Регулируемый электропривод сельскохозяйственных механизмов на основе вентильно-индукторных двигателей

• Автор: Бакланов, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 231 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Перспективы развития современного электропривода сельскохозяйственных механизмов.
1.2 Актуальность исследования и разработки индукторных электроприводов для сельскохозяйственных механизмов.
1.3 Определение областей применения вентильноиндукторного электропривода в сельскохозяйственном оборудовании
1.3.1 Сельскохозяйственные механизмы с низкой частотой вращения выходного вала электропривода
1.3.2 Сельскохозяйственные механизмы с высокой частотой вращения выходного вала электропривода

1.4 Цели и задачи исследования.

1.5 Выводы.
2.МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЕНТИЛЬНОИНДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ
2.1 Особенности вентильноиндукторного двигателя и методов его исследования. Принятые допущения
2.2 Функциональная схема и принцип действия вентильноиндукторного электропривода
2.3 Уравнения электромеханического преобразования энергии
2.4 Условия формирования момента двигателя.
2.5 Математическое описание процесса коммутации обмотки вентильноиндукторного двигателя
2.5.1 Переходный процесс тока на участке постоянной индуктивности
обмотки.
2.5.2 Переходный процесс тока на участке линейного изменения индуктивности обмотки
2.6 Общее описание такта коммутации фазы вентильноиндукторного двигателя.
2.6.1. Включение фазы и формирование переднего фронта тока.
2.6.2 Рабочий этап цикла коммутации
2.6.3 Этап отключения фазы
2.7 Влияние скоростных показателей вентильноиндукторного электропривода сельскохозяйственных механизмов на формирование процессов коммутации
2.7.1. Режимы работы вентильноиндукторного двигателя. Зависимость управляющих воздействий от режима работы.
2.7.2 Способы увеличения темпа изменения тока в обмотках.
2.7.3 Критерий перехода вентильноиндукторного двигателя из одного скоростного режима работы в другой.
2.8 Выводы.
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЕНТИЛЬНОИНДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
3.1 Коммутаторы. Влияние коммутации на характер протекания
электромагнитных процессов.
3.1.1 Вентильный коммутатор, выполненный но нулевой схеме
3.1.2 Вентильный коммутатор, выполненный по схеме асимметричного моста
3.2 Синтез контура регулирования тока
3.2.1 Постановка задачи
3.2.2 Синтез контура регулирования тока с последовательной коррекцией .
3.2.2.1 Обоснование необходимости реализации регулятора при широтноимпульсной модуляции 1го рода.
3.2.2.2 Допущения при синтезе цифрового регулятора последовательной коррекции тока вентильноиндукторного двигателя. Структурная схема контура регулирования.
3.2.2.3 Синтез контура тока для высокоскоростных сельскохозяйственных механизмов
3.2.2.4 Особенности регулирования тока вентильноиндукторных электроприводов сельскохозяйственных механизмов, работающих в низкоскоростном режиме.
3.2.2.5 Синтез контура тока для низкоскоростных сельскохозяйственных механизмов.
3.2.3 Релейное регулирование тока с зоной нечувствительности.
3.3 Синтез контура регулирования углов включения и отключения обмотки .
3.3.1 Определение зависимости индуктивности обмоток опытного вентильноиндукторного двигателя от углового положения ротора
3.3.2 Определение оптимального угла включения
3.3.3 Определение оптимального угла отключения.
3.3.3.1 Постановка задачи определения оптимального угла отключения
3.3.3.2 Поиск оптимального угла отключения.
3.4 Выводы.
4 ИМИТАЦИОННОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЬНОИНДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ.
4.1 Общий вид модели вентильноиндукторного электропривода сельскохозяйственных механизмов.
4.2 Модель вентильноиндукторного двигателя.
4.3 Модель коммутатора
4.4 Модель микропроцессорной систехмы управления
4.5 Результаты моделирования режимов работы вентильноиндукторного электропривода
4.6 Выводы
5 РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
5.1 Постановка задачи.
5.2 Вентильноиндукторный двигатель.
5.3 Датчик положения ротора.
5.4 Вентильный коммутатор.
5.5 Микропроцессорная система управления
5.6 Программатор для микроконтроллеров Ii.
5.7 Индикатор частоты вращения ротора.
5.8 Программное обеспечение контроллера управления вентильноиндукторным электроприводом.
5.9 Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Трудоемкие и сложные в технологическом отношении операции, например изготовление коллектора и щеток коллекторного электродвигателя или заливка клетки ротора асинхронного двигателя, здесь отсутствуют. По предварительным оценкам трудоемкость изготовления вентильного индукторного электродвигателя составляет на меньше трудоемкости изготовления коллекторного и на меньше трудоемкости изготовления асинхронного электродвигателя. Гибкость компоновки. Простота обмотки якоря и отсутствие обмотки и магнитов на роторе обеспечивает ВИД высокую гибкость компоновки. Конструкция электродвигателя может быть плоской, вытянутой, обращенной, секторной, линейной. Для выпуска целого тиноряда электродвигателей с различной мощностью можно использовать один и тот же комплект штампов для вырубки ротора и статора, поскольку для увеличения мощности достаточно увеличить соответственно длину набора ротора и статора. Не составляет труда изготовление машины с расположением статора как снаружи ротора, так и наоборот, а также встраивание электроники в корпус машины. Изменение коэффициента электромагнитной редукции позволяет создавать машины для облегченных и, напротив, тяжелых условий работы, включая моментные двигатели. Высокая надежность. Простота конструкции обеспечивает ВИД более высокую безотказность, чем безотказность других типов электрических машин. Конструктивная и электрическая независимость фазных обмоток обеспечивает работоспособность ВИД даже в случае полного замыкания полюсной катушки одной из фаз. Широкий диапазон частот вращения от единиц до сотен тысяч оборотов в минуту. Электромагнитная редукция позволяет создавать моментные электродвигатели. В то же время частота вращения быстроходных ВИД может превышать обмин. Высокий КПД в широком диапазоне частот вращения. Вт может доходить до в диапазоне 5кратной перестройки частоты вращения. КПД более мощных электрических машин может достигать . Импульсный характер питания ЭМП обеспечивает удобную стыковку с современной цифровой электроникой. Поскольку ВИД питается возбуждается однополярными импульсами, для управления ЭМП требуется простой электронный коммутатор. Управляя скважностью импульсов силовых транзисторов электронного коммутатора можно плавно изменять форму импульсов тока фазных обмоток электродвигателя. Электронное управление электрическими и механическими характеристиками, режимом работы. Естественная механическая характеристика ВИД определяется реактивным принципом действия электрической машины и близка к гиперболической форме. Основное свойство такой характеристики постоянство мощности на валу машины оказывается чрезвычайно полезным для электроприводов с ограниченной мощностью источника что характерно для сельских электрических сетей, так как при этом легко реализуется условие его неперегружаемости. Применение замкнутой системы управления с обратными связями по скорости и нагрузке позволяет получить механические характеристики любой заданной формы, включая абсолютно жесткие астатические, и не ведет к какому либо усложнению системы управления, так как ее процессор обладает большой избыточностью по числу входов и выходов, быстродействию и памяти. Низкая стоимость электромеханического преобразователя. Стоимость ВИД оказывается самой низкой из всех известных конструкций электрических машин. Однако, цены на изделия силовой электроники по мере развития масштабов производства имеют устойчивую тенденцию к снижению. Исключение из состава ВИД коммутационных аппаратов, для изготовления которых необходима непрерывно дорожающая медь, также способствует уменьшению стоимости. Наконец, экономическая эффективность ВИП повышается также в результате существенно меньшего расхода электроэнергии, обусловленного высоким КПД электродвигателя и применением наиболее экономичных стратегий управления в динамических режимах работы. На основании в табл. ВИД, двигателя постоянного тока ДПТ и асинхронного двигателя АД с высотой оси вращения 2 мм. Сравнительные данные различных типов двигателей, Таблица 1. Показатель Ед. Количество используемой меди о. Трудоемкость изготовления о. Коэффициент использования стали о.