Содержание к диссертации
Введение
1. Энергетика основных элементов синхронного электропривода 12
1.1. Место синхронного электропривода малой мощности в общей проблеме энергосбережения 12
1.2. Анализ синхронных электродвигателей малой мощности как электромеханических преобразователей энергии 14
1.3. К выбору усилителя мощности для использования в синхронном электроприводе малой мощности 23
1.4. Оценка эффективности электромеханического преобразования энергии в синхронном электроприводе 26
1.5. Выводы 34
2. Разработка математической модели торцевого синхронного электродвигателя 36
2.1. Особенности конструкции торцевых синхронных электродвигателей 3 6
2.2. Методика определения параметров торцевого синхронного электродвигателя 39
2.3. Математическое моделирование торцевого синхронного электродвигателя в исходной (физической) и а,/3,у системах координат 50
2.4. Уравнения торцевого синхронного электродвигателя в системе координат d, q, у 60
2.5. Анализ работы двигателя в синхронном режиме работы и при малых возмущениях 69
2.6. Выводы 70
3. Анализ энергетических показателей синхронного электропривода 81
3.1. Подход к определению качественных показателей энергетических процессов в электроприводе 87
3.2. Баланс мощностей в синхронном электродвигателе 82
3.3. Потери в импульсном преобразователе 91
3.4. Энергетические показатели усилителя мощности с линейным режимом работы при двигательной нагрузке 97
3.5. Выбор усилителя мощности по критерию минимума потерь в системе электропривода 104
3.6. Выводы 112
4. Реализация энергосбережения в синхронном электроприводе средствами управления координатами электродвигателя 114
4.1. Способы энергосбережения в синхронном электроприводе 114
4.2. Управление переменными двигателя, обеспечивающее оптимальность его энергетических показателей 116
4.3. Управление переменными двигателя, обеспечивающее оптимальность энергетических показателей питающего его линейного усилителя мощности 121
4.4. Управление переменными двигателя, обеспечивающее оптимальность энергетических показателей питающего его импульсного усилителя мощности 128
4.5. Управление переменными двигателя, обеспечивающие повышение энергетических показателей системы электропривода 134
4.6. Исследование системы электропривода с повышенными энергетическими показателями 142
4.7. Экспериментальные исследования торцевого синхронного электродвигателя 149
4.8. Выводы 153
Заключение 155
Литература 158
Приложения 168
- Анализ синхронных электродвигателей малой мощности как электромеханических преобразователей энергии
- Анализ работы двигателя в синхронном режиме работы и при малых возмущениях
- Энергетические показатели усилителя мощности с линейным режимом работы при двигательной нагрузке
- Управление переменными двигателя, обеспечивающее оптимальность энергетических показателей питающего его линейного усилителя мощности
Введение к работе
Актуальность темы. Значительное повышение цен на топливо и, как следствие, на электрическую энергию в последнее время, а также ужесточение требований к охране окружающей среды вызывают необходимость в поиске эффективных энергосберегающих технологий. В связи с наличием в промышленности страны большого количества технически и морально устаревшего оборудования с низким коэффициентом полезного действия по оценкам специалистов потенциал энергосбережения составляет 40-45 процентов от уровня потребляемых энергетических ресурсов.
Анализ зарубежной и отечественной литературы позволил установить, что широкое использование техники в быту привело к высокой доле потребления электроэнергии электроприводами малой мощности. Приведенные в литературе данные показывают, что использование экономичных систем управления такими электроприводами позволило бы снизить общее потребление электроэнергии на 6% и более.
Изучение ряда работ по оценке потерь электроэнергии в регулируемых электроприводах показало, что определение энергетических показателей в них основывается на методе гармонического анализа и выполняется, как правило, без учета высших гармонических тока и напряжения, возникающих при использовании преобразовательных устройств. Так неучет высших гармонических приводит к занижению расчетных потерь энергии в двигателе по отношению к реальным до 40%. Это обусловливает необходимость разработки комплексной методики, позволяющей определить потребляемую, полезную и рассеиваемую мощности как всей системой электропривода, так и отдельными ее элементами в различных режимах работы.
В классе электроприводов малой мощности заметное место занимают электроприводы, построенные на базе синхронных электродвигателей с постоянными магнитами. Проведенный анализ литературных источников по использованию таких двигателей с асинхронным пуском показал значительные ограничения, накладываемые на их использование в системах электроприводов, требующих высокого быстродействия и точности отработки сигналов. В этом классе торцевые синхронные электродвигатели, сохраняя преимущества синхронных с постоянными магнитами и асинхронным пуском, обладают большим быстродействием и меньшими потерями, что является основными преимуществами двигателей такого типа.
Они с успехом применяются в системах автоматизированного и
следящего электропривода, в различных лентопротяжных устройствах, в
аппаратах звуке- и видеозаписи, электропроигрывателях, в приводах
программно-управляемых приборов, регистраторов, вычислительной технике,
электрических часах и т.п. 1 рос. национальная
БИБЛИОТЕКА
З СПетервург - „
9
Выполненный анализ показал перспективы широкого практического применения указанных электроприводов с питанием от преобразователей, выполненных на основе транзисторов и оснащенных цифровыми средствами управления, а также комплекс нерешенных задач в этой области. Важнейшие из них связаны с выбором двигателя и преобразователя, а также построением системы управления, обеспечивающих необходимые показатели качества отработки задающего сигнала и оптимальность энергетических характеристик.
Целью работы является повышение энергетических и динамических показателей электропривода малой мощности, построенного на основе торцевого синхронного электродвигателя.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие основные задачи:
обоснование необходимости сбережения электрической энергии в электроприводах малой мощности, систематизация сведений по перспективным типам используемых в них синхронных двигателей и разработка показателей оценки эффективности электромеханического преобразования энергии;
разработка методики по определению параметров и математической модели торцевого синхронного электродвигателя с учетом его конструктивных особенностей, исследование его электромеханических характеристик и анализ условий устойчивости;
математическое моделирование синхронного электропривода, направленное на определение показателей эффективности использования электроэнергии его элементами;
исследование энергетики электропривода на основе разработанной методики определения энергетических показателей и полученных моделей;
исследование математической модели электропривода, анализ его энергетических и динамических показателей и сопоставление полученных результатов с экспериментом.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались основные положения теории электромеханического преобразования энергии и электропривода, методы математического моделирования электромеханических систем, экспериментальные исследования. Экспериментальные исследования выполнены на опытном образце торцевого синхронного электродвигателя малой мощности.
Научную новизну работы составляют:
методика определения параметров торцевых синхронных электродвигателей, основанная на аналитических зависимостях и экспериментах, позволяющая эффективно реализовать их преимущества и минимизировать недостатки и отличающаяся простотой реализации;
- математическое описание электромагнитных процессов торцевого
синхронного электродвигателя, выполненное с учетом особенностей его
конструкции;
математическая модель синхронного электропривода, построенного на основе торцевого синхронного электродвигателя и усилителя мощности с линейным и импульсным режимом работы, позволяющая рассчитать энергетические показатели для любого его элемента на заданном промежутке времени;
комплексный подход к оценке эффективности электромеханического преобразования энергии в электроприводе на основе разработанных унифицированных энергетических показателей;
- алгоритм управления электроприводом, выполненном на основе
торцевого синхронного электродвигателя, позволяющий получить высокие
энергетические и динамические показатели.
Практическую ценность работы составляют:
разработанные программы расчета характеристик электропривода с торцевым синхронным электродвигателем, ориентированные на использование математической системы MathCad, позволяющие эффективно выполнять анализ динамики и энергетики электропривода на этапе проектирования;
разработанные методики и программы для анализа электромагнитных характеристик электроприводов, построенных на основе торцевого синхронного электродвигателя, позволяющие выполнить разработку системы управления, обеспечивающую его оптимальные энергетические показатели с учетом ограничений координат.
Результаты работы могут быть использованы при проектировании, оценке энергоэффективности электроприводов переменного тока и позволяют снижать потребление электроэнергии разрабатываемого оборудования.
Практическая реализация
Основные научные и практические результаты диссертационной работы использованы в научно-исследовательской и проектной практике ОАО "МК Кранэкс" (г. Иваново), а также при оценке энергоэффективности электроприводов переменного тока ООО "ТДЛ Энерго" (г. Иваново), 000 "Льнокомбинат Новописцовский" (п. Новописцово) при разработке мероприятий по снижению потребления электроэнергии оборудованием.
Результаты исследований, приведенные в диссертационной работе, внедрены в учебный процесс кафедры ЭП и АПУ ИГЭУ при чтении курсов: "Теоретические основы синхронного электропривода", "Вентильный электропривод", "Векторное управление электроприводами переменного тока" специальности 140604 - Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов, а также в виде лабораторного
стенда для определения параметров синхронного электродвигателя с постоянными магнитами.
На защиту выносятся
1. Методика определения параметров торцевых синхронных
электродвигателей, основанная на аналитических зависимостях и результатах
эксперимента.
2. Математическая модель синхронного электропривода, позволяющая
исследовать его энергетические показатели.
3. Результаты математического моделирования электромагнитных
процессов торцевого синхронного электродвигателя с учетом особенностей
его конструкции.
4. Комплексная методика оценки энергопотребления электроприводом
на основе разработанных унифицированных энергетических показателей.
5. Рекомендации по повышению энергетических показателей
электроприводов на основе торцевого синхронного Электродвигателя.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждались на научном семинаре по электротехнике ИГЭУ (г. Иваново, 2000), научно-технической конференции "Проблемы управления электромеханическими системами" ИГЭУ (г. Иваново, 2000), Межвузовской научно-технической конференции "Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности" (Поиск-2003) ИГТА (г. Иваново, 2003), I Международной научно-технической конференции "Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и легкой промышленности" (Пиктел-2003) ИГТА (г. Иваново, 2003), IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу "Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития" (АЭП-2004, г. Магнитогорск, 2004г.), Международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (XII Бенардосовские чтения) (г. Иваново, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано десять печатных работ, из них четыре научные статьи и шесть тезисов докладов на научно-технических конференциях. На интеллектуальный продукт "Модель системы "Усилитель мощности - торцевой синхронный двигатель" с учетом энергетических показателей" получено свидетельство о государственной регистрации.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 157 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 3 таблицы, список используемой литературы из 103 наименований.
Анализ синхронных электродвигателей малой мощности как электромеханических преобразователей энергии
Электрические машины мощностью до 1 кВт, получившие название электрических машин малой мощности, вследствие своей специфики выделены в классификаторах промышленной продукции в отдельную группу. Указанные машины отличаются от электрических машин средней и большой мощности не только массовостью производства и применения, но, главным образом существенно большим многообразием выполняемых функций и конструктивных исполнений, особенностями применения и эксплуатации. Они выполняют задачи не только преобразования электрической энергии в механическую или электрического сигнала в механическую величину (угол, угловую частоту, момент), но и обратного преобразования механической величины в электрический сигнал по определенной функционально-л зависимости. Электрические машины малой мощности оказывают существенное влияние на надежность и на функциональные характеристики систем автоматики и радиоэлектронной аппаратуры, в частности на точность и быстродействие [39].
Электрические машины малой мощности по применению разделяют на две большие группы: микромашины автоматических устройств и микромашины общего назначения [40-43]. Это деление несколько условное, так как одна и та же машина применяется и в промышленности, и в быту, и в системах автоматики. Но оно вполне правомерно, если говорить о том, для чего предназначалась та или иная машина при ее разработке. Классификация электрических машин малой мощности приведена на рис. 1.1. Функциональное назначение и основные области применения электрических машин малой мощности приведены на рис. 1.2. и 1.3.
Несмотря на то, что в настоящее время регулируемые электроприводы постоянного тока достигли высокой степени совершенства, требования к ним продолжают ужесточаться. Такая тенденция объясняется увеличением единичной мощности технологических агрегатов, ростом их производительности, повышением требований к качеству продукции, необходимостью упрощения кинематических связей и передачей технологических функций электроприводу. Одновременно расширяется область применения регулируемых электроприводов для принципиально новых рабочих машин либо для таких, которые раньше работали без регулирования скорости [22].
В этих условиях проявляются недостатки, свойственные двигателю постоянного тока, основным из которых является коллекторно-щеточный переход, наличие которого снижает его надежность, увеличивает потери в двигателе, и требует сравнительно частого проведения планово-предупредительных регламентных работ по обслуживанию и контролю двигателей [12].
Решение выше указанных задач, а также устранение большинства недостатков, свойственных двигателю постоянного тока, можно обеспечить переходом к регулируемым по скорости электроприводам переменного тока на базе бесконтактных асинхронных и синхронных двигателей [22].
Как показывает длительный опыт использования машин переменного тока с нерегулируемой скоростью, синхронный двигатель имеет неоспоримые преимущества по сравнению с асинхронным двигателем благодаря более высоким энергетическим показателям. При этом проявляются также дополнительные преимущества синхронного двигателя, связанные с возможностью создания на основе его и преобразователя частоты с естественной коммутацией как тихоходных, так и быстроходных электроприводов.
Синхронный двигатель оказывается предпочтительным и при малом диапазоне регулирования скорости. Специальный вид синхронного двигателя с постоянными магнитами позволяет использовать преимущество синхронного двигателя в электроприводах малой мощности и в мощных быстроходных приводах. По совокупности отмеченных факторов наблюдается тенденция относительного расширения области применения синхронного двигателя л регулируемых электроприводах переменного тока.
Отметим недостатки системы электропривода с асинхронным двигателем по сравнению с построенной на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами. Сюда следует отнести невозможность работы асинхронного двигателя без намагничивающего тока, что приводит к дополнительным потерям мощности в обмотке статора, наличие потерь в обмотке ротора. К преимуществам системы электропривода с синхронным двигателем с постоянными магнитами следует отнести отсутствие затрат энергии на возбуждение двигателя, принципиальную возможность работы синхронного двигателя с постоянными магнитами с коэффициентом мощности по первой гармонике coscp =1, отсутствие на роторе явных электропроводящих контуров, и связанных с этим дополнительными потерями электрической энергии [28].
Все три фактора позволяют повысить коэффициент полезного действия (г/) двигателя. Повышенные значения cos p и rj дают возможность при электромагнитных нагрузках, одинаковых с асинхронным двигателем, уменьшить расчетную мощность синхронного двигателя с постоянными магнитами и тем самым снизить его удельные массогабаритные показатели.
Анализ работы двигателя в синхронном режиме работы и при малых возмущениях
Приняв в качестве критерия переходного процесса величину отклонения частоты вращения вала двигателя от частоты вращения в синхронном режиме, все переходные процессы можно разделить на две группы. К первой группе необходимо отнести такие переходные процессы, которые протекают при достаточно малых отклонениях частоты вращения машины от установившегося значения. Вторую группу составляют процессы, протекающие при более или менее значительном изменении частоты вращении частоты вращения машины [13, 39,75].
Переходные процессы, относящиеся к первой группе, возникают при изменении момента сопротивления на валу машины на АМС. Примем для определенности увеличение момента сопротивления, которое составило после изменения Мс0. Ротор начнет замедляться, а угол нагрузки 9 увеличиваться от своего начального значения 9т. Вместе с ним будет увеличиваться и электромагнитный момент Мш, так что при некотором угле &о наступит равновесие моментов. Однако, поскольку ротор в это время вращается с частотой, меньшей синхронной, угол нагрузки будет продолжать увеличиваться. При 6 9о момент МЗМ М0 и ротор под влиянием положительного ускорения начнет ускоряться и т.д.
В этом случае угол нагрузки:
в = 90+Ав; (2.39)
где 0О — угол нагрузки, соответствующий электромагнитному моменту Мэл,о, значение которого в синхронном режиме в свою очередь равно механическому моменту сопротивления Мсо, АО- величина изменения угла нагрузки.
Тогда электромагнитный момент, являющийся функцией угла О, представим суммой:
М.м, = Мыв + Шш; (2.40)
где АМЭМ - изменение электромагнитного момента.
В результате возмущающего воздействия все переменные машины, входящие в систему уравнений (2.36), получают бесконечно малые приращения и соответствующие выражения для потокосцеплений и токов обмотки статора по осям d,q, а также угловой скорости ротора могут быть записаны следующим образом: id=id0+Ait!; (2.41)
mr - cor0 + Ашґ.
Здесь все переменные состоят из двух слагаемых. Первое слагаемое с индексом нуль характеризует исходный установившейся режим работы, а второе с индексом А - возмущение установившегося режима.
Если возмущения установившегося режима достаточно малы, тогда подставив (2.39), (2.40), (2.41) в (2.36) и исключив слагаемые, соответствующие установившемуся режиму работы и, пренебрегая произведением малых величин, запишем преобразованную систему уравнений (2.39) в виде:
Здесь величины с индексом нуль характеризуют исходный установившейся режим, а с индексом А - малые приращения переменных. Уравнения (2.44) в первом приближении образуют систему линейных дифференциальных уравнений четвертого порядка с четырьмя переменными: Ащ Ащ}, Amn Ав.
Для анализа системы уравнений (2.44) необходимо определить величины исходного установившегося синхронного режима.
Синхронный режим является основным режимом работы двигателя. Для установившегося режима основные уравнения двигателя могут быть получены из системы уравнений (2.36). Учитывая, что при вращении ротора с синхронной скоростью cor = const, d/dt=0 и, приняв &=coct--y , а также пренебрегая взаимной индуктивностью фаз (синхронный режим работы торцевого электродвигателя от величины взаимной индуктивности фаз не зависит, что показано в главе 2.4.), из (2.36) получаем следующую систему уравнений для рабочего режима:
Энергетические показатели усилителя мощности с линейным режимом работы при двигательной нагрузке
Усилитель мощности с линейным режимом работы, может состоять из двух двухтактных усилителей, работающих в режиме класса В или АВ (рис.3.3, б). Работа каждого из усилителей характеризуется тем, что ток в выходной цепи транзистора протекает в течение половины периода изменения напряжения входного сигнала. Здесь при положительной полуволне входного сигнала открыт транзистор VT1, а при отрицательной — транзистор VT2. В нагрузку поступает усиленный сигнал обоих полупериодов,
Усилители мощности с линейным режимом работы в сочетании с синхронным двигателем с постоянными магнитами получили применение в электроприводах, в которых требуется высокая точность отработки входного
Рис.3.4. Расчетные переходные процессы энергетических показателей разомкнутой системы электропривода с импульсным усилителем мощности при пуске со статическим моментом 0,02 Н м.
О) угловая скорость вращения вала двигателя; іш ір - токи в координатной системе а, Д рде - потери двигателя; рИум потери импульсного усилителя мощности). сигнала. Это, прежде всего, электроприводы лентопротяжных и считывающих механизмов магнитофонов. Такое применение усилителей с сравнительно большой мощностью предполагает работу его транзисторов при больших значениях токов и напряжений. Отсюда следует, что одним из основных параметров усилителя становится его коэффициент полезного действия [35].
Анализ литературы по данному вопросу показал отсутствие анализа энергетических показателей усилителя мощности при работе на двигательную нагрузку. Рассматриваемые в литературе методики определения потерь энергии, коэффициента полезного действия усилителей применимы только при работе на активную нагрузку [35, 44] и, как увидим дальше, являются частным случаем.
При использовании в электроприводе усилителя с линейным режимом работы блок УМ, показанный на рис. 3.1, состоит из двух двухтактных усилителей мощности, работающих в режиме класса В. Основу схемы усилителя мощности составляют два двухполюсника, каждый из которых состоит из последовательно соединенных транзисторов и источника питания, подключенных к общей нагрузке. Эмиттерные переходы транзисторов VT1 и VT2 (VT3 и VT4) включены параллельно и на их входы подается управляющее напряжение Uexj, Uex2. К особенностям электродвигателя, входящего в состав рассматриваемого электропривода относят наличие магнитной системы торцевого типа с магнитным потоком, направленным вдоль оси вращения ротора, и плоских катушек статора, расположенных между магнитом ротора и ярмом статора, электрический угол между которыми составляет 90 [67]. В этом случае, электромагнитные переменные целесообразно рассматривать в системе координат а, (3.
Активная мощность, потребляемая двигателем, может быть представлена аналогично выражению (3.2) в виде суммы мощностей ра и рр, обмоток, расположенных в фазных осях:
Pi, =Pa+Pp =-Ju«l« +-JUP1P- (332)
Условно разделив двухтактные усилители мощности по принадлежности к фазам а и f3 двигателя, определим мощность, потребляемую усилителями от источников питания по соотношению:
Рп = Рпа + Р,ф = Е„ К\ + E„ff\h\ (3-33)
где рпа, р,ф - мощности потребляемые усилителями питающих фазы аир двигателя, соответственно; Епа, Е,ф - напряжения питания усилителей.
В выражении (3.33) модуль тока учитывает положительный знак мощности при подключении нагрузки к зажимам +Е„ и Еп усилителя мощности.
Управление переменными двигателя, обеспечивающее оптимальность энергетических показателей питающего его линейного усилителя мощности
Одним из основных недостатков импульсного усилителя мощности является повышенные потери в подключенном к нему двигателе из-за наличия высших гармонических тока обмоток статора.
Как известно [10, 22, 33, 35] существует два способа для их ограничения, достигаемых увеличением индуктивных сопротивлений в цепях обмоток двигателя или уменьшением величины амплитуд гармоник с частотой, отличной от основной. Искусственное увеличение индуктивного сопротивления может быть оправдано лишь в цепях постоянного тока [45]. В связи с тем, что реактивные элементы в цепях переменного тока уменьшают не только высшие, но и первую гармоническую составляющую тока, использование здесь их не целесообразно.
Второй вариант ограничения высших гармонических решается или увеличением числа фаз преобразователей, или использованием преобразователей с широтно-импульсной модуляцией. Первый подход требует существенного усложнения схемы преобразователя и поэтому его целесообразно применять для преобразователей большой мощности. Наиболее приемлемым является использование широтно-импульсной модуляции. В преобразователях с широтно - импульсной модуляцией за счет увеличения частоты переключения ключей можно добиться значительного уменьшения амплитуды высших гармонических тока в обмотке двигателя, однако это приводит к увеличению потерь на коммутацию в инверторе.
Анализ эффективности указанных способов минимизации потерь в электроприводе, построенных на базе импульсных усилителей мощности [50, 76, 81, 82, 98] показал, что наиболее целесообразным является использование преобразователей с широтно - импульсной модуляцией.
Изучение литературы [32, 44, 99] показало, что различные алгоритмы широтно - импульсной модуляции весьма отличаются по коммутационным потерям, потерям в нагрузке, спектральному составу, амплитуде колебаний тока и момента. В общем случае все виды широтно - импульсной модуляции основаны на изменении длительности импульсов равной амплитуды, следующих через равные интервалы времени в соответствии с принятым законом формирования напряжения. Законы формирования, общие для любого метода модуляции, определяются функцией построения (модулирующим сигналом). В соответствии с литературными данными [32, 100] разновидности широтно — импульсной модуляции распределяются по степеням соответствия параметров импульсов значениям модулирующего сигнала основным признакам (рис. 4.6). Двуполярная широтно — импульсная модуляция характеризуется постоянным действующим значением выходного напряжения, поэтому регулирование значения основной гармоники сопровождается перераспределением энергии в спектре. Одыополярная широтно - импульсная модуляция дает лучший гармонический состав, действующее значение напряжения при этом меньше, чем при двуиолярной модуляции. Трапецеидальная широтно - импульсная модуляция уже почти вытеснена синусоидальной в связи с развитием методов формирования синусоидальных напряжений.
Критерием качества выходного напряжения при широтно - импульсной модуляции являются потери электроэнергии при реализации заданного среднего значения выходного напряжения. Эти потери имеют в первую очередь коммутационный характер и обусловлены не только количеством переключений на периоде модуляции, но и характером отклонения мгновенных значений выходного напряжения (тока) от желаемого среднего значения.
После дифференцирования (4.24) по переменной к3 и приравнивания производной нулю определяем значение ширины импульса к3=0,742 (пауз" 46,4) соответствующее минимальному значению коэффициента кш,=0,29.
Анализ технических решений [32, 101], направленных на снижение амплитуд гармоник близких к основной и основанных на использовании дополнительных переключений, показал их неприменимость в электроприводах с высокими требованиями к динамическим показателям в связи с увеличением гармоник большего порядка, подавление которых требует дополнительного использования параметрических LC - фильтров. Это в свою очередь является дополнительным источником потерь, а также приводит к ухудшению динамических показателей электропривода. В этой связи целесообразно использовать алгоритм коммутации транзисторных ключей без их дополнительной коммутации в нолупериоде выходного напряжения.
В качестве критерия оптимизации энергетических показателей рассматриваемого электропривода может быть принята частота переключения транзисторных ключей импульсного усилителя мощности.
Для определения ее оптимальной величины построена зависимость потерь мощности в двигателе от частоты коммутации ключей с использованием разработанных программ в математической среде MathCad (рис. 4.8 а).
Составляющей коммутационных потерь в электроприводе с инвертором напряжения являются динамические потери, величина которых может быть определена в соответствии с соотношением (3.30). Одним из параметров указанного соотношения является время включения и выключения транзисторов инвертора напряжения, расчет которого выполнен в Приложении 10 в соответствии с [35, 88]. Другие параметры - ток коллектора транзистора в режиме насыщения и максимальный ток коллектора. Для определения указанных величин для торцевого синхронного электродвигателя разработана программа в среде MathCad, текст которой приведен в Приложении 11. Используя соотношение (3.30) построена зависимость потерь мощности инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией в функции частоты переключения ключей, которая приведена на рис. 4.8 б. Расчет выполнен для паузы импульсов инвертора напряжения 46,4. Одним из ограничений используемой частоты переключения ключей является предельное ее значение, определяемое соотношением (Ш.0.12).
Потери мощности, приведенные на рис. 4.8 а, б, составляют потери, связанные с коммутацией транзисторных ключей при широтно - импульсном регулировании напряжения двигателя. Суммарная характеристика потерь приведена на рис. 4.8 в, которая позволила определить частоту переключения транзисторных ключей импульсного усилителя мощности /, Ом 10 кГц, соответствующую минимальным потерям в рассматриваемом электроприводе.
