Введение к работе
Актуальность работы. Синхронные двигатели средней и большой мощности вследствие их неоспоримых преимуществ перед асинхронными по своим энергетическим и технико-экономическим показателям нашли широкое применение в приводах как со спокойной, так и с резкопеременной нагрузкой.
Эти преимущества особенно велики в синхронных двигателях единичной мощности от одного до нескольких десятков мегаватт с высокодинамичными режимами нагрузки, характерными для металлургического производства — привода преобразовательных агрегатов мощных обжимных станов: блумингов, слябингов, листовых станов горячей прокатки и др.
Резкопеременный характер нагрузки таких двигателей сопровождается непрерывными электромагнитными и электромеханическими переходными процессами, которые являются их нормальным режимом работы.
Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) обычных синхронных двигателей (СД), имеющих одну обмотку возбуждения в продольной оси, существенно влияя на переходные процессы при набросах нагрузки, неэффективно при сбросах нагрузки, когда электромагнитный момент весьма мал.
Радикальным средством ослабления колебаний и их влияния на узел нагрузки является применение синхронных двигателей продольно-поперечного возбуждения (СД d—q), в которых ротор снабжен дополнительной обмоткой, расположенной в поперечной оси.
В известных исследованиях анализ переходных процессов, обусловленных резкопеременной нагрузкой СД d—q, проводится на основе линейной теории, влияние поперечной обмотки на магнитное поле машины в воздушном зазоре не изучалось, эксперименты на физических моделях проводились с регистрацией в основном только угла в , который в CM d—q не является рабочим углом.
Отсутствие достаточно то.чных инженерных методов расчета названных процессов с учетом насыщения не позволяет полностью выявить технико-эксплуатационные перспективы создания и внедрения в энергетику этих машин.
Решению указанных вопросов посвящена реферируемая диссертационная работа, которая выполнена в рамках реализации плана НИР СССР и Постановления президиума АН СССР № 11 000—494—126 от 5 декабря 1985 г. и плана фундаментальных исследований АН СССР на 1991—1995 гг. по научному направлению 2 «Электрофизические проблемы создания новых электротехнических и электроэнергетических устройств». Тема 2.1.5. «Разработка научных основ создания вращающихся электрических машин нового поколения».
Целью работы является улучшение энергетических и технико-экономических показателей яг.нополгасных синхронных машин продольно-поперечного возбуждения при резкопеременной нагрузке. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
исследование магнитного поля воздушного зазора ЯСМ с учетом насыщения магнитной системы на основании численных методов расчета;
разработка математической модели и методики исследования электромеханических и электромагнитных переходных процессов ЯСМ d—q при резкопеременной нагрузке с учетом насыщения магнитной системы;
на основании математической модели разработки методики измерения и осциллографирования электромагнитного момента и фазовых углов векторной диаграммы ЯСМ d—q;
на основании результатов исследований выдача рекомендаций по проектированию систем возбуждения ЯСМ (1—q при резкопеременной нагрузке.
Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании методов повышения энергетических и технико-экономических показателей ЯСМ d—q при резко-переменной нагрузке и представлена следующими основными результатами:
теоретически и экспериментально исследованы магнитные поля воздушного зазора ЯСМ d—q при резкопеременной нагрузке. Предложена методика полней компенсации поперечной реакции якоря;
на основании численно-аналитических методов разработаны алгоритм и программа расчета для исследования электромеханических и электромагнитных переходных процессов ЯСМ d—q при резкопеременной нагрузке с учетом
насыщения и взаимного влияния магнитных полей по про дольной и поперечной осям;
ка основании теоретических и экспериментальных исследований влияния различных параметров на переходный процесс предложен закон оптимального регулирования возбуждения ЯСМ d—q при резкопеременной нагрузке;
разработана математическая модель и изготовлены устройства, защищенные авторскими свидетельствами, для измерения и осциллографирования электромагнитного момента и фазовых углов векторной диаграммы, соответствуй ющих реальной нагрузке.
Практическая ценность результатов определяется следующим:
разработанная методика полной компенсации реакции якоря позволяет проводить исследования магнитного поля воздушного зазора ЯСМ d—q при резкопеременной нагрузке с учетом насыщения магнитной системы;
реализация результатов проведенных исследований влияния на электромеханический и электромагнитный переходный процесс законов продольно-поперечного регулирования возбуждения значительно повышает технико-экономические и энергетические показатели ЯСМ d—q при резкопеременной нагрузке;
предложенные методики и разработанные оригинальные устройства, защищенные авторскими свидетельствами, позволяют производить измерение и регистрацию электромагнитного момента и фазовых углов векторной диаграммы ЯСМ d—q в условиях реальной нагрузки.
Реализация результатов работы. Методы расчетов переходных процессов СД d—q при резкопеременной нагрузке с учетом насыщения магнитопровода приняты Институтом Электродинамики АН УССР к использованию в научно-исследовательских работах при разработке конструкций мощных синхронных машин двухосного возбуждения.
Использование на Ферганском ПО «Азотр разработанной методики расчета применительно к мощным синхронным двигателям, работающим при пульсирующей нагрузке (поршневые компрессоры) позволило снизить колебания режимных параметров и потери кок в самих двигателях, так и в узле нагрузка.
Методика расчета.переходных процессов в СД d—q, а также разработанные устройства для измерения электромагнитного момента и углов векторной диаграммы используются в учебном процессе на кафедре «Электрический привод» Ферганского политехнического института. Результаты использования подтверждены актами.
Апробация работы. Основные результаты и отдельные положения диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на: Республиканской научно-технической конференции молодых ученых (г. Ташкент, 1974 г.); Научно-технической конференции «Динамические режимы работы электрических машин» (г. Смоленск, 1975 г.); Всесоюзной межвузовской конференции по теории и методам расчета нелинейных электрических цепей и систем (г. Ташкент, 1975 г.); VIII Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам автоматизированного электропривода, силовых и полупроводниковых приборов и преобразователей на их основе (г. Ташкент, 1979 г.); Всесоюзном научно-техническом совещании «Проблемы создания турбо-гидроге-нераторов и крупных электрических машин (г. Ленинград, 1981 г.); V) Всесоюзной межвузовской конференции по теории и методам расчета нелинейных цепей и систем (г. Ташкент. 1982 г.); Семинаре секции «Электромеханические преобразования энергии» Научного Совета АН УССР по комплексной проблеме «Научные основы электроэнергетики» (г. Киев, ИЭД. АН УССР, 1989 г.); Научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТГТУ и ФерПИ (1975—1990 гг.).
Публикации. Содержание диссертационной работы отражено в 16 печатных работах, в том числе 3 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 83 страницы основного текста, 52 рисунка, 2 таблицы, список, литературы, включающий 103 наименования и 4 приложения.
