Содержание к диссертации
Введение
1. Современный уровень практической разработки и теоретического исследования ВИП 9
1.1. Современное состояние практической разработки ВИП 9
1.2. Анализ современных схем и конструкций ВИП 19
1.3. Автогенераторная система управления электроприводом 33
1.4. Анализ уровня теоретического исследования ВИП 41
Выводы 49
2. Разработка и математическое моделирование ВИП с автогенераторным управлением 52
2.1. Схема ВИП с автогенераторным управлением 52
2.2. Особенности математической модели ВИП. Блок схема силовой части ВИП ,
2.3. Математическая модель и схема замещения преобразователя частоты для ВИП с автогенераторным управлением 72
2.4. Математическая модель ВИД 75
2.5. Расчет активных и индуктивных параметров ВИП 84
Выводы 86
3. Компьютерное моделирование ВИП 89
3.1. Выбор метода и средств численного моделирования 89
3.2. Компьютерная модель ВИП в среде Delphi 97
3.3. Результаты моделирования установившихся и переходных процессов ВИП 101
Выводы 106
4. Практическая реализация и экспериментальное исследование ВИП ... 107
4.1. Описание конструкции макетного образца ВИП и результаты его экспериментального исследования 107
4.2. Сравнительный анализ результатов экспериментального и теоретического исследования 124
4.3. Особенности конструктивного расчета ВИД 128
4.4. Оценка технического уровня ВИЛ 130
Выводы 135
Заключение 137
Библиографический список 139
- Современное состояние практической разработки ВИП
- Математическая модель и схема замещения преобразователя частоты для ВИП с автогенераторным управлением
- Описание конструкции макетного образца ВИП и результаты его экспериментального исследования
- Оценка технического уровня ВИЛ
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее более половины всей производимой энергии потребляется электроприводом. Наилучшими техническими и эксплуатационными характеристиками обладает электропривод переменного тока. Удельный вес данного вида привода в общем объеме выпуска непрерывно увеличивается. Суммарная потребляемая им мощность возрастает. Наряду с классическим электроприводом переменного тока на основе асинхронных и синхронных двигателей получили развитие также системы привода, с двигателями реактивного типа, такие как синхронно-реактивные и индукторные.
Современная элементная база силовой преобразовательной и микропроцессорной техники позволяет уже сегодня создавать вентильно-индукторные электропривода (ВИП) с достаточно высокими техническими характеристиками и потребительскими свойствами. Большой интерес к ВИП, проявляемый многими специалистами ведущих фирм мира в области электромеханики, объясняется целым рядом их преимуществ по сравнению с другими типами электропривода, таких как: простота и надежность конструкции, низкие стоимость и эксплуатационные затраты, широкий диапазон регулирования частоты вращения, достаточно высокий КПД и простота управления. Все это делает ВИП весьма перспективными для широкого применения в различных отраслях современной техники, что привело к стабильному росту их выпуска во всех про-мышленно развитых странах.
ВИП наиболее интенсивно исследовались и развивались последние 15 лет. В зарубежной литературе данный тип привода получил название -Switched Reluctance Drive (SRD). По данной тематике на сегодняшний день существует достаточно большое число публикаций. Среди крупных зарубежных трудов, посвященных ВИД, следует отметить работы проф. П. Лоуренсона и проф. Т. Миллера, а среди работ отечественных авторов - проф. М.Г. Бычкова.
Современные ВИП различаются как по конструкции двигателей, так и по схеме блока управления. Практически все схемы ВИП содержат в себе измеритель углового положения ротора того или иного типа. Это усложняет конст-
5 рукцию двигателя, интерфейс между системой управления и двигателем, снижает надежность работы в условиях электромагнитных помех и в агрессивных средах, а в конечном счете увеличивает стоимость электропривода и затраты на его обслуживание.
Блок управления ВИД реализуется на основе микропроцессорной системы управления, что усложняет и удорожает конструкцию привода, делают ее более чувствительной к параметрам внешней окружающей среды. Блок управления не всегда рассматривается как единое электромеханическое устройство, что затрудняет создание систем привода с рациональными характеристиками.
В ряде конкретных случаев применения ВИЛ, когда технические требования к электроприводу невысоки, целесообразно и допустимо использование аналоговых систем управления ВИД, построенных, например, по автогенераторному принципу. Использование принципа автогенераторного управления ВИД позволяет выполнить систему управления инвертора на магнитной системе и обмотках индукторного электродвигателя. Это исключает микропроцессор из схемы ВИЛ, сохраняя возможность регулирования привода, что упрощает и удешевляет конструкцию в целом, делая ВИЛ доступным для широкого применения (насосы и вентиляторы, бытовая техника и электроинструмент, автомобильная техника и т.д.).
В связи с изложенным, разработка и исследование вентильно-индукторного электропривода с автогенераторным управлением широкого применения является весьма своевременной и актуальной.
Цель работы. Повышение потребительских характеристик ВИЛ малой и средней мощности, за счет перехода к простой и надежной автогенераторной системе управления.
Задача научного исследования. Разработка и исследование схемы и конструкции ВИЛ с автогенераторным управлением. Для решения данной задачи были исследованы следующие вопросы:
1. Проведен анализ известных схем ВИЛ с различными схемами управления.
Разработана принципиально-новая схема BPffl с автогенераторной системой управления, отличающаяся простотой схемы, дешевизной и надежностью в работе.
Разработана математическая модель ВИЛ, которая реализована в фазной системе координат и позволяет исследовать электромеханические процессы в электрической схеме привода с наименьшими допущениями и адекватная физическим процессам в системе.
Разработаны макетные образцы электропривода различной мощности.
Проведены их компьютерное и экспериментальное моделирование, дана оценка их технического уровня
Анализ электромагнитных процессов в автогенераторной схеме управления электроприводом.
Методы исследования: Комплексное исследование ВИЛ включает в себя качественный анализ с помощью аналитических методов, количественный анализ с помощью численных методов расчета на ЭВМ и эксперимент. Аналитические исследования базировались на методах мгновенных значений, теории обыкновенных дифференциальных уравнений и матричной алгебре. Численные исследования, проведенные на ЭВМ, базировались на известных численных методах вычислительной математики. Оценка точности численной модели осуществлялась с помощью экспериментальных исследований, в ходе которых проводилось осциллографирование токов и напряжений и были определены рабочие и механические характеристики ВИЛ.
Научная новизна:
Разработана схема ВИЛ с принципиально новой автогенераторной системой управления, позволяющая реализовать все элементы системы управления на магнитной системе и обмотках электродвигателя.
Разработана новая математическая модель силовой части ВИЛ во временной области и фазной системе координат, учитывающая как процессы в электродвигателе, так и процессы в блоке управления и питания привода и позво-
7 ляющая исследовать электромеханические процессы в электроприводе адекватно с наименьшими допущениями.
Разработана схема и исследованы электромагнитные процессы в автогенераторной системе управления ВИП, что позволило создать ВИП с оптимальными потребительскими свойствами.
Разработана методика исследования электромеханических процессов в силовой схеме ВИП, учитывающая особенности схемы и выбора параметров автогенераторной системы и позволяющая рассчитать мгновенные значения параметров и интегральные характеристики привода.
Дана оценка научной новизны ВИП в сравнении с известными моделями приводов.
Обоснованность и достоверность полученных результатов и вытекающих из них выводов обеспечена в рамках принятых математических моделей использованием современных численных методов, а также экспериментальной проверкой расчетных результатов. Математическое моделирование основано на общепринятых уравнениях электротехники, электромеханики, электроники, численных методах, методах программирования на алгоритмических языках высокого уровня.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
Разработаны схема и конструкция ВИП с принципиально-новой автогенераторной системой управления, обладающая относительно низкой стоимостью и простотой конструкции, предназначенная для использования в электроприводах широкого применения: насосы и вентиляторы, бытовая техника и электроинструмент, автомобильная техника и т.д.
Разработана методика компьютерного исследования в среде программирования Delphi, учитывающая особенности силовой схемы ВИП с самовозбуждением и предназначенная для расчета статических и динамических характеристик.
3. Создана методика анализа электромагнитных процессов в автогенераторной
системе управления ВИЛ, что позволило осуществить рациональный выбор параметров элементов схемы управления.
4. Разработан и исследован ряд макетных образцов ВИД с различными номи
нальными параметрами, исследованы их регулировочные, механические и
рабочие характеристики, что дало возможность провести анализ
технического уровня данной разработанной системы электропривода в
определенном диапазоне.
Реализация результатов работы: Основные результаты диссертационной работы использованы в ОАО "Красногорский завод Электродвигатель" (п. Красногорский, Республика Марий Эл), ОАО «Казанский электротехнический завод», ООО «Казань Электропривод» при разработке и изготовлении бытовых электроприводов малой мощности.
Апробация работы: Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XIV и XVI всероссийских межвузовских научно-технических конференциях "Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология" (г. Казань: КФВАУ, 2002 и 2004 гг.), на III международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (г. Самара, 2002 гг.), на научно-технических и учебно-методических конференциях и семинарах (г. Казань: КГТУ (КХТИ), 2001 и 2003 гг.), в I и II республиканской школе студентов и аспирантов «Жить в XXI веке» (г. Казань, КГТУ, 2002 и 2003 гг.).
Публикации: По работе опубликовано 8 печатных работ, получен патент РФ №2237341 от 27 сентября 2004 года.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 144 наименований и приложений. Общий объем диссертации 164 с, в том числе 138 с. машинописного текста, 72 рисунка, 13 с. списка литературы, 13 с. приложений.
Современное состояние практической разработки ВИП
Абсолютное большинство электрических машин выполнялись и выполняются на основе принципа «проводник в магнитном поле». При этом не существенно, что является источником магнитного поля - постоянный магнит, специальная катушка возбуждения или соседние проводники. Магнитная система из ферромагнитного материала служит «проводником» магнитного потока, улучшая удельные энергетические показатели, однако электрическая машина на основе физического явления «проводник в магнитном поле» принципиально может работать и без ферромагнитного сердечника.
Иной принцип использован в работе так называемых реактивных машин, в которых электромагнитный момент создается за счет асимметрии магнитной системы. На практике нашли применение синхронные реактивные машины, которые, однако, имели низкие энергетические показатели. Другая сфера применения реактивных машин - шаговые электроприводы.
В 60-е годы на волне развития первых полупроводниковых приборов появились индукторные шаговые двигатели, применяющиеся в дискретном электроприводе для преобразования цифр или кодов в дозированные механические перемещения. В 60 - 70-е годы этот электропривод в нашей стране интенсивно развивался благодаря работам М.Г. Чиликина, Б.А. Ивоботенко и их учеников. Были сформулированы основные принципы его организации, критически осмыслены и обобщены многочисленные варианты конструкций, отработаны алгоритмы управления, предложены новые эффективные технические решения, построена теория дискретного электропривода [1]. Передовая роль отечественной школы в этой области техники и большие практические успехи были отмечены двумя Государственными премиями СССР. Однако в то время ввиду ограниченности элементной базы не был завершен очень важный шаг -переход к силовой версии электропривода, построенного на шаговом принципе. Понадобились еще многие годы, чтобы этот последний шаг был сделан.
Долгое время коллекторная машина постоянного тока обладала наилучшими показателями преобразования энергии и регулировочными свойствами и занимала ведущее место в регулируемом электроприводе. Стремление исключить щеточный контакт привело к появлению синхронных машин с постоянными магнитами на роторе. Коммутация фаз статорной обмотки электронными ключами в функции положения ротора переводит синхронную машину в режим бесконтактной машины постоянного тока. Такая вентильная машина в случае применения магнитов из редкоземельных сплавов обладает лучшими в настоящее время удельными энергетическими показателями, однако имеет высокую стоимость и сложную технологию изготовления. Согласно [2], бесконтактные вентильные машины - один из наиболее быстро развивающихся типов электромеханических преобразователей энергии.
За последнее десятилетие значительное развитие получили исследования и разработки в области вентильных реактивных машин, о чем можно судить по огромному числу публикаций и докладов. Большинство из них посвящено так называемым машинам с переключаемым магнитным сопротивлением (SRD -Switched Reluctance Drive) [3,4]. Дословный перевод с английского, хотя и наиболее точно отражает принцип действия, но не содержит употребительных в отечественной практике терминов. Будем называть их вентильно-индукторными машинами (ВИМ), чтобы отличать от вентильно-реактивных синхронных машин.
Роль создателя силового вентильного электропривода (SRD) по праву принадлежит профессору П. Лоуренсону (г. Лидс, Великобритания), работы которого, начатыми в 70-е годы и продемонстрировавшие преимущества SRD [5], стали первой волной в потоке разработок и публикаций на эту тему. Часть их удачно обобщена в монографии Т. Миллера [6], дающей достаточно полное представление о состоянии этой проблемы в мире. Вместе с тем следует отметить, что сама концепция этой электрической машины была сформулирована еще в конце тридцатых годов XIX века. Пер 11 вый двигатель был создан Дэвидсоном и использовался на железной дороге Глазго - Эдинбург для движения локомотива массой в несколько тонн. Однако в силу несовершенства элементной базы (в первом ВИД использовался механический коммутатор) массового применения эти электрические машины в то время не нашли. И о них забыли более чем на сто лет. Резкое повышение интереса к ВИЛ в последние годы выражено в публикации сотни статей, докладов на конференциях (см. рис. 1.1), в многочисленных экспозициях образцов на выставках, в создании специальных фирм, активности университетских исследовательских центров [7 - 12]. На конец 2001 года в мире по рассматриваемой тематике было выдано 4843 патента, большая часть которых принадлежит крупным фирмам. Это обусловлено современными достижениями в элементной базе силовой электроники, которые в настоящее время обеспечивают возможность производства надежных инверторов на мощности до нескольких мегаватт при приемлемой их стоимости (см. рис. 1.2), и в микропроцессорной технике (создание дешевых кристаллов с мощными вычислительными возможностями). Схема вентильно-индукторный электропривод весьма проста, что является одним из его преимуществ (см. функциональная схема на рис. 1.3). ВИЛ состоит из собственно двигателя - индукторной электрической машины ВИД с пассивным зубчатым ротором и зубчатым статором, электронного коммутатора К, подключенного к выпрямителю В параллельно с конденсатором С и управляемого обычно датчиком положения ротора ДПР через систему управления СУ (см. рис. 1.3). Используемая в этом приводе машина является ВИД с самопод-магничиванием, которое осуществляется за счет средней составляющей одно-полярных импульсов тока, поступающих на сосредоточенные обмотки статора от силового коммутатора. ВИД имеет явнополюсный статор, несущий сосредоточенные обмотки - катушки, и явнополюсный пассивный ротор, число полюсов которого отличается от числа полюсов статора. Статор и ротор выполнены шихтованными. Катушки связаны с электронным коммутатором. Типичные конфигурации магнитной системы двойной зубчатости показаны на рис. 1.4.
Математическая модель и схема замещения преобразователя частоты для ВИП с автогенераторным управлением
Перспективным методом математического исследования процессов в МТС сложной конфигурации является комбинированный аналогово-численный метод [76, 95, 78, 99]. Он включает в себя предварительное аналитическое исследование модели с целью наиболее рационального ее построения без внесения существенных погрешностей для последующего численного решения на ЭВМ. Важными задачами здесь являются детальная разработка электрической схемы замещения отдельных звеньев и всей МТС в целом и конкретизация значений и законов изменения параметров этой схемы.
Появление в силовой схеме МТС полупроводниковых элементов или, так называемых, коммутаторов (диодов, тиристоров и транзисторов) значительно усложнило процесс их математического исследования. В настоящее время можно выделить два основных подхода к моделированию силовых коммутаторов, работающих в МТС [78]. Наиболее распространено представление вентилей в виде двухполюсников, параметры которых получены путем кусочно-линейной аппроксимации их статических вольтамперных характеристик и изменяются скачком при переходе вентиля из открытого состояния в закрытое и наоборот [103, 104]. В классе динамических моделей [105, 106] учитывают физические процессы в р-п переходе, и моделируют вентиль системой дифференциальных уравнений.
Выбор типа модели полупроводникового коммутатора определяется соотношением постоянной времени переходных процессов в силовой части вентильной схемы и длительности собственных переходных процессов применяемых в МТС полупроводниковых элементов. Как показано в [78, 99], при расчетах электромагнитных процессов в схемах привода, аналогичных исследуемой в диссертации, допустимо ограничиться статическими моделями вентилей. Применение динамических моделей вентилей резко усложнило бы моделирование электромагнитных процессов в силовой части МТС без заметного повышения точности. В электрических схемах замещения управляющие элементы целесообразно представлять через их внутренние электрические и логические параметры. Последние часто называют переключающими или коммутационными функциями [102 - 104, 107, 108]. Электрические параметры вентилей характеризуют соотношение между током и напряжением на их зажимах в различных режимах работы, определяемых их состоянием. Логические параметры задают интервалы времени длительности каждого из этих состояний и условия возникновения этих интервалов.
Использование переключающих функций при моделировании полупроводниковых коммутаторов особенно эффективно при использовании компьютерных технологий исследований. Оно позволяет максимально согласовать между собой этапы разработки математической модели МТС и ее последующего численного исследования на ЭВМ. Введение переключающих функции в математическую модель МТС позволяет составить систему дифференциальных уравнений цепи, которая содержит в себе всю необходимую информацию об силовой схеме электропривода с учетом работы коммутаторов в ней.
Исторически сложилось так, что электрическая машина на начальном этапе ее теоретического исследования рассматривались независимо от схемы и параметров цепей ее питания и управления [79, 93, 102, ПО, 111]. Основное внимание уделялось электромеханическим процессам в самой электрической машине, считая, что изменение структуры или параметров цепи питания ведет к возникновению соответствующих несимметричных режимов работы. Общепринятым теоретическим подходом к анализу в этом случае являлось представление питающей сети в виде источника энергии с бесконечно большой мощностью или мощностью, во много раз превышающей мощность МТС. Разработка и внедрение различных структур МТС, характеризующихся тесной функциональной связью между электрической машиной и цепями ее управления и питания, продиктовали необходимость рассмотрения их в единой взаимосвязи, как обладающих общими, интегральными характеристиками [75, 76, 101 и др.]. В автономных электротехнических комплексах и системах мощность электропривода часто соизмерима с мощностью источников их питания. С ростом мощности полупроводниковых приборов увеличивалась и мощность современных МТС, работающих от промышленной сети. Она так же становится в ряде случаев соизмеримой с мощностью сети, которая в этом случае стала оказывать заметное влияние на характеристики электропривода. Это побудило ряд авторов [91, 92, 97, 98, 112] разрабатывать математические модели МТС, учитывающие в том или ином виде параметры источника питания. Актуальным направлением здесь является развитие и совершенствование математических моделей, ориентированных на современные компьютерные технологии исследования электрических цепей с вентилями [113 - 117] . Подобные модели должны быть максимально адаптированы к методике численного исследования их на ЭВМ и содержать в себе все наиболее важные параметры и характеристики звеньев МТС.
Рассмотрим схемы замещения и математические модели отдельных звеньев структурной схемы ВИЛ.
В схеме питания исследуемого ВИЛ используется однофазная сеть переменного тока промышленной частоты, которую можно охарактеризовать следующими параметрами [73]: переменной синусоидальной ЭДС e(t), активным сопротивление Ru и индуктивностью Lu источника. Количественно Ru и Lu зависят от мощности источника энергии и могут быть однозначно определены для каждого конкретного случая.
Как было отмечено выше, ЗПТ состоит из полупроводникового выпрямителя и сглаживающего фильтра. Все многообразие схем однофазных выпрямителей, применяемых в МТС, можно с точки зрения удобства математического моделирования электромагнитных процессов в них условно подразделить на несколько основных вариантов [73, 119 - 121]. Так как при создании МТС с ВИД оптимальных конструкций нежелательно введение в схему дополнительного согласующего трансформатора между источником и выпрямителем, то схемы выпрямления данного типа рассматриваться не будут.
Описание конструкции макетного образца ВИП и результаты его экспериментального исследования
Проведем сравнительный анализ расчетных и экспериментальных мгновенных и интегральных характеристик ВИД с целью обоснования правильности выбора направления математического исследования, точности математической модели и допустимости принятых в ней допущений. Базовыми значениями при проведении сравнительного анализа являются данные экспериментального исследования.
Иллюстрацией мгновенных характеристик ВИЛ служат осциллограммы фазных напряжения и тока, снятые в режиме 100% нагрузки, представленные на рис. 4.5 и рис. 4.7. Сравнение осциллограмм фазных напряжений (см. рис. 4.5) и токов (см. рис. 4.7) двигателя в сравнении с данными компьютерного моделирования, представленного на рис. 4.25, свидетельствует о высокой степени их физического и численного соответствия друг другу. Это подтверждает правильность разработанной компьютерной системы исследований, а также приемлемую для практики разработки ВИЛ точность примененных математических моделей.
На рис. 4.26 приведены механические характеристики при различных значениях напряжения питания. Сплошными линиями показаны экспериментальные характеристики, штриховыми - результаты моделирования.
При 50% напряжения на фазах двигателя результаты моделирования и эксперимента практически совпадают друг с другом. Можно предположить, что некоторое увеличение экспериментальных значений момента связано с локальным насыщением зубцовой зоны, которое, которое при моделировании не учитывалось. Расхождения между моделированием и экспериментом, появляющиеся при U = 100%, связаны с тем, что при моделировании не учитывались потоки рассеяния, а также взаимные влияния фаз в процессе коммутации, что соответствует известным данным аналогичного исследования [11].
Несмотря на некоторые различия между расчетными и экспериментальными характеристиками, можно утверждать, что полученные расчетные соотношения при моделировании могут применяться для оценки механических характеристик ВИЛ как при теоретическом анализе, так и на начальном этапе проектирования.
На рис. 4.27 приведены экспериментальные и расчетные моментные характеристики М{1,у) при разных значениях тока. Расчетные характеристики соответствуют действующим значениям токов 0.5, 1 и 1.2 А, протекающих в фазе двигателя. Сопоставление экспериментальных и расчетных моментных характеристики М{у) при разных значениях тока, подтверждает полученные теоретические данные.
Сравнительный анализ экспериментального и численного исследований статических механических и рабочих характеристик ВИЛ мощностью 400 Вт показывает, что разработанная методика расчета интегральных характеристик обладает достаточной степенью точности. Так при определении КПД и коэффициента мощности ВИЛ относительная погрешность во всем диапазоне изменения нагрузки не превышает 5-7%. Тоже самое можно сказать и о точности определения действующих значений фазных токов вблизи номинального рабочего участка характеристик. Погрешность в определении действующих значений фазных токов составляет 7-12%.
Сравнение статических механических характеристик ВИЛ мощностью 400 Вт показало, что точность их определения на рабочем участке (до максимального момента) составляет 7-10%.
Характер представленных кривых подтверждает выводы качественного анализа и численного моделирования на ЭВМ. Как видно из сравнения экспериментальных и соответствующих им расчетных данных ВИД мощностью 400 Вт, предложенная математическая модель и методика численного моделирования позволяют с необходимой точностью рассчитать значения мгновенных характеристик. Сопоставление результатов численного расчета и экспериментальных данных показало, что точность определения мгновенных значений фазных токов составляет 6-10%, а фазных напряжений 5-7%.
Сопоставление результатов проведенного сравнительного анализа экспериментальных и расчетных мгновенных и интегральных характеристик показало достаточную точность разработанных аналитических и численных моделей, при этом расхождение между данными не превысило 12%.
Оценка технического уровня ВИЛ
Намного важнее здесь потребительские свойства привода, такие как простота конструкции и низкая стоимость.
Однофазные конденсаторные асинхронные двигатели ниже по стоимостным показателям, однако, не относятся к регулируемым приводам и обладают меньшим пусковым моментом.
Универсальные коллекторные двигатели имеют значительно большую частоту вращения и, соответственно, меньший вес, габариты и удельную стоимость. Однако их эксплутационные характеристики и ресурс работы уже в настоящее время не соответствуют современным требованиям к техническим устройствам, особенно бытовой электротехники. Для регулирования частоты вращения универсальных коллекторных двигателей необходим блок управления, стоимость которого в данную таблицу не вошла. Учитывая эти факторы, можно говорить о том, что стоимость разработанного в диссертации электропривода соизмерима со стоимостью универсальных коллекторных двигателей с блоком управления. Однако, учитывая тот факт, что универсальные электродвигатели обладают низкой надежностью, сложны в эксплуатации и не соответствуют современным техническим и экологическим требованиям к бытовым электроприводам, можно сделать вывод о существенных преимуществах разработанного в диссертации электропривода. 1. Результаты экспериментального исследования ВИП имеют достаточную надежность. Так при испытании экспериментальной установки электропривода были изготовлены три макетных образца ВИД конструкции 6/4 в габаритах серийного асинхронного конденсаторного двигателя КД-180 с изменением геометрии статора и ротора. Конструкция и схема ВИП позволили при изменении обмоточных данных статора реализовать в одних и тех же габаритах целый ряд стандартных типономиналов электропривода с различными частотами вращения и провести их детальное исследование. 2. Проведено исследование экспериментальных характеристик разработанного ВИП в различных режимах работы. Механические характеристики исследуемого ВИП близки к характеристикам АД с короткозамкнутым ротором с регулированием частоты вращения изменением питающего напряжения, но отличаются от них меньшей жесткостью на участке устойчивой работы. Значение коэффициента мощности при любых обмоточных данных и нагрузках привода сохраняется практически неизменным и колеблется в пределах 0.72 - 0.78 о.е. Экспериментальные зависимости КПД электропривода от нагрузки свидетельствуют о достаточно хороших энергетических показателях ВИЛ в классе двигателей малой мощности в достаточно широком диапазоне изменения напряжения и нагрузки. Регулирование частоты вращения в макетном образце ВИД при использовании в схеме трехфазного несимметричного полумостового преобразователя биполярных транзисторов имеет практически линейный характер и ограничивается диапазоном регулирования 1:2.5. 3. Проведен сравнительный анализ расчетных и экспериментальных характеристик ВИД. Сравнение свидетельствует о высокой степени их физического и численного соответствия друг другу, что подтверждает правильность разработанной методики компьютерного исследования, а также приемлемую точность математических моделей. Несмотря на некоторые различия между расчетными и экспериментальными характеристиками, можно утверждать, что полученные расчетные соотношения при моделировании могут применяться для расчета характеристик ВИЛ, как при теоретическом анализе, так и на начальном этапе проектирования. Предложенная математическая модель и методика численного моделирования позволяют с необходимой точностью рассчитать значения мгновенных и интегральных характеристик ВИЛ. 4. Приведены особенности конструктивного расчета ВИД, которые учитывают особенности автогенераторной схемы управления. 5. Дана оценка технического уровня разработанного ВИЛ. Для этого проведено сравнение его технических характеристик с параметрами современных регулируемых электроприводов, применяемых в бытовой технике, которое показывает высокие потребительские свойства разработанного в диссертации электропривода. В соответствии с целью и задачами диссертационной работы проведены теоретические и экспериментальные исследования вентильно-индукторного электропривода с автогенераторным управлением. Основными результатами научных исследований, выполненных автором, являются: 1. Разработаны схема и конструкция вентильно-индукторного привода с принципиально-новой автогенераторной системой управления, позволяющая реализовать все элементы системы управления на магнитной системе и обмот-ках электродвигателя, обладающая относительно низкой стоимостью и простотой конструкции и предназначенная для использования в электроприводах широкого применения. 2. Разработана математическая модель вентильно-индукторного привода, которая реализована во временной области и в фазной системе координат, адекватна физическим процессам в силовой части привода и позволяет достаточно точно исследовать электромеханические процессы в электроприводе с учетом параметров цепей питания и управления. Определены формулы, позволяющие рассчитать как параметры схемы замещения вентильно-индукторного привода, так и закон их изменения во времени. 3. Методика компьютерного исследования математической модели в среде программирования Delphi, учитывающая особенности силовой схемы вентильно-индукторного привода с самовозбуждением и позволяющая рассчитать его основные статические и динамические характеристики, дает возможность относительно быстро сконструировать систему привода с рациональными характеристиками. 4. Автогенераторная система управления вентильно-индукторного приво да отличается оригинальностью и простотой, что подтверждено патентом РФ № 2237341. Методика анализа электромагнитных процессов в автогенератор ной системе управления вентильно-индукторного привода позволила осущест вить рациональный выбор параметров и элементов её схемы. Приведены осо 138 бенности конструктивного расчета ВИД, которые учитывают особенности автогенераторной схемы управления. 5. Результаты экспериментального исследования вентильно-индукторного привода имеют достаточную надежность. Так при испытании экспериментальной установки электропривода были изготовлены три макетных образца ВИД конструкции 6/4 в габаритах серийного асинхронного конденсаторного двигателя КД-180 с изменением геометрии статора и ротора. Конструкция и схема вентильно-индукторного привода позволили при изменении обмоточных данных статора реализовать в одних и тех же габаритах целый ряд стандартных типономиналов электропривода с различными частотами вращения и провести их детальное исследование.
