Обеспечение устойчивой работы тяговых вентильных электроприводов на низких частотах вращения

• Автор: Бербиренков, Иван Александрович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ.
Введение
Глава 1. Анализ конструктивных схем и особенностей тяговых электродвигателей с постоянными магнитами в составе вентильного электропривода
1.1. Области применения и основные конструктивные схемы тяговых электродвигателей с постоянными магнитами в составе вентильного электропривода
1.2. Особенности расчетного проектирования тяговых электродвигателей с постоянными магнитами
1.3. Рационализированные расчеты электрических машин с постоянными магнитами на минимум массы активных материалов
1.4. Выводы
Глава 2. Пульсации основных параметров тягового двигателя в структуре вентильного электропривода
2.1. Пульсации параметров тягового электродвигателя, вызванные колебаниями угла нагрузки
2.2. Пульсации параметров тягового электродвигателя, вызванные зубчатостью статора
2.3. Пульсации параметров, вызванные работой бортового вентильного преобразователя
2.4. Выводы
Глава 3. Вопросы обеспечения устойчивой работы тягового вентильного привода на низких частотах вращения
3.1. Применение критериев устойчивой работы синхронной машины к тяговому вентильному электроприводу
3.2. Устойчивые колебания тягового электродвигателя в системе вентильного электропривода на низких частотах вращения
3.3. Малые колебания тягового электродвигателя в системе вентильного электропривода и возможность представления больших колебаний как малых
3.4. Выводы

Глава 4. Особенности рационального расчета тяговых двигателей с возбуждением от постоянных магнитов для вентильного электропривода
4.1. Рациональное конструирование ротора тягового электродвигателя с постоянными магнитами. Рекомендуемые материалы постоянных магнитов
4.2. Анализ технического задания на расчет тягового электродвигателя и выбор основных технологических и конструктивных ограничений
4.3. Алгоритм расчета тягового электродвигателя и его реализация в виде программы расчета на ЭВМ
4.4. Некоторые результаты рациональных расчетов тяговых электродвигателей с постоянными магнитами
4.5. Выводы
Глава 5. Экспериментальные исследования колебаний тяговых электродвигателей в системе вентильного электропривода
5.1. Стенды для исследования неустойчивых режимов работы тяговых электродвигателей в системе вентильного электропривода
5.2. Некоторые результаты экспериментального исследования колебаний ротора тягового электродвигателя на низких частотах вращения и сравнение их с данными расчета
5.3. Выводы
Основные выводы и результаты работы
Список литературы
Приложение. Пример расчета магнитного поля в тяговом электродвигателе с возбуждением от постоянных магнитов

ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность работы.
Транспортный электропривод с тяговым двигателем на постоянных магнитах целесообразен в структуре вентильного электропривода. В такой структуре полностью проявляются достоинства тягового электродвигателя: бесконтактность, простота конструкции, надежное возбуждение и высокие энергетические характеристики. Разработка и внедрение в практику таких вентильных электроприводов постоянно стимулируется достижениями в области создания высокоэнергетических постоянных магнитов, развитием силовой электроники и микропроцессорных систем управления, а также вышеперечисленными достоинствами тяговых электродвигателей с постоянными магнитами.
Разработке теории и методов проектирования тяговых электродвигателей в структуре вентильного электропривода посвящено достаточное количество работ. В этих работах основное внимание уделено асинхронным тяговым электродвигателям и двигателям постоянного тока. По этой причине тяговые электродвигатели с постоянными магнитами оказались менее исследованными. Недостаточно рассмотрены рабочие процессы и вопросы расчетного проектирования, обусловленные особенностями магнитных систем таких тяговых электродвигателей. Например, в процессе эксплуатации тяговых электродвигателей с постоянными магнитами в некоторых случаях появляется шаговый режим работы привода на низких и сверхнизких частотах вращения, что недопустимо, именно в тяговых режимах. Для получения рекомендаций, исключающих вышеуказанный режим работы, необходимо исследовать рабочий режим тяговых электродвигателей с постоянными магнитами, именно с указанных позиций. Для исследования целесообразно использовать численные методы с применением ЭВМ, например, такие как: конечных разностей, интегральных уравнений, конечных элементов гармонического анализа. Для указанных методов, во многих случаях, уже разработаны программные модули, которые целесообразно использовать для достижения поставленных задач.

Параметры тягового электродвигателя с зубчатым статором будут иметь пульсации, вызванные поперечным качанием магнитного поля при вращении ротора. Наибольшие качания получаются в том случае [1], если ширина полюса будет содержать целое число зубцовых делений статора. При вращении ротора поле, проходящее через зубцы статора, будет занимать последовательно различные положения. В этом случае ось магнитного потока получает добавочное поступательное движение (+Ла) в направлении вращения ротора при переходе из положения 0 к +Ла. Наоборот, при переходе от положения 0 к положению - Да, ось потока получает добавочное перемещение - Да против направления движения ротора. Очевидно, в первом случае получается возрастание величины магнитной проводимости зазора по сравнению с ее средним значением, а во втором уменьшение, но среднее значение магнитного потока за весь цикл остается неизменным. В результате магнитный поток в зазоре будет пульсировать по своей величине с частотой, соответствующей перемещению ротора
Для ослабления пульсации магнитной проводимости от зубцовых полей можно скашивать пазы статора на одно деление по оси полюса или же скашивать край полюса при прямых зубцах статора.
Если зубцовое деление не укладывается целое число раз в полюсной дуге, то при вращении ротора магнитное сопротивление воздушного зазора периодически меняется и это вызывает пульсацию продольного магнитного поля в двух крайних положениях ротора при условии, что по длине полюсной дуги укладывается 3,5 зубцовых делений. Продольная пульсация также вызывает колебания магнитного потока с частотой
При четном числе пазов и кратном числе полюсов тягового электродвигателя пульсации достигают максимального значения. При нечетном числе пазов изменение магнитной проводимости под одним полюсом частично компенсируется соответствующим изменением магнитной проводимости под другим полюсом и абсолютная величина пульсаций уменьшается. Скос пазов на статоре или полюсных наконечников на роторе на одно зубцовое деление уничтожает периодические изменения магнитного сопротивления. При малой величине зазора пульсации