Методы и средства повышения коммутационной устойчивости коллекторных машин постоянного тока

• Автор: Игнатьев, Василий Александрович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 222 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ОБОСНОВАНИЕ

НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Коммутационная устойчивость машин постоянного тока

при регулировании частоты вращения п

1.2. Методы и средства повышения

коммутационной устойчивости МПТ

1.3. Анализ переменных, характеризующих процесс коммутации как

объект управления. Системы автоматического управления,

предназначенные для повышения коммутационной устойчивости

коллекторных МПТ
1.4. Краткий обзор методов исследования и расчета магнитного поля
в электрических машинах .
1.5.Математическое моделирование процесса коммутации .
1.6. Выводы. Задачи исследования
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО
ПОЛЯ В МЭ МПТ
2.1. Аналитическое исследование основного магнитного поля
МЭ МПТ, возбуждаемого высококоэрцитивными
постоянными магнитами
2.2. Выводы
2.3. Численный анализ результирующего магнитного поля МЭ МПТ
2.4. Выводы
Глава 3.ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАЦИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
МОДЕРНИЗИРОВАННЫХ МПТ СЕРИИ 4ПМ
3.1. Анализ работы машин постоянного тока с учетом коммутации
3.2. Экспериментальная установка для исследования опытных
образцов МПТ серии 4ПМ
3.3. Экспериментальное исследование опытных образцов МПТ
серии 4ПМ
3.4. Выводы
3.5. Моделирование процесса коммутации
3.6. Выводы
Глава 4. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ КОММУТАЦИИ
КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
4.1. Методы управления процессом коммутации
4.2. Исследование процесса коммутации коллекторных электрических машин как объекта управления
4.3. Выбор показателя качества регулирования. Обоснование желаемой настройки системы
4.4. Методика проектирования систем автоматического управления
^ процессом коммутации коллекторных электрических машин
4.5. Экспериментальные исследования систем автоматического управления процессом коммутации
4.6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В условиях возрождения отечественной промышленности значительно возрастают требования к уровню качественных показателей производимых изде-Ш лий. Наряду с необходимостью преобразования структуры производства, ис-
пользования эффективных технологий остро стоит проблема обеспечения требуемых выходных характеристик производимых изделий на стадии их проектирования.
Задаче повышения единичных мощностей машин и оборудования при одновременном уменьшении их габаритов, материалоемкости, энергопотребления и снижении стоимости на единицу конечного полезного эффекта отвечает одно из направлений современного электромашиностроения по созданию машин по-** стоянного тока (МПТ). Коллекторные МПТ, обладающие хорошими регулиро-
вочными свойствами, широко используются в электроприводах промышленных установок и механизмов, требующих регулирования частоты вращения как при постоянном моменте, так и при постоянной мощности. Можно утверждать, что в традиционных областях применения позиции МПТ сохраняют стабильную устойчивость. К этим областям во всем мире относятся такие ключевые отрасли как металлургия и горнодобывающая промышленность, станкостроение и ме-(ф таллообработка, электрифицированный транспорт. Создаются не только маши-
ны предельной мощности, но и совершенствуются коллекторные МПТ малой и средней мощности.
Однако на протяжении всего существования коллекторных МПТ главной проблемой, сдерживающей решение этой задачи, остается проблема обеспечения коммутационной устойчивости в требуемом диапазоне регулирования (ДР) частоты вращения. С увеличением частоты вращения область безыскровой работы (ОБР) МПТ интенсивно сужается, ее средняя линия смещается относи-^ тельно оси абсцисс. Настроить МПТ в этом случае на удовлетворительную
коммутацию во всем ДР частоты вращения и нагрузки в процессе изготовления изменением числа витков добавочных полюсов (ДП) и зазора не представляется возможным.

буждаемое постоянными магнитами в одном из конструктивных вариантов исполнения рассматриваемых в данной работе электродвигателей постоянного тока.
Магнитостатическое поле в любой внутренней точке каждой из материальных сред (диэлектрическая, ферромагнитная или магнитопроводящая, токопроводящая; постоянный магнит) в области существования поля описывается известной системой дифференциальных уравнений Максвелла:
го1Й = 0; (1.1)
сИуВ = 0, (1.2)
дополненной уравнениями связи между векторами В и Я (так называемые материальные уравнения) для каждой из сред, а также уравнениями для поверхностей раздела между средами (граничные условия) /70/.
Система уравнений (1.1) и (1.2) содержит два дифференциальных уравнений первого порядка в частных производных. При решении системы дифференциальных уравнений Максвелла для магнитного поля обычно используют представление еще о двух параметрах магнитного поля в рассматриваемой точке: скалярный <рм и векторный А магнитные потенциалы.
Как известно, теоретические соотношения, связывающие вектора напряженности и индукции магнитного поля с этими потенциалами, имеют следующий вид/25, 27/:
Н = ~ягаВ<рм; (1-3)
В = го(А. (1.4)
На практике при расчете магнитных полей в электрических машинах чаще всего предполагают, что исследуемое поле является плоскопараллельным (двухмерным). При этом непрерывные векторные выражения (1.3) и (1.4) в развернутой форме записи в цилиндрической системе координат сводятся к следующим /25, 27/:
а) выражение (1.3) принимает вид