комплекса схем пуска и устройств управления вентильным двигателем малой мощности.
Методы исследований. В работе применялись следующие методы:
обобщенных векторов, которые при каждой коммутации преобразователя дискретно меняют свое положение, а система исходных уравнений остается функционально непрерывной с конечными значениями параметров на каждом шаге расчёта;
непрерывной аппроксимации коммутационных процессов зависимого инвертора, позволяющий функциональную зависимость тока, имеющего разрывы в точках переключения вентилей, представить гладкой составляющей входного тока, а выходной ток - гладкой синусоидальной формой;
численные с применением ЭВМ, при моделировании статических и динамических характеристик;
экспериментальное физическое моделирование, для проверки выдвинутых положений.
Научная новизна.
1.Разработана инженерная методика расчета статических характеристик ВД, позволяющая существенно упростить процесс расчета и определения переменных углов областей статической устойчивости проектируемого электропривода с хорошей точностью результатов.
2.Получены математические основы для расчета и определения областей динамической устойчивости привода с ВД в "малом" при изменении управляющих и возмущающих воздействий.
3.Разработано и исследовано схемное решение, определяющее положение ротора ВД в неподвижном (предпусковом) состоянии.
4.Разработаны, исследованы и внедрены два схемных решения с аналитическим обоснованием и математической моделью контроля и управления темпом- пуска вентильного двигателя.
5.Разработана и внедрена конструкция узла контроля пуска вентильного двигателя малой мощности.
6.Основные схемотехнические решения и конструкции по проблеме пуска и управления ВД защищены авторскими свидетельствами.
Практическое значение результатов работы. Разработанная методика расчета характеристик и параметров управления статических режимов дает возможность легко и просто решать инженерные задачи при проектировании и наладке разомкнутых и замкнутых систем электроприводов с вентильным двигателем. Рекомендована методика расчета областей статической устойчивости электропривода практически в любой точке статической характеристики. Применение разработок схемного и конструктивного решений имитаторов датчиков положения ротора мощных и ВД малой мощности в электроприводе при пуске позволят обеспечить высокие технико-экономические показатели рассматриваемых систем за счет относительно лучших энергети-
ческих свойств БД; повысит производительность машин и механизмов.
Реализация результатов работы. Результаты разработок и исследований внедрены на Новочебоксарской ТЭЦ-3 в виде практических рекомендаций при анализе вопросов статической устойчивости и синтезе САР, а также физических схем регулятора напора (подачи) на электроприводе питательного насоса'мощностью 4000 кВт котлоагре-гата. Многие вывода и итоги работы использовались при совместной работе с ВНЖР г.Чебоксары. В настоящее время налажено производство вентильных двигателей с постоянными магнитами с диаметром фланца 115 мм и моментами 2.3; 4,7 и 7 Нм на опытном заводе АО ВНИИР.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и получили одобрение:
-
На ежегодных научных конференциях Чувашского госуниверситета, г. Чебоксары.
-
На научно-технической республиканской конференции "Коммутация электрических машин". г.Харьков. 1984г.
-
На Всесоюзном научно-техническом совещании "Регулируемые электродвигатели переменного тока", г.Владимир - Суздаль, 1987г.
-
На I Всесоюзной научно-технической конференции по элект-ромеханотронике, г.Ленинград. 1987г.
-
На научно-технической конференции "Системы электроприводов гибких производственных модулей". г.Киров, 1989г.
-
На Всесоюзной конференции "Современные проблемы электромеханики". г.Москва, 1989г.
-
На Всесоюзном научно-техническом семинаре по электромеха-нотронике. г.Ленинград, 1989г.
-
На XI Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам автоматизированного электропривода, г.Суздаль. 1991г.
-
Диссертационная работа докладывалась и обсуждалась на семинаре кафедры "Систем автоматического управления электроприводами" Чувашского государственного университета им.И.Н.Ульянова.
Публикации. По результатам проведенных исследований и технических разработок получено 8 авторских свидетельств на изобретения и опубликовано 25 научных статей.
Объем работы. Диссертация содержит 160 страниц машинописного текста. 40 рисунков, 9 таблиц, список используемой литературы из 87 наименований и приложения на 19 листах (всего страниц 179).
