Разработка и исследование преобразователей для вентильно-индукторных двигателей с конфигурируемыми обмотками

• Автор: Асташев, Михаил Георгиевич
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 203 с. : ил.

Оглавление
Введение
Квалификационные признаки работы
Глава 1. Анализ электромагнитных процессов в индукторных электрических машинах
1.1 Индукторная машина как нагрузка полупроводникового преобразователя
1.2 Задача анализа электромагнитных процессов в ВИД
1.3 Математическая модель индукторной машины
1.4 Методы оценки и расчёта входных параметров модели ИМ
1.5 Разработка модели одной фазы индукторной машины
1.6 Разработка модели двигателя и ее адаптация к особенностям исследуемой машины
1.7 Выводы по главе
Глава 2. Анализ процессов в преобразователях ВИД с конфигурируемыми фазными обмотками методами имитационного моделирования
2.1 Цели и инструменты анализа
2.2 Влияние способов включения обмоток ВИД на структуру и процессы в преобразователе
2.3 Анализ процессов в системе силовой преобразователь - ИМ с конфигурацией обмоток по схеме «звезда»
2.4 Анализ процессов в системе силовой преобразователь — ИМ с конфигурацией обмоток по схеме «многоугольник»
2.5 Режимы работы полупроводниковых приборов силовых преобразователей ВИД
2.6 Анализ пусковых токов ВИД с конфигурируемыми обмотками..
2.7 Влияние способов соединения фазных обмоток на характеристики

2.8 Выводы по главе
Глава 3. Разработка и исследование алгоритмов управления преобразователями ВИД с конфигурируемыми обмотками
3.1 Цели и инструменты исследований
3.2 Исследование диапазонов выходных мощностей ВИД с конфигурируемыми обмотками
3.3 Анализ алгоритмов управления мощностью двигателей с учетом
потерь энергии в ключевых полупроводниковых элементах преобразователя
3.4 Ограничение пусковых токов ВИД
3.5 Система управления преобразователями для ВИД с конфигурируемыми обмотками
3.6 Особенности управления ВИД с конфигурируемыми обмотками
3.7 Разработка структуры и выбор элементной базы системы управления ВИД с конфигурируемыми обмотками
3.8 Выводы по главе
Глава 4. Разработка и исследование систем отопления салона автобусов с использованием ВИД с конфигурируемыми обмотками возбуждения
4.1 Области применения ВИД с конфигурируемыми обмотками
4.2 Особенности работы ВИД в составе системы.отопления салона пассажирского автотранспорта
4.3 Силовой модуль и блок управления двигателя
4.4 Отладочный комплекс для исследования характеристик ВИД
4.5 Исследование алгоритмов управления ВИД с конфигурацией фазных обмоток по схеме «звезда»
4.6 Управление скоростью вращения ротора
4.7 Ограничение пусковых токов и защита ВИД от заклинивания ротора
4.8 Исследование характеристик серии ВИД с фазными обмотками, соединёнными по схеме «звезда»
4.9 Адаптация разработанных ВИД к особенностям организации процессов управления скоростью вращения исполнительных механизмов автомобильных систем
4.10 Эффективность внедрения результатов работы. Перспективы развития
4.11 Выводы по главе
Основные результаты и выводы
Литература
Приложения
П1. Базовый алгоритм работы системы управления ВИД
П2. Техническая реализация ВИД и устройств на его основе

Введение
По данным многих источников вентильно-индукторные двигатели (ВИД) станут электрическими двигателями двадцать первого века [1, 3, 5, 29, 71, 77, 84]. Подобные предположения имеют под собой достаточно веские основания и базируются на ряде существенных преимуществ ВИД перед электрическими двигателями других типов. К его основным достоинствам, в первую очередь, относят явнополюсную магнитную систему и отсутствие обмоток на роторе, а также хорошие массогабаритные показатели, по которым ВИД превосходит даже асинхронные двигатели [5], и высокий к.п.д. Благодаря перечисленным особенностям, двигатели данного типа обладают высокой технологичностью и надёжностью, что позитивно сказывается на их стоимости, а так же высокой энергетической эффективностью, которая совместно с экономической составляющей позволяет им успешно конкурировать практически со всеми существующими электрическими двигателями.
На фоне достоинств вентильно-индуктроных двигателей наиболее ярко становятся выраженными недостатки двигателей постоянного тока (ДПТ). К таким недостаткам можно отнести наличие скользящих контактов, относительно низкий к.п.д. и высокие массогабаритные показатели [19]. Данные факторы способствуют тому, что ДПТ имеют высокую стоимость и низкую надёжность. Несмотря на это, традиционно, в ряде областей применения двигатели данного типа до сих пор остаются основными используемыми электрическими двигателями. Тем не менее, исходя из объективных причин, постепенно активизируется процесс их вытеснения двигателями других типов, в том числе и вентильно-индукторными. Потребность в этом наиболее ярко выражена в области автомобильного и автотракторного оборудования, в состав которого входит значительное число электрических двигателей [66, 72].

магнитной цепи при измерении индуктивности одной из катушек показана на рисунке 1.11.
stator

Рис. 1.11 Эквивалентная схема замещения магнитной цепи ИМ при измерении индуктивности одной из фазных катушек
Анализ схемы показывает, что связь магнитной проводимости воздушного зазора между сердечниками одной из фаз с её индуктивностью одной из её катушек не может быть установлена на основе соотношения (1.1).
Особенность заключается в том, что магнитный поток замыкается по всем ветвям схемы. В связи с этим, измеренное значение индуктивности, например, одной из катушек фазы А соответствует следующему выражению:

w2 ■ Аа(Ла + 2ЛЬ + 2Лс + 2Àd)
(1.22)
2 - (Ха + ЛЬ + Лс + )
Данное уравнение содержит 4 неизвестных, которыми являются магнитные проводимости. Однако для каждого из положений ротора могут быть измерены индуктивности и остальных фазных катушек. Если считать ИМ идеальной, то зависимость индуктивности от положения ротора для каждой следующей фазы может быть так же получена путём сдвига на соответствующий угол данной зависимости для предыдущей фазы. В случае четырёхфазной машины значение угла сдвига составляет 90 электрических