Введение к работе
Актуальность темы. Для контроля всевозможных датчиков частоты вращения требуются устройства, к которым предъявляются повышенные требования в отношении точности отработки заданной частоты вращения при широком диапазоне её изменения. С появлением новой техники такие системы применяются в машиностроении, металлургии, станкостроении, химической промышленности, измерительной технике, самолетостроении, космической технике и др. Указанному направлению в развитии электропривода в значительной мере отвечают цифровые системы с силовыми транзисторными преобразователями. Они позволяют строить как нереверсивные, так и реверсивные системы постоянного и переменного тока. Системы задания частоты вращения базируются на широком применении традиционных и специальных электрических машин постоянного и переменного тока, силовой полупроводниковой техники, средств микроэлектроники, управляющих вычислительных машин. Важнейшим элементом систем является исполнительный двигатель. Известно, что в настоящее время большая часть регулируемых электроприводов базируется на использовании машин постоянного тока. Однако, имеются существенные ограничения, препятствующие серьезному расширению применения электрических машин постоянного тока.
Основным недостатком коллекторных электрических машин является наличие щеточно-коллекторного узла, что определяет их низкие технико-эксплуатационные свойства и практически исключает их использование в качестве электропривода специальных видов техники. В связи с этим перспективным, а в ряде случаев и единственно возможным является применение машинно-вентильных систем переменного тока, практическая разработка и использование которых неразрывно связаны с современным темпом развития силовой полупроводниковой техники.
Из машин переменного тока для точной отработки заданной частоты вращения наиболее подходят по своим свойствам синхронные машины. Наиболее простыми из них, сочетающими в себе свойства синхронных машин и преимущества асинхронных машин, являются синхронные реактивные машины.
- I -
В настоящее время вопросы, связанные с машинно-вентильными системами, рассматриваются в значительном числе работ различных авторов как у нас в стране, так и за рубежом. Большинство этих работ посвящено вопросам практической разработки систем, т.е. описанию существующих и разрабатываемых конструкций двигателей и схем их питания и управления. В меньшей степени в них рассматриваются вопросы теоретического анализа разрабатываемых систем.
Устройство задания частоты вращения для контроля тахоме-трических датчиков СУЗЧВ), выполненное как система с управляемым инвертором и синхронным реактивным двигателем (ЗИ-СРД), обладает определенными преимуществами среди различного рода устройств задания частоты вращения вала двигателя. Главной отличительной особенностью такой системы является отсутствие обратной связи между двигателем и задающим устройством, что значительно упрощает схему системы, повышает ее надежность.
Характеристики системы, в значительной мере, определяются как схемой управления вентилями инвертора, так и работой синхронного реактивного двигателя при несинусоидальном питающем напряжении. В связи с этим, расчет токов, моментов и частот вращения двигателя при прямоугольном напряжении питания различной формы представляется недостаточно изученным и требующим подробного рассмотрения.
Решению задач, связанных с созданием УЗЧЗ и исследованием их характеристик посвящена настоящая диссертация.
Цель работы заключается в создании устройства задания .частоты вращения для контроля тахометрических датчиков, отличающегося более высокой точностью, стабильностью, дискретностью и надежностью в широком диапазоне регулирования.
Задача научного исследования, состоит в разработке и исследовании системы с управляемым инвертором и синхронным реактивным двигателем при различных формах прямоугольного напряжения питания двигателя.
В "соответствии с поставленной целью, в диссертационной работе рассматриваются следующие вопросы:
- теоретическое и экспериментальное исследование УЗЧВ,
выполненных как системы с управляемым инвертором (УИ) и синхронно-реактивным двигателем (СРД);
построение математической модели системы;
разработка и внедрение практических схем УИ для работы с СРД в УЗЧВ;
разработка точных и приближенных методик расчета мгновенной частоты вращения и условий устойчивой работы двигателя системы.
Основные методы исследования. В основу теоретического исследования процессов в системе УИ-СРД положены аналитические методы мгновенных значений и гармонических составляющих. Точное исследование проведено на основе численного метода расчета по интервалам Рунге-Кутта. При выводе аналитических выражений электромагнитных процессов было использовано преобразование Лапласа. Для оценки точности результатов и правильности теоретических выводов проведен ряд экспериментальных исследований, в ходе которых выполнено осциллографирование токов и напряжений, измерение интервалов времени для точного определения мгновенной частоты вращения.
Научная новизна работы представлена следующими результатами :
разработана математическая модель УИ-СРД с применением переключающих функций вентилей и методика ее исследования на основе метода расчета по интервалам;
получены аналитические выражения для электромагнитных характеристик, справедливые для установившегося режима;
предложена методика расчета пульсаций момента и частоты вращения на основе спектрального представления напряжений, токов и моментов;
разработанный математический аппарат исследования адекватно отражает процессы происходящие в системе;
дана оценка точности примененных в диссертации методов теоретического исследования, разработаны практические рекомендации, реализованные в опытных образцах.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
- создан комплекс устройств на основе систем УИ-СРД
для различных диапазонов частот вращения;
разработаны методики и программы расчета характеристик систем УИ-СРД на основе методов мгновенных значений и гармонических составляющих;
разработаны схемы УИ для различных частот вращения с учетом переходных режимов;
разработаны методики приближенного расчета и измерения мгновенной частоты вращения.
Реализация результатов работы. Основные результаты и рекомендации диссертационной работы использованы при проектировании и изготовлении устройств для контроля авиационных датчиков частоты вращения и внедрены в Казанском приборостроительном конструкторском бюро.
Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались на Республиканской научно-технической конференции "Коммутация электрических машин" г.Харьков, 1984 г.; Научно-технической конференции "Электромашинные и машинно-вентильные источники импульсной мощности" г.Томск, 1987 г.региональной научно-технической конференции "Управляемые электромеханические системы" г.Киров, 1990 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, получено два авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 112 страниц машинописного текста, 4 таблицы, 39 рисунков, списка литературы, включающего 114 наименований, 19 страниц приложений.
