Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электротехника что такое вентильно индукторный двигатель

Электричество

Виктор Николаевич Антипов

Антипов Виктор Николаевич окон­чил Ленинградский политехнический институт (ныне Санкт-Петербургский государственный поли­технический университет) в 1963 г. Защитил док­торскую диссертацию «Обеспечение заданных комму­тационных качеств при проектировании машин по­стоянного тока промышленного назначения» в 1989 г. Ведущий научный сотрудник Института химии си­ликатов имени И.В. Гребенщикова РАН (ИХС РАН).

Андрей Дмитриевич Грозов

Грозов Андрей Дмитриевич окончил Ленинград­ский политехнический институт в 1979 г. Научный сотрудник ИХС РАН.

Анна Владимировна Иванова

Иванова Анна Владимировна окончила Ленинград­ский государственный университет в 1979 г. Защи­тила кандидатскую диссертацию «Колебания модели упругого летательного аппарата в виде системы тонкостенных стержней в турбулентной атмосфе­ре» в 1989 г. Старший научный сотрудник ИХС РАН.

Viktor N. ANTIPOV

Andrei D. GROZOV

  • Главная
  • О нас
  • Вход
  • Регистрация
  • Поиск
  • Текущий выпуск
  • Архивы
  • Редакционная коллегия
  • eLIBRARY.RU

Исследование моделей вентильно-индукторного двигателя

Аннотация
Ключевые слова
Полный текст:
Литература

Lawrenson P.J., Stephenson J.M., Blenkinsop P.T., Corda J., Fulton N.N. Variable-speed switched reluctance motors. — IEEE Proc. B Power Applications, 1980, vol. 127, No. 4, pp. 253—265.

Miller T.J.E. Switched Reluctance Motors and their Control. — Magna Physics Publishing and Oxford University Press, London, 1993, 200 p.

Krishnan R. Switched Reluctance Motor Drives, book by CRC press, 2001, 432 p.

Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. — М.: Изд-во МЭИ, 2003. 71 с.

Птах Г.К. Вентильно-индукторный реактивный электро­привод средней и большой мощности: Зарубежный и отечественный опыт. — Электротехника: сетевой электронный научный журнал, 2015, т. 2, № 3, с. 23—33.

Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В. Разработка базовых вентильно-индукторных электродвигателей тягового при­вода для городского электротранспорта (метро, трамвай, трол­лейбус). — Сб. докладов Научно-технической конф. АЭН РФ «Актуальные вопросы и перспективы развития электромашино­строения», Москва, 3 декабря 2015 г. М.: ВНИИКП, с. 102—109.

Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В. Исследование характеристик базовых вентильно-индукторных электродвига­телей тягового привода городского электротранспорта. — Электричество, 2016, № 10, с. 45—52.

Soares F., Costa Blanco P.J. Simulation of a 6/4 Switched Reluctance Motor Based on Matlab/Simulink Environment. — IEEE Transaction on aerospace and electronic systems, 2001, vol. 37, No. 3, рр. 989-1009.

Chancharoensook P., Rahman M.F. Dynamic Modelling of a Four-Phase 8/6 Switched Reluctance Motor Using Current and Torque Look-up Tables. — IEEE Proc., Nov. 2002, рр. 491-496.

Грозов А.Д., Антипов В.Н. Лабораторный образец вен­тильно-индукторного двигателя для регулируемого реактивного привода городского транспорта. — Сб. материалов научной конф. «Неорганическая химия — фундаментальная основа в материаловедении керамических, стеклообразных и композици­онных материалов». — С.-Петербург, 2016, с. 44—47.

Lawrenson P.J., Stephenson J.M., Blenkinsop P.T., Corda J., Fulton N.N. Variable-speed switched reluctance motors. — IEEE Proc. B Power Applications, 1980, vol. 127, No. 4, pp. 253-265.

Miller T.J.E. Switched Reluctance Motors and their Control. — Magna Physics Publishing and Oxford University Press, London, 1993, 200 p.

Krishnan R. Switched Reluctance Motor Drives, book by CRC press, 2001, 432 p.

Kuznetsov V.A., Kuz’michev V.A. Ventil’no-induktornye dvigateli (Valve inductor drives). Moscow, Moscow Power Engineering Institute, 2003, 71 p.

Ptakh G.K. Elektrotekhnika: setevoi elektronnyi nauchnyi zhurnal — in Russ. (Electrical Engineering: power electronic scientific journal), 2015, vol. 2, No. 3, pp. 23—33.

Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Sb. dokladov Nauchno-tekhnicheskoi konf. AEN RF «Aktual’nye voprosy i perspektivy razvitiya elektromashinostroyeniya» — in Russ. (Proc. of the Scientific-practical conf. of RF Academy of Electrotechnical Sciences «Timely problems and development perspectives of the electric machine), All Russian Scientific Institute of the Cable Industry, 3 December 2015, pp. 102—109.

Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Electrichestvo — in Russ. (Electricity), 2016, No. 10, pp. 45—52.

Soares F., Costa Blanco P.J. Simulation of a 6/4 Switched Reluctance Motor Based on Matlab/Simulink Environment. — IEEE Transaction on aerospace and electronic systems, 2001, vol. 37, No. 3, pp. 989—1009.

Chancharoensook P., Rahman M.F. Dynamic Modelling of a Four-Phase 8/6 Switched Reluctance Motor Using Current and Torque Look-up Tables. — IEEE Proc., Nov. 2002, pp. 491—496.

Grozov A.D., Antipov V.N. Sb. materialov nauchnoi konf. «Neorganicheskaya khimiya — fundamental’naya osnova v materialovedenii keramicheskikh, stekloobraznykh i kompozitsionnykh materialov» (Proc. of the Scientific konf. «Inorganic chemistry is the fundamental basis in the materials science of ceramic, glass and composite materials»). St. Petersburg, 2016, pp. 44—47.

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.

Электротехника что такое вентильно индукторный двигатель

Рассматриваются принцип действия и конструкция вентильно-индукторных двигателей (ВИД), а также особенности электромеханического преобразования энергии в них. Представлена математическая модель и упрощенная методика расчета электрических машин этого типа. Изложен подход к определению пондеромоторных сил в ВИД с позиций взаимодействия зубец статора — зубец ротора.
Пособие является частью учебно-методического комплекса, в состав которого также входят программы проектирования и расчета характеристик ВИД EVEREST и Web-страница группы вентильно-индукторного привода кафедры электромеханики (http://elmech.mpei.ac.ru/sci/main.htmn.
Для студентов старших курсов Института электротехники.

Читать еще:  Греется двигатель на бмв радиатор холодный

Содержание:

Введение

Глава 1. Вентильно-индукторный двигатель. Общие сведения
1.1. Структурная схема вентильно-индукторного двигателя
1.2. Особенности конструкции индукторной машины
1.3. Конструктивные исполнения ВИД
1.4. Принцип действия ВИД
1.5. Алгоритмы коммутации фаз ИМ для ВИД
1.6. Связь между частотой возбуждения фаз ИМ ƒ и частотой вращения ротора n
1.7. Коэффициент электромагнитной редукции ВИД
1.8. Кривые тока фаз ИМ
1.9. Магнитное поле в ИМ
1.10. Кривая изменения мгновенного момента фазы ВИД
1.11. Шумы и вибрации ВИД
1.12. Достоинства и недостатки ВИД
1.13. Области применения ВИД
Контрольные вопросы и упражнения

Глава 2. Электромеханическое преобразование энергии в ИМ для ВИД
2.1. Формула баланса энергий и мощностей в ИМ
2.2. Графическая интерпретация энергии магнитного поля и коэнергии
2.3. Семейство кривых намагничивания фазы ИМ
2.4. Мгновенный момент ИМ
2.5. Мгновенный момент для линейной магнитной системы
2.6. Индуктивности фазы ИМ в зависимости от углового положения ротора
2.7. Кривые изменения мгновенного тока и момента фазы в функции
углового положения ротора при линейной магнитной системе
2.8. Энергетическая диаграмма интегрального типа
Контрольные вопросы и упражнения

Глава 3. Методика расчета семейства кривых намагничивания фазы индукторной машины
3.1. Общие положения
3.2. Кривая намагничивания в согласованном положении
3.3. Кривая намагничивания в рассогласованном положении
3.4. Методика расчета характеристик Ψ = Ψ(γ)|i=const
3.5. Методика расчета кривых намагничивания при произвольном угловом положении сердечников статора и ротора
Контрольные вопросы и упражнения

Глава 4. Пондеромоторные силы, действующие на зубцы ИМ
Контрольные вопросы и упражнения

Глава 5. Методика расчета ИМ для ВИД
5.1. Некоторые замечания
5.2. Исходные данные и задачи расчета
5.3. Определение главных размеров ИМ
5.4. Определение электромагнитных нагрузок
5.5. Выбор числа фаз и конфигурации магнитной системы
5.6. Выбор внешнего диаметра статора
5.7. Проектирование зубцовой зоны статора и ротора
5.8. Определение обмоточных данных фазной катушки
Контрольные вопросы и упражнения

Заключение

Приложение 1. ИМ различных конфигураций и параметры различных алгоритмов коммутации фаз в них
Приложение 2. Зависимость частоты вращения ВИД от вариантов конфигурации магнитной системы ИМ
Приложение 3. Коэффициент электромагнитной редукции и частота следования импульсов питающего напряжения в ВИД с ИМ, наиболее часто встречающихся на практике конфигураций, при частоте вращения n = 3000 об/мин и различных алгоритмах коммутации
Приложение 4. Обладатели патентов по ВИД по состоянию на конец 2001

Электротехника что такое вентильно индукторный двигатель

Предназначены для управления тяговыми вентильно–индукторными мотор-генераторами, мощностью до 400 кВт, работающими в составе электромеханической трансмиссии машин.

Вентильно-индукторный привод является современной, эффективной заменой тяговых электроприводов с асинхронными двигателями. Он может использоваться в качестве привода колес электровозов, магистральных и маневровровых тепловозов, традиционно использующих тяговые электроприводы с коллекторными машинами постоянного тока и с асинхронными электродвигателями.

— отсутствие обмоток на роторе электродвигателя и как следствие «холодный ротор» с пониженной рабочей температурой подшипников;

— особо надежная конструкция статора с обмоткой, состоящей из нескольких полюсных катушек с высокой вибрационной стойкостью;

— изоляция обмотки статора обладает повышенной стойкостью к импульсам напряжения на выходе преобразователя;

— высокая тепловая надежность в условиях длительной перегрузки;

— гарантированный стартовый момент 300 % от номинала при нулевой скорости является стандартной характеристикой;

— обладает высоким КПД (около 95%), который практически не меняется при изменении нагрузки в широком диапазоне;

— силовой преобразователь для питания вентильно-индукторного двигателя отличается повышенной надежностью, которая обусловлена особенностью схемы инвертора типа «несимметричный полумост», практически исключающего возможность сквозных коротких замыканий.

Перечисленные достоинства открывают хорошие перспективы для использования вентильно-индукторного привода в современных локомотивах.

— Применение такого привода на тепловозе обеспечит все режимы движения и, как минимум, 30% экономии топлива, по сравнению с электроприводом постоянного тока.

— Высокие возможности регулирования позволят точно отрабатывать заданные характеристики, следуя сигналам от органов управления. Возможность трогаться на уклоне, когда локомотив будет автоматически удерживаться на месте с помощью динамического замедления, а также отслеживание и устранение пробуксовки колес, повысит тяговое усилие и уменьшит износ колесных пар.

— Высокая надежность системы в сочетании с простотой конструкции электромашин увеличивает межсервисные пробеги и снижает затраты на ремонт, понижая стоимость одного часа работ локомотива.

Для локомотива, типовой комплект тягового электрооборудования с вентильно-индукторными электрическими машинами включает:

— тяговый вентильно-индукторный генератор, обеспечивает генерацию энергии для тяговых вентильно-индукторных двигателей во всех режимах работы машины;

— тяговые вентильно-индукторные двигатели, устанавливаются через редуктор на колесную пару локомотива. Обеспечивают режимы тяги, выбега и электродинамического торможения;

— блоки обработки сигналов датчиков температуры, установленные непосредственно на электромашины. Обеспечивают сбор информации о температуре электромашин и передачу её по CAN-шине;

Читать еще:  Громко работает двигатель на гранд старекс

— установка электродинамического замедления, представляющая собой мощный резистивный элемент с вентиляцией;

— силовой шкаф управления электромеханической трансмиссией, включающий в себя инверторы напряжения, обеспечивает управление работой генератора и тяговых электродвигателей.

В преобразователях предусмотрены защиты:

  • от коротких замыканий в модулях импульсного преобразователя;
  • от выхода напряжения постоянного тока за пределы допустимых значений;
  • от уменьшения сопротивления изоляции относительно корпуса до 200 кОм;
  • от пропадания бортовой сети;
  • от перегрузки по току в фазах;
  • от превышения температуры модулей импульсного преобразователя–более 100±10°C
  • от превышения температуры внутри силового преобразователя более 75°С.
Наименование параметровЗначение
Род токаИмпульсный
Номинальное значение напряжения постоянного тока, В600
Диапазон изменения постоянного напряжения, В0-600
Точность поддержания заданного напряжения %± 5
Пульсация выходного напряжения не более %± 5
Номинальное значение амплитудного фазного тока, А1000
Число фаз3
Диапазон изменения амплитудного фазного тока, А0-1000
Точность поддержания заданного фазного тока %± 5
Амплитудное значение фазного тока в режиме стартёра %30
Точность поддержания фазного тока в режиме стартёра %± 5
Номинальная выходная мощность кВт400
Диапазон изменения выходной мощности кВт0-400
Диапазон частот переключения тока в фазе, Гц0-1600
Максимальное значение эффективного фазного тока А560
Диапазон изменения служебного напряжения, В18-28
Диапазон рабочих температур °Сот -40 до +60
Максимальный ток нагрузки А667

Предприятие входит
в «Объединение производителей железнодорожной техники»
(НП «ОПЖТ»), которое работает над крупными текущими
и перспективными проектами
для отрасли.

Электротехника что такое вентильно индукторный двигатель

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Известны многофазные вентильно-индукторные двигатели с прямыми полюсами ротора и статора и сосредоточенными обмотками, расположенными на полюсах статора [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. — М.: Издательство МЭИ, 2003. С.62]. В таких двигателях Z2=Z1±2, где Z2 — число полюсов ротора; Z1 — число полюсов статора, поэтому ротор вентильно-индукторного двигателя вращается с частотой, меньшей чем частота первой гармоники токов фаз , где Ω — частота вращения ротора; ω — частота первой гармоники токов фаз.

Фазы этих двигателей коммутируются напряжением при помощи полумостовых схем. В результате чего токи фаз становятся существенно нелинейными, в общем случае несинусоидальными и при разложении в ряд Фурье имеют в своем составе нулевую, первую и высшие гармоники [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. — М., Издательство МЭИ, 2003. С.10-19].

Основным недостатком этого технического решения являются повышенный уровень шумов и вибраций, возникающих из-за резонансных явлений частей вентильно-индукторных двигателей при частотах первой и высших гармоник тока фаз [Шабаев В.А. Анализ источников шума вентильно-индукторного двигателя // Электротехника. 2005, №5. С.62]. Вторым источником шумов и вибраций являются ударные колебания частей вентильно-индукторных двигателей, возникающие благодаря наличию разрывов производных токов фаз и производных индуктивностей фаз по углу поворота ротора, если в этот момент токи фаз не равны нулю. Особенно сильно это проявляется, если эти разрывы совпадают по времени [Wu. С., Pollock С.Analysis and reduction of vibration and acoustic noise in the switches reluctance drive // IEEE transaction on industry application. — V.31. — 1995. — №1. — P.91-98].

Вторым недостатком этого технического решения являются высокие пульсации момента [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. — М.: Издательство МЭИ, 2003. С.19-21].

Третьим недостатком этого технического решения являются большие потери мощности в магнитопроводе и обмотках вентильно-индукторных двигателей, которые возникают благодаря наличию токов Фуко, гистерезису и скин эффекту и особенно сильно проявляются при большом числе полюсов ротора и высоких частотах вращения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению являются реверсивные вентильно-индукторные двигатели с числом фаз, большим или равным трем, и двухполюсным ротором [Патент №2396674 РФ. / Шабаев В.А., Кругликов О.В., Тубис Я.Б. // БИ. 2010. №22].

Основным недостатком этого технического решения является невозможность точного изготовления ротора, поверхности полюсов которого выполнены в виде пяти цилиндрических поверхностей одинакового радиуса, ось одной цилиндрической поверхности совпадает с осью ротора, а эта поверхность расположена в центральных частях полюсов ротора, угловая ширина этой поверхности в каждом полюсе ротора равна угловой ширине полюса статора, а оси четырех цилиндрических поверхностей с угловой шириной в два, два с половиной раза большей угловой ширины полюсного деления статора, не совпадают с осью ротора, которую невозможно выполнить при помощи обработки на токарном оборудовании.

Целями предлагаемого изобретения являются уменьшение уровня шумов, вибраций, пульсаций момента и уменьшение потерь мощности в магнитопроводе и обмотках при высоких частотах вращения.

Поставленные цели достигается тем, что в известных трехфазных вентильно-индукторных двигателях, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор, оснащенный клювообразными полюсами с Z1=(2×3)p Z2=2p, где Z1 — число полюсов статора; Z2 — число полюсов ротора; p — число пар полюсов статора, p=1, 2, 4, 8……, угловая ширина полюсов статора равна угловой ширине межполюсного расстояния полюсов статора и ротора, угловая ширина полюсов ротора в пять раз больше угловой ширины межполюсного расстояния полюсов статора и ротора , линейная ширина полюсов ротора в основании клювообразных выступов равна линейной ширине полюсов статора и равна половине расстояния от поверхности ротора до основания клювообразных полюсов , а обмотки полюсов статора управляются тремя токами,

Читать еще:  Что то стучит в двигателе питбайка

, при 0° 2 , (iB) 2 , (iC) 2 — текущие значения токов соответствующих фаз в квадрате; LA, LB, LC — индуктивности соответствующих фаз в зависимости от углового положения ротора; Lmax, Lmin — максимальные и минимальные значения индуктивностей фаз; , , — производные индуктивностей фаз по углу поворота ротора; MA(t):=dLA(t)0,5(IA(t)) 2 — крутящий момент на валу двигателя, создаваемый фазой А; МА+MB+МС — суммарный крутящий момент на валу двигателя, создаваемый фазами А, В С.

На фиг.3 приведена структурная схема регулятора момента трехфазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента. На фиг.3 обозначено: R — резистор, задающий амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; +U, -U — напряжения питания резистора, задающего амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; Iз — заданный вектор тока; БИП — блок изменения полярности; БВМ — блок выделения модуля (линейный выпрямитель); ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС — цифроаналоговые преобразователи соответствующих фаз; ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС — постоянные запоминающие устройства соответствующих фаз; ДП — датчик положения ротора вентильно-индукторного двигателя; БСА, БСВ, БСС — блоки сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз; iA, iB, iC — текущие значения токов обмоток соответствующих фаз; K1-K6 — компараторы с гистерезисом; VT1-VT6 — силовые транзисторы; K-7 -компаратор направления момента; VD1-VD6 — силовые диоды; ДТ1-ДТ4 — датчики тока; Е — источник постоянного напряжения; С — конденсатор источника постоянного напряжения; LA-LC — индуктивности соответствующих фаз; БВМ — блок выделения модуля.

Регулятор момента трехфазного вентильно-индукторного двигателя работает следующим образом. Резистором R задается амплитуда и полярность вектора тока Iз. Сигнал, пропорциональный Iз, подается на вход БВМ, с выхода которого сигналы подаются на аналоговые входы ЦАПА, ЦАПВ и ЦАПС. Сигнал, пропорциональный Iз, подается и на вход K7, который определяет направление вращающего момента в зависимости от полярности Iз, на вторые входы ЦАПА, ЦАПВ и ЦАПС подаются коды с выходов ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС, входы которых соединены с выходами датчика положения ротора ДП и выходом компаратора K7. На выходах ЦАПА, ЦАПВ и ЦАПС формируются сигналы, пропорциональные заданным токам фаз (в соответствии с фиг.2), эти сигналы подаются на входы БСА, БСВ и БСС, на другие входы которых подаются сигналы, пропорциональные текущим значениям токов iA, iB, iC, а разности сигналов, пропорциональных заданным токам и текущим значениям токов фаз, подаются на входы компараторов K1-K6, выходы которых подсоединены к базам соответствующих транзисторов и включают и выключают их, регулируя среднее значение токов iA, iB, iC в соответствии с заданными значениями. Момент, который развивает каждая фаза, равен . При конфигурации вентильно-индукторных двигателей, показанных на фиг.1, индуктивность каждой фазы двигателя в процессе вращения увеличивается и уменьшается линейно пропорционально углу поворота ротора с периодом 360 электрических градусов и со сдвигом 120 электрических градусов (как показано на фиг.2), поэтому функция постоянна по амплитуде, но периодически меняет свой знак через 180 электрических градусов, а периоды сдвинуты на 120 электрических градусов. Ток фазы А, квадрат тока фазы А и , при 120°>θ>60° — постоянны и имеют положительный знак, поэтому и момент, развиваемый этой фазой — постоянен, имеет положительный знак и При 60°>θ>0° , а , так как , то , аналогичные вычисления можно провести для 360°>θ>0° и везде момент будет иметь постоянное значение, а уменьшение шумов и вибраций обеспечивается тем, что разрыв производных индуктивностей фаз по углу поворота ротора происходит при токах этих фаз, равных нулю.

Трехфазный вентильно-индукторный двигатель, содержащий явнополюсные симметричные статор и ротор, оснащенный клювообразными полюсами с Z=(2×3)p, Z=2р, где Z — число полюсов статора; Z — число полюсов ротора; р — число пар полюсов статора, р=1, 2, 4, 8……, с угловой шириной полюсов статора, равной угловой ширине межполюсного расстояния полюсов статора и ротора, угловой шириной полюсов ротора, в пять раз большей угловой ширины межполюсного расстояния полюсов статора и ротора , линейной шириной полюсов ротора в основании клювообразных выступов, равной линейной ширине полюсов статора и равной половине расстояния от поверхности ротора до основания клювообразных полюсов , обмотки полюсов статора которого питаются тремя токами, , при 0°

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector