Расчет и наладка коммутации машин постоянного тока на основе новых инструментальных средств моделирования и управления

• Автор: Калинин, Михаил Сергеевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 139 с. : ил.

ГЛАВА I. Анализ проблематики коммутации машин постоянного тока

1Л. Область применения и технические требования, предъявляемые к машинам постоянного тока

1.2. Современные методы аналитического исследования коммутации

1.3. Способы повышения коммутационных качеств машин постоянного тока

■"> 1.4. Выводы и постановка задачи

ГЛАВА II. Математическое моделирование электродинамических процессов в коммутационной зоне

2.1. Математическая модель формирования реактивной ЭДС

2.1.1. Аналитические основы и принятые допущения

2.1.2. Расчет пазовой составляющей реактивной ЭДС

2.1.3. Расчет зубцовой составляющей реактивной ЭДС

2.1.4. Расчет лобовой составляющей реактивной ЭДС

2.2. Формирование результирующей реактивной ЭДС при тангенциаль-
ном расположении в пазах проводников якорной обмотки
2.3. Формирование результирующей реактивной ЭДС при радиальном расположении в пазах проводников якорной обмотки
2.4. Аналитическое исследование демпфирующего эффекта коммутационных вихревых токов
2.5. Расчет распределения потерь в якорной обмотке по высоте паза с учетом коммутационных вихревых токов
Выводы
ГЛАВА III. Алгоритмизация компьютерного управления коммутационными процессами
3.1. Расчет картины магнитного поля коммутирующего полюса
3.1.1. Принятые допущения и выбор метода

3.1.2. Поле симметричного коммутирующего полюса

3.1.3. Поле коммутирующего полюса с односторонним скосом в тан-^ генциальном направлении
3.2. Алгоритм формирования коммутирующего поля
3.2.1. Аппроксимация коммутирующего поля, адекватного сумме реактивного и основного полей
3.2.2. Математическая реализация алгоритма
3.3. Численный пример компьютерного моделирования коммутационных процессов на основе предлагаемого алгоритма
3.4. Выбор рациональной геометрии наконечника коммутирующего полюса
Выводы
ГЛАВА IV. Экспериментальное исследование микропроцессорной системы управления коммутацией двигателя постоянного тока
4.1. Функциональная схема экспериментальной установки
4.2. Средства контроля качества коммутации
4.3. Описание работы системы
4.4. Анализ работы микропроцессорной системы управления возбуждением коммутирующих полюсов
Выводы
У ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Приложение
Приложение
Приложение

Актуальность темы. Коммутационная проблема сохраняется со дня изобретения щеточно-коллекторного узла до настоящего времени, о чем свидетельствуют рассмотренные в диссертации 11 отечественных монографий [1-11]. Первые десять монографий были опубликованы в течение полувека, но рассматриваемые в них подходы к расчету и анализу коммутационных процессов не претерпевали принципиальных изменений.
Основные принципы к управлению коммутацией были предложены ранее в работах И. Б. Битюцкого [11]. Предлагаемая работа является развитием этого подхода и содержит ряд дополнений и уточнений, а также некоторые результаты экспериментальной проверки.
Качество коммутации коллекторных машин постоянного тока является одним из основных факторов, определяющим допустимые режимы работы машины, ее эксплуатационную надежность, предельную мощность в одноякорном исполнении, диапазон регулирования и ряд других характеристик. В то же время именно щеточно-коллекторный узел, несмотря на известные недостатки скользящего контакта, является весьма совершенным механическим преобразователем частоты и обеспечивает высокие регулировочные свойства генераторов и двигателей постоянного тока.
Коммутационную напряженность машин постоянного тока принято характеризовать допустимым межламельным напряжением и величиной реактивной ЭДС. Ограничения, связанные с первым фактором преодолеваются применением двух- и даже трехходовых якорных обмоток [12]. При рассмотрении второго фактора озабоченность вызывает не столько величина этой ЭДС, сколько неопределенность ее методов расчета. Существующие подходы к расчету коммутации, основанные на методах теории цепей с сосредоточенными параметрами, дают либо средние значения результирующей реактивной ЭДС, либо физически нереальные ступенчатые изменения реактивного поля во времени. При таких

Рис. 2.19. Обозначения размеров расчётной модели секции с сильным поверхностным эффектом и зависимости её эквивалентных параметров от угловой частоты тока.
Будем полагать, что рассчитанные по этим формулам и показанные на рис. 2.19 зависимости эквивалентных параметров от угловой частоты синусоидального тока относятся к коммутируемой секции, имеющей диаметральный шаг. Роль условной щётки, ширина которой не превышает ширины коллекторного деления, сведём лишь к фиксации периода короткого замыкания Тк.
Итак, имеем некоторый короткозамкнутый контур, обладающий параметрами (2.16) и (2.17), представленными на рис. 2.19. В этот контур вводится периодическая знакопеременная коммутирующая ЭДС ек (оэ0/), где со0 - угловая частота периодического процесса. В первом приближении ей можно придать трапецеидальную форму (рис. 2.20) с соответствующим математическим описанием на полупериоде: