Реактивный двигатель и методы регулирования его момента и скорости тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Стрижков, Анатолий Михайлович

• Стрижков, Анатолий Михайлович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Стрижков, Анатолий Михайлович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СХЕМНЫЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ДИСКРЕТНО РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ОБМОТКАМИ И МЕТОДЫ ИХ АНАЛИЗА

1.1. Конструкция и принцип действия реактивного двигателя, обмотки которого выполнены с зубцовым шагом

1.2. Специальные методы анализа индукторных машин, обмотки которых выполнены с зубцовым шагом

1.2.1. Метод расчета собственных и взаимных индуктивностей, основанный на использовании модифицированных функций Радемахера

1.2.2. Альтернативная многофазная система

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ И МОМЕНТА РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ

2.1. Общие определения и принятые допущения

2.2. Собственные и взаимные индуктивные параметры реактивных двигателей различных модификаций

2.3. Уравнения электрического равновесия реактивного двигателя с нечетным числом фаз в синхронно вращающихся осях

2.4. Уравнение момента трехфазного реактивного двигателя, полученное с учетом высших временных гармоник

2.5. Упрощенные уравнения электрического равновесия и момента реактивного двигателя с четным числом фаз

2.6. Уравнения электрического равновесия и момента многофазного двигателя, работающего от двухфазного источника питания 77 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ ТРЕХФАЗНЫМ РЕАКТИВНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

3.1. Уравнения электрического равновесия и момента трехфазного реактивного двигателя в системе координат, жестко связанной с условным ротором

3.2. Особенности управления трехфазным реактивным двигателем в регулируемом электроприводе

3.3. Шаговый электропривод

3.4. Частотно - токовый электропривод 96 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ РАБОТЫ

4.1. Индуктивные параметры

4.2. Измерение момента при питании обмоток реактивного двигателя от источника постоянного тока

4.3. Рабочие характеристики реактивного двигателя в нерегулируемом режиме работы 117 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Реактивный двигатель и методы регулирования его момента и скорости»

Общеизвестно, что в современной электротехнике низкоскоА ростной электропривод занимает важное место. Так, по данным различных источников, например [1, 2], уровень использования низкоскоростных приводов (10-300 об\мин) в станочном оборудовании превышает 85 %; в области вспомогательного электропривода в энергетике более 70 %; в робототехнике - около 100 % и т.д. Большая потребность в низкоскоростных приводах в автомобильной и аэрокосмической технике.

Отметим, при построении низкоскоростного привода, проектировщик, как правило, решает две задачи. Первая связана с необходимостью получения требуемого усилия (или момента) на выходе исполнительного механизма. При этом учитываются многочисленные ограничения, обусловленные техническим заданием: предельная потребляемая мощность, заданные габариты, масса электропривода и т.д. Вторая задача связана с обеспечением требований по надежности привода при длительном сроке его безаварийной эксплуатации.

Традиционно получение низких частот вращения осуществлялось за счет применения понижающего редуктора и исполнительного двигателя с требуемыми энергетическими характеристиками [3]. Главные достоинство такого подхода - универсальность, отработанные методики проектирования и наличие комплектующих, которые выпускаются крупными сериями. Все это находит отражение в низких ценах на готовое изделия. Так, например, оптовая цена на электропривод бытовой техники, выполненный на базе асинхронного двигателя КД-180, не превышает 320-340 руб., что всего на 30-35 % превышает стоимость его материалов и комплектующих. Естественно, при изготовлении любого двигателя ограниченного применения доля затрат на технологическую оснастку и на производство электрической машины будет существенно выше.

Вместе с тем, применение понижающей механической передачи почти всегда приводит к снижению качественных характеристик электропривода. Так, по данным [4], кинематическая погрешность передаточного отношения прямозубых и червячных передач может достигать 30 % . Низкая динамика привода с редуктором (не более 700-900 1\сек2) обусловлена наличием люфтов и упругих элементов в кинематической цепи - двигатель, редуктор, объект регулирования. Исключение из кинематической цепи понижающей механической передачи приводит к существенному улучшению качества регулирования. [5, 6].

Таким образом, чтобы получить низкоскоростной электропривод с требуемыми характеристиками необходимо, прежде всего, иметь:

- исполнительный двигатель с частотой вращения в нерегулируемом режиме работы от нескольких десятков, до нескольких сот оборотов в минуту (при питании от промышленной сети). Это позволит предельно уменьшить передаточное отношение, а в ряде случаев и полностью отказаться от редуктора;

- исполнительный двигатель с величиной удельного момента (отношения момента к массе) большей, по крайней мере, в 5 - 6 раз, нежели у электрических машин традиционного исполнения (асинхронных, синхронных и постоянного тока). Это требование вытекает из сравнения величин удельного момента мотор - редукторов (10-50Нм\кг) и, к примеру, асинхронных двигателей (0,3-0,6 Нм\кг) [7,8];

- исполнительный двигатель, коэффициент мощности и КПД которого, при работе от промышленной сети сопоставим с аналогичными показателями электрических машин традиционного исполнения.

Наиболее полно вышеуказанным требованиям соответствуют индукторные или, как их еще называют, двигатели с электромагнитной редукцией частоты вращения (ДЭР). До середины 70-х годов считалось, что данные машины имеют низкие энергетические и мо-ментные показатели, вследствие чего их применение ограничивалось системами информационной автоматики. Позднее усилиями школ докторов технических наук Ф.М.Юферова, А.С.Куракина, В.В.Хрущева [9,10,11], В.В.Жуловяна [12, 13], а также зарубежных ученых [14] было доказано, что удельный момент ДЭР может достигать 4-5 Нм/кг, коэффициент использования - 35-40 кДж/м3 (у турбогенераторов показатель находится на уровне 40-60 кДж/м3), а КПД и коэффициент мощности - 0,6 - 0,85 o.e.

Позднее, с появлением патента Клода Мадера [15, 16], внимание многих электромехаников переключилось на исследование индукторных машин, обмотки которых были выполнены с зубцовым шагом [17,18,19,20]. Подобный тип обмоток (в ряде последних публикаций их назвали дискретно распределенными - ДРО) использовался в первых электрических машинах. ДРО с появлением распределенных обмоток до середины 40-х годов 20-го века, практически, не использовались. В это время подавляющее большинство схемных решений в области ДРО было разработано применительно к двигателям с катящимся ротором (ДКР) [21]. [22], [23].

Примерно до середины 70-х годов недостатки ДКР (шум, вибрации, малый срок безаварийной работы) были главной причиной ограниченного применения дискретно распределенных обмоток. С внедрением индукторных двигателей обмотки, выполненные с зубцовым шагом, получили свое третье рождение и стали широко применятся в электромашиностроении. В качестве примера можно привести завод СКБ автоматика (г. Кировокан), который в начале 80-х годов довел выпуск ДЭР до миллиона штук в год.

Анализ информационного массива показал, что электрические машины с ДРО характеризуются самым высоким уровнем электромагнитных нагрузок (это особенно заметно в микромашинах). ДРО позволяют значительно упростить технологию обмоточных работ, открывают широчайшие возможности в области конструирования магнитопроводов.

По существующей классификации [24] синхронные индукторные двигатели (ИД) можно условно разделить на три типа, отличающиеся по способу возбуждения - аксиальные, радиальные и реактивного типа.

В индукторных двигателях с аксиальным возбуждением (или как еще говорят с продольным потоком), поток возбуждения формируется за счет кольцевого постоянного магнита, либо за счет кольцевой обмотки возбуждения, которая устанавливается между пакетами ротора или крепится на одном из подшипниковых щитов, являющимся частью магнитопровода [25, 26,27].

В двигателе с радиальным возбуждением [28] можно выделить два электрических контура, расположенных на статоре. Один из них условно можно назвать обмоткой якоря, а второй - обмоткой возбуждения.

Реактивный двигатель (РД) [29] имеет одну обмотку на статоре, которая создает поле якоря, а поле возбуждения создается за счет переменного магнитного сопротивления воздушного зазора. В сравнении с другими индукторными машинами РД имеет самую простую конструкцию, двойную частоту вращения при одинаковом числе зубцов ротора и частоте питания, высокие энергетические показатели: КПД и коэффициент мощности. Кроме того, индукторный двигатель реактивного типа с обмоткой, выполненной с зубцовым шагом, сохраняет все достоинства машин с электромагнитной редукцией: высокий удельный момент, длительный срок безаварийной службы, нечувствительность к режимам короткого замыкания.

Отмеченные свойства позволяют использовать РД в самых различных системах электропривода. Так на рис. В.1 показан двигатель ДЭР - 10-43 - 86, предназначенный для работы в приводе шарового клапана ДУ - 20, регулирующего прохождение мазута (солярки) и пара. Двигатель рассчитан на момент 10 Нм и может работать в двух режимах: с номинальной скоростью (43 об/мин) и с двойной. Его питание осуществляется от промышленной трехфазной сети с

Рис. В. 1. Индукторный двигатель реактивного типа ДЭР-10-43-86 напряжением 380/220 В. В номинальном режиме он подключается ъ источнику через шесть диодов и работает как двигатель с вентильньну подмагничиванием [15] (один из вариантов индукторного двигателя с радиальным возбуждением). В режиме двойной скорости, машина работает как реактивный двигатель и в зависимости от особенностей технологического процесса развивает момент либо 5 Нм, либо 10 Нм.

Двигатель способен работать на «упор» в течение 8 часов, не требует защит по току и в сравнении с аналогом имеет меньшую массу и габариты, что упрощает его монтаж и эксплуатацию в труднодоступных местах. Конструкция машины имеет степень защиты от окружающей среды IP54. В настоящее время, на предприятии ЗАО «Сиб-КОТЭС» рассматривается возможность применения двигателя ДЭР-10^3-86 в приводах запорной арматуры ТЭЦ - 6 (г. Новосибирск).

Простота конструкции, отсутствие сложной технологической оснастки и низкая стоимость РД, являются безусловными факторами, которые в перспективе позволят ему занять определенные ниши и в области приводов бытовой техники. На рис. В.2 представлен индукторный двигатель реактивного типа РД - 3 - 600 способный, по мнению автора, составить конкуренцию асинхронным двигателям общепромышленного применения КД-180. При одинаковых с аналогом значениях наружного диаметра (116 мм) номинальной мощности (180 Вт) и электрических потерь (120 Вт) РД имеет меньшую длину пакета статора (40 мм), меньший вылет лобовых частей (2x12 мм), а, следовательно, меньшую наружную длину и меньшую стоимость материалов. Низкая частота вращения РД (600 об/мин) существенно упрощает понижающую механическую передачу, а в ряде случаев позволит полностью от нее избавится. К числу достоинств этой индукторной машины в сравнении КД-180 также следует отнести отсутствие «беличьей клетки» на роторе и простоту укладки

Рис. В.2. Индукторный двигатель реактивного типа РД-3-600 обмотки. (Двенадцать катушек наматываются на 8 шаблонов, одновременно собирается схема обмотки, а затем шаблоны с катушками размещаются на восьми зубцах статора). Как и асинхронный двигатель, РД может работать с конденсатором от однофазной сети 220 В. В настоящее время на предприятии ЗАО «НПО Развитие» (г. Железногорск Красноярского края) решается вопрос о серийном производстве подобных двигателей.

Вышеприведенные примеры показывают практическую значимость индукторных машин реактивного типа в приводах, как с регулируемой, так и с нерегулируемой скоростью вращения ротора. Следует отметить, в нерегулируемых электроприводах РД, как и любой синхронный двигатель применяется чаще. В регулируемых приводах двигатель применяется в шаговом или частотном приводе [30], [31]. В частотно - токовых электроприводах [32] РД, практически, не используется. Чтобы понять причины такого положения дел, рассмотрим основные этапы исследования РД с дискретно - распределенными обмотками, проведенных в нашей стране и за рубежом.

В начале 80-х годов представители Новосибирской школы В.В.Жуловян, А.Н.Панарин, А.Ф.Шевченко получили ряд авторских свидетельств на изобретение реактивных двигателей [33], [34]. В 1991 году, обобщив данные патентного массива и введя основные понятия об альтернативной многофазной системе [35], Д.JI.Калужский предложил базовую схему обмотки РД [36]. А.Ф.Шевченко в [37], [38], [39] провел анализ гармонического состава пространственных магнитодвижущих сил дискретно - распределенных обмоток и уточнил характер их взаимодействия при образовании момента. Примерно в это же время появилась информация о двухстаторных реактивных двигателях американской фирмы «Santa Rossa» (Калифорния), известных в нашей стране, как «Megatorque». Американские исследователи применили способ формирования временных функций фазных токов с помощью ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) и формировали токи, в зависимости от насыщения стали магнитопровода.

Д.Л.Калужский и Е.И.Кутузов экспериментально проверили эти положения и выяснили, что за счет «искажения» временной функции фазного тока, момент РД можно повысить на 28-36 %. На экспериментальном образце реактивной машины был установлен процентный состав высших временных гармоник, позволяющий достичь большего момента [31], [40], [41]. Позже в [42] с помощью модифицированных функций Радемахера были выведены уравнения для одного из конструктивных вариантов РД, записанные через симметричные составляющие. В этой работе показан механизм взаимодействия гармонических составляющих тока и получены уравнения электрического равновесия и момента, записанные в синхронно вращающихся осях без учета высших гармоник. В те же годы в [43] при исследовании преобразований многофазных систем была показана принципиальная возможность создания многофазного РД, работающего от однофазного источника, что открыло перспективы использования реактивных машин в приводах бытовой техники.

В некоторых системах автоматического регулирования наиболее рациональным представляется использовать в качестве привода шаговый двигатель с редуктором. Шаговый двигатель часто применяется в приводах космических аппаратов в устройствах поворота батарей солнечных, в системах наведения антенн, а также в приводах поворота двигателей коррекции. Применение шагового привода в электромеханических системах с повышенными требованиями к надежности и с ограничениями масса - габаритных характеристик оправдано по следующим причинам.

Во первых. Схема управления шаговым двигателем является наиболее простой и надежной, поскольку не требуется формирования синусоидального тока в каждой фазе - достаточно общего стабилизатора тока для всех фаз [30].

Во вторых. Для стабилизации скорости вращения в разомкнутой системе не требуется датчик обратной связи (датчик положения ротора или датчик скорости), который по сложности, соответственно, по надежности соизмерим с надежностью двигателя с учетом того, что к датчику, как правило, требуется электроника, которая часто бывает сложнее коммутатора фаз.

Точность стабилизации скорости обеспечивается стабильностью частоты задающего генератора.

Основным недостатком шагового режима является существенная неравномерность движения ротора двигателя при низких скоростях вращения. Требуемая равномерность движения на выходном валу привода, повышение момента и снижение приведенного к ротору двигателя момента инерции нагрузки обеспечивается в шаговом приводе выбором передаточного отношения редуктора.

РД в шаговом режиме имеет явные преимущества в сравнение с традиционным синхронным двигателем с постоянными магнитами из-за меньшей величины углового шага, а в сравнение с индукторным двигателем с вентильным подмагничиванием - из-за меньшего количества выводов питания.

При работе привода на большую инерционную нагрузку, когда могут быть проблемы пуска (как у любого синхронного двигателя), РД может использоваться в системах с частотно - токовым управлением с датчиком положения ротора на выходном валу. [32].

Несмотря на перечисленные достоинства в приводах космической техники такой тип двигателей, практически, не используется.

Особенности электромеханического преобразования энергии в реактивном двигателе с дискретно распределенной обмоткой заключаются в несинусоидальности токов и магнитных потоков, а также нелинейной зависимости между ними при питании двигателя от источника синусоидального напряжения.

Эти особенности не позволяют использовать методы, широко применяемые при анализе характеристик приводов с двигателем традиционного исполнения.

Широкому применению РД в различных областях техники до самого последнего времени препятствовало нерешенность ряда вопросов, в том числе отсутствие уравнений, показывающих возможность улучшения характеристик этой машины:

1. Отсутствие уравнений собственных и взаимных индуктивно-стей, которые имели бы приемлемые погрешности при расчете и охватывали возможные конструктивные решения РД.

2. Отсутствие уравнений электрического равновесия и момента, представленных в осях <1^,0, вращающихся со скоростью эквивалентного ротора.

3. Отсутствие уравнений момента и полезной мощности, представленных через основную и высшие временные гармоники тока.

4. Отсутствие уравнений многофазного РД, работающего от однофазного (двухфазного) источника питания.

Отсутствуют схемные решения, позволяющие оптимально управлять РД в различных режимах его работы в замкнутых и разомкнутых системах автоматического регулирования.

Объектом исследования является электропривод с индукторным двигателем реактивного типа.

Предметом исследования являются математические модели и способы управления моментом и угловой скоростью ротора индукторного двигателя реактивного типа в электроприводе, а также высшие временные гармоники момента двигателя.

Цель работы

Создание математической модели и разработка основанных на ней способов и схем управления моментом и скоростью для индукторного реактивного двигателя с зубцовым шагом обмоток, разработка практических рекомендаций для инженерного проектирования.

Задачи

1. Получить выражения собственных и взаимных индуктивно-стей для возможных конструктивных решений РД.

2. Разработать математическую модель РД в осях [б/, q, 0].

3. Разработать математическую модель многофазного РД при работе от однофазного и двухфазного источников питания.

4. Разработать математическую модель РД с учетом высших временных гармоник тока.

5. Разработать схемные решения для управления РД в различных режимах его работы.

Методы исследования

Метод симметричных составляющих, метод расчета собственных и взаимных индуктивностей, основанный на использовании модифицированных функций Радемахера, а также обобщенные преобразования, дающие двухфазные вещественные составляющие.

В процессе исследования экспериментальных образцов реактивного двигателя использовался метод прямого измерения физических величин: токов, напряжений, вращающих моментов и т. д.

Основные новые научные результаты, выносимые на защиту

1. Для различных модификаций т - фазных индукторных машин реактивного типа впервые получены выражения собственных и взаимных индуктивных параметров с помощью функций Радемахера.

2. Для различных модификаций РД в общем виде получены уравнения электрического равновесия, момента и мощности через симметричные составляющие и в синхронно вращающихся осях, что позволило более точно оценить влияние высших гармоник тока на работу машины.

3. Для трехфазного РД, работающего от синусоидального источника, получены уравнения электрического равновесия и момента в осях ¿/, д , Это позволило сформулировать оптимальные законы управления двигателем.

4. Для режимов максимального быстродействия и оптимального потребления электроэнергии получены зависимости, по которым удалось установить связь между углом нагрузки и отношением токов по осям с/, q, 0.

Значение для теории результатов работы заключается в том, что теория электропривода, включая теорию электрических машин, получила развитие в отношении индукторных реактивных электродвигателей, для которых были получены основные уравнения математической модели, послуживших базой для дальнейшего развития способов управления моментом и частотой вращения.

Значение для практики полученных результатов заключается в том, что предложены схемные и конструктивные решения многофазного РД, обеспечивающие его работу от двухфазного (или однофазного с конденсатором) источника питания. Показаны преимущества шагового режима работы РД в регулируемом электроприводе. Рассмотрена схемная реализация блока управления двигателем в шаговом режиме. Для трехфазного РД установлены оптимальные соотношения между основной и высшими временными гармониками тока. Полученные соотношения позволили получить максимальный момент с одновременным снижением потерь в обмотках двигателя за счет «бестоковой» паузы. Предложена функциональная схема с частотно-токовым управлением, реализующая оптимальные соотношения гармоник тока.

Использование результатов

Проведены расчеты, изготовлены и прошли испытания реактивные двигатели:

• РД-3-600 (питание от сети 220 В, номинальная мощность — 180 Вт, номинальная частота вращения — 600 об/мин, момент на валу — 4 Н-м), предназначенный для работы в приводах бытовой техники;

• ДЭР-10-43-86 (питание от 3-фазной сети, номинальная частота вращения— 86 об/мин, момент на валу— 10 Н-м), предназначенный для работы в регулируемом приводе запорной арматуры вентиля ДУ-20.

• ДЭР-7-43-86 (питание от 3-фазной сети, номинальная частота вращения — 86 об/мин, момент на валу — 7 Н-м) — экспериментальный образец.

Апробация

Результаты работы докладывались, были обсуждены и одобрены на следующих конференциях:

1. Международная конференция «Unconventional electromechanical and electric systems» (г. Щетцин, Польша, 2004).

20

2. Международная конференция «Unconventional electromechanical and electric systems» (г. Санкт - Петербург, Россия, 2003).

3. Республиканская конференция с международным участием «Современные проблемы энергетики, электромеханики и электротехнологий» (г. Екатеринбург, 2005).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе: 1 патент РФ, 7 авторских свидетельств на изобретения СССР, 4 научных статьи, одна из которых опубликована в издании, рекомендованном перечнем ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем - 133 страниц машинописного текста. Работа иллюстрирована 27 рисунками и 6 таблицами. Список использованной литературы содержит 92 наименования.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Стрижков, Анатолий Михайлович

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

1. Получены уравнения электрического равновесия, полезной мощности и момента реактивного двигателя в осях d, q, 0, жестко связанных с условным ротором.

2. Установлены оптимальные соотношения между токами по продольной и поперечной осям при различных способах управления скорости и момента РД.

3. Поведены исследования особенностей шагового режима работы. Показана перспективность работы инвертора со 120 градусной коммутацией токов РД.

4. Разработана функциональная схема управления РД, позволяющая обеспечить высокие характеристики привода за счет формирования основной и высших временных гармоник тока.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ РАБОТЫ

Цель исследований:

1. Убедиться в правильности выведенных уравнений для собственных и взаимных индуктивностей РД различного конструктивного исполнения.

2. Опытным путем определить величины момента, полезной мощности и электрических потерь для РД, работающего от промышленной сети 50 Гц. Сравнить расчетные и экспериментальные данные.

3. Экспериментально подтвердить факт увеличения момента РД при наличии в зависимости фазного тока высших временных гармоник (третьей и пятой).

4. Провести исследования РД при его работе в системе частотно -токового управления и убедиться в правильности выбранной электромеханической модели.

Объект исследования.

1) Объект исследования - индукторный двигатель реактивного типа ДЭР - 7 - 43 - 86. Двигатель имеет на статоре трехфазную обмотку, катушки которой выполнены с зубцовым шагом. Число катушек в фазной зоне в равно двум. Магнитопровод статора выполнен с 12 - ю большими зубцами, на внутренней поверхности которых расположено по 5 элементарных зубцов. Зубцовая зона статора равномерная, расстояние между большими зубцами равно +Ьп1, где - зубцовое деление статора, ЬпХ - ширина элементарного паза.

Число зубцов на роторе равно 70. Двигатель снабжен датчиком положения, позволяющим коммутировать токи в фазных обмотках. Номинальное фазное напряжение - 220В.

2) Индукторный двигатель РД - 3 - 600, предназначенный для работы в бытовых электроприборах. Питание двигателя - однофазное с конденсатором. Магнитопровод статора выполнен с 8-ю зубцами, в пазах между которыми размещена эквивалентная четырех-фазная обмотка. Катушки имеют зубцовый шаг и собраны в схему, позволяющую подключить обмотку к двухфазному источнику питания (Рис. 1.4, 1.5). На роторе машины выполнено десять зубцов. Номинальное фазное напряжение - 24В.

4.1. Индуктивные параметры

Эксперимент, в ходе которого определялись индуктивные сопротивления двигателя ДЭР - 7 - 43 - 86 [89], [90], [91], проводился при фазном напряжении Vф—220В. Перемещение вала в пределах зуб-цового деления ротора и фиксация его в 24 равноудаленных точках, осуществлялось с помощью оптической делительной головки. Результаты экспериментов занесены в Табл. 4.1. Ниже на Рис. 4.1 представлены графические зависимости собственной индуктивности от угла поворота ротора, где сплошной линией показаны опытные данные.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Рассмотрены различные конструкции индукторного двигателя реактивного типа, катушки которого выполнены с зубцовым шагом, а схема обмотки соответствует базовому алгоритму построения ДРО. С применением метода преобразования многофазных систем, предложена конструкция двухфазного (однофазного с конденсатором) РД.

2. Получены уравнения собственных и взаимных индуктивностей РД различных модификаций, дискретно - распределенные обмотки которых выполнены в соответствии с базовым алгоритмом.

3. Получены обобщенные уравнения электрического равновесия РД с четным и нечетным числом фаз, учитывающие влияние высших временных гармоник тока (напряжения) на работу машины.

4. Для трехфазного РД получены уравнения электрического равновесия и момента, учитывающие влияние третьей и пятой временной гармоники тока.

5. Получены упрощенные уравнения напряжений и момента РД, учитывающие одну временную гармонику тока и напряжения.

6. Получены уравнения электрического равновесия и момента многофазного РД, работающего от двухфазного источника питания.

7. Получены уравнения электрического равновесия, полезной мощности и момента реактивного двигателя в осях б/, д, 0, жестко связанных с ротором.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Стрижков, Анатолий Михайлович, 2007 год

1. Забуга В.Л. Прецизионные системы низкоскоростного электропривода с синхронными редукторными двигателями. В сб.: «Электрические машины вращательного и поступательного движения». -Новосибирск, НЭТИ, 1975.

2. Кривцов А.Н. Сравнительный анализ низкоскоростных систем электропривода. Автореферат канд. Дисс. Л.: ЛПИ им. Калинина, 1977. -36 с.

3. В.М.Казанский, Ю.А.Сабинина, Л.И.Малинин, В.А.Петров. Анализ требований к механическим модулям постоянного тока. Электричество, 1983, №2, с. 1 8.

4. Г.Ф.Зайцев, В.К.Стеклов. Компенсация естественных нелиней-ностей автоматических систем. -М.: Энергоиздат, 1982. 86 с.

5. А.В.Аверьянов, А.В.Слесарев. Волновые электропривода. М.: Информэлектро, 1970,. - 63 с.

6. Д.Л.Калужский. Электрические машины с дискретно-распределенными обмотками. Автореферат докторской диссертации. Екатеринбург, 1999, 32 с.

7. В.И.Радин, Д.Э.Брускин, А.Е.Зорохович. Электрические маши-ны./Под ред. И.П.Копылова. М.: Высшая школа, 1988, 328 с.

8. В.И.Радин. Унифицированная серия асинхронных двигателей. Интерэлектро//Электротехника. 1983,№ 11.

9. Куракин A.C., Юферов Ф.Н. О принципе действия редукторных двигателей. Изв. вузов Электромеханика, № 2, 1964, с. 193 - 208.

10. Куракин A.C. Редукторные двигатели на зубцовых гармониках поля. Автореферат докторской диссертации. М.: МЭИ, 1971.

11. Хрущев В.В. Электрические микромашины. М.: Энергия, 1968.

12. Разработка и исследование элементов и системы низкоскоростной следящей системы с синхронными двигателями с электромагнитной редукцией частоты вращения. Отчет по НИР, инв. № Г99304, научн. рук. В.В.Жуловян. Новосибирск: НЭТИ, 1979. - 139 с.

13. Разработка синхронных двигателей с электромагнитной редукцией частоты вращения для исполнительных электромеханизмов: Промежуточный отчет. /Новосиб. электротехн. инст т. Рук. работы В.В.Жуловян, № ГР 7068467; инв. № Б980585. - Новосибирск, 1981. -73 с.

14. Rhodes D.J. Assecsment of vernier motors designsing generalized machine concepts. JEE Trans. Power appar. and sys., 1977, vol. 96, № 4.-p. 1346- 1352.

15. Патент Франции № 2272519. Синхронный двигатель с переменным магнитным сопротивлением. /Claude Maeder. Заявл. 22.05.74, опубл. 19.12.75.

16. Патент США № 3.535.604. Шаговый электродвигатель. /E.W. Madsen, Н. Rosshirt. Заявл. 22.10.74.

17. A.c. СССР № 645236. Редукторный электродвигатель. /И.М.Голиков, О.А.Гущина, В.Н.Погодин. Заявл. 30.01.79. Опубл. в Б.И. № 4, 1979.

18. A.c. СССР № 7075356. Редукторный электродвигатель. / B.B. Жуловян, Д.Л. Калужский, А.Н.Панарин и др. Заявл. 30.12.82. Опубл. в Б.И. № 7, 1984.

19. А.Н.Панарин, В.В.Жуловян, Д.Л.Калужский. Редукторная машина с полупроводниковым коммутатором. A.c. СССР № 1334301. Опубл. в БИ № 8, 1989.

20. В.В.Жуловян, Д.Л.Калужский, А.Н.Панарин. Редукторный двигатель. A.c. СССР № 1457101. Опубл. в БИ № 8, 1989.

21. А.И. Московитин. Электрическая машина с катящимся ротором. -М.: Электричество, № 3, 1947.

22. В.П.Наний. Электрические двигатели с катящимся ротором и многофазным пульсирующим полем. Монография. Харьков: ХЕ-КИУ, 1967.- 175 с.

23. Ю.Г.Борзяк, М.А.Зайков, В.П.Наний. Электродвигатели с катящимся ротором. Киев.: Техника, 1982.-119с.

24. В.В.Жуловян. Коэффициент использования синхронных редук-торных двигателей. В кн. Вопросы теории и расчета электрических машин. Новосибирск: НЭТИ. 1974, с. 4 14.

25. Н.Я.Альпер, А.А.Терзян. Индукторные генераторы. М.: Энергия, 1970.- 198 е., ил.

26. Р.П. Жежерин. Индукторные генераторы. М.:, П.: Госэнергоиз-дат, 1961.-319 с.

27. М.М. Алексеева. Машинные генераторы повышенной частоты. -Л.: Энергия, 1967. 344 с.

28. В.В.Жуловян, В.В.Пастухов. Исследование двигателя с электромагнитной редукцией частоты вращения двойного питания. В кн.: Вопросы конструирования и надежности электрических машин. -Томск: Изд. ТПИ, 1977, с. 74 - 78.

29. П.С. Сергеев. Электрические машины. М.:, Д.: Госэнергоиздат, 1955.-256 с.

30. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями. / Под ред. М.Г.Чиликина. М.: Энергия, 1971. 624 с.

31. Д.Л.Калужский, Е.И.Кутузов, Т.Д.Ким. Реактивный двигатель с расщепленной обмоткой для прецизионных электроприводов. В сб. докладов Всесоюзной конференции «Современные проблемы электромеханики». М.: МЭИ, 1986. с. 65-68.

32. В.Н. Бродовский, Е.С. Иванов. Приводы с частотно-токовым управлением. «Энергия», Москва, 1974

33. В.В.Жуловян, А.Ф.Шевченко, А.Н.Панарин, М.Г.Седракян. Ре-дукторный двигатель. A.c. СССР №922959. Опубл. в БИ № 15, 1982.

34. М.Г.Седракян, С.Г.Арустамян, Л.Х.Атабекян и др. Редукторный электродвигатель. A.c. СССР № 900374. Опубл. в № 3, 1982.

35. Д.Л.Калужский. Методы анализа многофазных электрических машин. Электричество, № 2, 1998.

36. Д.Л.Калужский, А.Н.Панарин, Т.Д.Ким и др. Синхронный редукторный двигатель. A.c. СССР № 1674321, БИ 32, 1991.

37. А.Ф.Шевченко. Магнитодвижущие силы однозубцовых дробных обмоток с числом пазов на полюс и фазу меньшим единицы. /Научный вестник НГТУ, № 2, 1996, с. 99 100.

38. А.Ф.Шевченко. Многополюсные магнитоэлектрические генераторы с дробными однозубцовыми обмотками для ветроэлектрических установок. Электротехника, 1997, № 9, с. 13 16.

39. А.Ф.Шевченко, А.Н.Гультяев. Электрооборудование ветроэнергетических установок малой мощности. //Тезисы докладов 1-ой Международной конференции по автоматизированному электроприводу. С.- Петербург, 1995.

40. Е.И.Кутузов, Т.Д.Ким, Д.Л.Калужский. Электропривод переменного тока A.c. СССР № 1427541, БИ № 36, 1988.

41. В.В.Жуловян, Е.И.Кутузов, М.В.Толстиков, Д.Л.Калужский. Электропривод переменного тока. A.c. СССР № 1275332, БИ № 45, 1986.

42. О.Н.Веселовский, Д.Л.Калужский. Синхронный редукторный двигатель реактивного типа. В сб. докладов Международной конференции UEES. С. Петербург, Т. 2, 1999, с. 258 - 263.

43. Д.Л.Калужский. Электрические машины с дискретно распределенными обмотками. Электротехника, № 9, 1997.

44. Krong. Induction motor slot combinations. TAIEE, vol. 50, June, 1931.

45. А.И. Вольдек. Влияние неравномерности воздушного зазора на магнитное поле асинхронной машины. Электричество, № 12,1951.

46. Геллер Б., Гамата В. Дополнительные поля, моменты и потери мощности в асинхронных машинах. М.: Энергия, 1964.

47. Alger P.L. The Nature of Poliphase Induction Machine. Ed. 1. Wiley and sun, New Jork, 1956.

48. Д.Л.Калужский, А.М.Стрижков, Ю.Л.Марков. Синхронный индукторный двигатель. Патент РФ № 5639, Б.И. № 25, 10.09.06.

49. Э.Леви, М.Панцер. Электромеханическое преобразование энергии. М.: Мир, 1969.

50. О.Н.Веселовский, Д.Л.Калужский. Уравнения электрического равновесия синхронных и асинхронных двигателей с дискретно распределенными обмотками. Электричество, № 5, 2000.

51. Walsh J.L. A closed set of normal ortohogonal ñinction. //Amer. J. Math/ 1923. - V. 45.

52. Rademacher H. Einige Satze uber Reihen von allgemeinen ortogonal fimktionen. // Math. Ann. 1922, V. 87.

53. В.И.Голубков, А.В.Ефремов, В.А.Скворцов. ряды т преобразования Уолша. Теория и применение. М.: Наука. 1987. - 344 с.

54. В.В.Жуловян, А.Л.Мацанова. К расчету магнитной проводимости воздушного зазора при двусторонней зубчатости. В кн. Вопросы теории и расчета электрических машин. Новосибирск: НЭТИ, 1974, с. 27-37.

55. В.В.Жуловян. Расчет кривой поля в зазоре синхронных редук-торных двигателей с учетом насыщения зубцовой зоны. В кн. Вопросы теории и расчета электрических машин. Новосибирск: НЭТИ, с. 56-61.

56. Д.Уайт, Г.Вудсон. Электромеханическое преобразование энергии. М. - Л.: Энергия, 1964. - 529 с.

57. Fortescue C.L. Method of symmetrical coordinates applied to solution of poliphase network. Trans. ATEE, vol. 37, pt. 2.

58. Леви Э., Панцер M. Электромеханическое преобразование энергии. М.: Мир, 1969. - 556 с.

59. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. Госэнергоиздат, 1963.

60. А.И.Вольдек. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974. 840 е., ил.

61. М.П.Костенко, Л.М.Пиотровский. Электрические машины. М.: Госэнергоиздат, 1962.

62. А.В.Иванов-Смоленский. Электрические машины. М.: Энергия, 1980.-928 с.

63. Д.Л.Калужский, А.М.Стрижков. Уравнения электрического равновесия и момента индукторного двигателя реактивного типа. В сб. докладов Международной конференции UEES. С. Петербург, Т. 2, 2003, с. 165- 172.

64. Л.А.Бессонов. Теоретические основы электротехники. Т.1 Электрические цепи. М.: Высшая школа, 1978. 528 с.

65. И.П.Копылов. Электромеханическое преобразование энергии. -М.: Энергия, 1973.-400 с.

66. Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин. Основы электротехники. М.: Госэнер-гоиздат, 1955.

67. D. L. Kaloujski, А. М. Strizhov. Reluctance motor with tooth pitch stator winding. В сб. докладов Международной конференции UEES. С. Петербург- T. 1, 2004, с. 84-91.

68. Р.В.Фильц, Л.И.Глухиевский. Расчет характеристик и процессов явнополюсных синхронных машин. Электричество, № 2, 1977, с. 15-23.

69. Н.Н.Лябук. Цифровое математическое моделирование электромагнитных связей и переходных процессов насыщенных явнополюсных машин в синхронно вращающихся осях. Автореферат канд. диссертации. Львов: ЛПИ им. Ленинского Комсомола, 1983.- 18с.

70. В.В.Жуловян. Расчет кривой поля в зазоре синхронных редук-торных двигателей с учетом насыщения зубцовой зоны. В кн.: Вопросы теории и расчета электрических машин. Новосибирск: Изд. НЭТИ, 1974, с. 56-62.

71. Д.Л.Калужский, А.М.Стрижков. Уравнения электрического равновесия и момента индукторного двигателя. В сб. докладов Международной конференции УПИ УГТУ. Екатеринбург, Т. 3, 2005.

72. В.Г.Каган. Электроприводы с предельным быстродействием для систем воспроизведения движений. М.: Энергия, 1975. - 240 с.

73. Д.JI.Калужский, А.М.Корогодский, А.П.Панарин. Электропривод системы запуска ДВС. В кн.: Автоматизированный электропривод. - Новосибирск: Изд. НЭТИ, 1985, с. 75 - 80.

74. В.А.Бесекерский, Е.П.Попов. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. 768 с.

75. В. М.Дробушевский, С Ф.Другов, В. И.Пантелеев, А. М. Стриж-ков. Позиционный электропривод системы поворота антенн. Известия высших учебных заведений. Приборостроение. Ленинград, 1988, №3, с. 21-23.

76. A.M. Стрижков и другие, указанные в описании. Способ управления вентильным электродвигателем. А. с. СССР № 1690160. -Опубл. в Б. И. 1991 №41.

77. A.M. Стрижков. Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения. А. с. СССР. №1262659 Опубл. в Б. И. 1986 № 37.

78. A.M. Стрижков. Устройство для управления силовым транзисторным ключом. А. с. СССР. №1644315 Опубл. в Б. И. 1990 № 45.

79. В.В.Жуловян, Д.Л.Калужский, Е.И.Кутузов и др. Электропривод переменного тока. A.c. СССР № 1552335. Опубл. в БИ № 45, 1990.

80. Е.И.Кутузов, Т.Д.Ким, Д.Л.Калужский. Электропривод переменного тока. A.c. СССР № 1427541. Опубл. в БИ №36, 1988.

81. A.M. Стрижков. Мостовой транзисторный инвертор. А. с. СССР №1610572 Опубл. в Б. И. 1990 № 44.

82. А. М. Стрижков. Следящая система. А. с. СССР №1265692. -Опубл. в Б. И. 1986 № 39, с. 176.

83. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями/ О.С. Слежанов-ский, Л.Х. Дацковский, И.С. Кузнецов и др. М.: Энергоатомиздат, 1983.-256с., ил.

84. A.M. Стрижков, Крутских Е. И. Следящая система. А. с. СССР №1305628. Опубл. в Б. И. 1987 №15.

85. A.M. Стрижков. Следящая система. А. с. СССР №1366990. Опубл. в Б. И. 1988 №2

86. П.С.Сергеев, Н.В.Виноградов, Ф.А.Горяинов. Проектирование электрических машин. М., Л.: Энергия, 1969.

87. В.П.Шуйский. Расчет электрических машин. М.: Энергия, 1968.-247 с.

88. И.П.Копылов. Проектирование электрических машин. М.: Энергия, 1980. - 496 с.

89. В.П.Жерве. Промышленные испытания электрических машин. -М.: Энергоатомиздат, 1984. 426 с.