На правах рукописи

ГАЗИЗОВ РАМИЛЬ МУКАТТИСОВИЧ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С АСИНХРОННЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их

управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Казань-2000

Работа выполнена на кафедре электротехники и электропривода Казанского государственного технологического университета.

Научный руководитель – заслуженный деятель науки и техники РТ, доктор технических наук, профессор Зиннер Л.Я.

Научный консультант – кандидат технических наук, доцент Кропачев Г.Ф.

Официальные оппоненты – академик электрохимической академии РФ, доктор технических наук, профессор Калашников М.А.

– кандидат технических наук, доцент Мухаметггалеев Т.Х.

Ведущая организация – АО «НИИ Турбокомпрессор» г. Казань

Защита диссертации состоится «26» мая 2000 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета К 063.43.06 при Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева по адресу: г. Казань, ул. Толстого, 15, 3 уч. зд. КГТУ, ауд.

317.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ им А.Н. Туполева.

Ваши отзывы, заверенные печатью, в двух экземплярах просим выслать по адресу:

420011, г. Казань, ул. К. Маркса, 10.

Автореферат разослан «24» апреля 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета д.т.н., профессор А.Ю. Афанасьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современный электропривод представляет собой сложный комплекс электромеханических устройств, а также средств автоматического управления, базирующихся на новейших достижениях в различных областях науки и техники. Успехи в развитии силовой полупроводниковой технике, достигнутые отечественной и зарубежной промышленностью, позволяют разрабатывать регулируемые электропривода путем создания, электромашинно-вентильных систем (ЭМВС), представляющих собой совокупность электромеханического преобразователя энергии и нескольких полупроводниковых преобразователей энергии с цепями их питания и управления.

Высокий уровень производства асинхронных двигателей (АД) и транзисторной техники позволяет проектировать ЭМВС с АД малой, средней и даже большой мощности. Применение АД, работающих от преобразователей частоты (ПЧ) с высокочастотным выходным напряжением, делает ЭМВС более гибкой, расширяет диапазон регулирования, улучшает весогабаритные и стоимостные показатели, что позволяет обеспечить оптимальный режим ее работы. Надежность работы и характеристики ЭМВС во многом определяются видом системы управления (СУ) транзисторами в силовой части электропривода. Для устройств специальной, общей и бытовой техники малой и средней мощности, которым не требуется широкий диапазон регулирования, рядом преимуществ обладают аналоговые СУ транзисторами, а в частности, схемы многофазных автогенераторов с магнитными связями. Такие СУ отличаются относительно простой конструкцией, так как основным элементом ее является управляющий трансформатор, отвечающий за корректное функционирование СУ в целом. Одним из перспективных направлений современной тенденции миниатюризации СУ, выполненных по автогенераторным схемам, является исключение многообмоточного трансформатора из СУ, замена и передача его функций управления на магнитную систему статора АД. При этом обмотки управления размещаются в пазах статора, а АД представляет собой совмещенную электрическую машину с цепями управления, которую будем называть асинхронным вентильным двигателем (АВД). Разработка новых систем управления на базе совмещенных электрических машин открывает новые возможности по созданию ЭМВС с улучшенными технико-экономическими показателями.

Цель работы заключается в создании АВД с рациональными технико-экономическими показателями, предназначенного для работы в высокоскоростном регулируемом электроприводе малой и средней мощности.

Задача научного исследования. Разработка математической модели и исследование АВД с учетом предвключенных элементов источника питания и насыщения магнитной системы АД.

В соответствии с поставленной задачей в работе рассматриваются следующие вопросы:

- разработка математической модели АВД на основе аппарата теории ориентированных графов с целью численного исследования процессов электромеханического преобразования энергии в нем;

- численное исследование математической модели АВД при 180-градусном законе управления транзисторами трехфазного мостового преобразователя;

- разработка и исследование математической модели АВД с учетом насыщения магнитной системы трехфазного АД в переходных и установившихся режимах;

- разработка методики расчета на ЭВМ статических и динамических электромагнитных и электромеханических характеристик АВД;

- создание комплекса программ, предназначенного для численного моделирования и исследования процессов электромеханического преобразования энергии в АВД в статических и динамических режимах;

- экспериментальное исследование и внедрение практических схем и конструкций АВД.

Основные методы исследования. Комплексное исследование АВД включает в себя качественный анализ с помощью аналитических методов, количественный анализ с помощью численных методов расчета на ЭВМ и эксперимент. Аналитические исследования базировались на теории ориентированных связанных графов, методах мгновенных значений, теории обыкновенных дифференциальных уравнений и матричной алгебре. Численные исследования, проведенные на ЭВМ с процессором Pentium-100 в системе Turbo Pascal 7.0, базировались на известных численных методах вычислительной математики. Оценка точности численной модели осуществлялась с помощью экспериментальных исследований, в ходе которых проводилось осциллографирование токов и напряжений и были определены ' рабочие и механические характеристики АВД.

Научная новизна работы представлена следующими результатами:

- на основании теории ориентированных графов разработана математическая модель АВД в фазных координатах трехфазного АД, позволяющая исследовать переходные и установившиеся процессы;

- определены линейные преобразования, которые позволили получить математическую модель АВД при 180-градусном законе управления с меньшим порядком системы уравнений;

- проведены численные исследования процессов электромеханического преобразования энергии в разработанной схеме АВД, определены основные мгновенные, статические и динамические характеристики для ряда конкретных типономиналов АВД;

- проведен качественный и количественный анализ влияния магнитного насыщения трехфазного АД на дифференциальные и интегральные характеристики АВД, с целью выдачи рекомендаций на проектирование;

- с помощью численного моделирования исследовано влияние параметров источника питания и фильтра, нелинейности момента сопротивления нагрузки, а также динамических режимов пуска, торможения противовключением и динамического торможения на электромагнитные и электромеханические процессы в АВД;

- дана оценка точности результатов численного и экспериментального исследований, разработаны практические рекомендации, реализованные в опытных образцах.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- разработаны схемы и конструкции АВД, предназначенные для работы в высокоскоростном регулируемом электроприводе;

- созданы аналитические математические модели, предназначенные для качественного анализа процессов электромеханического преобразования энергии в АВД;

- разработаны методики исследования и численного расчета на ЭВМ, предназначенные для исследования АВД в различных режимах его работы;

- создан комплекс программ на языке программирования Turbo Pascal, предназначенный для численного моделирования и исследования процессов электромеханического преобразования энергии в АВД и расчета статических и динамических характеристик АВД;

- по результатам теоретических и экспериментальных исследований спроектированы, изготовлены и испытаны макетные образцы АВД мощностью 90, 160 и 200 Вт, проведен анализ их технического уровня.

Реализация результатов работы. Основные научные и практические результаты, разработанные расчетные методики, алгоритмы, рекомендации и устройства внедрены во Всероссийском научно-исследовательском институте расходометрии, а также в учебном процессе КГТУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры электротехники и электропривода КГТУ (КХТИ), г. Казань, 1997-1999 г.г., на 10-м научно-техническом семинаре «Внутрикамерные процессы в энергетических установках. Акустика, диагностика», г. Казань, 1998 г., на Республиканской научно-технической конференции «Проблемы энергетики», г.

Казань, 1998 г., на итоговой научной сессии КГТУ за 1999 год, г. Казань, 2000 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 109 источников и приложений. Работа содержит 201 страницу основного текста и 21 страницу приложений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задача исследования, а так же вопросы научной новизны и практической ценности результатов исследований.

В первой главе проведен анализ современного состояния практической разработки и теоретического исследования ЭМВС с АД и определена задача научного исследования.

Показано, что в высокоскоростном регулируемом электроприводе малой и средней мощности наиболее широкое применение нашли схемы ЭМВС с АД. ПЧ, являющийся одним из основных звеньев ЭМВС, обычно выполняется по схеме с промежуточным звеном постоянного тока и трехфазным выходным напряжением, что позволяет реализовать известные преимущества трехфазных АД. Отмечено, что ПЧ, выполненные по автогенераторной схеме, имеют хорошие энергетические характеристики в связи с тем, что управляющие трансформаторы обладают высоким КПД, а транзисторы работают в ключевом режиме, чем и обусловлено их широкое применение в ЭМВС с АД. Однако, предъявляемые в настоящее время к современным электроприводам высокие требования, заставляют разработчиков ЭМВС минимизировать элементы СУ и регулирования АД без ухудшения надежной работы и характеристик всей ЭМВС. В связи с этим возник вопрос о замене в СУ, выполненных по автогенераторной схеме, основного элемента - многообмоточных трансформаторов на магнитную систему статора АД, которая должна выполнять те же функции, что и управляющие трансформаторы. Конструктивное объединение полупроводникового преобразователя, цепей питания и управления транзисторами и электрической машины позволяет улучшить технико-экономические показатели ЭМВС.

Так как процесс преобразования энергии в отдельных элементах ЭМВС и их поведение в различных режимах тесно взаимосвязано, поэтому особенностью современного этапа развития теории и практики исследования ЭМВС является непосредственное слияние электромеханического преобразователя энергии с полупроводниковыми цепями питания и управления с учетом в равной мере их нелинейных характеристик и параметров. В связи с этим становится актуальной задача создания математической модели и исследование АВД с учетом предвключенных элементов источника питания и насыщения магнитной системы АД. Также стоит отметить необходимость исследования динамики в «большом» и «малом» для определения динамических свойств созданного АВД, так как реальными режимами работы большинства современных регулируемых электроприводов являются динамические режимы.

Анализ теоретических методов исследования ЭМВС с АД показал, что исследование процессов электромеханического преобразования энергии в АВД наиболее эффективно проводить комбинированным численно-аналитическим методом. Он включает в себя аналитическое исследование модели АВД с помощью теории ориентированных графов (ОГ), диакоптических методов и методов мгновенных значений, с целью наиболее рационального ее построения для последующего решения на ЭВМ численными методами вычислительной математики без внесения существенных допущений.

Во второй главе приведена схема созданного АВД, пояснен принцип его действия и с использованием математического аппарата теории ОГ получена математическая модель АВД, позволяющая исследовать электромагнитные и электромеханические процессы в переходных и установившихся режимах.

Электрическая схема созданного АВД представлена на рис. 1. Стоит отметить важную особенность электрической схемы спроектированного АВД на рис.1 -обмотки управления, как и силовые обмотки, располагаются в пазах статора АД. Исследование принципа действия АВД показало, что напряжения на силовых обмотках АД формируются в соответствии с изменением результирующего магнитного поля, ось которого периодически изменяет свое положение в воздушном зазоре. Анализ результирующего магнитного поля, полученного путем суммирования магнитных индукций трех фаз АД при различных фиксированных мгновенных значениях их амплитуды во времени, при изменении их пространственной координаты вдоль двойного полюсного деления, показал, что в течении одного временного периода пространственный годограф магнитного потока принимает шесть положений с максимальным значением амплитуды. В связи с этим магнитная система АД кратковременно насыщается в шести точках пространства, соответствующих осям фаз обмоток АД, когда годограф магнитного потока принимает наибольшую амплитуду и происходит переключение транзисторов ПЧ.

Управление транзисторами ПЧ осуществляется по 180-градусному закону управления.

Для формирования прямоугольных управляющих база-эмиттерных напряжений, форма которых повторяет двухступенчатую форму фазного напряжения ПЧ, в АВД (рис.1) введен вольтодобавочный трансформатор (ВДТ), по первичной обмотке которого протекает ток третьей гармоники. Согласное соединение вторичных обмоток ВДТ и обмоток управления позволяет формировать прямоугольные база-эмиттерные напряжения.

На рис.2 представлена схема замещения АВД. Полупроводниковые вентили (ГТВ) на схеме замещения АВД представлены через их внутренние электрические и логические параметры.

Электрические параметры ПВ характеризуются дифференциальными сопротивлениями R1 R 6, которые обуславливают активные потери на открытом коллекторно-эмиттерном переходе.

Логические параметры задают интервалы времени длительности каждого из состояний ПВ с помощью переключающих функций h1 h6, значения которых равны единице, когда соответствующий ПВ открыт, и равны нулю, когда - закрыт.

Для формирования уравнений и описания топологии схемы замещения АВД построен ОГ.

По ОГ получены топологические матрицы инциденции, контуров и сечений. Матрица контуров имеет следующий вид:

Особенностью полученной матрицы контуров является наличие в ней, на ряду с нулями и единицами, переключающих функций, присутствие которых позволило записать систему уравнений в матричном виде по методу контурных токов для непланарной схемы замещения АВД:

где: [I k ] = [ i1 i 2 i 3 i 4 i 5 i 6 i k1 i k 2 i k 3 i и ] – матрица столбец контурных токов; – матрица столбец, элементами которой являются ЭДС ветвей электрической схемы, входящих в контуры, образованные хордами, подматрицы которой имеют следующий вид: [E x ] = [0 0 0 0 0 0 0 0 0 E и ], [0] – нулевая матрица 9 1;

[Z(p)] – квадратная матрица операторных сопротивлений ветвей электрической схемы, имеющая размерность 19 19:

где [zэмп(p)] – квадратная матрица сопротивлений электромеханического преобразователя энергии размером 6 6; [zn(p)] - диагональная матрица сопротивлений ПВ трехфазного мостового преобразователя размером 6 6.

С целью замены в системе уравнений (2) фиктивных контурных токов на реальные переменные состояния и уменьшения числа неизвестных предложены два линейных преобразования. Их применение к уравнению (2) позволяет получить следующую систему уравнений (4):

где [A] и [A1] – матрицы преобразования:

псевдообращенная матрица [A1] от прямоугольной матрицы преобразования [A1]:

матрицы токов, ЭДС и сопротивлений в преобразованной системе координат имеют следующий вид:

где ее субматрицы равны:

где zij – элемент матрицы [Zэмп(р)], образованный пересечением i строки и j столбца ( i, j 1, для уравнений АД в фазной системе координат).

Использование принципа макромоделирования и диакоптических методов позволило получить по отдельности макромодели для основных составных частей схемы замещения АВД (рис.2), а в частности для источника питания, фильтра, мостового преобразователя, ВДТ, трехфазного АД и технологической машины. С помощью уравнений связи и компонентных уравнений получена математическая модель АВД, в которую выходные напряжения мостового преобразователя входят в явном виде. Полученная система дифференциальных уравнений имеет вид:

где R abc, Lsabc – матрицы параметров АД, U s,r, i s,r – матрицы напряжений и токов, Мэ s,r,r электромагнитный момент, Мс - момент сопротивления, J - момент инерции, - угол поворота ротора, р - частота вращения ротора АД.

Разработанные аналитические математические модели позволяют исследовать процессы электромеханического преобразования энергии в АВД в статических и динамических режимах с учетом предвключенных цепей источника питания и нелинейных сопротивлений открытых коллекторно-эмиттерных переходов транзисторов. С помощью этих уравнений также можно проводить численное моделирование АВД с нулевым проводом и без него.

В третьей главе разработана математическая модель АВД с учетом насыщения магнитной системы трехфазного АД и проведено исследование влияния магнитного насыщения АД на основные статические и динамические характеристики АВД.

Вывод уравнений осуществлялся при следующих допущениях: равномерный воздушный зазор, синусоидальное распределение обмоток вдоль статора и ротора, магнитная симметрия, магнитные потери равны нулю, потоки рассеяния статора и ротора не зависят от насыщения.

Система дифференциальных уравнений трехфазного АД в фазной системе координат, записанная в матричном виде:

Согласно допущениям выражения для собственных индуктивностей статора и ротора примут вид:

где Ls, Lr – индуктивности рассеяния обмоток фаз статора и ротора.

Для аналитического вывода уравнений необходимо также ввести аналитическое выражение для кривой намагничивания µ(iµ) с целью определения значений дифференциальной взаимоиндуктивности – M (i µ ) =. Аналитическое выражение для тока намагничивания находится на основании закона полного тока, в результате проекций результирующего вектора намагничивающего тока на оси фаз А, В и С статора трехфазного АД.

Система уравнений трехфазного АД с учетом насыщения его магнитной системы в нормальной форме Коши имеет следующий вид:

намагничивания M(iµ). При вычислении матрицы необходимо учитывать, что выражению для тока намагничивания.

Матрица Tabc имеет вид:

Уравнение электромагнитного момента можно найти из выражения:

При подстановке соответствующих матриц для электромагнитного момента принимает вид:

n – число пар полюсов АД.

Проведено численное моделирование АВД с учетом насыщения магнитной системы АД для трех режимов, когда значения тока намагничивания АД принимают значения на линейном участке, на колене и за коленом кривой намагничивания, при следующих параметрах источника, фильтра, полупроводникового преобразователя и трехфазного АД: Еи =57.3 В;

Rи =0.8 Ом; Lи =25 мГн;

R a = R rb = R c = 0.3 Ом; Ls = 0.55 мГн; Ls = 0.61 мГн; М – дифференциальный параметр, определяемый по кривой намагничивания трехфазного АД; п=2; 0 =6000 об/мин;

М с =0.03Н·м; J =0.00013 кг·м2.

В результате численного моделирования получены расчетные мгновенные, динамические механические и электромеханические характеристики АВД. Пуск и установившийся динамический режим работы АВД для трех различных режимов насыщения магнитной системы трехфазного АД представлены, соответственно, на рис.3 - рис.5. Масштаб для частоты вращения р - 7:1, рад/с, а для электромагнитного момента Мэ -0.015:1, Н · м.

Анализ полученных результатов численного моделирования АВД на ЭВМ и сравнительная оценка их между собой показали, что увеличение насыщения магнитной системы трехфазного АД приводит к уменьшению пускового момента, соответственно, на 4% и 7%. Максимальный момент в режиме 2 почти не изменяет свою величину, а в режиме уменьшается на 5%. Переходной процесс пуска АВД с насыщенной магнитной системой АД характеризуется перерегулированием. Стоит отметить, что интервал времени, через который АВД начинает работать в установившемся динамическом режиме, возрастает, соответственно, на 28% и 59%, хотя время регулирования в режиме 2 даже уменьшилось на 7%, а в режиме увеличилось на 5%.

Сравнение динамических механических характеристик АВД показало также увеличение пульсации электромагнитного момента с увеличением насыщения магнитной системы трехфазного АД, а в режиме 3 при пуске появляется провал на рабочем участке динамической механической характеристики. Сравнение соответствующих динамических электромеханических характеристик АВД показало Рис. 3. Пуск и динамический установившийся режим работы АВД (режим 1) Рис. 4. Пуск и динамический установившийся режим работы АВД (режим 2) Рис. 5. Пуск и динамический установившийся режим работы АВД (режим 3) несущественное увеличение ударных значений фазных токов и длительности их пиковых значений в переходных режимах. С увеличением магнитного насыщения также увеличиваются амплитуды фазных токов в установившемся режиме работы АВД на 8% и 18%, что приводит к увеличению их действующих значений.

Также в данной главе разработана методика расчета интегральных рабочих и статических механических характеристик АВД. По данной методике рассчитаны интегральные характеристики АВД мощностью 90, 160 и 200 Вт.

Четвёртая глава посвящена вопросам численного моделирования и экспериментального исследования АВД.

Разработаны программы, написанные на языке программирования Turbo Pascal, в основу которых положены аналитические модели АВД, представленные во второй и третьей главах и позволяющие проводить численное моделирование АВД в статических и динамических режимах, а также определять основные дифференциальные и интегральные характеристики.

Проведено численное моделирование и исследование электромагнитных и электромеханических процессов в АВД при изменении одного из параметров элемента источника питания или фильтра на схеме замещения АВД (рис.2) в следующем диапазоне С1=С 2 =50020000 мкФ, Lи =0.15150 мГн, Rи = 0.012.1 Ом. В ходе численного моделирования определены мгновенные и динамические характеристики АВД мощностью Вт.

Анализ полученных характеристик показал, что реактивные элементы источника питания и фильтра, в основном, влияют на протекание электромагнитных процессов в источнике, определяя его показатели качества переходного процесса. Показано, что при определенных параметрах элементов фильтра можно устранить отрицательное влияние АД, работающего от преобразователя частоты и имеющего импульсный характер тока, на питающую сеть при соизмеримости их мощностей. Существенное влияние на протекающие электромагнитные и электромеханические процессы в АВД, работающего от низковольтного источника питания, оказывает увеличение активного сопротивления источника питания.

Увеличение суммарного активного сопротивления приводит к уменьшению пускового и максимального моментов и к увеличению времени пуска, в связи с увеличением падения напряжения в предвключенных цепях. Малые значения суммарного активного сопротивления источника и фильтра приводят к увеличению амплитуд колебаний напряжения и тока источника, причем число колебаний и их амплитуда растут по мере уменьшения активного сопротивления.

Проведенный анализ электромагнитных и электромеханических процессов в АВД показал, что предвключенные цепи существенно влияют на работу АВД и на характер протекающих процессов не только в динамических, но и в установившихся режимах, что необходимо учитывать при проектировании таких ЭМВС.

Проведено численное моделирование АВД при исследовании динамики в «большом» и «малом». Получены расчетные динамические характеристики АВД мощностью 160 Вт в динамических режимах пуска, реверса, торможения противовключением, динамического торможения и при приложении переменного и ударного сопротивления нагрузки. На рис. приведены результаты численного моделирования АВД в режимах пуска и реверса АВД при незатухшем магнитном поле ротора АД. Масштабы для тока источника iи - 0.5:1, А, напряжения источника Uи - 1:1, В и момента сопротивления Мс - 0.015:1, Н · м. Стоит отметить, что наибольший пик ударного момента возникает при изменении чередования фаз питающего напряжения, который во многом превышает не только номинальное значение момента, но также значения пускового и максимального моментов АД. Численное моделирование показало, что величина ударного момента при различных процессах реверса может быть различна в зависимости от величины незатухшего магнитного поля ротора АД. В связи с этим отметим, что при проектировании ЭМВС необходимо учитывать наличие больших амплитуд ударного момента в динамических режимах работы АВД, которые вызывают удары в передачах кинематической цепи электропривода.

Анализ работы АВД с переменным моментом нагрузки (рис.7) показал, что нелинейное изменение момента сопротивления обуславливает низкочастотные пульсации момента на валу АД, амплитуда которых в нашем случае больше высокочастотной пульсации момента, обусловленной временными гармониками несинусоидального ступенчатого напряжения на обмотках двигателя. В связи с этим, низкочастотная пульсация момента будет приводить к пульсациям мгновенной частоты вращения в результате ограниченной жесткости статической механической характеристики АД, а временные гармоники питающего напряжения не будут оказывать существенного влияния на изменение мгновенной частоты вращения. Стоит отметить, что амплитуда пульсации частоты вращения меньше амплитуды пульсации момента, вследствие сглаживающего действия механической инерции электропривода.

Увеличивающийся скачком момент сопротивления нагрузки частично преодолевается за счет освобождающейся из-за снижения частоты вращения ротора кинетической энергии, которая была запасена в период работы с малым моментом сопротивления, когда частота вращения возрастала.

В данной главе также приводятся данные экспериментального исследования макетных образцов АВД мощностью 90, 160 и 200 Вт. Приведены их мгновенные и интегральные характеристики. АВД мощностью 90 Вт имеет следующие номинальные данные: n=2830 об/мин, авд=56%, пч=89%, коэффициент мощности - =0.56 о.е.; АВД мощностью 160 Вт - n= об/мин, авд=63%, пч=90%, =0.56 о.е. и АВД мощностью 200 Вт - n=7100 об/мин, авд=67%, пч=91%, =0.66 о.е. Проведен сравнительный анализ экспериментальных и численных исследований, который показал, что относительная погрешность в определении характеристик составляет 5-12%.

В заключении подводятся итоги результатов теоретических и экспериментальных исследований.

В приложениях представлены аналитические преобразования ко второй главе, программа для расчета мгновенных и интегральных характеристик АВД, а также акты внедрения научных и практических результатов диссертации.

1. На основе математической теории ориентированных графов разработана математическая модель АВД, позволяющая исследовать процессы электромеханического преобразования энергии в переходных и установившихся режимах ра-, боты с нулевым проводом и без него при минимальных допущениях.

2. Определены два новых линейных преобразования, которые позволили систему уравнений, описывающую АВД, преобразовать в систему меньшего порядка. и содержащую в качестве переменных состояния реальные токи и напряжения, что дало возможность облегчить процесс численного исследования.

3. Разработана математическая модель АВД с учетом насыщения магнитной системы трехфазного АД. Проведено исследование и анализ влияния насыщения магнитной системы АД на статические и динамические характеристики АВД, который показал уменьшения пускового и максимального моментов и увеличения пульсации электромагнитного момента и времени пуска АВД.

4. Разработан комплекс программ, написанный на языке программирования Turbo Pascal, позволяющий провести численное моделирование и исследование на ЭВМ электромагнитных и электромеханических характеристик АВД и оценить его свойства в статических и динамических режимах.

5. Проведено численное моделирование и исследования динамики в «большом» и «малом» и влияния предвключенных цепей питания на процессы электромеханического преобразования энергии в АВД, с целью оценки динамических свойств и выдачи рекомендаций на проектирование.

6. Сравнительный анализ результатов экспериментального и теоретического исследований позволяет сделать вывод об адекватности проведенных теоретических и численных исследований и возможности применения предложенных методик в практике при проектировании АВД.

7. Создана одна из перспективных схем АВД, предназначенная для работы в высокоскоростном регулируемом электроприводе малой и средней мощности. Используя результаты теоретического и численного исследований, изготовлены и внедрены на предприятиях заказчика экспериментальные макетные образцы АВД мощностью 90, 160 и 200 Вт с частотой вращения от 2830 до 7500 об/мин, которые отличаются хорошими технико-экономическими показателями.

8. Проведенный анализ технического уровня разработанных АВД позволяет сделать вывод, что они не уступают уровню лучших промышленных образцов коллекторных и бесконтактных двигателей отечественного и зарубежного производства, при этом обладая рядом конструктивных и эксплуатационных достоинств.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Зиннер Л.Я., Кропачев Г.Ф., Газизов P.M. Проектирование асинхронного вентильного двигателя.// Материалы докл. республ. науч. конф. «Проблемы энергетики», ч.2. - Казань, КФ МЭИ, 1998. - с. 27-28.

2. Тарасов В.Н., Кропачев Г.Ф., Газизов P.M. Проектирование трехфазного магнитнотранзисторного инвертора.// Материалы докл. республ. науч. конф. «Проблемы энергетики», ч.2. - Казань, КФ МЭИ, 1998. - с. 28-29.

3. Зиннер Л.Я., Кропачев Г.Ф., Газизов P.M. Асинхронный вентильный двигатель с полузависимой коммутацией. Вестник Казанского технологического университета. - Казань.:

КГТУ, 1998, № 2. - с. 130-133.

4. Кропачев Г.Ф., Газизов P.M., Макаров В.Г. Применение теории ориентированных графов для математического моделирования трехфазного асинхронного вентильного двигателя.// Тез. докл. на 10-м научно-техническом семинаре «Внутрикамерные процессы в энергетических установках. Акустика, диагностика».-Казань, 1998.-с. 150-151.

5. Зиннер Л.Я., Кропачев Г.Ф., Газизов P.M. Трехфазный асинхронный вентильный двигатель.// Тез. докл. на 10-м научно-техническом семинаре «Внутри-камерные процессы в энергетических установках. Акустика, диагностика». - Казань, 1998.-с. 151.

6. Кропачев Г.Ф., Газизов P.M., Макаров В.Г. Магнитно-транзисторный инвертор с третьей гармоникой напряжения. // Тез. докл. на 10-м научно-техническом семинаре «Внутрикамерные процессы в энергетических установках. Акустика, диагностика». - Казань, 1998. - с. 156-157.

7. Кропачев Г.Ф., Газизов P.M. Математическая модель трехфазного асинхронного вентильного двигателя. Межвузовский тематический сборник научных трудов «Электроэнергетика». - Казань.: КФ МЭИ, 1998. - с. 95-99.

8. Заявка на патент РФ. Вентильная машина переменного тока. Газизов P.M., Зиннер Л.Я., Кропачев Г.Ф., Макаров В.Г., Толмачева А.В. / № 98106522/09(007020) положительное решение от 09.08.99.

9. Газизов P.M., Газизова Н.Н., Зиннер Л.Я., Кропачев Г.Ф. Анализ электромагнитных и электромеханических процессов асинхронного вентильного двигателя с учетом насыщения.

Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - Казань.: КГЭИ, 1999, № 3-4. - с.

73-80.

10. Газизов P.M. Исследование динамических режимов работы асинхронных двигателей с учетом нелинейности нагрузки. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - Казань.: КГЭИ, 1999, № 7-8. - с. 124-127.

Издательство Казанского государственного технологического университета Офсетная лаборатория Казанского государственного