WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Наиболее современныйподход к моделированию процессов в вентильных индукторных ЭМПсостоит в комбинировании теории поля итеории цепей. Сначала наоснове полевыхуравнений определяются параметры машины, а затем, используяуравнения теории цепей, рассчитываются показателивсей системыв переходных и установившихся режимах. Такой подходпредставляется наиболее целесообразным ивзят за основу математической моделиВИМ, предлагаемой вдиссертации.

Во второй главе проводится исследованиезависимости магнитной проводимостивоздушного зазора индукторной машины от углаповоротаротора, поскольку при расчете электромагнитныхпроцессов в ВИМ важное место занимаетзадача определения индуктивностифазы для различных взаимныхположенийзубцовстатора и ротора. Для m-фазной ВИМ зависимостьиндуктивности фазы L от коэффициентамагнитной проводимостивоздушногозазора имеет вид:

. (1)

Зависимость коэффициентамагнитной проводимости от угла поворота ротора () найденная ваналитическом виде, представляет совокупностьматематических выражений, полученных по разработаннойметодике, в основе которой лежит метод Поля. При рассмотрении картины магнитного поля(рис.2), в рабочем зазоре линии проходят прямолинейно, а за пределамизазора в пазах – по дугам окружностей, центромкоторыхявляются крайние точки зубцов. Зубцовоеделение статора b1 разбивается на участки с однороднымикоэффициентами проводимости.Итоговыйкоэффициент проводимости определяетсясуммой коэффициентов отдельных участков.Расчет производится в пределах половиныполюсного деления ротора (ab2/2).

На основе предложеннойметодики получены выражения длямаксимального и минимального значенийиндуктивности фазы ВИМ.В положении, когда зубец ротора расположеннапротив зубца статора, индуктивность фазыпринимает максимальное значение, соответствующее коэффициенту проводимости

. (2)

В положении, когда зубец статора расположенточно напротив паза ротора, индуктивностьфазы минимальна и определяется коэффициентом

. (3)

Для расчета магнитной проводимости и индуктивностифазной обмотки составленапрограмма в математической среде MATLAB6.5. Достоверность расчетаиндуктивности фазы по предложеннойметодике проверялась путем сравнения со значениями индуктивности,полученнымис помощью программы “Maxwell” и опытнымпутем. Зависимости индуктивности фазыВИМ от угла поворота, полученныеэтими
способами приведены на рис.3.Как видно из представленных графиков, точность расчета индуктивности аналитическим методом несколькоуступаетМКЭ, однако погрешностьаналитическогометода вцелом не превысила 10%, авремя, затрачиваемое наподготовку данных и решение задачи численным методом значительно (в 5-10 раз) превышаетвремя расчета по предложенной методике. Применение аналитическогометодарасчета позволяет достаточно быстро и с приемлемой точностью рассчитать индуктивности фазы при различныхпараметрах зубцовой зоны и оценить их влияние.Полученныеаналитические выражения удобны иэффективны для дальнейшегоиспользования в обобщенной математической модели, описывающей ВИМв целом.

С помощью предложеннойаналитической методики исследоваласьзависимость индуктивности фазы ВИМот соотношений параметров рабочеговоздушного зазора и зубцовой зоны (bz2/bz1,bz1/b1).Получены рекомендации по выбору оптимальныхсоотношений размеров зубцовой зоны (bz2/bz1=11,2;bz1/b1=0,350,45)для ВИДпривода электропогрузчика, при которыхобеспечивается максимальныйэлектромагнитный момент.

В диссертации предложена полевая математическая модель ВИГ скомбинированным возбуждением для расчетамагнитной системы методом конечныхэлементов(рис.4). Выполнен расчет ЭДСфазы автотракторного генератора при отсутствии ПМ и с магнитамиразличной формы. С целью улучшения характеристиквентильного индукторного генератора (увеличениемощностигенераторнойустановки и снижение частоты началатокоотдачи)найденаспециальная форма ПМ (рис.4). Результаты расчетов ЭДС ипроведенные эксперименты показали, что за счетприменения таких магнитов, мощностьгенератора увеличивается в среднем на 3-5%. На конструкциютакого вентильного ЭМПс ПМ получен патент РФ на полезную модель.

В третьей главепредставлены результатыразработки обобщенной имитационноймодели ВИМ в двигательном игенераторном режимах,позволяющей исследовать их статические идинамические характеристики. Алгоритмкомпьютерной реализации обобщенной моделипредставлен на рис.5.

Обобщеннаяматематическая модель учитывает работу вентильногоППП, схемы управления,индукторной машины, датчика положенияротора. Функциональная схема для двигательногорежима представлена нарис.6. Обмотки фаз двигателя 2 с помощьюсиловых ключей инвертора 1 поочередноподключаются к источнику постоянногонапряжения U0. Коммутацияобмоток ВИДосуществляется схемой управления 3 взависимости от положения ротора, котороеопределяется с помощью датчика положенияротора4.

В соответствии салгоритмом (рис.5) на основефункциональной схемы(рис.6) для трехфазногоВИД электроприводадвижения погрузчика предложена имитационная математическая модель, структуракоторой показана на рис.7.Блок питания Sourceформирует выходную характеристику источника взависимости от потребляемого тока. При включенииВИДнапряжение источника прикладывается кодной из фазных обмоток: появляетсянапряжение на одном из выходов U1, U2, U3 блокаInvertor. Приотключении фазы к обмотке прикладываетсянапряжение обратной полярности,соответствующее закрытому состоянию силовыхтранзисторов и токпротекает через диоды.Когда токфазы спадаетдо нуля, диоды инвертора переходят взакрытое состояние. Порядок включения фазопределяется в зависимости от углаповорота ротора s подсистемой SP, имитирующей работудатчика положения ротора. Угол включения идлительность работы фазы задаются вподсистеме Invertor, свыхода которой напряжения фаз: U1, U2, U3 подаются наподсистемы:PhaseA, PhaseB, PhaseC для расчета тока иэлектромагнитного момента.

Электромагнитныепроцессы в ВИМ описываютсясистемой уравнений Кирхгофа,котораяв общем виде в j-ом контурезапишетсятак:

, (4)

где Uj, ij, Rj–напряжение,ток и сопротивление элемента контура;
j –потокосцепление обмоток j-го контура. Приформировании напряжения подаваемого нафазную обмотку учитывается падениенапряжения на вентилях ППП (в виде функциональных резисторов).

В соответствии спредложенным алгоритмом (рис.5) сначала с помощью аналитической методики,описанной в главе 2, выполняется расчет индуктивности фазыВИД от угла поворотаротора, результаты которого задаются вподсистемуInduction и используются впоследующем длямоделирования установившихся и переходныхрежимов.В модели приаппроксимации кривых намагничиванияприняты следующиедопущения: насыщение наступает при одном и томже значении тока Iнас;при i<Iнаспотокосцепление фазыопределяется выражением (, i)=L()i; врежиме насыщения при iIнас наклон участковкривой потокосцепления (,i) совпадает с наклоном прирассогласованном положении. На следующем этаперасчета поалгоритму (рис.5) вычисляются электромагнитныемоменты фазпо выражениям:

- при отсутствиинасыщения, (5)

- прилокальном насыщении магнитнойсистемы

. (6)

По значениямэлектромагнитных моментов отдельных фазМ1, M2, M3 на выходе сумматораSum1 формируется результирующий момент,развиваемый ВИМ. Значения угловойскорости и углаповорота вычисляются по алгоритму обобщенной математической моделиВИМ (рис.5)

в соответствии с уравнением движенияротора и уравнениемсвязи:

,. (7)

Внешний момент на валуВИМ подаетсяна вычитающий вход сумматора Sum2. Уголповорота вычисляетсяблоком Integrator1 по формулам (7).Расчетсуммарного тока ВИД выполняется подсистемой Subsytem5. Контроль необходимых переменных в процессе расчета в моделивыполняется с помощью осциллографов (Scope1-Scope4
на рис.7).

С помощью предложеннойимитационной модели исследовались режимы пускадвигателя привода движенияэлектропогрузчика с различными угламивключения, снагрузкой и при отсутствии нагрузки навалу. График переходного процесса при пускеВИД безнагрузки на валу показан нарис.8, гдевведены следующие обозначения: 1 – iА(1дел.- 60А); 2 –MA
(1дел.- 6Нм); 3 – (1дел.- 100рад/с); 4– (1дел.- 60рад).

Математическая модель(рис.7) использовалась также для расчета статических идинамических характеристикэлектропривода усилителя руля автомобиля. Исследовалосьвлияние углауправления (включения фазы) принеизменной длительности включения (120электрических градусов) наэлектромагнитный момент, развиваемый ВИМ. Результатымоделирования показали(рис.9), что максимальноезначение электромагнитного момента достигается при углеуправления -27 электрических градусов. Модель использовалась также длярасчета механической характеристики ВИД, при этом расхождение с опытными даннымине
превысило10-15%.

Функциональная схема автотракторного ВИГ(рис.1, а) показана на рис.10. При вращенииротора от привода П значение магнитного потока в индукторе И принеизменной полярности изменяется по модулю,благодарячему в обмотках якоря ОЯ наводятсяпеременныеЭДС, значения которых определяются МДС ПМ и регулируемой МДС обмоткивозбужденияОВ. Переменные напряжения фазных обмоток с помощьювыпрямителяВ преобразуются в постоянное, которое затемпоступает в бортовую сеть для зарядки аккумулятораАКБ и питания нагрузки Н. На выходевыпрямителя может устанавливатьсяемкостной фильтр Ф. Поддержаниенапряжения ВИГ на заданном уровнеобеспечивается полупроводниковым регулятором напряжения РН.

Существеннымиособенностями ВИГ (рис.10) является наличиеобмоткивозбуждения и ПМ, создающихдополнительную МДС возбуждения. Кроме того, в отличие от ВИД,имитационная модель которого рассмотрена выше,работа фаз генератора происходитнепрерывно, поэтому в имитационной моделиучитываютсявзаимные индуктивности фаз. Параметры генератора выбираются так, чтобымагнитнаяцепь ненасыщалась, поэтому в модели (рис.11)не учитывается насыщение магнитной системы. Структураимитационной математической модели составлена на основе обобщенной математической моделис учетом функциональной схемы пятифазногоиндукторного генератора (рис.10).

При расчете переходныхпроцессов в ВИГ ПМ замененэквивалентной одновитковойобмоткойвозбуждения с включенным в нееисточникомтока Iм=const, значение которогоравнофиктивной коэрцитивной силе F’м и представлено вмодели в виде источника IM. Обмотка возбужденияпредставлена в виде подсистемы Las.

Напряжения фаз,вычисленные в блокахPhaseA-PhaseE,подаются на блок Rectifier, описывающий работу пятифазного мостовоговыпрямителя.

Выпрямленноенапряжение Uout поступает на нагрузку,заданную в подсистеме Load. Пофазным токам в соответствии с алгоритмом(рис.5) в блоках PhaseA-PhaseE вычисляютсяэлектромагнитные моменты фаз М1-

M5,а на выходе сумматора Sum1рассчитываетсярезультирующий момент. Регуляторнапряжения представленв имитационной моделиподсистемой Regulator,которая в зависимости отуровня выпрямленного напряжения Uoutподключает или отключает обмоткувозбуждения к выходному напряжению генератора,обеспечивая его поддержание на уровне напряжениянастройки регулятора за счет ШИМ.

Электромагнитныепроцессы, протекающие в обмоткевозбуждения ирегуляторе, описываютсяуравнением, аналогичным уравнению (4) с учетом взаимнойиндуктивности с обмотками статора и эквивалентным контуром ПМ:

, (8)

где mfм – взаимнаяиндуктивность обмотки возбуждения иэквивалентного контура ПМ.

Уравнения, описывающиевыпрямительный блок имеют вид:

. (9)

где =(0,1) –коэффициенты, определяющие топологиюсхемы; U – падениенапряженияна -омвентиле.

Напряжение возбуждения Uf формируется регуляторомнапряжения сШИМ и зависит от уровнявыходногонапряжения:

, (10)

где Uout–напряжение на выходе выпрямителя, Uнастр –напряжение настройки регулятора напряжения.

Разработаннаяимитационная математическая модель (рис.11) использовалась для расчета режимов пуска генератора 40.3771 с нагрузкой ибез нее, сброса нагрузки при неизменной частотевращения. График переходного процесса припуске генератора показан на рис.12, где введены следующиеобозначения:1 – Uout(1дел.-10В); 2 –М(1дел.- 8Нм); 3– (1дел.-30рад/с); 4 – (1дел.-50рад).

С помощьюматематической модели рассчитанатокоскоростная характеристика генератора40.3771 принеизменном напряжении. Различиев расчетных иэкспериментальных характеристикахсоставило
около 10-15%.

В четвертой главепредставлены результатыэкспериментальных исследований вентильныхиндукторных ЭМП.

Для разработки ВИМавтотранспортногоназначения предложена уточненная методика проектного расчета,позволяющая по заданным габаритным размерам,номинальной частоте вращения (илимощности) ипараметрам источника питания определить обмоточные данные ирассчитатьгеометрию зубцовойзоны, сиспользованиеманалитической методики расчета индуктивности,описанной вглаве2. Порядокрасчета рассмотрен напримере ВИДэлектропривода переключения железнодорожных стрелок.

Рассмотрены такжеособенности расчета ВИГ, применяемого вавтотракторной технике. Получены рекомендации повыбору обмоточных данных катушки возбуждения и обмотки якоря.

С целью улучшениямассогабаритных показателей иэксплуатационных характеристик ВИГ авторомпредложена конструкция, реализованная в генератореГ3000, на которую получен патент РФ на полезнуюмодель.

Важное значение приисследовании и проектировании ВИМзанимаетопределение гармонического состава ЭДС,поскольку отдельные потребители (тахометр,реле блокировкистартера) используют переменный сигналфазы.

При эксплуатацииавтомобильных ВИГ типа 40.3771 в составебортовой сети автомобилей “КАМАЗ” были выявленысбои в работе тахометров: дергание стрелки,завышенные в 2-3 раза показания. С цельюпринятия мер по их исключению проведеныисследования гармонического состава фазной ЭДС.Форма фазнойЭДС при выпрямленном напряжениигенератора Uген=28,5В и токенагрузки Iген5А при частотах вращения ротора n=1500мин-1 показана на рис.13, а. На рис.13, б показангармонический состав фазной ЭДС. Проведенные исследования показали, что при малых токах нагрузки(I<7А) ималых частотах (n<2500мин-1) в кривой ЭДС сильновыраженавтораягармоника,что обусловлено достаточнобольшимраскрытием паза статора. Дляисключения сбоев потребителей предложенаустановка фильтра-формирователя.

Для проведенияэкспериментальных исследованийстатических и динамических характеристикВИМ в работе приводятся схемы экспериментов и ихрезультаты. Для ВИМ, работающих вдвигательном режиме, проводилось сравнениеиндуктивности фазы и механической характеристики, полученныхна основе расчетов с использованиемразработанных математических моделей ирезультатами эксперимента. Отклонениерасчетныххарактеристик от экспериментальных в целомне превы-шает15-20%.

Pages:     | 1 || 3 |






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