CC BY
11
слоистого поперечного сечения. Полученные формулы могут быть использованы для расчета коэффициента теп-
лопроводности и других видов компо
jhtob с контактным расположением за
полнителей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ицкович С. М. Крупнопористый бетон (технология и свойства). М.: Стройиздат, 1977.
117 с.
2. Лыков А. В. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. 472 с.
3. Миснар А. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций. М,: Мир,
1968. 464 с.
4. Попов В. М. Теплообмен через соединения на клеях. М.: Энергия, 1974. 303 с.
5. Хольм Р. Электрические ^контакты: Пер.
с англ. / Под ред. Д. Э. Б... .скина и А. А. Рудницкого. М.: Изд-во иностр. лит., 1961.
464 с. Г
6. Чудновский А. Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. М.: Физ-
матгиз, 1962. 456 с.
7. Raj Ashby М. F. Intergraneilar fractur
at elevated temperature // Actamet. 1975. № 23. P. 253 — 266.
#######################################
ИССЛЕДОВАНИЯ БЕСКОНТАКТНОГО АСИНХРОННОГО ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ В РЕЖИМЕ УПОРА
В. Ф. БАЙНЕВ, Ю. П. СОНИН, И. В. ГУЛЯЕВ,
кандидат технических наук, доктор технических'наук, кандидат технических наук
Одним из недостатков вентильного двигателя (ВД) постоянного тока является ограничение режима упора по токовой перегрузке тиристоров инвертора тока (ИТ) якоря. Поэтому в ряде областей электропривода с тяжелыми условиями пуска, когда имеет место длительный режим упора (например, тяговый электропривод, гребной электропривод судов ледокольного типа), целесообразно применение бесконтактного асинхронизированного вентильного двигателя (БАВД) [1 ], свободного от вышеуказанного недостатка. Кроме того, отсутствие скользящих контактов, способность развивать пусковой момент, значительно превышающий номинальный, хорошие угловые и рабочие характеристики [2], возможность электрического торможения до полной остановки привода делают БАВД одним из наиболее перспективных типов электрических машин.
Для исследования характеристик БАВД в режиме упора применена система моделирования вентильных преобразователей "ЭЛТРАН" для персональных компьютеров [4). При этом
расчетная схема БАВД (рис. 1) описана
на входном языке системы с учетом
того, что в качестве асинхронизиро-
ры
С1
Рис. 1. Расчетная схема элементов на схеме: Lл « -С2-СЗ-5 м2Ф
БАВД. Пара мет -1 Гн, Rd-0,1
ванного вентильного двигателя (АВД) и его возбудителя (В) использованы два одинаковых электродвигателя АК51/4. Данная схема позволяет моделировать электромагнитные процессы БАВД как при питании двигателя от ИТ с естественной коммутацией (ключ Б2 разомкнут) , так и при работе от ИТ с двухступенчатой искусственной коммутацией (ключ Б2 замкнут) - [3 ]. Система управления тиристорами ИТ смоделирована таким образом, что позволяет осуществлять работу ИТ с любыми углами управления и самосинхронизацию АВД по фазе соответствующих напряжений обмоток якоря. Трехфазная система ЭДС ед, ев и ее имитирует работу низкочастотного автономного инвертора напряжения (АИН), в качестве которого на физической модели используется транзисторный АИН с широтно-импульсной модуляцией.
При разомкнутом ключе питания ИТ токи в статоре АВД отсутствуют и АВД не создает вращающего момента. В, питаемый со стороны статора синусоидальными напряжениями возбуждения ед, ев и ее, работает как асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки которого замкнуты на полные сопротивления обмоток ротора АВД. При этом В создает свой собственный
где Мплвд — электромагнитный момент БАИД; М д — электромагнитный момент* АВД; — электромагнитный момент В.
отрицательный электромагнитный момент Мд (рис. 2 — 4). Для ряда областей электропривода это обстоятельство может оказаться весьма полезным, так как размыкание цепи питания ИТ приводит к ускоренному торможению БАВД за счет электромагнитного момента В вплоть до полной остановки привода.
При подаче питания на ИТ в статоре АВД возникают электрические токи, которые, взаимодействуя с токами ротора, приводят к появлению электромагнитного момента АВД Мд. На-
правление потока электрической энергии в В при этом изменяется, и момент обращенного В также меняет свой знак, превращаясь из тормозного во вращающий по мере нарастания тока в дросселе Электромагнитный момент БАВД определяется при этом как сум-^ ма моментов АВД и В:
(1)
М5АВД. Им
Р и с. 2. Временные зависимости: а — МБЛВд-Г(0; б — Мд-fU); в —MB-f(t) в режиме упора при следующих параметрах расчетной модели: Е^ - 150 В, Ufmax - 125 В, ff- 15 Гц, р - 30°
MßABJ
-Мд + м
В'
Р и с. 3. Временные зависимости: а — МБАВД"Г<1>; б —Мд-fO); в— MB«f(t) в ре
жиме упора при следующих параметрах расчет-. ной модели: Ed - 150 В, Ufm-X - 125 В, ff - 15 Гц, ß - 45°
Мбайл.Нм
30,0 20,0 Ю,0
о
«0,0 20,0
30,0
М^, Им
• •
0,¿ ЬА о,б ^/O.SJVIWY
Y Ш
6
Рис. 4. Временные зависимости: - а — Мбдвд-Г(0; б —МдЧ(0; в —Мв-Г(0 в режиме упора при следующих параметрах расчетной модели: Е^ - 150 В, Цшах " в» Гг-5 Гц, /3-5°
Электромагнитный момент трехфазной электрической машины с учетом известных мгновенных значений токов в обмотках ротора и статора в общем случае может быть записан в виде:
М
-р-М- [(ia'ÍA+V*B+Vk:) sina+
+ Ob'ÍA+V¡B + ¡a ¡c) sin (a + 120°) + +(V¡A+V¡b+¡Ü iC)-sin(a-120°)], (2)
где iA, iü, ic — мгновенные значения фазных токов статора электрической
«с
мгновенные зна-
машины; 1а, чения фазных токов ротора электрической машины; а — угол поворота
электрической машины; р — число пар полюсов; М — амплитуда взаимоиндуктивности одноименных обмоток статора и ротора.
Интегрированный пакет „ЭЛТРАН" позволяет рассчитать характер изменения во времени любых электрических величин любой ветви расчетной схемы. Поэтому, зная для каждого момента времени мгновенные значения токов в обмотках АВД и В, по формуле
(2) вычисляют электромагнитные моменты Мд и Мв. Используя (П, можно
определить электромагнитный момент,
развиваемый БАВД.
В процессе моделирования была исследована работа БАВД в режиме упора при различных углах управления /}, а также при изменении частоты ff и напряжения возбуждения и*. При этом рассмотрены два варианта БАВД: при питании АВД от ИТ как с естественной, так и с искусственной коммутацией. На рис. 2 и 3 изображены временные зависимости моментов МБдВд, Мд и Мв при углах управления соответственно /3 - 30° и (} - 45° и частоте
возбуждения ff - 15 Гц при работе с ИТ с двухступенчатой искусственной коммутацией. Как показывает сравнительный анализ, увеличение угла управления р приводит к значительному
возрастанию моментов АВД и В. Это объясняется возрастанием токов в обмотках вследствие снижения противо-ЭДС обмоток якоря АВД, Вместе с тем с ростом (} значительно возрастают амплитуды пульсаций моментов Мд и Мд из-за увеличивающихся искажений формы токов в обмотках. Временные зависимости моментов Мбанд» Мд и Мв при питании от ИТ с естественной коммутацией выглядят аналогично. На основании сравнения полученных в результате расчетов временных диаграмм можно сделать'следующие выводы.
1. Замена ИТ с естественной коммутацией на ИТ с искусственной коммутацией при прочих равных условиях приводит к некоторому возрастанию момента БАВД (на 5 — 15 %) благодаря сокращению времени коммутации тиристоров т и, следовательно, уменьшению колебаний величины угла между осями результирующих магнитных потоков статоров и роторов АВД и В.
2. Броски токов при перезарядках емкостей ИТ с двухступенчатой искусственной. коммутацией еще чувствительнее искажают форму токов обмоток БАВД и приводят к значительно большей (в 2 — 3 раза) амплитуде пульсаций, момента по сравнению с
БАВД, питаемым ИТ с естественной коммутацией.
3. Уменьшение частоты ^ и напряжения возбуждения иг приводит к снижению противо-ЭДС обмоток статора и увеличению тока якоря, что может привести к нарушению работоспособности ИТ с естественной коммутацией. Поэтому перегрузочная способность БАВД в этом случае существенно ограничена, а возможности регулирования электропривода за счет изменения этих величин значительно
*
снижены.
р
4. Вследствие большого суммарного реактанса обмоток БАВД процессы коммутации тиристоров ИТ с естественной коммутацией затягиваются во времени. Это делает невозможной работу ИТ при малых углах управления ф0). БАВД, питаемый ИТ с искусственной коммутацией, может работать с очень малыми и даже отрицательными углами /3, что благоприятно
сказывается на коэффициенте мощности электрической машины.
5. Снижение напряжения возбуждения приводит к уменьшению противо-ЭДС обмоток статора АВД и возрастанию токов в них. Вследствие этого моменты Мд и Мв резко возрастают, что может быть применено при искусственной коммутации для компенсации снижения моментов, возникающего при уменьшении угла /?, и получения
момента БАВД, значительно превышающего номинальный (см. рис. 4).
6. Уменьшение частоты возбуждения ff приводит к возрастанию тока возбуждения и к увеличению отрицательной постоянной составляющей Мц (см. рис. 4). Если при этом она окажется достаточно велика по модулю, то после начала работы ИТ может не произойти полйой ее компенсации и момент Мв в этом случае окажется тормозным. Однако уменьшение час-
тоты возбуждения снижает противо-
ЭДС обмоток якоря АВД, что способствует увеличений момента Мд.
7. При обеспечении системой управления поддержания отрицательного угла /? пульсации моментов В и АВД
в некоторой степени компенсируют друг друга, так как в этом случае в межкоммутационные интервалы времени момент АВД уменьшается, а момент В возрастает (см. рис. 4). При возможности плавного регулирования угла управления /3 можно добиться минимальных пульсаций момента на валу
БАВД.
Таким образом, исследования работы БАВД в режиме упора свидетельствуют о том, что рассматриваемая электрическая машина при соответствующем управлении обладает высокой кратностью пускового момента, возможностью глубокого регулирования величины электромагнитного момента при пуске сразу по нескольким каналам, высоким коэффициентом мощности. При этом возбудитель не только является источником реактивной мощности для АВД, но и сам создает свой собственный электромагнитный момент, который может быть как вращающим, так и тормозным. Кроме того, при определенных способах управления БАВД Пульсации момента В в значительной мере могут компенсировать пульсации момента АВД, что является чрезвычайно важным для тягового электропривода^ Особенно ярко достоинства БАВД выражаются при питании от ИТ с двухступенчатой искусственной коммутацией. Все эта делает БАВД одной из самых перспективных электрических машин для использования в мощных электроприводах с тяжелыми условиями пуска.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Сонин Ю. П., Юшков С. А., Прусаков Ю.И. Бесконтактный асинхронизирован-ный вентильный двигатель // Электричество.
1989. № 11. С. 41 — 46.
2. Сонин Ю. П., Байнев В. Ф., Гуляев И. В. Статические характеристики бесконтактного асинхронизированносо вентильного дви-"
гателя // Электротехника. 1994. № 9. С. 15 — 20.
3. Толстов Ю. Г. Автономные инверторы тока. М.: Энергия, 1978. 208 с.
4. Федотов Ю. Б. Математическое моделирование вентильных преобразователей. Саранск: Иад-во Мордой, ун-та, 1994. 92 с.
