Введение к работе
Актуальность работы. Непрерывное возрастание требований по ідежности, ' долговечности и экономичности электрооборудования, юширение масштабов автоматизации промышленности и возникающая )и этом потребность в регулируемых в широком диапазоне частот іощения электроприводов, повышение требований потребителей к ка->ству электроэнергии обуславливают все более широкое использова-[Q в различных отраслях неродного хозяйства машинно-вентильных эеобразователей (МЗП) - электромеханических устройств, включаю-іх в себя электрическую машину (SM), вентильный преобразователь Ш) и датчики обратных связей.
Вентильные двигатели и вентильные генераторы, выполненные на ізе бесконтактных электрических машин, благодаря таким качест-1М, как высокая надежность, экономичность, большим возможностям >лучения энергии высокого качества, ее регулирования и стабили-щии успешно применяются в машиностроительной, металлообрабаты-иощей, химической, текстильной и других отраслях промышленности.
Среди бесконтактных электрических машин заметное место занизят индукторные машины (ИМ). Эти машины традиционно используются качестве генераторов повышенной частоты, а в последнее время и составе электроприводов металлорежущих станков, грузоподъемных >едств, погрудних насосов, на транспорте и судах.
По характеру изменения потока в зубцах ротора ИМ делится на деоименнополэскые (аксиальные) и разноименнополюсные. Такие пре-іущества аксиальных индукторных машин (АИМ) перед равноименнопо-зснкми как меньшая мощность обмотки возбуждения (ОВ) и отсутс-»ие пульсаций з ней, надежное самовозбуждение, симметрия фазных шряжений, более высокий КПД, малошумность создают основу для ^пользования в составе многофазного МВП именно АИМ.
Создание МВП, выполненного на базе АИМ, обладающего высокими >хнико-экономическими показателями, возможно при правильном вы-эре параметров каждого входящего в состав МВП структурного эле-?нта. Наиболее эффективным решением задач проектирования являет-і создание адекватных методик расчета, связанное с разработкой ітематических моделей, алгоритмов и расчетных программ исследо-іния процессов, протекающих в МВП, который работает в двигатель-ж (вентильный индукторный двигатель - ВИД) или генераторном ре-
жиме (вентильный индукторный генератор - ВИГ).
Вследствие этого, актуальной задачей является раэработк расчетной модели, позволяющей проводить анализ синтезируемых про ектировщиком вариантов объекта, их сравнительную характеристику осуществление оптимизационных и поверочных расчетов и выбор раци ональных геометрических размеров магнитопровода, обмоточных дан ных АИМ и режима управления МВП.
При разработке математической модели МБП, выполненного н базе АИМ, необходимым является учет таких определяющих фактора как нелинейность электромагнитных связей обмоток ЗМ, явновыражен ная еубчатость сердечников, присущая АИМ, изменение конфигураци: зазора между сердечниками при перемещении ротора, учет коммутаци онных процессов ВП, взаимного влияния структурных элементов МВП.
Вместе о тем математическая модель, предназначенная для ана лиза МВП, предусматривает сопоставление большого количества вари антов объекта и выбор такого варианта, который наиболее полні удовлетворяет техническим требованиям и критериям оптимизации Эффективность математической модели будет зависеть от времен: расчета по ее машинной реализации. Оптимальный компромисс межд: точностью расчета и затратами машинного времени достигается правильным выбором методов расчета, что обуславливает применение уж< существующих и разработку новых алгоритмов расчета магнитных полей, параметров и характеристик МВП.
Разработанные ранее модели не позволяли проводить вариантам и оптимизационные расчеты машинно-вентильных систем.
Целью работы является разработка математической модели МВП і создание на ее основе универсальных программ расчета, позволяющие точно и с наименьшими гатратами машинного времени производит) расчет электромагнитных процессов и характеристик МВП.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующиі основные задачи:
выбор базовой схемы замещения (СЗ) электрической цепи МВП наиболее полно охватывающей конкурентоспособные варианты ее построения, и структурных элементов, предназначенных для улучшени: характеристик МВП;
разработка математической модели и алгоритма расчета выходных параметров МВП с учетом коммутационных процессов ВП;
создание СЗ магнитной цепи, учитывающей нелинейность ха-
эактеристик магнитопровода, двустороннюю зубчатость сердечникив и ізменение конфигурации зазора между сердечниками при перемещении зотора;
разработка математической модели и алгоритмов расчета маг-штной цепи: поиска магнитного состояния и расчета дифференциаль-шх параметров, не требующих больших затрат машинного времени при и реализации;
разработка пакета прикладных программ, реализующих алго-)иткы, составленные для расчета параметров МБП, и позволяющих <очио и о приемлемыми затратами машинного времени рассчитать вы-;одныэ характеристики МВП в различных редшах работы;
проверка на основе экспериментальных исследований адекват-гости разработанной математической модели МВП.
Методы исследования. Расчет характеристик и параметров МВП [роизводится методом мгновенных значений. При расчете магнитной їепи используются метод эквивалентных схем замещения и метод По-[я. Система уравнений для расчета потоков в ветвях СЗ магнитной (епи составляется на основе метода узловых потенциалов, ее реше-іие производится методом исключения Гаусса. Токи в обмотках ЭМ шределяются путем решения системы дифференциальных уравнений с ірименением явного метода Эйлера.
Научная новизна работы заключается в следующем:
создана универсальная математическая модель динамических іроцессов преобразования энергии в машинно-вентильных электроме-:анических системах на базе многофазных индукторных машин с акси-шьным магнитным потоком;
уточнена методика и разработаны эффективные алгоритмы рас-іета коэффициентов ЭДС вращения и дифференциальных индуктивностей щукторной ЭМ с учетом двусторонней зубчатости и насыщения маг-[итной цепи;
разработаны устойчивые и экономичные алгоритмы анализа ди-іамических процессов в электромеханических системах, включающих 'правляемые электронные преобразователи электрической энергии и шдукторные электрические машины.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Разработанная математическая модель реализована на ЭВМ в ви-[е пакета прикладных программ анализа электромеханических харак-еристик МВП, выполненного на базе АИМ. Использование пакета
программ позволяет принимать обоснованные технические решения п выбору рациональных параметров и релима управления МВП. С помощь; расчетных программ спроектированы МБП различных конструкционны исполнений для конкретных областей применения.
Диссертационная работа является составной частью комплекс, научно-исследовательских работ кафедры энергоснабжения и электро оборудования летательных аппаратов, направленных на развитие основ теории вентильных электромеханических систем. Результаты диссертационной работы использованы в АО "Трансмаш" (г.Москва) пр разработке вентильных индукторных генераторов специального применения, в АЭК "Динамо" (г.Москва) при разработке регулируемого тягового электропривода, в ГУНПП "Оплот" (г.Москва) при разработк< электропривода компрессора микрокриогенных систем, в НПП "Морска техника" (г.Москва) при проектировании электроприводов подруливающих устройств и злектродвижения судов.
Положения, выносимые на защиту:
математическая модель электромеханических процессов, протекающих в системе аксиальная индукторная машина - вентильные преобразователь - источник питания (нагрузка);
алгоритмы расчета магнитной цепи, внутренних электромагнитных параметров АИМ и характеристик МВП;
расчетная модель электромеханических процессов в МВП, реализованная на ЭВМ в виде пакета прикладных программ;
результаты анализа электромагнитных характеристик ШП і различных режимах работы.
Апробация работы. Диссертационная работа обсуждалась и получила одобрение в МЭИ на заседании кафедры ЭЭЛА. Основные результаты диссертационной работы докладывались на третьем Всероссийском научно-техническом семинаре в г. Мытищи в 1995 г. и научно-техническом семинаре "Вентильный индукторный электропривод -проблемы развития и перспективы применения" в МЗЙ в 1996 г.
.Публикации. Основное содержание работы отражено в 2 научных трудах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 45 наименований, приложения и содержит 83 страницы основного текста, 5 таблиц и 61 рисунка на 50 страницах.
Похожие диссертации на Разработка математической модели машинно-вентильного преобразователя на базе многофазной индукторной машины с аксиальным потоком
