Введение к работе
Актуальность работы. В машиностроительной, электротехнической, легкой, текстильной промышленности и других отраслях науки и техники широкое распространение получили системы автоматического управления исполнительными электродвигателями. К области применения этих систем относятся автоматические устройства контроля и управления производственными процессами, приборы, измерительная и вычислительная техника, аппараты звуко- и видеозаписи, киноаппаратура, бортовая автоматика летательных аппаратов и другие. Основными требованиями, предъявляемыми к используемым в этих устройствах системам автоматического управления, являются заданная точность регулирования частоты вращения и фазового положения ротора исполнительного электродвигателя, высокое быстродействие и необходимый запас устойчивости. Эти показатели качества системы автоматического управления, а также ее энергетические характеристики, габариты, масса, уровень радиопомех, надежность, структура и схемное решение во многом зависят от типа применяемого в ней электродвигателя. Наиболее полно большему числу перечисленных требований удовлетворяют двигатели постоянного тока, обладающие лучшими по сравнению с двигателями переменного тока регулировочными характеристиками и энергетическими показателями. Однако, наличие в первых из них коллекторно-щеточного узла, снижающего надежность этих электродвигателей и в свою очередь являющихся источниками радиопомех, создает эксплуатационные трудности при их использовании в системах управления.
Достижения полупроводниковой техники и технологии изготовления постоянных магнитов с хорошими удельными показателями послужили основой для создания нового самостоятельного класса электрических машин - вентильных двигателей (ВД), сочетающих в себе хорошие пусковые и регулировочные свойства и высокие энергетические показатели коллекторных двигателей постоянного тока с высокой надежностью электродвигателей переменного тока. Основным недостатком ВД, препятствующим широкому использованию их в автоматике автономных объектов, в промышленных механизмах и других устройствах, является неравномерность их вращения, обусловленная меньшим
по сравнению с коллекторными двигателями постоянного тока числом секций якорной обмотки и дискретным характером переключения этих секций.
Повышение равномерности вращения ВД достигается формированием токов синусоидальной формы в секциях его якорной обмотки. При этом силовые транзисторы полупроводникового коммутатора работают в усилительном режиме, что приводит к возрастанию в них потерь мощности и снижению КПД всего электропривода.
Учитывая, что до настоящего времени ряд из перечисленных вопросов недостаточно полно исследован, решение этих вопросов представляет теоретический и практический интерес, поэтому повышение КПД всего вентильного электропривода (ВЭ), следует считать актуальной задачей.
Цель и задачи работы. Целью диссертации является разработка научных рекомендаций по проектированию двухканальной транзисторной системы управления ВД, осуществляющей изменение напряжения его питания пропорционально нагрузке и частоте вращения при работе силовых транзисторов коммутатора в активной области при минимально возможных напряжениях на них.
Поставленная цель требует решение следующих задач:
1 .Разработку научно-технических рекомендаций по снижению энергопотребления ВД при сохранении равномерности вращения.
-
Синтез алгоритма управления ИРПН.
-
Разработку математических моделей ИРПН с ШИМ-2.
-
Анализ и синтез динамики ИРПН.
-
Моделирование и исследование ИРПН в переходных режимах.
-
Функциональное построение системы управления ИРПН.
-
Разработку методики по расчету ИРПН, работающего на В Д.
На защиту выносятся:
-
Научные положения, методы выбора и расчета ИРПН В Д.
-
Математические модели ИРПН и разработанные на их основе алгоритмы расчета энергетических показателей при непрерывном и прерывистом токе дросселя фильтра. ^
-
Структурная и функциональная схемы двухканальной транзисторной системы управления В Д.
-
Алгоритм управления ИРПН следящего ВД.
&
-
Методика расчета ИРПН с форсированным запиранием силового транзистора.
-
Результаты моделирования и эксперимента.
Методика проведения исследований. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования, проведенные современными математическими и инструментальными методами. Теоретические исследования основывались на методах теории автоматического управления и теории автоматизированного электропривода (ЭП), экспериментальная проверка полученных результатов проводилась в лабораторных условиях путем физического макетирования.
Научная новизна работы. Разработана структура двухканальной тран-зисторнойтистемы управления ВД, содержащей ИРПН с форсированным запиранием силового транзистора во всем диапазоне регулирования и обеспечивающая снижение общего энергопотребления.
Новизна предложенных принципов построения систем автоматического управления подтверждена двумя авторскими свидетельствами на изобретения.
Достоверность результатов работы . Достоверность результатов
работы подтверждается с допустимой для инженерной практики точностью совпадением теоретических и экспериментальных исследований .методами физического и математического моделирования, а также результатами испытаний двухканальной транзисторной системы управления ВД.
Научные решения диссертации обоснованы и аргументированы в рамках принятых допущений.
Практическая ценность работы . Разработаны научно-технические
рекомендации, на основе которых предложены методы анализа и расчета двухканальной транзисторной системы управления ВД, методика расчета потерь мощности в силовых элементах ИРПН с форсированным запиранием силового транзистора, работающего на ВД.
Реализация двухканальной транзисторной системы управления ВД позволит осуществить снижение энергопотребления ВД с сохранением равномерности его вращения. Установлено, что при использовании ИРПН втблоке питания ВД энергопотребление силовой части системы автоматического регулирования снижается в 2-4 раза, а потери мощности в коммутаторе в 3 - 5 раз. Это в свою очередь позволяет уменьшить в 2 раза габаритную мощность понижающего
б-
трансформатора и размеры радиаторов силовых транзисторов коммутатора ВД и тем самым снизить расход электротехнических материалов.
Результаты работы использованы в учебном процессе и при подготовке учебных и методических пособий для студентов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на Всесоюзной научно-технической конференции в Московском энергетическом институте, 1989 г.; на научно-техническом семинаре в Ленинградском электротехническом институте, 1989 г.; на 5-ой Всесоюзной научно-технической конференции в институте электродинамики АН УССР, 1991 г. (г.Киев); на, краевой научно-технической конференции в 1988 г. (г. Красноярск); на научно-техническом семинаре в Доме научно-технической пропаганды в 1989 г. (г. Москва); на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состави Московской государственной текстильной академии имени А.Н. Косыгина (1988 -1997 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, из них 2 авторских свидетельства на изобретения.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 143 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка используемой литературы из 116 наименований, 45 иллюстраций.
