WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

где - относительная величина магнитной индукции; B() – абсолютная величина магнитной индукции; ; q – число пазов на полюс и фазу статора; – ширина воздушного зазора; – электрический угол; - коэффициент распределения обмотки статора для n-й гармоники поля; - модули и фазы векторов токов статора и ротора соответственно, приведенных к -м и k-м пространственным гармоникам; - вектор намагничивающего тока, приведенный к n-й пространственной гармонической.

На рис. 1 приведены экспериментальная (рис. 1а) и расчетные (рис. 1б, в) кривые распределения магнитной индукции вдоль воздушного зазора 9-фазного АД (m=N) при прямоугольно-ступенчатой форме питающего напряжения. Расчетные кривые получены путем моделирования магнитного поля АД с использованием программного комплекса ELCUT (рис. 1б) и по формуле (1) (рис. 1в) Соответствие представленных графиков подтверждает адекватность разработанной модели АД.

Уравнение для приближенного (инженерного) расчета величин пространственных гармоник радиальных сил имеет вид:

(2)

где - относительная величина r-й пространственной гармоники радиальной силы; prm – абсолютная величина rй пространственной гармоники радиальной силы; - вектор, комплексно-сопряженный с вектором ;.

а б в

Рис. 1. Полученная экспериментально (а) и расчетные (б, в) кривые распределения магнитной индукции вдоль воздушного зазора 9-фазного АД (m=N) при прямоугольно-ступенчатой форме питающего напряжения

В табл. 1 приведены относительные величины пространственных гармоник радиальной магнитной силы в зависимости от числа и способа соединения фаз статора и формы питающего АД напряжения, рассчитанные двумя способами: путем моделирования магнитного поля АД с использованием программного комплекса ELCUT и путем расчета по формуле (2).

Таблица 1. Величины гармоник радиальных сил в зависимости от числа и способа соединения фаз и типа питающего напряжения АД

Общее число фаз m

Число фаз в группе N

Форма питающего напряжения

Точный расчет

Приближенный расчет

p2mотн

p4mотн

p2mотн

p4mотн

3

3

Синусоидальное

1,004

0,007

0,96

0,001

3

3

Прямоугольно-ступенчатое

0,984

0,073

1,016

0,079

9

9

Синусоидальное

1,008

0,006

1

0,001

9

9

Прямоугольно-ступенчатое

0,397

0,221

0,418

0,211

9

3

Прямоугольно-ступенчатое

1,028

0,035

1,062

0,048

Из табл. 1 видно, что величины наиболее неблагоприятной в отношении возникновения магнитных вибраций второй пространственной гармоники радиальной магнитной силы в 9-фазном двигателе до 2,5 раз меньше, чем в трехфазном. Однако данный показатель может быть существенно улучшен за счет соответствующего целенаправленного формирования магнитного поля в АД.

Найдены соотношения для намагничивающих токов, приведенных к высшим пространственным гармоникам, позволяющие ограничивать радиальные силы второго и четвертого порядка на заданном уровне (p2maxотн, p4maxотн) при минимуме тепловых потерь в двигателе и амплитуды тока статора:

В третьей главе на основе разработанного в главе 2 математического описания был произведен расчет и анализ несимметричных режимов работы многофазного АД в отношении виброшумовых характеристик.

Одним из принципиальных достоинств многофазного ЭП является его более высокая функциональная надежность и меньшая критичность к качеству формируемых управляющих воздействий для АД. В отношении шумов и вибраций рассмотрены следующие виды несимметричных режимов работы АД:

- обрыв (или аварийное отключение) одной или нескольких фаз статорной обмотки;

- аварийное (резервное) питание от трехфазного источника (число фаз статорной обмотки кратно трем);

- несимметрия питающих напряжений по амплитуде;

- несимметрия питающих напряжений по фазе.

С этой целью разработана математическая модель многофазного АД с неполным числом фаз, основанная на вычислении эквивалентных напряжений на обесточенных фазах на основании равенства нулю производных по времени токов в этих фазах. Последнее обуславливает существенное упрощение математического описания по сравнению с известной моделью, где равенство токов нулю реализуется непосредственно.

Результаты исследования 9-фазного АД при различных вариантах обрыва фаз показывают, что при сохранении работоспособности многофазного двигателя в данном аварийном режиме, его виброшумовые характеристики резко ухудшаются.

Проведен анализ работы многофазного АД при его аварийном питании от трехфазного источника, показавший, что запуск АД в этом режиме в общем случае возможен только при малой нагрузке, величина которой зависит от конструктивных параметров АД. При выходе двигателя на установившуюся скорость нагрузка может быть увеличена. Данный аварийным режим работы характеризуется значительным ухудшением виброшумовых показателей двигателя.

Исследованы виброшумовые характеристики многофазного АД при несимметрии питающих напряжений по амплитуде и по фазе. Найдены соотношения для расчета коэффициента несимметрии по напряжению при возникновении указанных видов несимметрии.

Исследования показали, что пульсации момента и радиальные силы в многофазном двигателе при возникновении несимметрии по амплитуде существенно ниже, чем в 3-фазном, что говорит о более высоких виброшумовых показателях многофазного двигателя при несимметрии фазных напряжений. Это свидетельствует о гораздо более меньшей чувствительности многофазного АД к несимметрии фазных напряжений.

В четвертой главе сформулированы основные принципы построения многофазного ЭП с улучшенными виброшумовыми характеристиками. На их основе разработаны системы управления, проведены их исследования.

При разработке векторной системы управления многофазными АД, как показывают результаты исследований их энергетических и регулировочных характеристик, наиболее целесообразным является применение системы с непосредственным регулированием электромагнитного момента от первой пространственной гармонической и модуля вектора потокосцепления ротора, приведенного к первой пространственной гармонике.

Однако для обеспечения автономности регулирования выбранных компонентов необходимо учитывать нелинейные перекрестные связи в структуре АД с помощью введения в систему управления блока компенсации перекрестных связей. Вместе с тем наличие в структуре системы управления блока компенсации, во-первых, сильно усложняет ее реализацию, а во-вторых, как показали исследования, делает ее чувствительной к девиации конструктивных параметров АД.

Разработана система векторного управления многофазным ЭП, линеаризация объекта управления в которой реализуется за счет специального метода синтеза регуляторов потокосцепления ротора и электромагнитного момента без использования блока компенсации. Их передаточные функции имеют вид:

где,, - коэффициенты усиления преобразователя частоты, датчика потокосцепления ротора и датчика электромагнитного момента; Rs – активное сопротивление фазы статора; RЭ(1) - эквивалентное активное сопротивление АД для первой пространственной гармонической; Lm(1) – взаимная индуктивность АД для первой пространственной гармонической; - некомпенсируемая постоянная времени.

Разработанная система практически полностью исключает пульсации электромагнитного момента двигателя как в статических, так и в динамических режимах, а следовательно, и вибрации, вызванные тангенциальными магнитными силами. Общая функциональная схема m-фазного ЭП с векторным управлением изображена на рис. 2.

Рис. 2. Общая функциональная схема m-фазного ЭП с векторным управлением: ФЗП, ФЗМ и ФЗС – фильтры задания потокосцепления, момента и скорости соответственно; РП, РМ и РС – регуляторы потокосцепления, момента и скорости соответственно; БД – блок деления; ФНП - формирователь вектора напряжения, приведенного к первой пространственной гармонике ; ДОС – датчик обратных связей; БКП – блок координатных преобразований; БРТ – блок регуляторов токов, приведенных к высшим пространственным гармоникам; ФНВ – формирователь векторов напряжений, приведенных к высшим пространственным гармоникам; ВКФ – блок вычисления коэффициентов усиления и фазовых сдвигов векторов токов, приведенных к высшим пространственным гармоникам; БЗТ – блок задания токов, приведенных к высшим пространственным гармоникам

Для уменьшения шумов, вызванных радиальными магнитными силами в устройство управления добавлена дополнительная система каналов регулирования модулей и фаз векторов тока статора, приведенных к третьей и пятой пространственным гармоникам, обеспечивающие заданный уровень величин пространственных гармоник радиальных магнитных сил. Таким образом, система путем регулирования высших гармоник тока статора конфигурирует оптимальное в отношении магнитных вибраций поле двигателя, минимизируя в то же время тепловые потери в двигателе и амплитуду фазного тока.

Предложена система частотно-токового управления многофазным АД с улучшенными виброшумовыми характеристиками. Ее функциональная схема приведена на рис. 3. В данной системе при помощи формирователя фазных напряжений статора (ФФН) минимизируются шумы, вызванные радиальными магнитными силами, путем регулирования высших гармоник подаваемого на двигатель напряжения.

Рис. 3. Функциональная схема m-фазного ЭП с частотно-токовым управлением: ЗИ – задатчик интенсивности; РС, РТ – регуляторы соответственно скорости и тока статора первой гармоники; ФП – функциональный преобразователь; ФФН - формирователь фазных напряжений статора; ДТ – датчик тока статора; p – число пар полюсов статора

В пятой главе проведены исследования разработанной системы электропривода.

Проведены исследования работы многофазного АД в векторной системе ЭП с предложенной структурой регуляторов. Результаты имитационного моделирования пуска и реверса 9-фазного ЭП при номинальных параметрах на валу двигателя приведены на рис. 4.

Улучшение виброшумовых показателей ЭП достигнуто за счет снижения колебаний электромагнитного момента, а также за счет уменьшения переменных составляющих радиальных усилий, действующих на статор АД со стороны магнитного поля. Отмечено практически полное отсутствие шумов, обусловленных тангенциальной составляющей магнитной силы и уменьшение шумов от радиальной ее составляющей на 18 дБ по сравнению с трехфазными системами.

Рис. 4. Результаты имитационного моделирования 9-фазного ЭП

В табл. 2 для сравнения приведены величины пространственных гармоник радиальных магнитных сил при работе 9-фазного АД в векторной системе управления в различных режимах.

Таблица 2. Величины пространственных гармоник радиальных магнитных сил при работе 9-фазного АД в векторной системе управления в различных режимах

Режим работы

p2mотн

p4mотн

M=MН, =Н

0,128

0,044

M=0,1MН, =Н

0,143

0,055

M=MН, =0,001Н

0,137

0,057

Ограничение момента, M=2MН, =Н

0,596

0,204

Проведены исследования работы многофазного АД в частотно-токовой системе ЭП с минимизацией магнитных шумов. Исследования показали сравнительно высокие регулировочные, энергетические и виброшумовые характеристики разработанного ЭП. Улучшение виброшумовых показателей также достигнуто за счет снижения колебаний электромагнитного момента, а также за счет уменьшения переменных составляющих радиальных усилий, действующих на статор АД со стороны магнитного поля.

Отмечено практически полное отсутствие шумов, обусловленных тангенциальной составляющей магнитной силы и уменьшение шумов от радиальной ее составляющей на 14 дБ по сравнению с трехфазными системами. В табл. 3 для сравнения приведены величины пространственных гармоник радиальных магнитных сил при работе 9-фазного АД в векторной системе управления в различных режимах.

Таблица 3. Величины пространственных гармоник радиальных магнитных сил при работе 9-фазного АД в частотно-токовой системе управления в различных режимах

Режим работы

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»