Введение к работе
В диссертации рлссмоіреніл вопросы расчёшо-георегнческого исследования элекгром.и ни тою момента н энергетических характеристик асинхронных тяговых дшіппелс-н (АТД), питаемых от статических преобразователей частоты (СПЧ). как .Ш11Ш1МИЫХ ннверюроц напряжения (АПН), iuk и аьюномны\ іпшергоров гока (АІП): выбора конструкции асинхронных двигателей (АД) н способов их питания, обеспечивающих высокие энергетические характеристики и сочетании с малыми пульсациями электромагнитного момента.
Актуальность темы. АД, как АТД, так и вспомогательные машины, стали фактическим стандартом в трёхфазном электроприводе переменного тока на подвижном составе железных дорог Запидноіі Европы к США в силу известных преимуществ перед коллекторными машинами: более высокими КПД п удельно» мощностью, меньшим обьёмоп іехнического обслуживания и процессе эксплуатации. Практически аееь подвижной сосків, выпущенный и последние годы, имеет асинхронный чаетотно-управляемыи привод. У России имеется солидный задел в разработке АТД. Вместе с тем. оптимальное проектирование частотно-регулируемых АТД находится на сталій накопления и обобщения первых рс:\.тьтатов. Существует потребность а теоретических и опытных исследованиях особенностей работы АТД при питании от СПЧ.
В связи с отмеченным, особую актуальность приобретает создание математического и программного обеспечения для расчета характеристик АТД при питании огСПЧ.
Целью !іасто!Ш[ец_цаоіііьі является повышение точности расчетов характерпс-1пк АТД, питаемых or АПН и АПТ, путём оіказа от ряда упрощающих положений: вирабоїка рекомендации по проектированию АД. питаемых от СПЧ. а также по иибору формы питающего напряжения и гока. позволяющих получать высокие шергешческие характеристики машины (КПД. коэффициент мощности) із сочетании с малыми пульсациями электромагнитного момента.
ііШачи.рабоху. Для достижения указанной пели в работе поставлены и решены следующие задачи:
-
Разработан инженерным метод расчёта характеристик АД в квазиустановив-шемся режиме, позволяющий учитывать неспнусондальносгь питающих напряжения и юка, в том числе и при нх неидеализпрованной форме.
-
Проведено исследование потерь в стали АД при питании от СПЧ. принимая но внимание магнитные ногокн рассеяния, и электрических потерь с учётом влияния электрического контакта короткозамкиутоіі обмотки ротора с магнитопроводом на энергетические характеристики машины.
4 3. Разработана простая в использовании методика оценки величины пульсации электромагнитного момента АД при питании от СПЧ пи основе минимального количества исходных данных.
Методы исследования. В работе использованы аналитические, численные и экспериментальные методы исследования с применением ПЭВМ.
1. Метод гармонического анализа (МГА). положенный в основу программного
обеспечения TMPAD* по расчёту характеристик АД в квазиустановившемся режиме
при питании от АИН или АИТ, основан на разложении периодических кривых на
гармонические составляющие и их синтезе с помощью усечённых рядов Фурье,
уравнениях эквивалентной Т-образной схемы замещения АД. векторной диаграмме
токов и напряжений асинхронной машины.
2. Кривые мгновенных значении токов, напряжения и электромагнитного
момента по МГА сравнивались с полученными при непосредственном интегри
ровании уравнений схемы замещения АД в том числе с применением метода Рунге-
Кутта 4-го порядка точности.
3. Экспериментальные данные, накопленные специалистами ВЭлНИП. анализи
ровались по МГА и в соответствии с действующими стандартами по испытанию
электрических машин.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Показано, что расчёт характеристик АД (токи, потери. КПД. коэффициент
мощности, электромагнитный момент и др.), питаемого от СПЧ несинусондальным
напряжением (АИН) или током (АИТ). в квазиустановившемся режиме может быть
произведён по МГА с использованием Т-образной схемы замещения. Расчёт АД по
МГА позволяет получить зависимости напряжений и токов в ветвях схемы заме
щения, а также электромагнитного момента машины в функции времени.
2. Получены аналитические выражения, описывающие электромагнитный
момент АД при питании от АИН и АНТ.
-
Получены аналитические выражения для дополнительных потерь в стали от магнитных потоков рассеяния, вызванных высшими временными гармониками (ВВГ) напряжения.
-
Исследовано влияние электрического контакта короткозамкнутой обмоіки ротора с магннтопроводом АТД на потери мощности и электромагнитный момент машины.
-
Исследовано влияние формы выходного напряжения АИН и тока АИТ на энергетические характеристики и электромагнитный момент АД в пусковом и номинальном режимах.
-
Предложены новые конструкции короткозамкнутых обмоток ротора АД, позволяющие уменьшить потерн в них при питании от СПЧ.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
-
Разработан расчётно-экспернментальньш метод определения потерь в стали, включая дополнительные потери з стали от магнитных потоков рассеяния.
-
Выявлен критерий, позволяющий проводить сравнение разных форм выходного напряжения АПН сточки зрения величины пульсашііі электромагнитного момента АТД.
-
Разработана методика оценки величины пульсации электромагнитного момента АД по паре ВВГ в кривых фазного напряжения и тока.
-
Проведено сравнение энергетических показателем и пульсаций электромагнитного момента АТД, специально спроектированных для АПН и для АНТ. при питании тех и других как от АПН. гак п от АПТ.
5. Алгоритм расчёта характеристик АД по МГА при питании от АПН и АПТ
реализован в виде семеііства программ 12/PAD*.
Реализация результатов работы. Разработанное программное обеспечение внедрено в ОАО "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструктор-СКШІ и технологический институт электровозостроения".
На защиту выносятся:
1. Аналитические выражения, описывающие электромагнитный момент АД при
питании от АПН и АПТ.
-
Инженерный метод расчета энергетических характеристик и мгновенных кривых токов н электромагнитного момента АД а квазиустановпвшемся режиме при питании их от АПН или АПТ.
-
Аналитические выражения для дополнительных потерь в стали АТД от мапштиых потоков рассеяния при питании его от СПЧ.
-
Расчётно-экспернментальный метод определения потерь в стали, включая дополнительные потери в стали от магнитных потоков рассеяния.
-
Методика оценки величины пульсации электромагнитного момента АД по паре ВВГ в кривых фазною напряжения и тока.
-
Методика, позволяющая проводить сравнение разных форм выходного напряжения АИН и оценивать их пригодность для питания АД с точки зрения величины пульсашііі электромагнитного момента АД.
-
Результаты расчётов энергетических характеристик и электромагнитного момента АТД при питании от АИН и АПТ в том числе с учётом электрического контакта обмотки ротора с магнитопроводом. а также дополнительных потерь в стали от магнитных потоков рассеяния.
X. Новые конструкции корогкозамкнушх обмоіок poiopa АД, позволяющие уменьшить потери при питании от СПЧ.
Апробация раооты. Результаты работы докладывались и обсуж'дались на научной конференции по итогам научно-исследовательской работы за 1998 гол в Азоно-Черноморской государственной агроинженерной академии (АЧГАА). между-
народноіі научно-практической конференции "СТРОЇПЕЛЬСТВО-99" в Ростовском государственном строительном университете (РГСУ), 58-іі научной конференции профессорско-преподавательского состава Ростовского государственного университета путей сообщения (РГУПС) 2(1-22 апреля 1999 г, посвященной 70-летню РГУПС. на кафедре ''Электромеханика" ІОРГТУ (НПІІ). на заседании секции электрических машин научно-технического совета ОАО "ВЭлНШГ".
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ и подана 1 заявка на изобретение.
Структура и объём работы. Диссертация состоит іи імимения. чеплрёх глав. заключения, библиографического списка использованных документов и И приложении. Содержание работы изложено на 2(13 страницах основного текста, включая 54 иллюстрации и библиографический список использованных документов из Ntf наименовании на Н> страницах. Приложения представлены на ТО страницах. Обшнн объём работы составляет 273 страницы.
