Arskama.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вентильный двигатель расчет характеристик

Определение пусковых характеристик вентильного электродвигателя в полевой постановке задачи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Таранов, Игорь Николаевич

  • Специальность ВАК РФ 05.09.03
  • Количество страниц 184

Оглавление диссертации кандидат технических наук Таранов, Игорь Николаевич

ГЛАВА 1. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО МОМЕНТА ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

1.1. Обзор методов математического моделирования устройств электромеханики.

1.2. Численные методы расчета в математической модели магнитного поля и обоснование выбора интегро-интерполяционного метода.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРО-ИНТЕРПОЛЯЦИОННОГО .;.

2.1. Вывод разностного уравнения интегро-интерполяционным методом для случая сетки с треугольной формой ячеек.

2.2. Граничные условия и способы задания постоянных магнитов.

2.3. Определение векторного магнитного потенциала и индукции.

ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ В ПОЛЕВОЙ ПОСТАНОВКЕ ЗАДАЧИ.

3.1. Определение параметров вентильного электродвигателя из мгновенной картины магнитного поля.

3.2. Методика определения пусковых характеристик вентильного электродвигателя в полевой постановке задачи.

ГЛАВА 4. АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В УСТРОЙСТВАХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ.

4.1. Выбор операционной системы и языка программирования.

4.2. Общая структура программы и ее контроль.

ГЛАВА 5. ПРИМЕРЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПОВЕРОЧНЫХ РАСЧЕТОВ, ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В УСТРОЙСТВАХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ.

5.1. Сравнение результатов численного моделирования сданными эксперимента.v.

5.2. Расчет тягового усилия магнитоэлектрического возбудителя упругих колебаний.

5.3. Примеры расчета пусковых характеристик вентильного электродвигателя.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Электротехнические комплексы и системы», 05.09.03 шифр ВАК

Вентильные индукторно-реактивные двигатели прецизионных следящих систем электропривода 2004 год, доктор технических наук Голландцев, Юрий Алексеевич
Разработка и исследование стартерных электродвигателей с повышенными пусковыми свойствами при низких температурах 2008 год, кандидат технических наук Гнутов, Сергей Константинович
Численное и экспериментальное моделирование электромеханических компонентов автоэлектронных систем 2011 год, кандидат технических наук Ефимов, Вячеслав Валерьевич
Разработка и исследование беспазовых электромеханических компонентов ветроэнергетических и вентильно-машинных систем 2006 год, кандидат технических наук Николаев, Алексей Васильевич
Исследование возможностей и разработка средств совершенствования серийных погружных вентильных электродвигателей для нефтедобывающих насосов 2012 год, кандидат технических наук Хоцянов, Иван Дмитриевич

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение пусковых характеристик вентильного электродвигателя в полевой постановке задачи»

Актуальность работы. При разработке приводов промышленного электротранспорта, автономных средств перемещения и передвижения встаёт задача поиска новых технических решений, позволяющих полнее удовлетворять потребности заказчика, а во многих случаях вообще не представляется возможным применить электропривод классического типа. Свойства и параметры электропривода в значительной степени определяются параметрами и свойствами его исполнительного органа — электродвигателя, в общем понимании электромеханического преобразователя (ЭМП). При проектировании последнего на первый план выдвигается задача электромагнитного расчета.

В настоящее время существует два альтернативных подхода к решению этой задачи: аналитические [14, 16, 67, 39, 52] и численные [1, 10, 28, 27, 42, 58, 68] методы, основанные на уравнениях теории поля. Аналитические методы исследования электромагнитного поля требуют для своего применения допущений, существенно упрощающих и искажающих реальные процессы, что приводит к значительным погрешностям расчета. Поэтому дальнейшее развитие и совершенствование методов расчета устройств с использованием ЭМП возможно только на основе численного расчета магнитного поля.

В то же время широко распространенная вариационная формулировка задачи численного расчета магнитного поля [30, 46, 43, 51, 78, 97] требует от исследователя обязательного доказательства взаимосвязи функционалов с дифференциальными или интегральными уравнениями поля, записи функционалов специального вида для задания граничных условий, что в конечном счете ограничивает круг решаемых задач и уводит исследователя от физической стороны проблемы.

Для устранения вышеуказанных недостатков и ограничений необходимо развивать метод, базирующийся непосредственно на уравнениях теории поля. Применение такого метода для расчета характеристик моментных вентильных электродвигателей, содержащих в своем составе синхронную машину с возбуждением от постоянных магнитов [2, 9, 31, 50, 133], имеет ряд особенностей, связанных с дробным числом пазов на полюс и многополюсного намагничивания.

В частности, для этой цели требуется разработка методики расчета электромагнитного момента вентильного двигателя, базирующейся на мгновенной картине магнитного поля и учитывающей наличие, распределение и величину реактивных моментов в ЭМГ1, нелинейность свойств магнитотвердых и магнитомягких материалов. Требуют уточнения и исследования также вопросы сокращения времени и повышения точности расчета электромагнитных сил.

Целью данной работы является разработка методики расчёта пусковых характеристик вентильного электродвигателя, позволяющей достаточно точно и с небольшими затратами времени рассчитывать пусковой момент вентильного двигателя и его характеристики с учётом реальной конфигурации и свойств магнитопроводов, реактивных составляющих момента и прогнозировать изменение характеристик двигателя при изменении конструкции и алгоритмов управления, а также развитие численного метода расчета магнитного поля, базирующегося непосредственно на уравнениях теории поля.

В соответствии с поставленной целью в работе решены следующие научно-технические задачи:

1. Разработана методика определения пускового момента и характеристик вентильного электродвигателя на основе мгновенной картины магнитного поля, учитывающая реактивные составляющие момента, позволяющая сократить время расчета и повысить точность вычисления электромагнитного момента.

2. Обоснован интегро-интерполяционный метод получения математической модели магнитного поля и показаны его преимущества по сравнению с вариационным подходом.

3. Разработана математическая модель расчета неоднородного нелинейного плоскопараллельного магнитного поля в устройствах электромеханики, использующая преимущества вышеуказанного метода и позволяющая, в отличие от известных моделей, основанных на том же методе, проводить расчет в областях со сложной конфигурацией.

4. Разработана система расчета магнитного поля в электрических машинах со стандартным интерфейсом, позволяющая изменять взаимное положение подвижных частей без ручного изменения геометрической модели.

5. Проведено экспериментальное исследование магнитного поля в воздушном зазоре физической модели, подтверждающее результаты численных расчётов.

Методы исследования. В работе использовались: элементы теорий матричного и интегрального исчислений; векторный анализ; методы численного решения систем нелинейных и линейных уравнений; сплайновая аппроксимация; методы физического моделирования и экспериментальных исследований.

1. Предложена методика расчета пусковых характеристик вентильного электродвигателя, имеющая в основе численный расчет магнитного поля, позволяющая сократить время вычислений за счет исключения расчетов в повторяющихся элементах ‘ конструкции ЭМП и предоставляющая информацию о реактивном моменте, действующем на отдельные зубцы двигателя;

2. На основе интегро-интерполяционного метода, свободного от недостатков вариационной формулировки задачи, разработана математическая модель расчета неоднородного нелинейного плоскопараллельного магнитного поля в устройствах электромеханики, позволяющая проводить расчёты в областях со сложной конфигурацией;

3. Предложена интерполяция поведения магнитной индукции в пределах одного элемента и всей расчетной области, по аналогии с векторным магнитным потенциалом, что позволяет повысить точность расчета составляющих электромагнитной силы, а также проводить контур интегрирования без учета расположения и конфигурации элементов;

4. Предложен принцип определения качественного и количественного отклонения свойств материалов от заявленных, на основе сравнения экспериментальных и расчетных пусковых характеристик моментного вентильного двигателя;

Читать еще:  Chevrolet cruze кнопка запуска двигателя

Практическая ценность. Полученные соотношения, разработанные алгоритмы и программы моделирования позволяют рассчитывать пусковые характеристики вентильного электропривода, а также неоднородное нелинейное плоскопараллельное магнитное поле с учетом особенностей электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов. Математическая модель реализована в виде прикладных программ и может быть использована при проведении поверочных и различного рода оптимизационных расчетов в ходе практического проектирования ЭМП. Предложены меры по увеличению производительности расчетов и повышению точности определения интегральных характеристик магнитного поля.

Практическая реализация. Практическая ценность диссертации подтверждается решением ряда практических задач создания новой техники. Результаты диссертационной работы и комплекс программ использовались при проверочных расчетах магнитоэлектрического возбудителя упругих колебаний. В частности, было определено распределение индукции в магнитопроводе статора и изменение тягового усилия при перемещении подвижной части преобразователя. Результаты теоретических исследований вентильного электродвигателя инвалидной коляски были использованы при выработке рекомендаций по повышению мощности электропривода при оптимальном использовании объема магнитотвердого материала индуктора, в результате чего момент двигателя увеличился на 20%. Полученные результаты диссертации использованы в учебном процессе и научной работе Златоустовского филиала ЮУрГУ, в частности на кафедре электропривода и автоматизации производственных процессов. Разработана лабораторная работа по исследованию магнитного поля в зазоре магнитной системы с магнитом NdFeBr методом физического и численного моделирования. Эффективность математической модели и методик подтверждена соответствующими актами внедрения.

Обоснованность и достоверность. Обоснованность результатов и выводов диссертации обеспечена корректным использованием методов интегрального и дифференциального исчислений, современных математических моделей, принятием признанных допущений. Достоверность научных положений и рекомендаций подтверждена экспериментальными исследованиями индукции и характеристик вентильных двигателей, измерением тягового усилия возбудителя упругих колебаний.

Основные научные и практические результаты, выносимые на защиту.

Методика расчета пусковых характеристик вентильного электродвигателя, имеющая в основе численный расчет магнитного поля, позволяющая сократить время вычислений за счет исключения расчетов в повторяющихся элементах конструкции ЭМП и предоставляющая информацию о реактивном моменте, действующем на отдельные зубцы двигателя.

Математическая модель неоднородного нелинейного плоскопараллельного магнитного поля на основе интегро-интерполяционного метода, свободная от недостатков вариационной формулировки задачи, позволяющая проводить расчеты в областях со сложной конфигурацией, упрощающая задание граничных условий и реализующая меры по повышению точности расчета составляющих электромагнитного момента.

Результаты численных и физических исследований магнитных полей и характеристик электромеханических преобразователей различных типов и исполнений.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Электротехнические комплексы автономных объектов» (Москва, 1997г.), 51, 52 и 53 научно-технических конференциях ЮУрГУ (1999 — 2001г.), 1-й научно-практической конференции г. Челябинск 2000г., на заседании научного Совета Златоустовского филиала ЮУрГУ. Работа в целом докладывалась, обсуждалась и получила одобрение на заседании кафедры электромеханики и электромеханических систем ЮУрГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ. Результаты выполненных теоретических исследований, численных и практических экспериментов, а также аспекты программной реализации отражены в 2 отчетах по НИР.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 186 страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 141 наименования, 21 страницы приложений, включает 57 рисунков и 15 таблиц.

Вентильный двигатель расчет характеристик

В. И.Ткачук, канд. техн. наук

РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ВЕНТИЛЬНОГО РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Предложена математическая модель вентильного реактивного двигателя с емкостным накопителем энергии для средних значений, которая позволяет рассчитывать механическую, моментную и рабочие характеристики по известным геометрическим размерам и обмоточным данным.

Запропонована математична модель вентильного реактивного двигуна з ємнісним нагромаджувачем енергії для середніх значень, що дозволяє розраховувати механічну, моментну і робочі характеристики по відомим геометричним розмірам і обмоточним даним.

Switched reluctance motor (SRM) is the simpler, more technological and cheaper then other known electrical motors. In the paper the average values mathematical model for SRM is proposed, which give a way to calculate its static characteristics. Example of calculation of mechanical and working characteristics is presented.

Вентильный двигатель (ВД) — это электромеханическая система, состоящая из трех взаимосвязанных узлов: электромеханического преобразователя (ЭМП), датчика положения ротора (ДПР) и электронного коммутатора (ЭК). В качестве ЭМП чаще всего применяют индукционную машину с возбуждением от постоянных магнитов (ПМ), размещенных на роторе. Наличие ПМ на вращающейся части машины усложняет конструкцию и технологию изготовления, повышает стоимость. Одним из самых простых по конструкции, технологии и надежности является ЭМП с явнополюсным статором и сосредоточенными катушками обмотки якоря и зубчатым пассивным ротором. Такой ЭМП проще, дешевле и технологичнее самых простых из электричеcких машин — асинхронных с короткозамкнутым ротором, а ВД на их основе, называемые вентильными реактивными двигателями (ВРД), по регулиро-вочным свойствам не уступают коллекторным двигателям постоянного тока. Применение ЭК с емкостным накопителем энергии значительно улучшает энергетические показатели ВРД за счет более полной утилизации энергии магнитного поля. На рис. 1 приведена схема ЭК с отдельными последовательными накопителями в каждой фазе, а на рис. 2 — диаграмма работы его силовых транзисторных ключей, зависимости

от угла взаимного положения ротора и статора индуктивности одной фазы, ее тока и напряжения на накопительном конденсаторе. Для исследования динамических и квазиустановившихся режимов работы электропривода на базе ВРД служит математическая модель ВРД для мгновенных значений [1]. Однако часто необходимы рабочие и механическия характеристики ВРД, для расчета. которых и предназначена предлагаемая упрощенная модель для средних значечений. Используя уравнение баланса средних на интервале переключения фаз значений мощностей

U . I_ = w . M + D PM + D PCT + D PK ,(1)

где U,I_ — средние значения напряжения и потребляемого от сети тока; w , M — средние значения частоты вращения и момента нагрузки на валу; D PM, D PCT, D PK — мощности потерь в меди, в стали и в коммутаторе соответственно, можно получить выражение механической характеристики ВРД, а также виражения для составляющих потерь. Потребляемый ток, а значит, и среднее значение тока фазы при изменении частоты вращения в широком диапазоне и при постоянном моменте на валу не изменяются. Эта особенность позволяет определять электромагнитный момент ВРД в установившемся режиме по среднему на интервале переключения значению тока фазы.Учитывая особенности протекания электромагнитных процессов в ВРД, целесообразно принять некоторые допущения, которые позволят получить относительно простые выражения для среднего значения электромагнитного момента, а также отдельных составляющих потерь, практически не снижающие их точность: нелинейную магнитную цепь заменяем эквивалентной линейной, в которой насыщение стали учитывается коэффициентом насыщения (см. рис.3); — индуктивность фазы при взаимном перемещении ротора и статора изменяется по закону L = L + L1 . Cos q (см. рис. 2); — угол включения b (рис. 2) принимаем равным нулю; — полагаем, что силовые транзисторные ключи и диоды ЭК в закрытом состоянии имеют бесконечно большое сопротивление, а в открытом насыщенном состоянии мощность потерь учитывается прямым падением напряжения D Uk; динамическими потерями на переключение ключей пренебрегаем; — электромагнитным моментом, создаемым током фазы на интервале t (с момента запирания силового транзисторного ключа) пренебрегаем, так как индуктивность фазы на указанном интервале изменяется незначительно; — на интервале возбуждения фазы g реальную кривую тока фазы заменяем средним значением I , а на интервале спадания тока t — по линейному закону, как показано на рис. 2; — механическими потерями пренебрегаем; — частоту вращения ротора на интервале переключения считаем неизменной.

Читать еще:  Что такое адсорбер в инжекторном двигателе

Учитывая, что электромагнитный момент ВРД [2], где — магнитная коэнергия, Q m — геометрический угол между осями паза ротора и зубца статора, Q = Zr . Q m — этот же угол в электрических градусах, и изложенные допущения Zr — число зубцов ротора; D,l — диаметр расточки и аксиальная длина статора; d — длина воздушного зазора между зубцами статора и ротора; wz — число витков обмотки статора на одном зубце; a s — коэффициент полюсного перекрытия статора; . (3)

Мощность потерь в меди расчитывается, как:

D PM = I 2 . R . ( g * + k1 . w ) ,(4)

где — коэффициєнт, учитывающий потери в меди от тока заряда накопительного конденсатора, t — время спадания тока фазы; ; m — число фаз. Обозначим

(5)
Тогда и (4) запишем в виде: D PM = k2 2 . M . R . ( g * + k1 . w ).(6).

Учитывая, что в любой момент времени ток фазы протекает через два полупроводниковых элемента мощность потерь в ЭК расчитываем по формуле:

D PK = I . 2 . D UK . ( g * + k3 . w ) ,(7)

где (см. разъяснение коэфициєнта ).

Подставив (5) в (7), получим выражение для расчета потерь в коммутаторе в виде

(8)

Рис.3. К определению коэффициента K m Рис. 4. Статические характеристики ВРД

В соответствии с принципом работы ВРД его фазы возбуждаются однополярным током и форма кривой магнитной индукции B(t) далека от синусоидальной. С другой стороны, в ВРД в любой момент времени перемагничивается только часть магнитопровода, причем потери от вихревых токов доминируют над потерями от гистерезиса. Поэтому потери в стали ВРД с большой достоверностью можно представить в виде:

(9)

где POB — удельные потери в стали от вихревых токов при индукции 1 Тл и частоте f ; — индукция в магнитопроводе при токе фазы I в момент, когда зубец ротора находится против зубца статора; kv — коэфициент дополнительных потерь в стали от высших гармоник индукции; GCT.P — расчетная масса стали, намагниченность которой изменяется при возбуждении одной фазы:

где GCT.S, GCT.R — масса стали статора и ротора соответственно.

Как (6) и (18) запишем формулу для расчета потерь в стали.

(10)

где .

Выразим ток фазы через ток от сети. В ВРД с последовательным ЕНЭ на интервале g от сети протекаєт ток только одной фазы, а на интервале перекрытия сигналов управления силовыми ключами — суммарный ток фаз, сигналы которых перекрываются. Поэтому

(11)

Учитывая (5), (7), (10) и (11) и сгруппировав коэффициенты при степенях w, перепишем (1) в виде:

(12)

Один из корней алгебраического уравнения (19), а именно — положительный является уравнением механической характеристики ВРД для средних значений.

Выражения (5), (7), (10) и (11) вместе с (4), (6) и (14) представляют математическую модель ВРД для средних значений, позволяют найти все основные величины, определяющие установившийся режим роботы двигателя для различных значений нагрузки на валу уже на стадии проектирования.

Для оценки адекватности математической модели физическому образцу на рис. 4 приведены расчетные характеристики для ВРД со следующими параметрами: D = 0.07 М, l = 0.03 M, d = 0.0003M, a s = 0.45, Zr = 10, m=3, KL = 0.43, wz = 85, g = 130 эл. градусов, t = 0.001C, R = 1.3 Ом, D U = 1.5 В.

Проведенное сравнение с опытными данными свидетельствует о достаточной адекватности математической модели физическому образцу, что дает основание для рекомендации предложенной математической модели для расчета рабочих, регулировочной и механической характеристик вентильного реактивного двигателя с последовательным емкостным накопителем в установившихся режимах работы.

Список использованной литературы

1. Ткачук В.І., Осідач Ю.В. Математичне моделювання електромеханічних процесів в електроприводі з вентильним реактивним двигуном. Вісник Держ. ун-ту. «Львівська політехніка» Електроенергетичні та електромеханічні системи. — 1995. — № 288. -С. 83 — 90.

2. Ткачук В. Теорія створення електромагнітного моменту у вентильному реактивному двигуні. Електромеханіка. Теорія і практика. //Праці науково-технічної конференції, присвяченої 100-річчю від дня народження видатного українського вченого-електромеханіка Т. Губенка. — Львів, 1996. — C. 173 — 176.

Copyright © 1998-1999 Odessa State Polytechnic University. All Rights Reserved.

Расчет синхронного двигателя

Расчет и обоснование номинальной величины асинхронного двигателя. Размеры и зубцовая зона статора. Воздушный зазор и полюса ротора. Определение основных паромеров магнитной цепи. Превышение температуры обмотки статора. Характеристики синхронной машины.

  • посмотреть текст работы «Расчет синхронного двигателя»
  • скачать работу «Расчет синхронного двигателя» (курсовая работа)

Подобные документы

Проектирование турбогенератора с косвенной водородной системой охлаждения, включающее создание обмоток статора и ротора и с непосредственным водородным охлаждением сердечника статора. Расчет намагничивающей силы и тока обмотки возбуждения при нагрузке.

курсовая работа, добавлен 12.01.2011

Расчет двигателя постоянного тока: главные размеры машины; параметры обмотки якоря, коллектор и щеточный аппарат; геометрия зубцовой зоны. Магнитная система машины: расчет параллельной обмотки возбуждения; потери и коэффициент полезного действия.

курсовая работа, добавлен 06.09.2012

Проектирование и расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором по заданным исходным характеристикам, установленным в соответствии с требованиями государственных и отраслевых стандартов. Расчет обмоток статора, ротора, намагничивающего тока.

курсовая работа, добавлен 04.11.2012

Проектирование синхронных генераторов Marathon Electric, состоящих из главного статора и ротора, статора и ротора возбудителя, вращающегося выпрямителя и регулятора напряжения. Характеристики и механический расчет синхронных двигателей серии Magnaplus.

курсовая работа, добавлен 19.09.2012

Расчет системы автоматизированного электропривода рабочей машины. Определение мощности асинхронного двигателя привода. Проверка правильности выбора мощности двигателя по нагреву методом средних потерь. Расчет механической характеристики рабочей машины.

курсовая работа, добавлен 24.03.2015

Составление программы испытаний электрического турбогенератора и определение работоспособности промежуточного реле. Расчет начальной температуры обмотки статора и вычисление параметров намагничивающей и контрольной обмоток для испытания стали статора.

курсовая работа, добавлен 30.11.2012

Характеристика технических показателей модели кинетического накопителя энергии, обоснование технологии и разработка расчетного проекта асинхронного тороидального двигателя. Технический расчет и разработка схемы стенда торцевого асинхронного двигателя.

дипломная работа, добавлен 22.09.2011

Обоснование целесообразности использования энергосберегающих электроприводов с частотным регулированием. Методы оценок энергетических характеристик вентильных двигателей на постоянных магнитах. Расчет потребляемой мощности из сети асинхронного двигателя.

дипломная работа, добавлен 19.05.2019

Методы расчета мощности приводного двигателя лебедки и дополнительного сопротивления в цепи ротора. Использование формулы Клосса для определения механической характеристики асинхронного двигателя. Вычисление мощности двигателя центробежного вентилятора.

контрольная работа, добавлен 08.04.2012

Определение ориентировочного значения тока в статорной обмотке асинхронного двигателя. Анализ назначения добавочных полюсов в электрической машине постоянного тока. Нахождение реактивного сопротивления фазы обмотки ротора при его неподвижном состоянии.

Читать еще:  Датчик оборотов двигателя для ланос

контрольная работа, добавлен 10.02.2016

  • «
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10

Тяговые свойства вентильного тягового двигателя.

Принцип действия вентильного ТД основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого обмоткой ротора, по которой протекает постоянный ток и током трехфазной обмотки статора, аналогичной обмотке асинхронного двигателя. Отсюда вытекает, что по сравнению с асинхронным ТД, вентильный ТД имеет несколько меньшую активную длину статора и ротора за счет контактных колец для передачи тока в обмотку ротора и требует несколько больших эксплуатационных расходов.

Схемы питания вентильных ТД на ЭПС постоянного и переменного тока аналогичны схемам питания АТД, однако для вентильных двигателей дополнительно требуется возбудитель, питающий обмотку ротора, и вместо автономного инвертора – зависимый.

Как известно из теории работы трехфазных статических преобразователей, в режиме инвертирования (тяговый режим вентильного двигателя) сигнал на отпирание полупроводниковых приборов необходимо подавать с некоторым опережением момента перехода через ноль ЭДС фазы, подключенной к коммутируемому плечу. Минимальное время опережения определяется длительностью коммутации g и временем восстановления вентильной прочности полупроводниковых приборов d.

При вращении ротора вентильного двигателя в обмотках статора наводится ЭДС за счет магнитного поля ротора. По аналогии с двигателем постоянного тока эту ЭДС называют ЭДС вращения. Полупроводниковый преобразователь работает как инвертор, ведомый сетью, причем в данном случае в качестве «сети» выступает ЭДС вращения. Обмотка статора выполнена трехфазной, поэтому ЭДС вращения представляет собой трехфазную систему синусоидальных ЭДС.

В рабочем диапазоне, т.е. между коммутациями ток протекает по обмоткам двух фаз, поэтому для расчета характеристик вентильного двигателя необходимо знать величину линейной ЭДС:

Амплитудное значение линейной ЭДС Емл зависит от частоты вращения ротора, величины магнитного потока ротора и обмоточных данных статора.

Для получения средней величины ЭДС вращения Ед проинтегрируем кривую линейной ЭДС с учетом угла коммутации и угла запаса инвертора:

.

Коэффициент учитывает реакцию якоря, под которой в вентильном двигателе подразумевается реакция обмотки статора; коэффициент – коммутацию полупроводниковых приборов инвертора.

Амплитудное значение ЭДС вращения вентильного двигателя зависит от тех же параметров, что и у машин постоянного тока:

,

где р – число пар полюсов;

N – число активных проводников обмотки статора;

n – частота вращения ротора;

Ф – магнитный поток обмотки ротора.

Для упрощения выражения обозначим:

– конструкционная постоянная двигателя;

– коэффициент инвертирования.

В тяговом режиме подведенное к двигателю напряжение уравновешивается ЭДС вращения и падением напряжения на активном сопротивлении обмотки статора. С учетом падения напряжения в полупроводниковом преобразователе

Подставив в уравнение выражение для Ед, выразим частоту вращения:

.

Так как во внекоммутационный период ток Iд протекает по обмоткам двух фаз обмотки статора, соединенных последовательно, а во время коммутации – по трем обмоткам, две из которых соединены параллельно, то среднее падение напряжения на активных сопротивлениях обмотки статора будет равно

,

где Rф – активное сопротивление обмотки одной фазы статора.

Формула, полученная для частоты вращения вентильного двигателя, аналогична формуле частоты вращения двигателя постоянного тока. Вентильный двигатель иногда называют «коллекторным двигателем наоборот»: в качестве обмотки главных полюсов выступает обмотка ротора; обмотки якоря – обмотка статора, а коллектора – полупроводниковый преобразователь.

Из формулы следует, что частоту вращения вентильного двигателя можно регулировать посредством величины питающего напряжения, магнитного потока ротора, т.е. тока возбуждения и коэффициента инвертирования. Поскольку использование вентильного двигателя на современном этапе развития техники подразумевает использование полупроводникового преобразователя с микропроцессорной системой управления, то теоретически возможно получить любой закон изменения частоты вращения от потребляемого тока. Практический интерес представляют следующие законы:

1. Ф = const; Uд = const. Скоростная характеристика аналогична характеристике двигателя независимого возбуждения.

2. Uд = const; Ф = var. Скоростная характеристика зависит от закона регулирования магнитного потока. В случае регулирования магнитного потока пропорционально потребляемой мощности (Ф º Iд) – скоростная характеристика аналогична двигателю последовательного возбуждения.

3. n = const. Режим дает абсолютно жесткую характеристику. Интересен в случае поддержания постоянной скорости движения вне зависимости от профиля пути. Для реализации необходимо либо регулировать питающее напряжение, либо магнитный поток. Возможно получение режима постоянства частоты вращения посредством регулирования коэффициента инвертирования за счет изменения угла запаса инвертора d, однако при этом возрастают потери в статоре и преобразователе вследствие сильного искажения формы тока статора.

Вращающий момент вентильного двигателя можно выразить из электромагнитной мощности. С учетом потерь

.

Так же, как и формула для частоты вращения, формула вращающего момента вентильного двигателя аналогична формуле момента двигателя постоянного тока. Вентильный двигатель имеет преимущество, по сравнению с асинхронным: его вращающий момент не зависит от уровня питающего напряжения.

На тяговые характеристики накладываются следующие ограничения:

— по максимально допустимой скорости движения (конструкции механической части ЭПС или частоте вращения ТД);

— по коммутации. Вызвано тем, что угол коммутации . Увеличение угла коммутации может быть вызвано увеличением реализуемой мощности (тока Iд) или влиянием реакции якоря при глубоком регулировании магнитного потока ротора;

— по ослаблению возбуждения. Вследствие реакции якоря результирующий магнитный поток может начать снижаться, тем самым, уменьшая вращающий момент при росте тока Iд.

Рассмотрим алгоритм регулирования силы тяги вентильного тягового двигателя. Весь диапазон скоростей движения условно разобьем на три интервала:

1. Регулирование напряжения (режим пуска). Для реализации максимального ускорения поезда желательно иметь максимальную силу тяги. Обеспечение этого режима осуществляется путем поддержания постоянства тока статора за счет увеличения питающего напряжения при неизменном потоке ротора. Хотя возможна реализация другого закона, например линейного, для приближения силы тяги к кривой ограничения по сцеплению.

Так как частота вращения поля статора должна быть равна частоте вращения ротора, то по мере роста скорости движения (частоты вращения ротора) необходимо увеличивать частоту питающего напряжения. Это осуществляется системой управления по сигналам датчика положения ротора.

Величина магнитного потока ротора может быть как номинальной, так и выше номинальной (форсированный пуск). Максимальная величина магнитного потока ротора определяется насыщением магнитной системы двигателя.

2. Регулирование магнитного потока ротора (режим ослабления возбуждения). После достижения номинального напряжения питания частоту вращения ротора можно регулировать изменением магнитного потока ротора. В случае пуска с номинальным магнитным потоком номинальная скорость соответствует скорости выхода на номинальное напряжение питания. В случае форсированного пуска номинальная скорость ниже скорости выхода на номинальное напряжение питания.

3. Регулирование частоты питающего напряжения (режим разгона). При достижении минимально допустимого магнитного потока ротора необходимо поддерживать постоянство соотношения магнитного потока ротора и тока статора. С ростом скорости частоту питающего напряжения необходимо повышать.

Дата добавления: 2020-03-21 ; просмотров: 165 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector