Моделювання та вибір параметрів двофазних асинхронних двигунів для поліпшення робочих властивостей транспортних електропередач

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 621.313.33:656.2

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

МОДЕЛЮВАННЯ ТА ВИБІР ПАРАМЕТРІВ ДВОФАЗНИХ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ ДЛЯ ПОЛІПШЕННЯ РОБОЧИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТРАНСПОРТНИХ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Спеціальність 05.09.01 - Електричні машини і апарати

ВАССІМ ГАЛЕБ АБУ ДАУД

Харків - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному політехнічному університеті Міністерства освіти України.

Науковий керівник:

Іваненко Віталій Микитович, кандидат технічних наук, доцент, Харківський державний політехнічний університет, доцент кафедри електричних машин.

Офіційні опоненти:

Яковлєв Олександр Іванович, доктор технічних наук, професор, Державний аерокосмічний університет "Харківський авіаційний інститут", завідувач кафедри енергетики та електротехніки;

Лущик В'ячеслав Данилович, доктор технічних наук, доцент, Українська інженерно-педагогічна академія, м. Харків, гірничий факультет, м. Стаханов, професор кафедри гірничої електромеханіки.

Провідна установа - Інститут електродинаміки НАН України, м. Київ.

Захист дисертації відбудеться 24 червня 1999 р. о 14-30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.08 у Харківському державному політехнічному університеті за адресою: 310002, м. Харків-2, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного політехнічного університету.

Автореферат розісланий 22 травня 1999 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради В.Ф. Болюх.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним із засобів підвищення надійності роботи електропередач потужних локомотивів з автономною електропередачею (тепловози, газотурбовози) є заміна тягових колекторних двигунів постійного струму на асинхронні частотно-керовані машини. Випробування вітчизняного макетного зразка тепловоза ТЕ 120, обладнаного трифазними асинхронними двигунами з живленням обмотки статора від статичного перетворювача частоти (СПЧ), показали задовільні енергетичні та експлуатаційні його характеристики. У той самий час з'ясувалось, що при розходженні параметрів тягових асинхронних двигунів (ТАД) або при різному рівні зносу бандажів колісних пар двигуни мають неоднакове навантаження, що не дозволяє повністю використати їх сумарну потужність. Ця обставина вимагає використовувати в такій передачі окремі автономні інвертори напруги (АІН) на кожний ТАД. Кафедрою "Електричні машини" Харківського державного політехнічного університету (ХДПУ) разом з НДІ "Електроважмаш" було запропоновано схему електропередачі змінно-змінного струму, де живлення обмоток статорів трьох двофазних тягових асинхронних двигунів (ДТАД) здійснюється від двох трифазних АІН. Така схема, даючи можливість підвищити надійність та зменшити масогабаритні показники передачі, має специфічні особливості, які потребують спеціальних теоретичних, розрахункових та експериментальних досліджень. Ці питання є актуальними і являють собою науковий та практичний інтерес.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами та темами. Робота виконувалась за узгодженням з НДІ "Електроважмаш" в межах програм:

1. Загальносоюзна науково-технічна програма "Создание и освоение в эксплуатации высокоэффективных и технологичных процессов на железнодорожном транспорте". (Затверджена Постановою ДКНТ СРСР № 535 від 31.12.86 р.).

2. Постанова Кабінету Міністрів України № 386 від 04.06.94 р. "Про створення дизель-поїздів та електровозів".

Мета і задачі роботи. Метою роботи є вибір параметрів паралельно працюючих двофазних асинхронних двигунів, які забезпечують надійну роботу елементів електропередачі тепловозів у нестаціонарних режимах.

Досягнення цієї мети було забезпечено шляхом дослідження режимів пуску, самозбудження та генераторного гальмування за математичною моделлю групи паралельно ввімкнених двигунів, що розроблена на основі теорії узагальненої електричної машини.

Математичні дослідження дозволили оцінити діапазон зміни параметрів обмоток статора й ротора, при яких сплески електромагнітного моменту та струму в обмотці статора не перевищують небезпечні значення з точки зору надійності роботи силових елементів перетворювача частоти та механічних вузлів електропередачі.

У зв'язку з цим необхідно було вирішити такі задачі:

- провести оцінку вирівнюючих властивостей групової схеми ввімкнення асинхронних двигунів в усталених режимах;

- оцінити вплив параметрів обмоток двигунів на сплески струму та електромагнітного моменту в перехідних режимах із врахуванням несинусоїдності живлення;

- визначити можливості схеми вирівнювати навантаження в перехідних режимах пуску, самозбудження та генераторного гальмування й дати рекомендації щодо вибору параметрів обмоток, при яких сплески струму в обмотці статора не перевищують небезпечні значення;

- провести експериментальну оцінку одержаних результатів теоретичних досліджень.

Наукова новизна роботи. Для дослідження перехідних режимів пуску, самозбудження та генераторного гальмування було розроблено універсальну математичну модель для групового ввімкнення двофазних асинхронних двигунів, що працюють від статичного перетворювача частоти.

Запропоновано метод врахування несинусоїдності живлення обмоток статора шляхом завдання розроблених комутуючих функцій перетворювача частоти, які враховують повний спектр гармонік реальної напруги.

Теоретичні та розрахункові дослідження дали можливість побудувати області проектування з врахуванням перехідних режимів, які дозволяють на етапі проектування двигунів вибирати параметри обмоток таким чином, щоб сплески струму не перевищували небезпечних значень для елементів електропередачі.

Одержані в роботі результати можуть розглядатися як подальший розвиток теорії математичного моделювання частотно-керованих асинхронних двигунів.

Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні методик та алгоритмів розрахунку ДТАД, які дозволяють здійснювати на етапі проектування вибір параметрів машини, при яких забезпечується надійна робота електропередачі в усіх експлуатаційних режимах. Результати роботи можуть бути використані при розробці та створенні тепловозів та інших транспортних засобів з електропередачею змінно-змінного струму на НВО "Електроважмаш" та інших підприємствах України, що займаються виробництвом частотно-керованих асинхронних двигунів для залізничного та міського електротранспорту.

Особистий внесок здобувача в одержання наукових результатів, які виносяться на захист:

- методика розрахунку можливостей запропонованої електропередачі щодо вирівнювання навантажень ДТАД у статичному режимі при розходженні їх параметрів;

- математична модель нестаціонарних режимів роботи ДТАД (пуск, самозбудження, генераторне гальмування) із врахуванням несинусоїдності живлення та насичення магнітопроводу;

- алгоритми розрахунку нестаціонарних режимів роботи ДТАД та аналіз їх характеристик;

- оцінка результатів теоретичних та експериментальних досліджень.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались на Міжнародних науково-технічних конференціях у 1994-1996 рр. (Харків, Україна - Мішкольц, Угорщина - Магдебург, Німеччина); на щорічних конференціях професорсько-викладацького складу ХДПУ у 1995-1998 рр. та наукових семінарах НАН України "Наукові основи електроенергетики" (м. Харків).

Публікації. За результатами дисертації опубліковано 9 наукових праць.

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, висновку, списку використаних джерел та додатка. Містить 119 с. основного тексту, 77 ілюстрацій на 59 с., 5 таблиць на 5 с., список використаних джерел з 83 найменувань на 8 с. і додаток на 36 с.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі наведено порівняльний аналіз енергетичних та масогабаритних показників різних типів електропередач тепловозів і зроблено висновок про доцільність використання передачі змінно-змінного струму з асинхронними тяговими двигунами, які керуються від статичних перетворювачів частоти. Одним з недоліків схеми є необхідність окремого регулювання кожного з ТАД за частотою живлення від власного АІН, тому що при різниці параметрів ТАД або різному рівні зносу бандажів колісних пар двигуни мають різне навантаження (при загальному джерелі живлення), що не дозволяє повністю використати їх сумарну потужність.

Аналіз відомих способів вирівнювання навантаження паралельно працюючих асинхронних машин (використання вирівнюючих трансформаторів, допоміжної обмотки на статорі, згідно-послідовне ввімкнення обмоток) показує, що всім їм властиві ті чи інші досить суттєві недоліки. Зменшити кількість АІН, які є найменш надійними елементами передачі, можна, використавши схему з двофазними тяговими двигунами, що розроблена кафедрою "Електричні машини" ХДПУ разом з НДІ "Електроважмаш", яку наведено на рис. 1. Три ДТАД одержують живлення від двох трифазних АІН, кожний з яких живить однойменні фази двигунів. Вихідні напруги одного з АІН зсунуті за фазою відносно другого на /2, що забезпечує створення в ДТАД кругового обертового поля.

Розрахункова оцінка вирівнюючих властивостей цієї схеми в статичному режимі при різних параметрах ДТАД показує, що цей режим можна розглядати як увімкнення несиметричного навантаження (еквівалентних повних опорів схем заміщення однойменних фаз ДТАД) на симетричну трифазну систему напруг (фазні напруги одного з АІН), як показано на рис. 2. При розрахунках ковзання всіх трьох ДТАД приймались різними: ковзання одного двигуна - на рівні номінального, а двох інших - з відхиленням у той чи інший бік. Розрахунки робились (у відносних одиницях) для значень параметрів, що відповідають ТАД локомотива ТЕ 120 типу ЕД-900. У таблиці 1 наведені результати розрахунків розкиду значень струму статора ДТАД в залежності від розкиду ковзань. Також дається порівняння цього розкиду для схеми з паралельним живленням ДТАД з випадком живлення двигунів від окремих АІН.

Таблиця 1 - Вирівнювання навантаження ДТАД у статичному режимі

Розкид ковзань, %	Розкид струмів статорів, %
	паралельне живлення	роздільне живлення
10 25 40	0,9 3,6 6,5	7,8 14,5 21,0

За цими результатами можна зробити висновок, що навіть при відхиленні ковзань на 40 % розкид значень струму статорів ДТАД не перевищує 6,5 % проти 21 % у випадку роздільного живлення двигунів.

Вплив інших параметрів ДТАД значно слабкіший.

У другому розділі розроблено математичну модель перехідних процесів ДТАД у режимах пуску, самозбудження та генераторного гальмування. Ця модель повинна давати можливість оцінювати сплески струму статора в перехідних режимах, які можуть бути небезпечними для силових тиристорів АІН, а також вплив параметрів ДТАД на величину цих сплесків, що дозволяє розробити рекомендації щодо проектування тягових двигунів. Важливою є також оцінка динамічних моментів, які гарантують безаварійну роботу механічних вузлів.

Зміна навантаження одного з двигунів веде до зміни ковзання, що відповідає зміні опору його схеми заміщення. При цьому з'являється напруга нульової послідовності, внаслідок чого змінюються фазні напруги паралельно працюючих двигунів. Напруга нульової послідовності в перехідних режимах безперервно змінюється, що створює певні труднощі при чисельному інтегруванні. У зв'язку з цим треба перейти до диференційних рівнянь, які записані відносно лінійних напруг, що широко висвітлено у відповідній літературі. Запис диференційних рівнянь для розрахунку перехідних режимів ДТАД зручно виконувати в координатних осях , (нерухомих відносно статора), тим паче, що для двофазних машин, на відміну від трифазних, нема потреби у зворотному переході до фазної системи координат a, b, c. Тоді після перетворювань маємо для лінійних напруг статорів ДТАД по осі :

(1)

У цих рівняннях індекси а, b, с належать до одного з паралельно працюючих двигунів; - коефіцієнти затухання статора; - коефіцієнти зв'язку статора й ротора відповідно. Рівняння для третьої лінійної напруги тотожно першим двом і може бути виключене. Треба зазначити, що запропонований метод заміни струмів на потокозчеплення дозволяє позбавитися так званих динамічних індуктивностей, які ускладнюють чисельне інтегрування.

Аналогічним чином шляхом заміни фазних потокозчеплень статора на лінійні в роботі одержана система рівнянь для фаз зведених роторів для осі :

(2)

де - кутова частота обертання відповідного ротора;

- результуюче потокозчеплення роторних контурів по осі ;

- результуюче потокозчеплення роторних контурів по осі .

Виконавши відповідні перетворення для осі , одержимо систему диференційних рівнянь, яка відрізняється від наведеної вище лише індексами при змінних. електропередача транспортний асинхронний двигун

Для дослідження електромеханічних процесів, пов'язаних із зміною частоти обертання ДТАД, одержану систему диференційних рівнянь необхідно доповнити рівнянням руху, яке відтворює механічний зв'язок між колісними парами та колією, причому розглядати для паралельно працюючих двигунів не рух кожного ротора окремо, а одночасне обертання всієї групи ДТАД. При такому підході рівняння руху можна записати як:

, (3)

де - електромеханічна стала групи двигунів;

- результуючий момент опору на валах ДТАД;

- функція, що враховує зміну знака частоти обертання (при гальмуванні на малих частотах).

Електромагнітний момент кожного з ДТАД знаходиться як:

;

; (4)

,

а результуючий момент усієї групи двигунів -

. (5)

Найважливішим питанням є також врахування несинусоїдності напруги живлення обмоток статорів ДТАД, яка характерна для електропередач змінно-змінного струму й має помітний вплив на характеристики тягових двигунів. У роботі використано аналітичний метод завдання "ступінчастого" характеру фазної напруги за допомогою комутуючої функції, який для випадку роздільного живлення тягових двигунів від окремих АІН розглянуто в літературі. Але дослідження групового ввімкнення ДТАД потребує розробки в запропонованій математичній моделі способу аналітичного завдання лінійних напруг на статорах паралельно працюючих тягових двигунів. Відповідні вирази й характер зміни напруги та її комутуючої функції подано на рис. 3. Одержана математична модель є універсальною й дозволяє виконувати розрахункові дослідження всіх експлуатаційних режимів. Але слід зауважити, що кожний з них має специфічні особливості, що потребує внесення певних корективів до загальної системи диференційних рівнянь. Так, наприклад, якщо в режимі пуску й розгону при сталому моменті насичення магнітопроводу можна вважати незмінним, то в режимі самозбудження, а потім і генераторного гальмування необхідно враховувати його зміну внаслідок переміщення робочої точки по характеристиці холостого ходу. Нелінійність магнітопроводу можна врахувати, використавши апроксимацію вигляду:

, (6)

де - ЕРС та струм холостого ходу k-го двигуна;

А, В - коефіцієнти апроксимації.

Тоді головну індуктивність на кожному кроці інтегрування визначаємо за виразом:

. (7)

Ще однією особливістю розглядуваного режиму є можливість асинхронної машини при роботі від АІН самозбуджуватись за відсутністю батареї конденсаторів. У ряді досліджень показано, що в цьому випадку АІН може бути подано як еквівалентний ємнісний опір У зв'язку з цим математичну модель треба доповнити рівнянням напруги на кожному ємнісному опорі для всіх двигунів:

(8)

(так само й для осі ).

Результати розрахунків режиму самозбудження є початковими для дослідження генераторного гальмування. В автономній системі енергія гальмування розсіюється на гальмувальному резисторі , який вмикається з боку шин постійного струму АІН, а тому його значення треба привести до боку змінного струму за виразом:

. (9)

Крім того, для знаходження напруги на еквівалентній ємності АІН систему треба доповнити рівнянням рівноваги контуру самозбудження:

. (10)

Третій розділ присвячено розрахунковим дослідженням режиму пуску, який для ДТАД здійснюється вмиканням обмотки статора на напругу із зменшеними амплітудою та частотою. Початкові частота та напруга не повинні перевищувати значень, при яких струм статора та момент досягають небезпечного рівня; з іншого боку, їх занадто малі значення можуть призвести до появи так званого "крокового" ефекту (дискретного обертання ротора). Крім того, важливе значення має рівень пульсацій струму та моменту як протягом пуску, так і після виходу на сталий рівень, які зумовлені несинусоїдністю напруги статора. На рис. 4 показано типову картину зміни частоти обертання та моменту під час пуску. Як можна бачити, після виходу ДТАД на сталий режим у графіку моменту присутні високочастотні пульсації, причому розрахунками встановлено, що при синусоїдній напрузі статора ці пульсації відсутні. У роботі проведено оцінку залежності рівня цих пульсацій від частоти. З'ясовано, що максимальне значення коефіцієнта пульсацій відповідає відносному значенню частоти ( = 0,33...0,37).

Характер зміни струмів статора ДТАД, коли вони мають різні ковзання, наведено на рис. 5, з якого видно, що й в режимі пуску струми статорів паралельно працюючих ДТАД практично однакові, що свідчить про здатність розглядуваної схеми вирівнювати навантаження двигунів.

Далі в третьому розділі було проведено аналіз впливу параметрів ДТАД на рівень максимальних сплесків струму статора та моменту і з'ясовано, що найбільший вплив на ці величини мають активні опори обмоток статора й ротора, а також з'ясовано їх допустимі значення.

У четвертому розділі були проведені розрахункові дослідження режимів самозбудження та генераторного гальмування.

На рис. 6 показані характеристики зміни напруги статора з виходом на всталений режим. Розрахунки показують, що динамічний гальмуючий момент у процесі самозбудження на частоту обертання ротора практично не впливає і його можна не враховувати. Одержані значення струму й напруги в усталеному режимі використовуються як початкові при розрахунках характеристик генераторного гальмування. Також був проведений аналіз впливу на ці величини параметрів електропередачі й ДТАД, який свідчить, що найбільший вплив мають значення частоти комутації тиристорів перетворювача, ковзання ДТАД та їх головної індуктивності, а рівень початкової напруги практичної ролі не відіграє. Одержавши початкові значення струму та напруги статора, можна перейти до розрахунку генераторного гальмування. Типову картину цього процесу зображено на рис. 7, з якого видно, що процес гальмування супроводжується появою значних пульсацій моменту і, як наслідок, нерівномірним зменшенням частоти обертів . Одним з важливих факторів, що впливають на характеристики гальмування, є закон зменшення частоти, який зумовлює рівень негативного ковзання.

Рис. ілюструє процес гальмування при лінійному

та експоненціальному

законах регулювання із сталою часу Т ( - початкова частота). Для подальших розрахунків було прийнято експоненціальний закон регулювання, тому що він більше відповідає регулюванню при сталому абсолютному ковзанні , який є найбільш економічним. Проведені далі розрахунки з різними значеннями і Т показали, що більш суттєвим є вплив електромеханічної сталої Т, бо при зниженні її різко зростають сплески струму статора, а значення моменту стає неприпустимо великим з точки зору можливої втрати зчеплення колеса з колією. Основна увага при розрахунку характеристик гальмування приділялась впливу параметрів ДТАД на значення струму статора й моменту на валу, обмеження яких зумовлено надійністю роботи електропередачі. Результати розрахункових досліджень показують, що на сплески струму найбільший вплив мають активні опори обмоток статора й ротора, а також величина головної індуктивності машини. При обмеженні сплесків струму статора на рівні сплески моменту на валу ДТАД не завдають загрози для механічних вузлів локомотива й не призводять до втрати зчеплення з рейками.

За результатами розрахункових досліджень побудовано тримірну зону основних параметрів машини (рис. 8), при яких у будь-якому з основних експлуатаційних режимів забезпечується надійна робота електропередачі тепловоза.

У п'ятому розділі наведено результати експериментальних досліджень, метою яких була перевірка вірогідності теоретичних положень і розрахункових результатів, одержаних у роботі.

Експеримент проводився на серійних асинхронних машинах серії АІР, параметри яких (у відносних одиницях) відрізняються від розрахункових параметрів ДТАД не більш як на 7...9 %, що, враховуючи результати експериментів НВО "Електроважмаш", дозволяє вважати макетну установку такою, що відповідає поставленому завданню. Результати дослідних випробувань показують, що найбільші відхилення від розрахункових результатів не перевищують:

8...9 % - для режимів пуску й генераторного гальмування;

12...14 % - для режиму самозбудження,

що дозволяє вважати теоретичні результати роботи такими, які відповідають реальним процесам у ДТАД з точністю, прийнятою для інженерних розрахунків.

У додатку наведено програми та алгоритми розрахунків перехідних режимів ДТАД.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

1. Проведено аналіз характеристик та особливостей різних типів електропередач локомотивів і з'ясовано, що схемі з ДТАД притаманний ряд позитивних якостей, які потребують подальших досліджень. З'ясовано, що відомі способи вирівнювання навантаження паралельно працюючих асинхронних машин не дозволяють використовувати їх в електропередачах тепловозів.

2. Доведено, що схема електропередачі з ДТАД та трифазними АІН має властивість вирівнювати навантаження між двигунами при їх роботі в статичних режимах.

3. Розроблено математичну модель, яка дозволяє проводити розрахунки експлуатаційних перехідних режимів ДТАД (пуску, самозбудження та генераторного гальмування) для різних параметрів і законів регулювання частоти при груповому вмиканні (паралельній роботі на загальне навантаження).

4. Розроблено методики та алгоритми розрахунку характеристик ДТАД у всіх основних режимах роботи на загальне навантаження з урахуванням несинусоїдності напруги на статорі та насичення магнітопроводу машини.

5. Визначено межі зміни основних параметрів схеми заміщення ДТАД, при яких забезпечується надійна робота всіх елементів електропередачі в перехідних режимах.

6. Результати експериментальних досліджень підтверджують вірогідність теоретичних досліджень і розрахункових результатів, наведених у роботі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Абу Дауд Вассим. Учет несинусоидальности питания в математической модели группового включения асинхронных двигателей // Вестн. Харьк. гос. политехн. ун-та. - 1999. - Вып. 32. - С. 3-6.

2. Абу Дауд Вассим. Экспериментальное исследование двухфазных частотно-управляемых асинхронных двигателей // Вестн. Харьк. гос. политехн. ун-та. - 1999. - Вып. 32. - С. 17-21.

3. Абу Дауд Вассим. Выравнивание нагрузок двухфазных асинхронных двигателей при групповом включении в установившемся режиме // Вестн. Харьк. гос. политехн. ун-та. - 1999. - Вып. 37. - С. 118-121.

4. Иваненко В.Н., Рогачев С.И., Осташевский Н.А., Абу Дауд Вассим. Работа двухфазных асинхронных двигателей в схеме выравнивания нагрузки // Вестн. Харьк. гос. политехн. ун-та. - 1998. - Вып. 21. - С. 23-26.

Автор виконав розробку математичної моделі групового вмикання двофазних асинхронних двигунів.

5. Иваненко В.Н., Рогачев С.И., Осташевский Н.А., Абу Дауд Вассим. Работа двухфазных асинхронных двигателей в режиме генераторного торможения // Вестн. Харьк. гос. политехн. ун-та. - 1998. - Вып. 21. - С. 30-33.

Автору належить розробка математичної моделі режиму генераторного гальмування асинхронних двигунів.

6. Рогачев С.И., Иваненко В.Н., Осташевский Н.А., Абу Дауд Вассим. Параллельная работа двухфазных тяговых асинхронных двигателей в режиме частотного пуска // Вестн. Харьк. гос. политехн. ун-та. - 1998. - Вып. 21. - С. 34-37.

Автор розробив математичну модель пускового режиму асинхронних двигунів та зробив розрахунковий аналіз режиму.

7. Иваненко В.Н., Рогачев С.И., Абу Дауд Вассим. Параллельная работа асинхронных двигателей транспортных средств // Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье: Тез. докл. междунар. науч.-техн. конф., 3-5 мая 1994 г. - Харьков, Мишкольц: ХПУ, МУ, 1994. - Ч. 2. - С. 30.

Автору належить теоретичний аналіз схеми вирівнювання навантажень при різних ковзаннях двигунів.

8. Иваненко В.Н., Рогачев С. И., Осташевский Н.А., Волков С. В., Абу Дауд Вассим. Пуск асинхронного двигателя при несинусоидальном напряжении питания // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Материалы междунар. науч.-техн. конф., 30-31 мая 1996 г. - Харьков, Мишкольц, Магдебург: ХГПУ, МУ, МТУ, 1996. - Ч. 1. - С. 79.

Автором запропоновані комутуючі функції перетворювача частоти.

9. Иваненко В.Н., Рогачев С.И., Абу Дауд Вассим. Работа двухфазных тяговых асинхронных двигателей при питании от трехфазных автономных инверторов // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Материалы междунар. науч.-техн. конф., 19-21 апреля 1995 г. - Харьков, Мишкольц: ХГПУ, МУ, 1995. - Ч. 2. - С. 10.

Автору належить розрахунок вирівнюючих властивостей по навантаженню схеми групового вмикання асинхронних двигунів у статичному режимі.

АНОТАЦІЇ

Вассім Галеб Абу Дауд. Моделювання та вибір параметрів двофазних асинхронних двигунів для поліпшення робочих властивостей транспортних електропередач.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 - електричні машини і апарати. - Харківський державний політехнічний університет, Харків, 1998.

Дисертація присвячена питанням розробки високонадійних передач транспортних засобів змінного струму, в яких використовуються асинхронні тягові двигуни. За зразок приймається передача, в якій використані двофазні асинхронні тягові двигуни з живленням від трифазних автономних інверторів, що зменшує кількість останніх у порівнянні з передачею з трифазними двигунами. З'ясовано, що цій схемі притаманна властивість вирівнювати навантаження між тяговими двигунами при розходженні їх параметрів у статичному та динамічних режимах. Розроблено математичні моделі та алгоритми розрахунків режимів пуску, самозбудження й генераторного гальмування, вірогідність яких підтверджується результатами розрахункових та експериментальних досліджень. Визначено тримірну область допустимих параметрів двигунів, при яких забезпечується безаварійна робота електропередачі. Основні результати дисертації знайшли промислове впровадження при проектуванні нових типів надійних передач електротранспорту.

Ключові слова: двофазний тяговий асинхронний двигун, вирівнювання навантаження, перехідні режими, область параметрів.

ANNOTATION

Wassim Ghaleb Abou Daoud. Modeling and Choice of Parameters of Biphase Asynchronous Engines for Improvement of Working Properties of Transport Electrotransfers.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.09.01 - electrical machines and devices. - Kharkov State Polytechnical University, Kharkov, 1998.

The dissertation is devoted to development of highly reliable transport transfers of a current, in which the asynchronous engines are used. As a sample, taking transfer of an alternating current, in which the biphase asynchronous engines are used at a meal from three-phase independent inverters, that reduces number last, in comparison with transfer with three-phase engines. Is established, that the property of alignment of loading between track by engines is inherent in this circuit at a divergence of their parameters in static and dynamic modes. The mathematical models and algorithms of accounts of modes of start-up, self-excitation and generating braking are developed, which reliability proves to be true settlement and experimental researches. The three-dimensional area of maters, allowed pair, of engines is determined, at which the trouble-free operation electrotransfers is supplied. The basic results of work can find industrial application at designing new types of reliable transfers of electrotransport.

Key words: biphase trock the asynchronous engine levelling properties, transitive modes, area of parameters.

АННОТАЦИЯ

Вассим Галеб Абу Дауд. Моделирование и выбор параметров двухфазных асинхронных двигателей для улучшения рабочих свойств транспортных электропередач.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.01 - электрические машины и аппараты. - Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 1998.

Диссертация посвящена разработке высоконадежных транспортных передач переменного тока, в которых используются асинхронные двигатели. В качестве образца принимается передача переменного тока, в которой используются двухфазные асинхронные двигатели при питании от трехфазных автономных инверторов, что сокращает число последних по сравнению с передачей с трехфазными двигателями. Установлено, что этой схеме присуще свойство выравнивания нагрузки между тяговыми двигателями при расхождении их параметров в статических и динамических режимах.

В основу исследования особенностей работы двухфазных асинхронных двигателей, включенных по групповой схеме, положена универсальная математическая модель, позволяющая исследовать поведение двигателей в основных эксплуатационных режимах: пуск, самовозбуждение, генераторное торможение. Особое внимание уделялось учету несинусоидальности питания обмоток статоров двигателей путем введения в математическую модель коммутирующих функций преобразователей частоты, описывающих в аналитическом виде реальные формы фазных и линейных напряжений двигателей. Учет насыщения магнитопровода в режимах самовозбуждения и генераторного торможения проводился введением аппроксимирующей функции, позволяющей учитывать изменение главных индуктивностей двигателей на каждом шаге интегрирования системы нелинейных дифференциальных уравнений.

Целью исследований явилось определение области изменения параметров обмоток двигателей, которые обеспечивают безопасные с точки зрения надежности работы элементов электропередачи броски токов и электромагнитных моментов в переходных режимах. Исследовалась также способность предложенной схемы к выравниванию нагрузки между параллельно работающими асинхронными двигателями, имеющими различные скольжения из-за неодинакового износа бандажей колесных пар.

Детальный анализ пускового режима при различных сочетаниях параметров обмоток двигателей и величины начальной пусковой частоты дал возможность определить область изменения указанных параметров, при которых всплески токов и моментов не превосходят допустимых с точки зрения безопасной работы. Результаты расчетов позволили построить трехмерную область проектирования в зависимости от активных сопротивлений обмоток статора и ротора и начальной величины пусковой частоты. Показано также, что при различии скольжений двигателей их токи в переходном и установившемся режимах практически одинаковы, что подтверждает способность схемы к выравниванию нагрузки.

Аналогичные исследования были проведены и для режимов самовозбуждения и генераторного торможения, причем режим самовозбуждения является предшествующим режиму торможения, то есть данные этого режима являются исходными для осуществления частотного торможения двигателей. В этом случае математическая модель дополнялась системой уравнений на эквивалентной емкости, которой заменялся преобразователь частоты. Исследовались различные законы изменения частоты в режиме торможения и их влияние на величины всплесков тока и моментов. Расчеты показали, что наибольшее влияние на эти величины оказывают активные сопротивления обмоток статора и ротора и главная индуктивность двигателей. Результаты анализа дали возможность построить трехмерную область допустимых параметров двигателей, при которых работа электропередачи будет безаварийной.

Основные положения работы были проверены на экспериментальной макетной установке и показали достоверность теоретических предпосылок и математического моделирования основных эксплуатационных режимов двухфазных асинхронных двигателей.

Результаты работы могут найти промышленное применение при проектировании новых типов надежных электропередач транспортных средств.

Ключевые слова: двухфазный тяговый асинхронный двигатель, выравнивающие свойства, переходные режимы, область параметров.

Размещено на Allbest.ru

...