Вентильный двигатель с гибридным инвертором тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат технических наук Чебитько, Анатолий Евгеньевич

• Чебитько, Анатолий Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чебитько, Анатолий Евгеньевич

Введение.

1. Обзор литературы.

I.I.Электромеханическая часть вентильных двигателей постоянного тока.

1.2.Сравнительная оценка ВД с естественной и искусственной коммутацией.

1.3.Основные схемы коммутации и режимы инверт1фования ВД с ИК.

1.4. Методы исследования ВД.

1.5.Постановка задачи исследования.

2. Исследование электромагнитных процессов в ВД с ГИ.

2.1.Предмет исследования и исходные уравнения.

2.2.Анализ границ образования к.з. контуров I и видов.

2.3.Математическое описание двухфазных к.з. I вида.

2.4.Математическое описание трехфазных к.з. I вида.

2.5.Математическое описание двухфазных к.з. 2 вида.

2.6. Выводы.

3. Анализ кривой фазного тока и реакция якоря ВД с ГИ.

3.1.Постановка задачи.ЮЗ

3.2.Гармонический анализ кривой фазного тока.

3.2.1.Гармонический спектр основной составляющей фазного тока.

3.2.2.Гармонический спектр добавочной составляющей фазного тока.

3.3.Действующее значение фазного тока.

3.4.Реакция якоря.

3.4.1.МДС якоря, обусловленная входным током двигателя.

3.4.2.МДС якоря, обусловленная токами к.з. контуров

I и 2 видов.

3.5. Выводы.

4. Исследование электромагнитного момента и статической устойчивости ВД с ГИ.

4.1. Электромагнитный момент.

4.2.ПротивоЭДС и уравнения скоростных характеристик.

4.3.Анализ статической устойчивости скоростных характеристик.

4.3.1.Постановка задачи.

4.3.2.Выбор факторного пространства и плана.Построение и анализ полиномиальных моделей.

4.4. Экспериментальные исследования ВД с ГИ.

4.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вентильный двигатель с гибридным инвертором»

Одним из важнейших направлений совершенствования электромеханических систем, предназначенных для различных отраслей промышленности, транспорта, сельского хозяйства, является дальнейшее развитие пнфокорегулируемых приводов, построенных на базе электрических машин с полупроводниковыми преобразователями / I /.

До настоящего времени традиционными двигателями в таких приводах, как правило, являются коллекторные машины постоянного тока. Однако в ряде случаев технические и эксплуатационные показатели привода оказываются неудовлетворительными в связи с недостатками коллекторного двигателя, обусловленными наличием щеточно-коллекторного узла. К таким недостаткам, в частности, относятся: наличие предельных значений напряжения, мощности,частоты вращения, определенные требования к окружающей среде, повышенные затраты материальных и трудовых ресурсов как в произ -водстве, так и в эксплуатации.

В этой связи к числу актуальных задач современного электромашиностроения следует отнести разработку электроприводов, построенных на базе машин переменного тока и управляемых полупроводниковых коммутаторов. Одним из перспективных направлений цри этом является создание приводов на базе вентильных двигателей (ВД) постоянного тока, которые, исключив отмеченные выше недостатки коллекторных двигателей постоянного тока, сохраняют их главное достоинство - возможность широкого двухзонного регулирования частоты вращения (при постоянной мощности, при постоянном моменте). Это обусловило повышенный интерес советских и зарубежных ученых и инженеров к разработке и исследованиям ВД. В СССР, США, Японии, ФРГ, Англии и др. странах получены положительные результаты освоения промышленного выпуска ВД на различные мощности.

Следует отметить, что в диапазоне средних и больших мощностей наибольшее распространение получили ВД на основе инвертора тока с естественной коммутацией (Ж), что связано с его относительно низкой стоимостью и габаритами. Однако наряду с этим ВД с ЕК имеют определенные недостатки, которые обусловлены их работой только при опережающем токе. Установка значительного угла опережения включения вентилей ро (для обеспечения надежной коммутации) приводит к снижению перегрузочной способности и использования двигателя по моменту, увеличению пульсаций электромагнитного момента и частоты вращения, необходимости введения искусственной коммутации при пуске. Кроме того, наличие значительной размагничивающей составляющей реакции якоря приводит к нарушению статической устойчивости механических характеристик, что требует либо увеличения объема меди обмотки возбуждения и мощности возбудителя, либо усложнения конструкции двигателя и повышения затрат меди при его изготовлении из-за установки компенсационных обмоток.

В настоящее время в ряде научных коллективов ведутся работы по созданию надежных и экономичных ВД с искусственной коммутацией (ИЮ, позволяющих снизить отмеченные недостатки ВД с ЕК. В них используется управляемый полупроводниковый коммутатор,работающий в режиме либо инвертора напряжения (ИН), либо инвертора тока (ИТ). Однако в ВД с ИН при длительности включающих импульсов, подаваемых на основные уцравляемые вентили, равной 180 эл.град., реализуются мягкие механические характеристики и оказывается проблематичным достижение высоких значений КПД и коэффициента мощности, а в ВД с ИТ в случае положительных значений угла опережения ро , при которых достигаются наиболее высокие энергетические показатели, как и в ВД с ЕК может быть нарушена статическая устойчивость механических характеристик.

С учетом изложенного, в настоящей работе поставлена цель разработать вентильный двигатель с искусственной коммутацией, который позволил бы реализовать жесткие, статически устойчивые механические характеристики при достаточно высоких энергетических показателях, т.е. по свойствам занимал бы промежуточное положение между вентильным двигателем с инвертором напряжения и вентильным двигателем с инвертором тока. Далее такой двигатель называется вентильным двигателем с гибридным инвертором ( ВД с ГИ).

В работе использованы: метод исследования переходных процессов, построенный на принципе постоянства потокосцепления за сверхпереходным сопротивлением; метод гармонического анализа; метод планирования эксперимента и элементы математической статистики.

Экспериментальная часть работы выполнена на макетном и опытных образцах. В макетном образце в качестве электромехани -ческой части использована серийная синхронная машина типа СГР-6 мощностью 4,5 кВт, в опытных образцах - специальная бесконтактная синхронная машина с когтеобразными полюсами типа СДБ 51-4 мощностью 5,5 кВт, разработанная Физико-энергетическим институтом АН Латв.ССР совместно с УЗПИ.

В результате проведенных исследований получены следующие новые научные положения: разработан вентильный двигатель с гибридным инвертором; разработана его математическая модель,учитывающая изменение структуры цепей якорной обмотки при различных режимах управления и нагрузки; выполнены исследования кривой фазного тока, которые позволили установить влияние токов в ко-роткозамкнутых контурах на результирующий магнитный поток машины; исследованы электромагнитный момент, противоЭДС машины и разработан метод расчета скоростных характеристик; определено влияние параметров двигателя и режимов уцравления на статическую устойчивость скоростных характеристик; разработаны практические рекомендации, реализованные в опытных образцах.

Практическая ценность работы заключается в разработке алгоритмов и программ для расчета электромеханических и электромагнитных процессов на ЦВМ, разработке рекомендаций по проектированию вентильных двигателей с гибридными инверторами, а также в разработке и внедрении опытных образцов.

Полученные результаты использованы заводом "Электромашина" (г.Харьков) с экономическим эффектом от внедрения в сумме 14070 рублей.

Основные положения работы докладывались на 2-й Всесоюзной научно-технической конференции по бесконтактным машинам постоянного тока, г.Москва, 28-30 октября 1975 г., на 8-й Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам автоматизированного электропривода, силовых полупроводниковых приборов и преобразователей на их основе, г.Ташкент, 16-19 октября 1979 г., на научных семинарах кафедры "Электрические машины и аппараты" УЗПИ, 1975-1983 г.г.

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Диссертация включает четыре главы.

В первой главе дано краткое описание электромеханической части ВД, приведено сравнение ВД с естественной и искусственной коммутацией, проанализщюваны основные схемы коммутации и режимы инвертирования ВД с искусственной коммутацией, рассмотрены известные методы теоретического исследования ВД, сформулированы конкретные задачи, подлежащие решению в настоящей работе.

Во второй главе на основе теории переходных процессов машин переменного тока, преобразований Парка-Горева и принципа постоянства потокосцеплений проведен анализ электромагнитных про -цессов в БД с ГИ, в частности, дано описание возможных видов коротких замыканий (к.з.) между фазами двигателя через вентили обратного диодного моста.

В третьей главе проведен гармонический анализ кривой фазного тока, пульсаций и постоянной составляющей МДС якоря, исследовано влияние токов к.з. на действующее значение фазного тока.

В четвертой главе проведено исследование пульсаций и сред -него значения электромагнитного момента ВД с ГИ, получены уравнения его скоростных характеристик при образовании различных видов к.з., проанализирована статическая устойчивость этих характеристик .

Диссертационная работа выполнена в Украинском заочном политехническом институте им. И.З.Соколова в процессе исследований, выполняемых по постановлению Государственного комитета по науке и технике СССР и Госплана СССР от 22.10.80 г. № 520/260 в части этапа 06.01.03.03. "Создать и освоить в производстве бесколлек -торные электродвигатели с электромагнитным возбуждением для механизмов главного движения металлорежущих станков", а также заданию 1.9.6.1.2.13.2. координационного плана Научного Совета АН УССР по комплексной проблеме "Научные основы электроэнергетики" на 1981-1985г.г."Исследование и разработка вентильных двигателей с принудительной коммутацией". Тема диссертации также связана с хоздоговорными научно-исследовательскими работами кафедры элек -трических машин и аппаратов (номера государственной регистрации отчетов: № 74041947, № 75039887, № 78035323).

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Электромеханическая часть вентильных двигателей постоянного тока

Вентильный двигатель состоит из двух основных частей - электромеханической (электрическая машина синхронного типа) и электронной (управляемый полупроводниковый коммутатор). Требования к конструктивному исполнению электромеханической части (ЭМЧ) зависят от мощности привода, верхнего предела частоты вращения,условий окружающей среды, способа коммутации (естественная, искусственная) и других факторов.

В отношении обмотки якоря основной воцрос состоит в выборе количества секций (фаз) и схемы их соединения /2, 3, 4, 5 /.Возможности же выбора той или иной конструктивной схемы системы возбуждения существенно шире / б, 7, 8 /. Если имеется требование выполнения ЭМЧ бесконтактной, то могут быть использованы машины без обмоток возбуждения (с постоянными магнитами,реактивные,гис-терезисные), с неподвижными обмотками возбуждения (индукторные, с когтеобразными полюсами), с вращающимися выцрямителями и возбудителями синхронного или асинхронного типа. Если требование бесконтактности отсутствует, то конструкция ЭМЧ ВД может быть либо нормальной (вращающаяся обмотка возбуждения с двумя контактными кольцами), либо обращенной (вращающаяся обмотка якоря с контактными кольцами, количество которых зависит от числа секций и схемы их соединения).

ЭМЧ первых ВД, предложенных в тридцатые годы Керном,Алексан-дерсоном, Уиллисом /9, 10, II /, представляла собой синхронные машины обычного исполнения (вращающаяся обмотка возбуждения) с многофазными лучевыми якорными обмотками (/??>3 ). Однако исследования ВД с трехфазной лучевой обмоткой якоря, проведенные советскими учеными Тихменевым Б.Н. (1934 г.), Завалишиным Д.А. и Вегнером 0.Г.(1936 г.), Бутаевым Ф.И. и Эттингером Е.Л.(1937 г.) /12, 13, 14 /, показали, что в качестве ЭМЧ БД средней и большой мощности может использоваться трехфазная синхронная машина. Поскольку увеличение числа фаз приводит к росту количества управляемых вентилей, т.е. усложняет и удорожает управляемый полу-цроводниковый коммутатор, применение многофазных якорей может оказаться целесообразным только в ВД большой мощности, где из-за больших токов возникает необходимость параллельного включения тиристоров / 15, 16 /. При необходимости снижения пульсаций электромагнитного момента могут быть использованы машины с двумя трехфазными, сдвинутыми в цространстве на угол 30 эл.град., об -мотками на одном якоре /17, 18 /.

В ВД малой мощности число фаз обмотки якоря для упрощения транзисторного коммутатора обычно не превышает четырех /19, 20/. По способу соединения отдельных фаз между собой обмотки могут быть замкнутые (как у машин постоянного тока), лучевые (с общей точкой всех фаз),параллельные (через коммутатор фазы подключены параллельно к источнику питания) и последовательные (фазы через коммутатор соединены последовательно) / 21, 22, 23 /.

В ВД средней и большой мощности обычно црименяются трехфазные лучевые обмотки, поскольку цри использовании трехфазных замкнутых обмоток из-за циркуляции третьей и кратных трем гармоник тока якоря ухудшаются энергетические показатели двигателя /24,25/.

ВД без обмотки возбуждения отличаются простотой конструкции, высокой надежностью,возможностью работы при высоких частотах вращения. Однако у них ограничены возможности регулирования частоты вращения и направленного формирования выходных характеристик.Кроме того, по своим энергетическим показателям эти двигатели могут быть использованы только в приводах малой мощности / 21,23, 26 /.

Так, фирма "Siemens" (ФРГ) выпускает БД с постоянными магнитами на роторе при искусственной коммутации цреобразователя частоты на мощности 7,5 - 22 кВт с диапазоном регулирования частоты вращения 0 - 3000 об/мин / 27 /.

ВД, ЭМЧ которых выполнена с неподвижными обмотками возбуждения, в отличие от ВД без обмоток возбуждения, позволяют использовать преимущества двухзонного регулщювания частоты вращения и могут выполняться на значительные мощности. Среди этих двигателей, несмотря на некоторые недостатки (более высокие по сравнению с другими конструкциями ЭМЧ массогабаритные показатели, наличие дополнительных зазоров / 28 /), наиболее перспективными для бесконтактного привода средней мощности являются ВД, ЭМЧ которых представляет собой бесконтактный синхронный двигатель с когтеоб-разными полюсами. Для бесконтактных ВД большой мощности целесообразно црименение ЭМЧ с вращающимися обмотками возбуждения и выпрямителями, поскольку по сравнению с ВД с когтеобразными полюсами они отличаются лучшим использованием магнитного потока / 7 /.

Так, японской фирмой "TOSHIBA" / 29 / освоен выпуск бесконтактных ВД серии MF РАСК-Ш на базе синхронного двигателя с когтеобразным ротором на мощности 3,7 - 300 кВт при номинальных частотах вращения 850, П50,и 1750 об/мин и на базе обычного синхронного двигателя с вращающимися трансформатором и выпрямителем на мощности 300 - 1500 кВт при номинальных частотах вращения 850 и 1150 об/мин. Диапазон регулирования частоты вращения этой серии ВД составляет 1:10.

В ВД средней и большой мощности используются также обычные синхронные машины нормальной или обращенной конструкции. Однако наличие контактных колец ограничивает область применения таких ВД, снижает их надежность, требует профилактических осмотров и ремонта узла токоподвода. В частности, ВД серии MF PACK' ¡У фирмы "TOSHIBA " в диапазоне мощности 3,7 - 1750 кВт выполнены на базе обращенной синхронной машины и снабжены продольной и поперечной компенсационными обмотками / 30 /.

ВНИИэлектромаш, СКВ завода "Электромаш" (г.Тирасполь) и СКВ Лысьвенского турбогенераторного завода разработали несколько ВД различного назначения, в том числе / 8 /: бесконтактный ВД с неявным звеном постоянного тока и вращающимися трансформатором и выпрямителем мощностью 500 кВт, номинальной частотой вращения 100 об/мин (диапазон регулирования 1:5) для привода перемешивающего устройства ферментаторов в микробиологической промышленности; ВД с явным звеном постоянного тока с контактными кольцами и обмоткой статора, выполненной в виде двух звезд,сдвинутых между собой на 30 эл.град., мощностью 1600 кВт, номинальной частотой вращения 6000 об/мин (диапазон регулирования от 3500 до 6600 об/мин) для компрессоров холодильных машин.

ЭМЧ ВД обычно снабжается демпферной обмоткой, что приводит к снижению сверхпереходных параметров x"d и Xq и тем самым способствует улучшению условий коммутации (повышает устойчивость естественной коммутации, уменьшает установленную мощность узлов принудительной коммутации) /31, 32, 33 /.

Обобщая изложенное можно отметить, что в диапазоне средних мощностей к наиболее надежным и пригодным для эксплуатации в тяжелых условиях, очевидно, следует отнести ВД с когтеобразными полюсами и неподвижными обмотками якоря и возбуждения, что обусловлено их полной бесконтактностьго, отсутствием вращающихся обмоток и возможностью реализации закрытого обдуваемого исполнения / 34 /. В ВД на большие мощности предпочтение следует отдать ЭМЧ с вращающимися выцрямителями, если верхний предел частоты вращения невысок, и ЭМЧ обращенной конструкции (с контактными кольцами) - при высоких частотах вращения.

Заключение диссертации по теме «Электромеханика и электрические аппараты», Чебитько, Анатолий Евгеньевич

Выводы главы можно сформулировать следующим образом.

1. Исследование среднего значения электромагнитного момента показало, что:

- основная составляющая момента имеет наибольшие значения в зоне углов опережения, близких к нулю;

- в режиме холостого хода двигателя при образовании как двухфазных, так и трехфазных к.з. I вида его добавочный момент равен нулю, при образовании же двухфазных к.з. 2 вида имеет место тормозное действие этого момента;

- в режиме нагрузки при образовании как двухфазных, так и трехфазных к.з. I вида добавочный момент отрицателен, причем во втором случае его тормозное действие больше, чем в первом, и может достичь 12-15% от номинального момента двигателя. При двухфазных к.з. 2 вида добавочный момент может быть как положительным (при р>о^.0 )» так и отрицательным (цри О )•

2. В результате анализа пульсаций электромагнитного момента установлено, что:

- пульсации добавочного момента при холостом ходе двигателя существенно зависят от значения угла . С уменьшением угла опережения уровень этих пульсаций заметно усиливается и цри р>0 < 0 может превысить величину номинального момента;

- с ростом нагрузки в случае ^0-СОП5>Ь при образовании двухфазных к.з. I вида пульсации добавочного момента снижаются, при образовании трехфазных к.з. I вида - изменяются незначительно и при образовании двухфазных к.з. 2 вида - заметно возрастают, особенно в случае ¡Ъ0<0 .

Таким образом, с точки зрения как уменьшения пульсаций электромагнитного момента, так и обеспечения высоких энергетических показателей эксплуатация ВД с ГИ целесообразна только при положительных углах опережения. Однако, чтобы не допустить заметного снижения среднего момента двигателя, угол р0 не должен превышать 30-35°.

3.Установлено, что пульсации цротивоЭДС в ВД с ГИ при образовании двухфазных к.з. I вида или 2 вида ниже, чем в ВД с ИТ (при одинаковых режимах работы), что может быть отнесено к достоинствам первого. Работа ВД с ГИ цри образовании трехфазных к.з. I вида сопровождается весьма значительными пульсациями цротивоЭДС, однако этот режим не является характерным, поскольку возможен только при достаточно больших значениях угла ро и низких значениях тока нагрузки.

4. Анализ уравнений скоростных характеристик, а также результаты их расчета и экспериментального исследования показали, что

- в ВД с ГИ можно реализовать также, как и в ВД с ИТ или ИН, двухзонное регулрфование частоты вращения, т.е. как по якорю,так и по обмотке возбуждения;

- частота вращения холостого хода ВД с ГИ существенно зависит как от знака, так и от модуля угла опережения, в то время как у ВД с ИТ при противоположных значениях угла р0 она одинакова. Особенно большое увеличение частоты вращения наблюдается при увеличении угла ро в зоне образования трехфазных к.з. I вида;

- в случае у6о>0 образование к.з. контуров как I, так и 2 вида способствует снижению частоты вращения ВД с ГИ с ростом тока нагрузки.

5. Исследование статической устойчивости скоростных характеристик ВД с ГИ, проведенное с помощью метода план!фования эксперимента, а также экспериментальные исследования на макетном и опытных образцах показали, что:

- БД с ГИ, выполненные на базе синхронных машин общепромышленного назначения, обладают статически устойчивыми скоростными характеристиками при любом сочетании их параметров;

- увеличение угла Д , величин^ , и уменьшение величин Е = способствуют снижению жесткости скоростных характеристик. В зависимости от соотношения указанных факторов угол наклона скоростных характеристик к оси абсцисс может изменяться от - 0,58° до -24,4°.

6. В результате экспериментальных исследований, установлено, что БД с ГИ обладают высокой перегрузочной способностью, коммутационной устойчивостью и эксплуатационной надежностью как в квазиустановившихся, так и в переходных режимах. Его энергетические показатели достигают наибольших значений при р>0 =15-40°. Полная бесконтактность БД с ГИ, выполненного на базе бесконтактного синхронного двигателя с когтеобразными полюсами, обеспечивает безопасность его эксплуатации независимо от условий окружающей среды.

247

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе разработан и исследован вентильный двигатель со специфическим инвертором, который включает в себя элементы вентильных двигателей как с инвертором тока, так и с инвертором напряжения, и получил поэтому наименование вентильного двигателя с гибридным инвертором. Обладая узлами принудительной коммутации, а также имея обратный диодный мост и реактор в звене постоянного тока, такой двигатель может эксплуатироваться при вариации в широких пределах углов управления и режимов питания как в цепи якоря, так и в цепи возбуждения.

Основным итогом теоретических и экспериментальных исследо -ваний являются следующие результаты.

1. Разработанная математическая модель вентильного двигателя с гибридным инвертором дает возможность проводить качественный и количественный анализ электромагнитных и электромеханических процессов, а также определять изменение характера их протекания при изменении соотношения параметров, режимов управления и нагрузки двигателя. Это позволило установить, что по якорной обмотке ВД с ГИ, помимо основного тока, обусловленного входным током инвертора, могут протекать добавочные реактивные токи, обусловлен -ные образованием короткозамкнутых контуров одной из трех разновидностей: двухфазных - I или 2 вида, трехфазных - I вида.

2. Режим работы ВД с ГИ с образованием к.з. контуров I вида является экономически и энергетически наиболее целесообразным, поскольку приводит к повышению коммутационной устойчивости инвертора, позволяет снизить мощность узлов принудительной коммутации, повысить cos Ч* и снизить потери.Реализация такого режима воз -можна только при положительных значениях угла опережения включе -ния вентилей р>0

3. Благодаря воздействию МДС от добавочных токов к.з. продольная составляющая реакции якоря в ВД с ГИ при положительных углах опережения ро автоматически стабилизируется, т.е. эффект размагничивания машины от основной составляющей тока якоря оказывается скомпенсированным без применения каких-либо дополните -льных мер (отпадает необходимость в подмагничивании машины либо за счет увеличения объема обмотки возбуждения и мощности возбудителя, либо за счет установки компенсационных обмоток).

4. Для снижения до минимума отрицательного влияния на рабочие свойства ВД с ГИ содержащихся в кривой фазного тока высших гармонических (уменьшения пульсаций электромагнитного момента и частоты вращения, а также потерь в меди обмоток и стали магнито-провода) и поддержания на достаточно высоком уровне постоянной составляющей электромагнитного момента значение угла опережения должно находиться в пределах О < Д^: 30° .

5. Вследствие специфического воздействия добавочных токов якоря среднее значение противоЭДС ВД с ГИ с ростом тока нагрузки возрастает, что обеспечивает предпосылки образования статически устойчивых скоростных характеристик. Более низкие, чем у ВД с инвертором тока, пульсации противоЭДС ВД с ГИ позволяют снизить индуктивность и, как следствие, габариты сглаживающего реактора в звене постоянного тока.

6. Получено уравнение, которое позволяет в зависимости от параметров обмоток двигателя определять закон регулирования угла опережения Д , обеспечивающий полное отсутствие к.з. контуров в любом режиме работы ВД с ГИ.

7. Разработанная методика расчета электромагнитных процессов, протекающих в ВД с ГИ, и его электромеханических характеристик может быть распространена на двигатели без демпферной обмотки. В этом случае во всех соотношениях сверхпереходные параметры х^ и ч

Ху заменяются соответственно на переходное индуктивное сопротив ление по продольной оси и поперечное синхронное сопротивление по поперечной оси Ху •

8. Разработанные полиномиальные модели ВД с гибридным инвертором позволяют получить его скоростные характеристики для заданных значений параметров при различных режимах управления и возбуждения двигателя. Анализ возможности использования в режиме ВД обычных синхронных машин показал, что схема ВД с гибридным инвертором позволяет реализовать статически устойчивые скоростные и выгодные энергетические характеристики. Угол наклона скоростных характеристик таких двигателей к оси абсцисс может находиться в пределах от -24,4° до -0,58°.

9. Практические рекомендации, обоснованные в настоящей работе, позволили разработать, изготовить и внедрить на харьковском заводе "Электромашина" ВД с ГИ на базе синхронного двигателя с внешнезамкнутым магнитным потоком типа СДБ 51-4. Экспериментальные исследования и опытно-промышленная эксплуатация ВД с ГИ подтвердили их высокие эксплуатационные свойства, высокую коммута -ционную устойчивость, низкий уровень шумов и вибраций. Экономи -ческий эффект от внедрения составил 14070 руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чебитько, Анатолий Евгеньевич, 1984 год

1. ГЛЕБОВ И.А. Научно-технические проблемы электромеханики. -Электротехника, 1980, № 1. с.10-15.

2. ЕУТАЕВ Ф.И. Вентильный двигатель с раздельным питанием фаз статора. Электротехника, 1971, № 7, с.6-8.

3. КУЧУМОВ В.А. Силовые схемы вентильных тяговых двигателей для электроподвижного состава. Электротехника, 1970, № 12,с.33-35.

4. ЗАВАЛИШИН Д.А. Новые схемы преобразователей частоты и генераторов с ионным коллектором. Изв. АН СССР, 1958, № 8, с.81-87.

5. ТИХОМИРОВ Б.Д., ИЗВЕКОВ И.И. К выбору числа фаз вентильного двигателя. В кн.: Электрооборудование цромышленных предприятий. - Чебоксары, 1973, вып.2, с.26-32.

6. ГЛЕБОВ И.А. Системы возбуждения синхронных генераторов с управляемыми преобразователями частоты в электроприводах. Л.: Энергия, 1969. - 184 с.

7. ЗИННЕР Л.Я., СКОРОСПЕШКИН А.И. Вентильные двигатели постоянного и переменного тока. М.: Энергоиздат, 1961. - 136 с.

8. ЛЕБЕДЕВ Н.И. Электрические и конструктивные схемы мощных вентильных двигателей. В кн.: Вентильные электродвигатели. - Л.: ВНИИэлектромаш, 1981, с.95-108.

9. KERNE. Dez. Kommutcutoziose ELnphasen LoKomotivmotoz flit 40 Bis» 60 Hezz- EteKtzUche Bahnen, 4934,1. N44, s.343,

10. ALEKAMDERSOM E.F.W., MITTAG- A.H. Thyzatton mo-toz.-Eeec. Eng, 1934, V.53, N44^.4547 4523.

11. WILLIS C.H. A stuc/y of the Thyzctizon Commutator Motoz-G-en. Евес. Rev., 4933, v.36, N*2,p. 76-20.

12. ТИХМЕНЕВ Б.Н. Новые схемы вентильного двигателя. Электричество, 1935, № 12, с.39-46.

13. ЗАВАЛИШИН Д.А., ВЕГНЕР О.Г. Новые схемы вентильных двигателей. Электричество, 1936, № 3, с.6-13.

14. БУТАЕВ Ф.И., ЭТТИНГЕР Е.Л. Новые схемы вентильных двигате -лей. Вестник электропромышленности, 1937, № 2, с.10-13.

15. KOLLEMSPERG-ER TOVAR К. Stwmzichtezmotozen дю-регеь Leistung.-Siemens-z, 1969у Bd45,№&, s.6&6-690.

16. A1CHHOLZER Ein пеиеъ UrnzichtetcfntzueB mit natuz-iichez Kommutuetung, EEeKtzotechniK und Maschinenbau, 4969, ВЫ 86y s. £34-244.

17. ЗАВАЛИШИН Д.А. Сдвоенная каскадная схема асинзфонных двигателей с ионным преобразователем для привода мощных вентиляторов. Электросила, № II, 1952, с.20-28.

18. ВЕНТИЛЬНЫЕ двигатели и их применение на электроподвижном составе / Б.Н. Тихменев, Н.Н.Горин, В.А.Кучумов, В.А.Сенаторов; Под ред. Б.Н.Тихменева. М.: Транспорт, 1976, - 280 с.

19. КОПЫЛОВ И.П., ПАНФЕРОВ Ю.Б. Микродвигатели постоянного токас коммутаторами на магнитно-уцравляемых контактах. М.: Энергия, 1976. - 89 с.

20. ЛОДОЧНИКОВ Э.А., ШЕРОВ Ф.М. Микродвигатели для систем автоматики. Технический справочник. М.: Энергия, 1969. - 272 с.

21. ДУБЕНСКИЙ A.A. Бесконтактные двигатели постоянного тока.-М.: Энергия, 1967. 144 с.

22. ОВЧИННИКОВ И.Е. Классификация схем обмоток бесконтактных двигателей. В кн.: Двигатели постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами. -Л.: Наука, 1972, с.38-44.

23. ОВЧИННИКОВ И.Е., ЛЕБВДЕВ Н.И. Бесконтактные двигатели постоянного тока автоматических устройств. Л.: Наука, 1966. -187 с.

24. АРАКЕЛЯН A.K., АФАНАСЬЕВ A.A., ЧИЛИКИН М.Г. Вентильный электропривод с синхронным двигателем и зависимым инвертором. -М.: Энергия, 1977. 224 с.

25. ГЛЕБОВИЧ A.A. К воцросу об обмотках вентильного двигателя.-Электричество, 1933, № 19, с.44-48.

26. ЦОКАНОВ В.В., КОССОВ O.A. Бесколлекторный цривод постоянного тока. Электричество, 1963, № I, с.22-26.

27. Сгаес/е Н.А dqv вгисЬ^езь de dzive ог Lndustií&e ро\л/ег zanjes and oppitations. — Con f. E Beet г. Vctz. Speed Dzíves, №2. London, 1972, p. 77-S2.

28. КУЦЕВАЛОВ B.M., КОВАЛЮК Л. А. Электромагнитный расчет бесконтактных синхронных электродвигателей с внешним магнитопрово-дом. Рига: Зинатне, 1973. - 88 с.

29. TOSHIBA АС thyzistomotoz MF PACK ill. TOSHIBA KS A -E -99093-4} <197?.- p.

30. OTA X., МОРИ И., УЭЯМА M., ВАТАНАБЭ И. Тиристорный двигатель постоянного тока MF PACK-IV . Пер.№7965/2-19 с. Тосиба Рэбю, 1974, № 4, т.29, с.355-358.

31. ЧИЛИКИН М.Г., АРАКЕЛЯН А.К., АФАНАСЬЕВ A.A. Коммутация синхронной машины, питаемой через зависимый мостовой преобра -зователь частоты. Электричество, 1967, № 8, с.61-65.

32. ОВЧИННИКОВ И.Е. Коммутационная устойчивость, электромагнитный момент и главные размеры вентильного двигателя. В кн.: Вентильные электродвигатели.-Л.: ВНИИэлектромаш, I98I,c.3-2I.

33. ЗИННЕР Л.Я. СКОРОСПЕШКИН А.И. К теории и расчету коммутации машин постоянного тока с управляемым вентильным коммутатором. В кн.: Электрические машины.- Куйбышев, КПтИ, вып.2, 1975,с. 78-87.

34. РИЛ U. The conveztez. fed 3zuch£ess synchronous motoz. I nt. ConPowez EBectwn. - Powez Semicond. and Аррв.у S9M. London, 49М% p. 7S-76.

35. Rl/lblNflT U.M. c/e, ROHET A. Thytisbz ncctuzaBiy commu-tatez convQztezs foz vazüxßBe speed diives miih high powez ac machines. Int. Conf. Powez Etectwn.- Powe г Semicond. and AppE1974. London, p. №46*.

36. STEMMLER И. AntiUßssystem und eEe/dwnische RegeBein-zidrtung dez getzieSeßossen RohzmüBEe.- blown Bowezl Mitt, то, ВЫ57, л/39S.

37. БАРАНОВ Б.К., СТРОМИН Б.А., СОКУТ Л.Д., МАСЮК А.Я. Электрооборудование электровоза ВЛ80В.- Электротехника, 1973, № 8, с.36-40.

38. АФАНАСЬЕВ A.A., НИКИФОРОВ В.Е. Рабочие характеристики вентильного двигателя с компенсационной обмоткой. Электротехника, 1975, № 10, с.16-18.

39. КОХРЕИДЗЕ Т.К. Исследование стационарных режимов бесконтактного двигателя постоянного тока с полупроводниковым коммутатором. В кн.: Бесконтактные машины постоянного тока и их применение в промышленности и народном хозяйстве. - М.,1978, с.116-121.

40. ХАМУДХАНОВ М.З., САЙФУЛАЕВ И. Вентильный двигатель постоянного тока с независимым возбуждением.- В кн.: Изв. АН УзССР. Сер.техн.наук.- Ташкент, 1965, № 3, с.5-15.

41. БАЕВ A.B., ВОЛКОВ Ю.К., ДОЛИНИН В.П., KOFHEEB В.Я. Вентильные преобразователи с конденсаторами в силовых цепях.-М.¡Энергия, 1969. 256 е.

42. СИТНИК Н.Х., НЕКРАСОВ Л.Т., ЕЕРКОВИЧ Е.И., ЯГУПОВ С.М. Автономные инверторы с отделенными от нагрузки конденсаторами.-М.: Энергия, 1968. 96 с.

43. ШУКАЛОВ В.Ф. Электромагнитные процессы в трехфазном мостовом инверторе с ограниченными коммутирующими конденсаторами.- В кн.: Труда Ленингр.ин-та авиационного приборостроения.-Л., 1962, вып.36, с.82-118.

44. ГЛАЗЕНКО Т.А., ГОНЧАРЕНКО Р.Б. Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах.- Л.: Энергия, 1969.-184 с.

45. КАРТАПЮВ Р.П., КУЛИШ А.К., ЧЕХЕТ Э.М. Тиристорные преобразователи частоты с искусственной коммутацией. Киев.¡Техника, 1979. - 152 с.

46. САНДЛЕР A.C., ГУСЯЦКИЙ D.M. Электроприводы с полупроводниковым управлением. Тиристорные инверторы с широтно-импульсной модуляцией. М.¡Энергия, 1968. - 96 с.

47. БЕДФОРД Б., ХОФТ Р. Теория автономных инверторов. Перевод с англ. М.: Энергия, 1969. - 280 с.

48. ГОНЧАРОВ Ю.П., ЕРМУРАТСКИЙ В.В., ЗАИКА Э.И., ШГЕЙНБЕРГ Л.Ю. Автономные инверторы. Кишинев.: Штиинца, 1974. - 336 с.

49. КРИВИЦКИЙ С.О., ЭППГГЕЙН И.И. Динамика частотно-регулируемых электроприводов с автономными инверторами. М.: Энергия, 1970. - 150 с.

50. ТОЛСТОВ Ю.Г. Автономные инверторы тока. М.: Энергия, 1978.208 с.

51. ФРУМИН В.Л. ,РАДЗИШЕВСКИЙ Ю.А.,ЛУХИН D.B. Исследование рабочих свойств бесконтактного двигателя постоянного тока с учетом режима инвертирования.- В кн.: Бесконтактные электрическиемашины. Рига: Зинатне, 1978, вып.17, с.92-106.

52. АРАНЧИЙ Г.В., ЖЕМЕРОВ Г.Г., ЭПШТЕЙН И.И. Тиристорные преобразователи частоты для регулируемых электроцриводов. М.: Энергия, 1968. - 128 с.

53. СЕРКОВ О.А. Вентильный двигатель с принудительной коммутацией. В кн.: Электрооборудование промышленных предприятий. -Чебоксары, 1974, вып.З, с.64-75.

54. ИВАНОВ Г.Г., ДИРБА Я.А., КУЦЕВАЛОВ В.М. Диаграмма тока и свойства синхронной машины, работающей совместно с инверто -ром напряжения. Электричество, 1979, № 8, с.55-57.

55. ЛЕКСАЧЕНКО Т.А. Расчет механических характеристик вентильного двигателя с принудительной коммутацией. В кн.: Труды Ленингр.ин-та авиац-го приборостроения. - Л., 1973, вып.83, с.39-46.

56. АЛЕХИН А.Е., ПЕТРОВ Я.В., СУЗДОРФ В.И.Формирование связей в тиристорном электроприводе с двигателем последовательного возбуждения.- В кн.: Элементы и устройства автоматики. Межвузовский сборник. Красноярск, 1982, с.38-42.

57. ЛИФАНОВ В.А., ВОРОНИН С.Г. Анализ энергетических показате -лей бесконтактных двигателей постоянного тока.-В кн.: Сборник научных трудов Челябинского политехнического ин-та. -Челябинск, 1973, № 124, с.4-10.

58. VEICH C.V. Vas stationaie &e£bL&êvezha£te2. с/ег G-eeich-stommaschinG. mit e&ztitwni&di&rL Kommuiatob. Ed&Ktù-e >970. Bctât, V9) S.32S-322.

59. ВЕВЮРКО И.А. Некоторые вопросы теории бесконтактных микродвигателей постоянного тока.- В кн.: Двигатели постоянного тока с полупроводниковым коммутатором. Л.: Наука, 1972, с.6-18.

60. FIN К R.A. The êzuchêess de, rnotots ¿¿пк of sysfern vezsatieity. СопЬг. Enf., 49Щ VJ7} N6, p. 75-78.

61. LI.SKA M., SIMOTRON К. Diehzoi уггеуеШг Kàlnont zee Se mit EZexibonenmotozen fut industzieêêe Anwendungen.- Siemens -г, №è, Bd 46, N 4, S.

62. ЛУТИДЗЕ Ш.И. Основы теории электрических машин с управляемым полупроводниковым коммутатором. М.: Наука, 1968. - 303 с.

63. НАЗИКЯН А.Г., ХУЗЛИЕВ И.К. Вопросы теории и расчета коммутации электродвигателя постоянного тока с управляемым вентильным коммутатором. Изв.вузов.Электромеханика, 1970, № I,с.57-60.

64. G-ODW1N &.L,MERRIL E.F. Oscieêaéoчу toiyues dwdncj synchzonous motoz staztiny. /. E.E.E., New Уогк, {970, p. -/36.

65. G-ARRIVO M.S. Contziëutœn а ва iheozœ. dynamique des systems eiectwme.chaniquesE.N.S.B.M., Nancy, {968, N9, p. /3-^У.

66. ЗИННЕР Л.Я. Вопросы теории, разработки и исследования вентильных двигателей постоянного тока. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора техн.наук.Харьков, 1979,50 с.

67. ЗАВАЛИШИН Д.А. ,ВЕГНЕР О.Г. Теория и основы расчета вентильного двигателя, коммутируемого с помощью тиратронов.- В кн.: Труды Ленингр.индустриального ин-та.-Л.,1936, вып.5,с.245-27I.

68. ВЕГНЕР О.Г. Теория вентильного двигателя.- В кн.: Сборник работ молодых ученых. Л., 1940, с.106-141.

69. ГУБАНОВ М.И. Коэффициент использования и к.п.д.вентильного двигателя. Электричество, 1933, № 14, с.35-38.

70. ГУБАНОВ М.И. Процессы коммутации в вентильном двигателе.-Электричество, 1933, № 16, с.23-30.

71. ДИМИТРИАДЗЕ A.C. Основы рабочего процесса вентильного двигателя для электровозной тяги.- Электричество, 1933, № 3-4,с.18-22.

72. НИТУСОВ E.B., ЭТТИНГЕР E.JI. Некоторые вопросы теории вентильного двигателя. В кн.: Труды Моск. ин-та механизации и электрификации сельского хозяйства. - М.: Сельхозгиз, 1939,с.21-45.

73. VEICH C.V. Ъсе KontaxtEose Ezzeyuny des stzomziMez.-yespeesten Synchwnrnotois mit RevezsiezSettcei. — Efextiie, 4975, 3d 25, Ы5, £>.40-15.

74. BRADLEy V.A. AdjustaSße -fzeuquency invebtobs. алсУ theiz appELcatLon io vavia&te -speed dzives.- Proceedings I.E. E., 4965, Vot.444, А18, р. 40-М.

75. SATO А/. A GzuchBess de, motoz with azmatuze induced voEtaye commutation. I, E. E, E. Tians. Powe г Арраг. and Syst.j 4972, V.94, N4, p. 44&5-449B.

76. ГЛЕБОВ И.A., ЛЕВИН B.H., РОВИНСКИЙ П.А., РЯБУХА В.И. Вентильные преобразователи в цепях электрических машин.- Л.: Наука, 1971. 228 с.

77. КУЧУМОВ В.А., СЕНАТОРОВ В.А. Об электромагнитных процессах в вентильном двигателе при идеально сглаженном токе. В кн.: Труды ЩИИ МПС. - М.: Транспорт, 1969, вып.388, с.40-49.

78. АФАНАСЬЕВ A.A. Добавочные моменты синхронной машины, работающей совместно с преобразователем частоты. В кн.: Электрооборудование промпредприятий. - Чебоксары, 1973, вып.2,с.3-8.

79. АРАКЕЛЯН А.К., АФАНАСЬЕВ A.A., АНДРЕЕВ Г. А., РЯЗАНЦЕВ Г.Е. Расчетно-экспериментальное определение добавочных потерь вентильного двигателя.- В кн.: Электрооборудование промпредприятий.- Чебоксары, 1973, вып.2, с.9-21.

80. ФРУМИН В.Л.,Метод ориентированных координат для анализа энергетических процессов в вентильных двигателях.- В кн.: Бесконтактные электрические машины.-Рига: Зинатне, 1982,вып.21,с.6-20.

81. МАКАРОВ И.В., СИДЕЛЬНИКОВ Б.В. Нелинейная математическая модель насыщенного вентильного двигателя постоянного тока. -Электротехника, 1979, № 5, с.16-20.

82. СИПАЙЛОВ Г.А., ЛООС A.B. Математическое моделирование элек -трических машин. М.: Высшая школа, 1980. - 176 с.

83. КОНОНЕНКО Е.В., СИПАЙЛОВ Г.А., ХОРЬКОВ К.А. Электрические машины (специальный курс).- М.: Высшая школа, 1975. 279 с.

84. ВАЖНОВ А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока.-JI.: Энергия, 1980. 256 с.

85. ГОРЕВ A.A. Переходные процессы синхронной машины. М.: Г'ос-энергоиздат, 1950. - 551 с.

86. ЗИННЕР Л.Я., КОРОТАЕВ В.П., СКОРОСПЕШКИН А.И. Реакция якоря вентильного двигателя.- Изв.вузов. Электромеханика, 1976, Jf8, с.845-851.

87. ГАНАГА Е.Ф. Реакция якоря вентильного двигателя с искусственной коммутацией. В кн.: Электротехника. - Алма-Ата, 1975, вып.2, с.90-94.

88. ПРОЕКТИРОВАНИЕ электрических машин/ И.П.Копылов, Ф.А.Горяинов, Б.К.Клоков и др., Под ред.И.П.Копылова. М.: Энергия, 1980.496 с.

89. СЕРГЕЕВ П.С., ВИНОГРАДОВ Н.В., ГОРЯИНОВ Ф.А. Проектирование электрических машин. М.: Энергия, 1969. - 632 с.

90. ФРУМИН В.Л., ЧЕБИТЬКО А.Е. Коммутационные процессы в гибридном инверторе, нагруженном на вентильный двигатель. В кн.: Вестник Харьковского политехи.ин-та.Преобразовательная техника. - Харьков, 1982, вып.7, с.25-31.

91. ИВ0Б0ТЕНК0 Б.А., ИЛЬИНСКИЙ Н.Ф., КОПЫЛОВ И.П. Планирование эксперимента в электромеханике. М.: Энергия, 1975. - 184 с.

92. КОПЫЛОВ И.П. Применение вычислительных машин в инженерно-экономических расчетах.- М.: Высшая школа, 1980. 256 с.

93. ГОЛИКОВА Т.И., ПАНЧЕНКО Л.А., ФРИДШ М.З. Каталог планов второго порядка. М.: МГУ, 1974, вып.47, т.1- 387 е., т.2-384 с.

94. ВОЗНЕСЕНСКИЙ В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях.- М.: Финансы, и статистика, 1984. 263 с.

95. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДКОРЕННОГО ИНТЕГРАЛА В ФОРМУЛЕ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ФАЗНОГО ТОКА ВД С ГИ

96. Двухфазные к.з. I вида Исходя из рис.3.1.6 запишемгх -f-a -Fa"? -f-рЛ, Ji% doji = f(-IJ acji+Jifc/cjt+ fi/c/aji +о -Л -f-A -f-Af-A f-A'i f-M *

97. J £ </6JÎ+^+/(t3 -jjVwi + / tt/eU, -f-M f-A f-л (плл)i 'где t^i.t/, определяются через ток к.з. iCB (2.26).1. Трехфазные к.з. I вида

98. Согласно рис.3.6.а запишем1. О^ а 2iï a .R J'-а1.dcoU J(-Iafc/Gjt+ fâdcot + Jt*c/coi +1. О -Ж -f-fo+%

99. A+tJc/U + Jfci/c/ajU /(l^c/dU,-f-h -aьл-АЧ з~А гА^з У-А1. Ж-ро ^ Ж-ро+Ъ ж

100. С9-1а) с/сЛ + /(¿„-1а)8с/ы£ + , (пл>21.• •где оцределяются через токи к.з. , (2.61) и2.62).

101. Двухфазные к.з. 2 вида В соответствии с рис.3.6.6 запишем1. Ж з го 3 Ь 3 Ао -жж.О ш Аз А $ з А з А х^ * А* с/ыЬ-ь/Щ2^, (п х з§-?о• » Iгде ^ определяются через ток к.з. (2.70) с учетом условия .

102. РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ ПОСТОЯННЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ДОБАВОЧНОЙ МДС ЯКОРЯ ПО ПРОДОЛЬНОЙ И ПОПЕРЕЧНОЙ ОСЯМ В СЛУЧАЕ Хц ф

103. При образовании двухфазных к.з. I вида

104. С К «* в", sinocos ($г2р.+в")-cos (p0-e°)sU>§ cos (£-ф2(х;-4)1лх x¡ süi§ cos^-sp* §)+ sing cos(-§-^f)~ -¿sülf cos(f-pjcos£(?„-%).} • (П.2.1)- 4 eos (p,-8°)s¿n§ su7 xm fa-f-j-)- 2 s¿n§ sin (&-pJcos2 (д- §).} , (П.2.2)где3V§ W +

105. При образовании трехфазных к.з. I видаи*« --& № 4 «» cos(j~&").~- 26 (Ь* i„3 о) s¿nfSa cas(p.+g)s¿n$+e*1. П.2.4) (П.2.5)(f «$ J*^ êla sin (f %cos (%-fi)-fagaKfyrg-fflEsinfê-tâ)}, (П.2.6)где

106. РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ СОСТАВЛЯЮЩИХ СРЕДНЕГО ДОБАВОЧНОГО МОМЕНТА ВД С ГИ В СЛУЧАЕ £

107. При образовании двухфазных к.з. I видахви, | ,1л 4 № гтЪ* §,хэш Ц %шё.{$г 2Д+ (п. 3.2)1л($г2рс)}> (П.3.3)

108. При образовании двухфазных к.з. 2 вида M<aoó=jp(J^T lajease COSÍfc-eÜos); (П.3.4)x sin á № 4Й Г1. Xои(p su,§ eos(§ +A+eff *

109. X sin2.(óe+&K-~)-26sinS¿ <n- 3.5)x eos (-¡i sinii s¿n(3^6p0-f)-swS¿*¿úi §f+6-(sin¿£ sinS ^ xгде

110. УРАВНЕНИЯ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВД С ГИ В СЛУЧАЕ Ху 4

111. При образовании двухфазных к.з. I видал -Кривеедвухфазных к.з. 2 вида1. ЦяГ^о&^а, „