Прецизионные позиционные электроприводы с двигателями двойного питания

• Автор: Бронов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 410 с.

Аннотация
Впервые систематически рассмотрен комплекс проблем, связанных с проектированием прецизионных позиционных электроприводов (ППЭП) (следящих, программного регулирования, точного позиционирования) с асинхронными и индукторными двигателями двойного питания (ДДП). Разработаны: нелинейные и линеаризованные математические модели Д/ПТ обеспечивающие исследование динамических и установившихся процессов в рабочих и аварийных режимах, в том числе с учётом несимметрии обмоток при произвольной форме питающих напряжений, в форме переменных состояния и передаточных функций, полных и упрощённых до 2-го порядка; новые способы управления ДДП с изменением часты, амплитуды, фазового сдвига и формы питающих напряжений по обеим обмоткам; функционально необходимые для их реализации устройства (датчики, преобразовательные устройства); комплекс программ в среде Ма&саб для анализа и синтеза ППЭП с ДДП. Предложены структуры, развиты методы и разработаны методики синтеза отдельных вариантов ППЭП с ДДП, приведены результаты их моделирования и экспериментальных исследований.
Оглавление
Введение
1. Проблематика прецизионных позиционных электроприводов
1.1. Прецизионные позиционные электроприводы как особый класс электромеханических систем
1.2. Режимы работы прецизионных позиционных электроприводов
1.3. Элементы прецизионных позиционных электроприводов
1.3.1. Элементная база прецизионных позиционных электроприводов
1.3.2. Передаточные устройства и механическая нагрузка в прецизионных позиционных электроприводах
1.3.3. Электродвигатели и способы управления ими в прецизионных позиционных электроприводах
1.3.4. Принципы двойного питания и электромагнитной редукции
1.3.5. Сравнительная оценка двигателей для прецизионных позиционных электроприводов
1.3.6. Способы управления двигателями двойного питания
1.3.7. Измерительные устройства в прецизионных позиционных электроприводах55
1.3.8. Преобразовательные устройства в прецизионных позиционных электроприводах
1.3.9. Тенденции развития элементной базы прецизионных позиционных электроприводов
1.4. Математическое описание прецизионных позиционных электроприводов
1.5. Проблемы анализа прецизионных позиционных электроприводов
1.6. Принципы построения и методы синтеза систем управления прецизионных позиционных электроприводов
1.7. Управляющие устройства прецизионных позиционных электроприводов
1.8. Направления совершенствования прецизионных позиционных электроприводов
1.9. Основные направления и задачи исследований
Выводы по разделу
2. Запатентованные авторские разработки в области прецизионных позиционных электроприводов с двигателями двойного питания
2.1. Общая характеристика запатентованных технических решений

2.2. Запатентованные системы электропривода с двигателем двойного питания
2.3. Запатентованные функционально необходимые элементы электропривода
двойного питания
Выводы по разделу
3. Математическое описание двигателя двойного питания
3.1. Общая характеристика разработанного математического описания двигателя двойного питания
3.2. Математическая модель двигателя двойного питания в собственных осях обмоток
3.3. Математическая модель двигателя двойного питания в единой системе вращающихся координат
3.4. Упрощённая нелинейная модель ДДП
3.5. Линеаризация математической модели ДДП
3.6. Передаточные функции ДДП
Выводы по разделу
4. Математические модели функционально необходимых устройств прецизионных позиционных электроприводов с двигателями двойного питания
4.1. Математические модели преобразовательного устройства ППЭП
4.1.1. Виды моделей преобразовательного устройства
4.1.2. Математические модели системы управления преобразовательного устройства
4.1.3. Гармоническая модель преобразовательного устройства
4.1.4. Импульсная модель преобразовательного устройства
4.1.5. Модели силовой части преобразовательных устройств
4.2. Математическая модель источника питания
4.3. Модель прецизионного датчика углового положения
4.4. Модель датчика угла нагрузки
4.5. Математические модели датчиков угловой скорости
Выводы по разделу
5. Способы управления и принципы построения прецизионных позиционных электроприводов с двигателями двойного питания
5.1. Управляющие воздействия двигателя двойного питания
5.1.1. Управление ДДП изменением частот питающих напряжений

Принцип электромагнитной редукции основан на использовании в качестве рабочей не основной, а наибольшей зубцовой гармоники поля, специально создаваемой соответствующей формой воздушного зазора. За машинами, работающими на таком принципе, в литературе закрепилось название индукторных [49, 83, 154, 155, 177, 206, 219, 275, 323, 333 и др.], под которыми понимаются машины, у которых всегда все обмотки неподвижны и расположены на статоре (якоре), а изменение магнитного потока, пронизывающего обмотки якоря, вызывается перемещением ферромагнитных масс [49].
Машины с электромагнитной редукцией в 1920-1930-годы использовались первоначально как генераторы напряжения повышенной частоты в радиосвязи и на транспорте [47, 49, 54, 93, 130]. В 1960-е годы начались эксперименты по применению их в качестве двигателей, и с этого же времени стала интенсивно развиваться теория [45, 46, 55, 89, 90, 192, 194, 200, 202, 206, 323, 331 и др.]. Было показано, что работа таких машин основана на широтно-импульсной модуляции магнитной проводимости воздушного зазора перемещающимися разночисленными зубцами статора и ротора, вследствие чего взаимная индуктивность между двумя статорными обмотками изменяется по квазикосинусоидальному закону (если рассматривать её первую гармонику), и это эквивалентно изменению взаимной индуктивности в обычных машинах с перемещающимися обмотками на роторе. Таким образом, все электрические машины делятся на два класса, в зависимости от способа изменения взаимных индуктивностей — вследствие изменения угла между обмотками или вследствие изменения магнитной проводимости вдоль воздушного зазора. Были предложены конструкции индукторных аналогов для всех имеющихся машин традиционного исполнения — синхронных, асинхронных, постоянного тока, шаговых.
Индукторные машины имеют общий принципиальный недостаток— снижение максимального момента при переходе к работе на зубцовых гармониках поля. Правда, возникающий при этом эффект электромагнитной редукции повышает этот момент. Кроме того, в индукторных машинах существует ряд дополнительных возможностей его повышения: уменьшением воздушного зазора, увеличением токовой нагрузки обмоток, использованием улучшенных сортов стали. В целом, для индукторных двигателей чрезвычайно важна задача оптимального проектирования.
Наиболее ощутимые научные и внедренческие результаты в этой области получены в Новосибирском государственном техническом университете (бывшем Новосибирском электротехническом институте), где под руководством д. т. н. профессора В. В. ЖуловЯна такие работы успешно ведутся с 1970-х годов [73, 105, 104, 106, 131, 132, 133, 134, 135, 325, 326, 330 и др.]. К сожалению, усилия этого коллектива сконцентриро-