Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор методов математическою моделирования асинхронных машинно-вентильных сие гем. Формулировка задачи 10
1.1 Анализ современных асинхронных машинно-вентильных систем 10
1.1.1 Специфические особенности нерегулируемых высокочастотных НПЧ 17
1.2 Анализ способов математического моделирования асинхронных машинно-вентильных систем 25
1.2.1 Математическая модель асинхронною двигателя 25
1.2.2 Математическая модель преобразователя частоты 30
1.3 Анализ методов реализации математических моделей асинхронных двиі ателей, работающих совместно с преобразователяхми частоты 34
1.3.1 Реализация моделей поверочных расчетов 34
1.3.2 Реализация моделей динамических процессов 36
Выводы по 1-й главе 39
2 Разработка маїемаїической модели и программного обеспечения для поверочного расчета АД, работающею совместно с НПЧ 40
2.1 Общая характеристика модели 40
2.2 Организация ввода исходных данных 43
2.2.1 Параметры преобразователя частоты 43
2.2.2 Параметры эмпирических кривых 49
2.2.3 Типизация геометрических характеристик зубцовой зоны стагора 52
2.3 Моделирование поверочного расчета 57
2.3.1 Модель поверочного расчета двигателя с измененными обмоточными данными 58
2.3.2 Модель поверочного расчета двигателя базовой конструкции
(без изменения обмоючных данных), рабогатощего совместно с НПЧ...61
2.3.3 Погрешность модели поверочного расчета при типизации исходных данных 62
2.4 Оптимизационная модель 64
Выводы по 2-й главе 69
3 Математическая модель динамическої о расчета для поверочного расчета АД, работающего совместно с НПЧ 71
3.1 Общая характеристика и формулировка динамической модели 71
3.2 Параметры динамической модели 74
3.2.1 Моделирование фазного напряжения 74
3.2.2 Коэффициенты уравнений напряжений 76
3.3 Моделирование электромеханических процессов 88
3.4 Моделирование квазистационарных процессов 95
3.4.1 Моделирование статических характеристик 96
3.4.2 Моделирование гармонического анализа 99
Выводы по 3-й главе 108
4 Исследование асинхронного двигателя, работающего совместно с ПЧ с помощью математического моделирования 110
4.1 Исследование предельных значений электромагнитных величин серийных двигателей, работающих совмесшо с ПЧ 110
4.2 Влияния индукции в воздушном зазоре и линейной токовой нагрузки на параметры АД, рабоїающих совместно с ПЧ 116
4.3 Исследование динамических режимов с помощью моделирования.. 119 4.3.1 Оценка влияния вариации параметров рабочего режима с изменением частоты вращения ротора 123
4.3.2 Анализ гармонического состава токов и напряжений с помощью динамической модели 127
Выводы по 4-й главе 133
Основные выводы 135
Литература
- Специфические особенности нерегулируемых высокочастотных НПЧ
- Типизация геометрических характеристик зубцовой зоны стагора
- Моделирование фазного напряжения
- Влияния индукции в воздушном зазоре и линейной токовой нагрузки на параметры АД, рабоїающих совместно с ПЧ
Введение к работе
Актуальность проблемы, постоянно совершенствуемый и повсеместно используемый в деревообработке, строительстве, химической, нефтегазовой и пищевой промышленности нерегулируемый асинхронный электропривод повышенной частоты предполагает применение серийных машин в условиях, отличающихся от штатного режима: при изменении обмоточных данных, с сохранением конфигурации магнитной цепи; при нестандартной форме питающего напряжения. Это определяет необходимость создания современных средств исследования подобного привода с помощью математических моделей и новейших информационных технологий. Большой вклад в развитие теории математического моделирования машинно-вентильных систем внесли такие ученые, как Копылов И.П., Фетисов В.В., Сидельников Б.В., Попов В.В., Плахтына Е.Г., Демирчян К.С. и другие. Анализ современного состояния проблемы показывает, что существующие математические модели позволяют выполнять решение достаточно широкого класса задач, связанных с анализом и синтезом машинно-вентильных систем различного вида. Однако, с одной стороны, при всем многообразии программных комплексов имеют место ограничения по возможностям исследований (способу представления исходных данных серийных машин, видов питающего напряжения и т.п.), а с другой -избыток информации, излишний в условиях решения отдельных проблем ограниченного класса. В связи с этим тему диссертационной работы следует считать актуальной.
Объектом исследований является машинно-вентильная система переменного тока (асинхронный двигатель (АД), работающий совместно с высокочастотным нерегулируемым непосредственным преобразователем частоты (НПЧ)).
Предметом исследований являются методы математического моделирования машинно-вентильных систем переменного тока и результаты анализа, выполненные с помощью этих методов.
Цель диссертационной работы состоит в разработке математических моделей и программного обеспечения, позволяющих максимально адаптировать и эффективно использовать серийные АД с короткозамкнутым ротором, работающие совместно с НПЧ.
Научная задача исследований состоит в разработке методического, математического и программного обеспечения для поверочных расчетов и комплексной компьютерной диагностики асинхронного вентильного высокочастотного электропривода.
Для достижения поставленной цели и решения обобщенной научной задачи была произведена ее декомпозиция на ряд частных задач:
1. Выполнение аналитического обзора существующих вентильно-
машинных систем переменного тока, способов их математического
моделирования и методов реализации математических моделей.
2. Разработка метода поверочного расчета серийных АД с
короткозамкнутым ротором с измененными обмоточными данными,
работающего совместно с высокочастотным нерегулируемым НПЧ.
3. Разработка методов оптимизации обмоточных характеристик и
электромагнитных нагрузок системы АД-НГТЧ.
4. Формулировка и реализация математической модели системы АД-НГТЧ
для анализа электромагнитных и электромеханических переходных и
квазистационарных режимов работы.
5. Численные исследования серийных АД, работающих в составе
высокочастотного асинхронного электропривода.
Методы исследований:
При решении поставленных задач использовались методы математического моделирования (компонентного и логического макромоделирования), численные методы интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений, методы одномерной и многомерной оптимизации, решения задач нелинейного программирования; методы приближения функций (аппроксимация, сплайн-интерполяция и т.п.).
Достоверность полученных результатов обоснована строгостью исследований, выполненных в соответствии с теорией математического моделирования электрических машин и полупроводниковых преобразователей, численных методов интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений, методов нелинейного программирования и приближения функций. Результаты диссертационной работы не противоречат исследованиям других ученых и совпадают с полученными экспериментальными данными.
Научная новизна состоит в следующем:
Разработана оригинальная математическая модель для поверочного расчета, и оптимизации АД с короткозамкнутым ротором, работающего с измененными обмоточными данными статора в составе высокочастотного нерегулируемого вентильного электропривода.
Впервые получено математическое описание связи геометрических параметров зубцовой зоны статора асинхронных двигателей с номинальными паспортными данными машины. Выполнена типизация геометрических параметров электродвигателей серии 4А.
3. Разработана математическая модель для анализа переходных и
квазистационарных режимов АД, питающегося от высокочастотного НПЧ при
независимой работе отдельных фаз, которая в отличие от существующих
моделей позволяет учитывать нелинейное изменение параметров рабочего
режима машины при изменении частоты вращения ротора, и с учетом этого
определять показатели качества электромагнитных и электромеханических
процессов и гармонический состав фазного тока узла нагрузки.
4. Проведены оригинальные исследования с использованием полученных
моделей, алгоритмов и программного комплекса по компьютерной диагностике
серийных асинхронных машин, используемых в неноминальных режимах
работы в составе вентильного электропривода (ВЭП).
Практическая ценность диссертационной работы: 1. Разработанный программный комплекс для поверочного расчета позволяет выполнять экспресс-диагностику серийных асинхронных двигателей,
используемых для работы в неноминальных условиях, возникающих в процессе работы совместно с высокочастотным НПЧ. При этом анализируются рабочие и механические характеристики машины, определяются ее пусковые и энергетические параметры.
2. Алгоритм и программа оптимизации дают возможность выбирать
электромагнитные нагрузки и обмоточные данные двигателя в соответствии с
требованиями конкретного технологического процесса.
3. Программный комплекс для расчета переходных процессов позволяет
анализировать гармонический состав тока в узлах нагрузки с ВЭП и оценивать
его влияние на качество электрической энергии сети.
4. Результаты многовариантного численного эксперимента дают
возможность выявлять предельные и оптимальные границы работоспособности
АД, функционирующего совместно с высокочастотным НПЧ.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Математическое и программное обеспечение поверочного расчета
асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с измененными
обмоточными данными статора при работе совместно с высокочастотным
нерегулируемым непосредственным преобразователем частоты.
Метод оптимизации электромагнитных нагрузок и обмоточных данных АД, работающего в составе высокочастотного вентильного нерегулируемого электропривода.
Параметры типизации геометрических характеристик зубцовой зоны статора асинхронных двигателей серии 4А малой мощности.
4. Математическая модель и программное обеспечение расчета
динамических характеристик и гармонического состава фазного тока статора
АД, работающего совместно с высокочастотным нерегулируемым
преобразователем частоты.
Публикации и апробация результатов исследования. По теме диссертации автором опубликовано 12 работ, из них 1 статья в журнале известия вузов Северо-Кавказского региона. Серия «Технические
науки» (входящий в перечень ВАК РФ), 1 свидетельство о регистрации алгоритмов и программ.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XXXIII,
XXXIV, XXXV научно-технических конференциях по результатам работы
профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов
(Ставрополь, 2004-2006 г.), IX региональной научно-технической конференции
«Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2005), первой и
второй международных научно-технических конференциях
«Инфокоммуникационные технологии в науке, производстве и образовании» (Ставрополь, 2004-2006 г.), XI международной конференции «Современные проблемы информатизации в прикладных задачах» (Воронеж, 2006), XI международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты» (Алушта, 2006).
Реализация результатов диссертационной работы. Основные результаты исследований внедрены (что подтверждено соответствующими актами): на базе механико-энергетического департамента нефтегазовой компании АО «КазМунайГаз» (акт о реализации от 10.07.2006), а также ООО «Малая энергетика» (акт о реализации от 23.08.2006).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, содержащего 108 наименований. Работа изложена на 151 листах машинописного текста, содержит рисунков 93.
Специфические особенности нерегулируемых высокочастотных НПЧ
В последнее время разработан класс высокочастотных нерегулируемых преобразователей, позволяющих получить часто гу вращения, превышающую стандартную синхронную [38, 39, 40]. Подобные преобразователи могут использоваться, как в качестве индивидуальных, так и групповых приводов маломощных электродвигателей повышенной частоты.
Преобразователи данного типа в целях улучшения электромагнитных режимов работы двигателя предполагают изменение обмоточных данных машины при сохранении геометрии зубцовой зоны. При этом фазная обмотка статора выполняется в виде нескольких полуобмоток, заложенных в одни и те же пазы и подключаемых в соответствии с алгоритмом функционирования к фазному или линейному напряжению сети. В схемах данных преобразователей используется, как правило, современная элементная база (iGBT-транзисторы), позволяющая оптимизировать алгоритм подключения полуобмоток к источнику напряжений и получать высокие эксплутационные характеристики (ПЧ) в целом. Эти преобразователи являются предметом настоящего исследования. Рассмотрим принцип действия преобразователей 100, 150 и 200 Гц.
Преобразователь частоты 150 Гц [39] работает следующим образом. В промежуток времени trt2 (рис. 1.7) ключевой элемент 1 (рис. 1.8) находится в открытом состоянии и но обмотке 10 протекает ток. В момент времени t2 ключевой элемент 1 закрывается и открывается ключевой элемент 3 и ток протекает по обмотке 12.
В преобразователе частоты 200 Гц [40] в интервале времени 0-/; (рис. 1.10) управляющее напряжение Uynpu подается на закрытый іранзисторньш ключ 13 (рис. 1.11), транзистор открыт и по полуобмотке 1 протекает ток. В момент времени ti транзистор в транзисторном ключе 13 закрывается, напряжение управления Uynpw подается на транзисторный ключ 19 и ток в интервале trt2 протекает по полуобмотке 7.В момент времени t2 закрывается транзисторный ключ 19, напряжения U npi4 открывает транзисторный ключ 14, в интервале времени trh тк протекает по полуобмотке 2, но магнитный поток, создаваемый полуобмоткой 2, направлен встречно огносительно магнитного потока, создаваемого полуобмоткой 1. В момент времени /j транзисторный ключ 14 закрывается и напряжением Vynp2o открывается транзисторный ключ 20, ток в интервале времени trt4 протекает по полуобмотке 8, магнитный поток направлен встречно магнитному потоку полуобмотки 7. В момент времени t4 транзисторный ключ 20 закрывается и напряжением Uynpi3 открывается транзисторный ключ 13, ток течет по полуобмотке 1. Далее процесс повторяется.
Рассмотрим работу ПЧ 100 Гц [38] на основе работы фазы А полуобмоток статора. В момент времени /; (рис.1.13) включается транзистор 7 (рис. 1.14) и по полуобмотке 1 начинает протекать ток. В момент времени t2 транзистор 7 выключается, и включается транзистор 10, и по полуобмотке А начинает протекать ток. Поскольку полярность подключения к напряжению источника питания полуобмотке 4 противоположна полярности подключения к напряжению источника питания полуобмотки 1, ток и соответственно намагничивающая сила для полуобмотки 4 имеют противоположный знак по отношению к току и намагничивающей силе полуобмотки 1. Соответственно в момент времени tj включается транзистор 7, а в момент времени t4 транзистор 7 выключается, и включается транзистор 10. В результате данной последовательности работы транзисторов в обмотках формируется ЭДС удвоенной частоты по отношению к частоте питающего напряжения и создается вращающаяся намагничивающая сила F и соответствующий ей магнитный поток удвоенной частоты и по форме близкий к синусоиде.
Схема работы ПЧ на 100 Гц Один из вариантов ПЧ 100 Гц показан на рис.1.15. Алгоритм работы данного ПЧ может быть проиллюстрирован рис. 1.16, показывающим результирующее выходное напряжение преобразователя для соответствующих фаз. При этом угол управления всеми вентилями принят равным 45, что не исключает возможности введения в модель и других значений углов.
Каждая фазная обмотка АД, работающего совместно с ПЧ подобного типа, состоит из четырех полуобмоток, подключаемых поочередно к фазному и линейному напряжению сети.
Типизация геометрических характеристик зубцовой зоны стагора
Из табл.2.5 следует, что зависимости 1), 3) и 4) приемлемую погрешность приближения обеспечивает полином 3-й степени с максимальной погрешностью в 8,43 %, а зависимость 2) полиномом 4-й степени и погрешностью в 7,64 %.
Особое место в анализе математической модели АД занимают приближения, связанные с исследованием кривых намагничивания машины в целом и электротехнических сталей, используемых в конструкции ее магнитной системы, в частности.
Подробно вопросы представления кривых намагничивания электрических машин были рассмотрены в работах [73, 74, 75, 76].
Для различного типа машин авторами были получены аналитические выражения кривых намагничивания. Однако на стадии моделирования поверочного расчета подобные выражения могут давать уровень погрешности, недопустимый и неоправданный для подобного анализа.
Поэтому для получения, в общем случае, любого уровня точности целесообразно использовать интерполяцию кубическими сплайнами [77], которая даёт нулевое значение среднеквадратичного отклонения в узлах интерполяции с одной стороны и минимальные погрешности в промежутках между узлами с другой. Математически кубический сплайн - это алгебраический многочлен 3-ей степени, принимающий в точках 1ь„ h\ i значения, равные соответственно Ф„ Ф, и обеспечивающий в этих точках непрерывность первой и второй производных.
Для каждого отрезка [hiJbi J изменения 1Ь сплайн-функция записывается в виде: ьк и, б {23) +( ,+!-- 5-ч(/ -л,)1 о где Ь,=1ы+1_Ты» Сі(Іь)=Ф(ІьХ т,=С"(1ы) и i=l, 2, ...., n (n - число узлов). При известных IbL, Фі и m, эта формула задаёт сплайн-интерполяцию. Если потребовать выполнения условия 0,( )=0,, то последнее выражение приводит к системе линейных уравнений: Ф , - Ф , Ф , - Ф У-. .. й.и, +2( + ,) ,+ ,,, =б( " —air—=- - (2.4) К\ к
Для того, чтобы полностью определить все т„ систему (2.4) следует дополнить граничными условиями, которые в случае нормального или естественного сплайна имеют вид: 111,=0, mn=0. Подобные граничные условия предполагают линейность характеристики в начальной и конечной точках диапазона, что вполне соответствует физике исследуемых явлений.
В работе [78], были получены коэффициенты наклона кубических сплайнов для обобщенных кривых намагничивания машин постоянного тока.
В табл.2.6 приведены полученные коэффициенты наклона кубического сплайна, для характеристики намагничивания электротехнической стали 2013, полученные с помощью аналогичного алгоритма.
Зависимость вида 5) в рамках инженерного проектирования [70] также представлена графически, однако, при математическом моделировании удобнее, на наш взгляд, пользоваться исходным аналитическим выражением (2.5) [70], что исключает возникновение погрешностей аппроксимации и незначительно усложняет расчетную процедуру. _ sh2 + s\n2q f c//2-cos2 _ _3_ л/ 2-ьіп2 { } l 2t ch2Z-cos24 где кг - коэффициент изменения активного сопротивления при изменении частоты вращения ротора; к0 - коэффициент демпфирования. Геометрические характеристики зубцовой зоны статора и другие конструктивные и режимные параметры в общем случае задаются в таблицах справочника [79], однако, для компактности базы и удобства ее математической обработки, целесообразно использовать типизированные данные, полученные на основании данных вышеназванных таблиц.
Типизация характеристик АД выполнялась в работе Минакова В. Ф. [80] и использовалась для определения мощностей машин с практически линейным изменением их параметров. В частности исследовалось зависимости КПД, коэффициента мощности, номинального скольжения от мощности двигателей серии 4А с синхронными частотами вращения 3000 и 1500 об/мин.
Моделирование фазного напряжения
Как установлено в гл.1, в случае, если в системе АД-НПЧ выполняется анализ работы двигателя, а схема преобразователя частоты не является предметом исследования, то целесообразно моделировать ПЧ в виде логической макромодели (ЛМ) [56, 57, 87], воспроизводящей алгоритм его функционирования и основные свойства: дискретность, неполную управляемость и т.п.
При моделировании высокочастотных нерегулируемых преобразователей управляющий сигнал логической макромодели отсутствует, а базовыми сигналами являются фазные и линейные напряжения сети. Выходными сигналами логической макромодели являются напряжения, подаваемые на фазы обмотки статора Via, U и Usc. Отметим еще раз, что в преобразователях рассматриваемого типа фазные обмотки функционируют независимо друг от друга.
Обобщенная процедура логического макромоделирования заключается в следующем: 1. Для текущего момента времени / вычисляются мгновенные значения фазных и линейных напряжений сети, которые принимаются синусоидальными и симмегричными, но в общем случае могут иметь любую форму, заданную временной зависимостью. 2. Рассчитывается текущее значение номера периода дискретизации NT согласно алгоритму рис.3.1. 4. Для каждого периода дискретизации, разделенного на к интервалов в соответствии с алгоритмом функционирования ПЧ, реализуется порядок его работы. В общем случае для /-го интервала фазное выходное напряжение равно фазному или линейному напряжению сети. Этот же алгоритм предусматривает соответствующий расчет активных и индуктивных сопротивлений частей обмотки, подключаемых попеременно к фазному и линейному напряжениям сети. 5. Наращивается текущее значение времени. 6. Проверяется условие окончания расчета.
Блок-схемы реализации описанной процедуры моделирования для преобразователей 100, 150 и 200 Гц, функционирующих согласно рис.1.7, 1.10, 1.13 представлены на рисунках соответственно 3.2-3.10.
Следует отметить, чго по аналогичному принципу алгоритм выходного напряжения ПЧ 100 Гц был описан в трудах Седовой И.Ю. и Ядыкина B.C. [86, 56]. Однако в упомянутых работах вычисление текущего значения номера периода дискретизации выполняется отдельно по каждой фазе, что с одной стороны, уменьшает количество расчетных интервалов, но с другой - вносит погрешность в анализ на начальном этапе переходного процесса. 3.2.2. Коэффициенты уравнений напряжений
Коэффициенты, входящие в правую часть системы (3.1) являются активными и индуктивными параметрами рабочего режима двигателя.
В просіейшем случае при линейной постановке задачи и, если АД работает без изменения обмоточных данных, эти параметры могут приниматься по каталогу соответствующего типа машины или с помощью методики типизации [80].
Если же предполагается изменение базовой конструкции, то для расчета параметров следует использовать поверочный расчет, рассмотренный ранее. Активное сопротивление г/ и индуктивное сопротивление X/ обмотки статора рассчитываются по выражениям, приведенным в разделе 2.3.1.
Мгновенные значения фазных напряжений преобразователя (200 Гц) Индуктивное сопротивление х12 в общем случае зависит от насыщения магнитной цепи. Однако степень насыщения для анализа в квазистатическом режиме работы можно считать постоянной, при этом модель принимает малосигнальный характер и х!2 для заданного режима рассчитывается по формуле:
Если целью расчета является анализ пусковых характеристик, то Хпп находится по выражению:
Существенное влияние на процесс пуска оказывает изменение активных и индуктивных параметров ротора под действием эффекта вытеснения тока, что особенно актуально при использовании повышенной относительно номинальной частоты питающего напряжения. Реальное изменение при этом г2 и х2 учитывается коэффициентами соответственно kR и кх, являющимися функциями скольжения и, следовательно, частоты вращения ротора. Эта зависимость находится в процессе поверочного расчета и может быть аппроксимирована степенным многочленом 2-3 порядка. Таким образом, в уравнениях (3.1) сопротивление гг и индуктивность Lr представляются нелинейно-зависимыми от частоты вращения щ что определяет нелинейность всей системы уравнений.
Для электромеханических переходных процессов высокочастотного нерегулируемого привода наиболее характерными видами режимов являются: - процесс пуска; - процесс торможения; - изменение нагрузки на валу двигателя.
Качество такого процесса оценивается временем разгона, торможения или изменения частоты вращения, значениями пусковых и максимальных токов и моментов на валу.
Как отмечалось в 1-й главе, математической моделью электромеханических процессов является система уравнений (3.1), включающая в себя уравнения напряжений и уравнение движения, параметры которой сформированы в соответствии с рекомендациями приведенными в параграфе 3.2.
С точки зрения методов реализации математической модели система (3.1), является нелинейной неоднородной с переменными параметрами. Кроме того, система (3.1) имеет признаки жесткости, так как содержит быстроизменяющиеся электромагнитные величины (токи и потокосцепления) и медленно изменяющиеся - частоту вращения ротора.
Для анализа сложных динамических процессов в многоконтурных системах электропривода для интегрирования подобных систем обычно используют неявные методы Гира или специальную группу методов, разработанных Ракитским Ю.В. [22].
Влияния индукции в воздушном зазоре и линейной токовой нагрузки на параметры АД, рабоїающих совместно с ПЧ
На рис.4.11 и 4.12 представлены зависимость КПД и полезной активной мощности от индукции в воздушном зазоре Bs, для марки двигателя 4А80В2УЗ мощностью 2,2 кВт. Как следует из рис.4.10, КПД с ростом В5 возрастает, при чем для п1=3000 об/мин степень этого возрастания составляет 11 % (от 0,86 до 0,89), а для П]=1500 об/мин - соответственно 12,7 % (от 0,71 до 0,8). При изменении Bs от 0,6 до 0,8 Тл, происходит снижение относительных потерь, при этом под относительными потерями понимается, отношение суммарных потерь к подведенной мощности Pj. Это можно объяснить ростом полезной мощности, что следует из рис.4.11.
Рисунок 4.16- Зависимость полезной мощности от значения плотности тока Как видно из рис.4.11 - 4.16, все исследуемые зависимости -унимодальные, и максимальные значения КПД могут быть найдены с помощью разработанных в главе 2 алгоритмов и многомерной минимизации.
На рис.4.17 показан результат исследования влияния коэффициента заполнения паза на основные энергетические и пусковые характеристики двигателя, работающего составе НПЧ. Для расчета были взяты номинальные значения индукции Bj=0,73 и плотности тока У/=б,5 А/мм . - КПД; 2 - полезная мощность; 3 - пусковой момент; 4 - суммарные потери.
На основе зависимостей рис.4.17 можно сделать вывод, что для общепринятых при ручной укладке обмотки значений кш„ от 0,6 до 0,72, величины основных энергетических и пусковых показателей остаются неизменными.
Как отмечалось ранее, основными показателями, характеризующими динамические режимы машины, являются: время переходного процесса и максимальные мгновенные значения электромагнитных величин, а именно токов и моментов. Причем влияние на эти показатели могут оказывать как параметры самого режима (величина нагрузки на валу, момент инерции присоединенных масс, вид преобразователя частоты, уровень питающего напряжения), так и конструктивные особенности машины, связанные с изменением ее обмоточных данных. Кроме того, динамические показатели зависят от учета в модели таких явлений, как изменение параметров рабочего режима с изменением частоты вращения ротора и насыщение магнитной цепи, что в конечном итоге определяется точностью динамической модели.
Исследования динамических процессов системы АД-НГТЧ будем выполнять на основе базового двигателя типа 4А80В2УЗ мощностью 2,2 кВт и синхронной частотой вращения 3000 об/мин с измененными и неизменными значениями обмоточных данных.
Предложенная в 3 главе динамическая модель, как уже упоминалось, предназначена для исследования переходных процессов различного вида.
Работоспособность модели подтверждается рис.4.18-4.21, на которых показаны результаты тестовых расчетов следующих режимов: - пуск двигателя; - сброс и восстановление питающего напряжения; - выбег; - изменение нагрузки на валу.
Режим изменения нагрузки на валу Рис.4.18-4.21 иллюстрируют изменение мгновенных значений фазного тока, момента и частоты вращения ротора. На всех рисунках ось абсцисс соответствует времени t в радианах, а ось ординат величинам - относительных единицах.
Результаты численного исследования, выполненного с помощью динамической математической модели, показывают, что такие режимные параметры двигателя, как индукция в воздушном зазоре В6, линейная токовая нагрузка А и плотность тока статора J, а также коэффициент заполнения паза статора кзап практически не влияют на динамические показатели переходных режимов.
Влияние активных и индуктивных параметров статора на величину времени разгона, кратностей пускового тока и момента было подробно исследовано в работе [93], поэтому на этом вопросе останавливаться не будем, а рассмотрим возможное изменение активного сопротивления и индуктивности ротора, которое может возникнуть в начальные моменты пуска при изменении частоты вращения ротора, что особенно актуально при питающем напряжении, имеющем частоту, превышающую номинальную.
