Вентильний двигун постійного струму на базі синхронної машини оберненої конструкції Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

I. ЕЛЕКТРОТЕХН1КА

УДК 62-83

Морозов Д. I.1, Шевченко I. С.2

1Канд. техн. наук, доцент кафедри автоматизованих електромеханiчних систем, Донбаський державний технЧний

унверситет, м. Алчевськ, УкраТна, E-mail: [email protected].

2Канд. техн. наук, доцент, професор кафедри автоматизованих електромеханчних систем, Донбаський державний

технчний унверситет, м. Алчевськ, УкраТна

ВЕНТИЛЬНИЙ ДВИГУН ПОСТ1ЙНОГО СТРУМУ НА БАЗ1 СИНХРОННО! МАШИНИ ОБЕРНЕНО! КОНСТРУКЦ1!

В cmammiрозглядаеться eapiaHm реалiзащi вентильного двигуна як машини постшного струму з зовтшнш вентильним комутатором — аналогом колектора, який винесено з машини. Якр машини мае конструкщю, nodi6ну до конструкци фазного ротора асинхронноi машини. Запропонований варiант двигуна постшного струму фактично е синхронною машиною оберненог конструкци з частотним регулюванням за якорем та мае опис подiбний до опису традицшног явно полюсног синхронног машини. Показано, що вентильний двигун на основi вентильного двигуна мае кращi динамiчнi властивостi за класичний двигун постшного струму.

Ключов1 слова: електропривод, синхронна машина, вентильний двигун.

ВСТУП

Усшхи в теорп, проектуванш та технологи виготовлен-ня машин постшного струму забезпечили !х високу до-вершешсть. Але вимоги автоматизованого електропри-вода (ЕП) та електроенергетики у род випадов не можуть бути реалiзованi при використанш електричних машин з традицшним мехатчним колектором. Велика окружна швидюсть колектора ^ як наслвдок, висош значення реактивно! ЕРС, обмеження переваптажувально! здатностi за струмом якоря та швидкютю його змiнювання, сильна вiбрацiя i швидке зношування щ1ток не дозволяють шдня-ти граничну потужшсть машин постiйного струму при частой обертання 3600 об/хв бiльше 350 кВт [1].

Досягнення сучасно! перетворювально! технiки роб-лять актуальним питання замiни механiчного комутато-ра (колектора) статичним вентильним - це дозволить тдняти машину постiйного струму на новий яшсний рiвень [2]. Електричш машини постiйного струму з ста-тичним колектором (комутатором) одержали назву вен-тильних двигунiв. Вентильнi електроприводи можуть ре-алiзовуватися на базi синхронних машин (СМ), яш ма-ють зараз найбiльшу одиничну потужнiсть при частот обертання 3000 об/хв i бiльше. У ряд1 галузей промисло-востi (нафтовiй, газовiй, прничоруднш i iнш.) необхiднi глибоко регульоваш ЕП погужнiстю тисячi кiловат з частотою обертання 6000^9000 об/хв i бiльше. Доцiльним е використання в режимi вентильного двигуна багатопо-люсних низькочастотних синхронних машин для потуж-ного тихохвдного ЕП [3].

Мета роботи - показати висок статичнi та динамiчнi можливостi вентильних двигушв постiйного струму на базi СМ обернено! конструкци.

МАТЕР1АЛИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛ1ДЖЕНЬ

Нормальна машина постшного струму, якщо !! розг-лядати окремо вiд колектора, по суп сво!й е багатофаз-

© Морозов Д. I., Шевченко I. С., 2014

ною синхронною машиною обернено! конструкци. Мехашчний колектор швертуе постшний струм у бага-тофазний змiнний, що змiнюеться за трапецевидним законом . Частота основно! гармонiки цього струму жор-стко пов'язана з частотою обертання ротора, а щитки, яш фiксують момент комутаци струму, нерухомi вiдносно полюав. Тобто, комутацiя струму в секци (фазi) проходить при певному положеннi !! вiдносно iндуктора, що визначаеться мюцезнаходженням щiток на колеюо^ в певний момент часу. Специфiчнiсть нормального режиму тако! «синхронно!» машини заключаеться в тому, що кут мiж вiссю результуючого магниного потоку у зазорi та повздовжньою вiссю полюсiв мае обмежене змiню-вання, при якому неможливий асинхронний хвд ротора. Усi секцi! яшрно! обмотки або !х симетричнi групи можуть бути приеднанi до контактних юлець, числом яких буде визначатись фазнiсть змiнно! напруги якоря, а частотою / - кутова швидк1сть руху його магттного поля вщносно ротора в сторону, протилежну напряму обертання остан-нього з такою ж швидкютю в усталених режимах.

Слщ наголосити, що магнiтнi поля, яю створюються усiма обмотками машини (рис. 1) практично нерухомi у простор^ що дозволяе розглядати !! як машину постiйного струму. Отже, при живленнi машини постiйним струмом зi сторони колектора, або при живленш обернено! СМ змшним струмом частотою / зi сторони контактних кшець, формування !! моменту йде за одними й тими ж залежностями, тобто за таких умов синхронна машина еквiвалентна за процесами машиш постiйного струму i останню можна замiнити синхронною. Необх1дно лише правильно оргатзувати вмикання-вимикання ключiв (ко-мутак^в) вентильного перетворювача, що формуе т-фазну напругу на контактних кшьцях.

Основними елементами вентильних двигунiв (ВД) е синхронна машина М з датчиком положения ротора Б8 та вентильний перетворювач частоти ПЧ. Струми фаз ротора регулюються по кожнш фазi контуром струму з регуляторами РС (рис. 2). Сигнали завдання на струми

Рисунок 1

Розрахункова схема вентильного двигуна на базi СМ обернено! конструкци

Рисунок 2 - Спрощена функцiональна схема ВД

фаз ротора формуються пристроем синхротзаци (ПС) ввдповщно до положения ротора у. Р1вень активно! скла-дово! струму ротора задаеться регулятором швидкосп РШ.

Для ВД бшьш шформативними е мехатчт характеристики М(ю). У цьому випадку частота / напруги (струму), яка подаеться на яшрт обмотки, не е незмшною, що забезпечуе абсолютно жорстк1 мехатчт характеристики двигуну. У ВД за допомогою змшно! частоти / забезпе-чуеться певне положення поток1в Ф0 1 Фг, наприклад 90 електричних градуав. Тому, при збiльшеииi иавантажен-ня на вал машини, система керування за допомогою датчика положення ротора зменшуе частоту напруги ПЧ, тобто швидк1сть яшрного потоку вщносно ротора, вщнов-люючи задане просторове положення поток1в при змен-шенш швидкосп обертання ротора. Через це мехатчт характеристики ВД мають не абсолютну жорстк1сть 1 подабт до таких двигутв поспйного струму [4].

Вентильний колектор (ПЧ+Б8) забезпечуе ор1ентац1ю результуючого вектора потоку якоря вщносно полюав !ндуктора у вщповщносп з вимогами управлшня двигу-ном. Тип вентильного колектора (ВК) визначаеться способом завдання кутових параметр1в, як1 формують взае-мне положення та модл вектор1в основних гармотк ЕРС холостого ходу, напруги 1 струму якоря.

У ВК, що виконуеться на баз! швертора струму (1С), який е найбшьш повним аналогом мехатчного колектора, Б8 задае фазовий кут ^ м1ж основними гармотка-ми струму та ЕРС холостого ходу. Це так званий ВК 1-го типу. У мехатчному колекгор1 цей кут незмшний 1 при розташуванн щит на геометричнш нейтрал! дор1внюе нулю. Для ВК цей кут може розглядатися як незалежний параметр керування СМ.

У ВК, як виконан! на баз! швертор!в напруги (1Н), Б8 задае кут м1ж основними гармошками напруги 1 струму

якоря (для СМ - кут навантаження 0) - це ВК 11-го типу. Якщо у СМ вш визначае величину Ме, то при ВК 11-го типу цей кут також е незалежним параметром керуван-ня, за допомогою якого можна впливати на електроме-хашчт властивосп ВД.

У ВК Ш-го типу на баз! 1С та датчика ЕРС якоря замють

Б8 задаеться фазовий кут ф1 м1ж основними гармошками напруги 1 струму яшрних обмоток.

Як приклад, наведемо р1вняння електромехашчно! характеристики ВД з ВК 1-го типу [4]

2

(Пё - 2Диу) - Кггг1п

3 ЬаёГ/ 0 с°8 - - ЬЧ ) 1тг ^П

(1)

де и^ - напруга на вход! швертора; ДПУ - падшня напруги на одному вентил1 швертора.

Одержана таким чином машина е синхронною машиною обернено! конструкци, у яко! !ндуктор 1 як1р по-м1нялися м1сцями. Тому для анал1зу як статичних, так 1 динам1чних режшшв прийнята загальновщома теор1я двох реакцш Блонделя, як 1 при розгляд1 процеав в СМ кла-сичного виконання. Для найбшьш чпкого виявлення важ-ливих ф1зичних положень будемо розглядати вар1ант двигуна з ненасиченою магштною системою, у яко! прий-маються до уваги тшьки основн хвил1 магштних пол1в, що створен магшторушшними силами (МРС) незалежного збудження та реакцп якоря. При цьому нехтуемо втратами в стал! на вихров! струми та гистерезис, а також активними в обмотках. На рис. 1 показано взаемне поло-ження обмоток якоря та !ндуктора у певний момент часу /. Для запису р1внянь потокозчеплень прийняп так1 по-зитивн1 напрямки осей: повздовжня в1сь статора ё ' -напрямок основного потоку Фо !ндуктора, тобто обмотки збудження на статорц поперечна вюь q' - випереджае повздовжню на 900. За позитивний напрямок осей а ' ,Ь ' , с ' обмоток якоря (ротора) приймемо напрямок магшт-ного потоку, що генеруеться даною обмоткою при про-ходженн1 в нш струму в1д !! початку (входу) до кшця (виходу).

Положення ротора (в1сь обмотки А') вщносно оа основного потоку Ф 0 статора визначаеться кутом

Ч = , а положення ос результуючого потоку Фг якоря в1дносно ос обмотки А' - = ё , де юг,- електричш швидкосп обертання ротора (юг = рпю) та потоку якоря ввдносно ротора (= 2п/) вщповщно. Положення потошв м1ж собою у простор! (у щеальному випадку © = п /2) встановлюеться регулю-ванням зм!нення частоти / струму (напруги), що подводиться до обмоток якоря вщ перетворювача частоти (ПЧ).

Осюльки при анал!з! будуть враховуватись трансфор-маторт зв'язки обмоток ротора ! статора, то параметри статорних обмоток вважаються приведеними до ротор-них (основних).

Струми Ifd' та Ifq' по повздовжнш i поперечнiй осях статора створюють МРС

Тодi повне потокозчеплення фази А якоря з уйма потоками, створеними МРС якоря,

Ffd' = kFwIfd' , Ffq' = kFwIfq'

(2)

де Ifd', Ifq' - суми ектвалентних струмiв у вах колах на повздовжнiй та поперечнш осях статора; w - приведене до якоря число витшв обмотки збудження; Uf - ко-ефiцieнт форми поля.

Потокозчеплення фази A' якоря (ротора), яке створе-не МРС iндуктора (статора)

Y Af = kF XdW Ifd COS Y-kF X qM>21 fq sin y , (3)

де Xd , Xq - магштш провiдностi по повздовжнiй i поперечнш осях статора; Y - кут мiж позитивними напрям-ками повздовжньо! осi статора та оа обмотки фази A' ротора.

Для визначення потокозчеплення фази A' обмотки ротора ввд МРС роторно! системи необхвдно розглядати потоки роторно! системи, що замикаються через магш-топровод статора, та потоки, яш замикаються мимо ньо-го, оскшьки першi залежать ввд положення ротора, а друп ввд останнього не залежать.

Струми iA , iB , ic обмоток ротора (якоря) створюють по поздовжнш та поперечнш осях статора МРС

Fd = UfW [îa cos y + iB cos(y- 2n /3) + ic cos(y + 2n /3)] ;

Fq =-Ufw[îa siny + г'в sin(y-2n/3) + ic sin(y + 2n/3)]. (4)

Потокозчеплення фази A ', що створене МРС якоря

YAr = UFW2Xd cos y ['A cos y + iB cos(y- 2n /3) +

+ ic cos(y + 2n /3)] + kFW2Xq sin y ['a sin y + + iB sin(y - 2n /3) + ic sin(y + 2n /3)]. П1сля введення таких позначень [5]

(5)

YAr = i xo'A - xam (iB +iC ) +

xd 1 + xql

'a

iB + 'C

xd 1 — xql r

+-—[iA cos2y + iB cos(2y-2n/3) +

-ic cos(2y + 2n /3)]1—

I ro0e

(8)

де хс - реактивний опiр одше! обмотки якоря (ротора) ввд потоков розсiяння; хот - реактивний отр взаемош-дукцп двох обмоток якоря ввд потоков, що замикаються не через магштопровод статора.

Вираз для повного потокозчеплення обмотки фази А якоря матиме вид:

^ Аг ЛГ Аг ={хсц!гй У- xq1Ifq 8Ш У +

+ xa'A - xam (iB + 'c ) +

xd1 + xq1

'A

'B + 'c

xd1 - xql

+-—[iA cos2y+iB cos(2y - 2n / 3) +

+ ic cos(2y + 2n / 3)] 1—.

ro0e

(9)

Враховуючи [5], що

xo + xnm + 2 xd1 xd xr + xad ;

xo + xnm + 2 xq1 xq xr + xaq ;

= 3 - 3 =

xo + xam = xr ; 2 xd1 = xad ; 2 xq1 = xaq ;

xd1 = kFW

xq1 = kFw

Xd + Xq Xd -X q

®0e = kFw2X d ю,

d10 0e '

Xd + Xq Xd -Xq

®0e = kFw Xq®0e

де ®0e = 2nf - кругова частота напруг (струмiв) пере-творювача частоти, що живить обмотки якоря. Виразу (5) можна надати такий вид:

Y Ar =

xd1 + xq1

2га,

'0e

'A -

'B + 'c

xd1 - xq1 i

+ —^-^—[iA cos 2y + iB cos(2y - 2n /3) + ic cos(2y + 2n / 3)]. (7)

2®0e

xd 1 3 xad ; xq1 3 xaq ,

(10)

(6) повнi потокозчеплення фаз А,В,С якоря можна записати так:

Г 2 2

Y A = i 3 xadI fd cos y- - xaqI fq sin Y+"

xd + xq ( . iB + ic ,

+-T^I'A ^^ 1 +

+ y('A + 'B + 'c ) + + ['a cos2y + 'B cos(2y+ ^

+ 4n / 3) + ic cos(2y - 4n / 3)] 1— ;

I ro0e

Г 2 2

тВ = 1 - хаёТ/ё ^(у - 2п /3) - 3 XaqI^ 81п(у - 2п /3) +

+ ^^ГВ -с+а .+

X х^ — X

+у('А + В + 'С) +-^['А С03(2У-4п/3) +

^с =

+ В 008 2у + 'с С08(2у + 4п / 3)] >-;

1 ю0е

Г 2 2

хаёТ/ё С08(У + 2п / 3) - 3 XaqI/2 81п(У + 2п / 3) +

+ ^^ [с - !Л+В ,+

Замшимов (11)—(13) у на = + © = 2п/ + ©.

Скориставшись загальноввдомим виразом для електромаг-штного моменту

Ме = IРп ^Ю0е тЩ - т,2тгё ] , (14)

та виконавши ввдповвдш перетворення, одержимо р1внян-ня кутово! характеристики явнополюсного двигуна при живленш його в1д джерела симетрично! трифазно! на-

пруги и] ('0 ='А +'в +'С = 0 ,'А - ('В + 'С) /2 = 0) в усталеному режим!

3 [ 2 1

Е2^ 81п(0 + а) - Е2 81па , (15)

Ме = -

г2 ю0

де и] = ит 81П(2п/ -ф] ) = 1]Гг +

ё т .

— = ']Гг + Ео] + Е0] ,

2п 4п

] = А, В, С , ф ] = 0, —, —; и1 - ефективне значення

+Х0(а +'В + 'С )+ Х 3 Х(2 ['А С0Б(2у + 4п/3) +

+ 1В С08(2у- 4п /3) + 'с С0Б2у] ^,

'а0е

(11)

де Х0 = (ха - 2хт) - !ндуктивний отр для струшв нуль-ово! послщовносп; х^ , Х2 - синхронш реактивн1 опори обмоток якоря по повздовжнш та поперечнш осях.

Повш потокозчеплення статора по повздовжнш та поперечнш осях можна визначити так:

т = т' +т = (хстё + хс1) т = + т/ё =-1

/^ Г1 ['А ^ У + '

®0е ®0е

+ 1В С0Б(у - 2п /3) + 'с С0Б(у + 2п /3)];

т = т' + т =

1 ,Ч2 1 ,,2 ^ 1 /2

( хст2 + Х21^ т х<

, ""21 г-Т/2--['А «1п У +

ю0е ®0-

+''в зт(у-2п/3) + С з1п(у + 2п/3)], (12) де т'/ё,т '/2 - потокозчеплення обмоток статора в1д

МРС обмоток ротора, ввдповвдно по осях ё' 1 2' ; т /д, т /2 - потокозчеплення в1д поток1в статора, як1 замикаються через ротор; хщ - реальний реактивний отр демпфер-но! обмотки ввд поток1в розаяння (поперечна вюь); -екв1валентний реактивний отр обмоток збудження та демпферно! обмотки ввд поток1в розс1яння (стльний шлях по повздовжн1й ос1).

Складов! потокозчеплення ротора (якоря) по осях ё'— 2', ввдповвдно т ё та т ^, можна одержати, виконавши прям1 перетворення т а , тв , Тс :

т гё =-

т а - - (т В +тс)

; Тг2 =(ТВ -тс )Д/э. (13)

напруги живлення, Ц = ит/л/2; Е2 - екв1валентна ЕРС явнополюсно! синхронно! машини, якщо розглядати !! як неявно полюсну з синхронним опором, що дор1внюе Х2 реально! явнополюсно!,

Е2 = Е0 + (хё - х2 ) = Е0 +

Хё Х (и 1 С0Б 0- Е0 ) =

хё

= Е0 ^ +

хё

1

и1 С08 0 •

(16)

де Ес, Е0 - величини ЕРС, що наводяться (шдукуються) в обмотках якоря в!д потошв розс!яння та основного (!ндуктора) ввдповщно; , г2 - повна величина опору яшрно! (роторно!) обмотки в!дпов!дно по повздовжн!й та

поперечнш осях машини,

Г 2 2

=У1 Гг + хё ;

Г 2 2 ■

22 =\ гг + Х2 ; гг - величина активного опору яшрно!

обмотки; а - кут, що враховуе активний оп!р обмотки якоря в кутовш характеристиц! двигуна, а = агсэт (гг/г^); к,, - коеф!ц1ент магн!тного зв'язку ста-торних ! роторних обмоток, к, = х/ хд; ст - коефщент розс!яння по Блонделю.

При нехтуванш величиною активного опору як!рних обмоток (гг = 0) р!вняння (15) перетворюеться у в!доме спрощене р!вняння кутово! характеристики явнополюс-ного синхронного двигуна [6]:

Ме =-

3 3и

— и1Е0^1п 0+—1

Х2®0 2ю0

(

1

V х2

1

хё

Л

б1П20

Рисунок 3 - KyTOBi характеристики вентильного двигуна при фжсованш частой f яюрно! напруги

Для синхронно! машини можна записати:

e2 =(f/1sinе)2 (xf / x1);

r2 = rf;xK = x'f;

— = — - — • 5 = f-

x1 xd xd f1

(18)

де Ц - фазна напруга, яка шдводиться до яшрних (ро-торних) обмоток; fK, f - частоти коливань ротора та напруги роторних обмоток вщповщно; x'f, xd - екива-лентш перехвдт опори обмотки збудження та як1рно! по повздовжнш оа.

Тода

xf

1

На рис. 3 наведен! кутов! характеристики вентильного явнополюсного двигуна на баз! параметр!в машини СМ 136-8 при врахуванш та нехтуванн! (а = 0) величиною активного опору яшрно! обмотки (rr = 0 ) i при f = const. Як видно з нього, активний отр останньо! зм!щуе кутову характеристику вниз i вл!во вщносно ко-ординатних осей. Це природно, оск!льки для покриття втрат енергп в rr у режим! генератора з вала необхщно взяти б!льше енерг!!, для чого магн!тний полк як!рно! (ро-торно!) обмотки повинен випереджати основний пот!к !ндуктора на бшьший кут е . При робот! ж машини дви-гуном щ втрати зменшують енерг!ю взаемодл магн!тних поток!в, через що двигун випадае з синхрон!зму ран!ше (при меншому е ). На рис. 3 позначен! електромагштш моменти: Me1 - синхронний; Me2 - !ндукторний (реак-тивний); Me - повний момент без врахування пад!ння напруги на опор! rr, Me = Me1 + Me2 ; Mer - повний момент з врахуванням впливу опору rr .

При коливаннях ротора, при !нших порушеннях синхронного ходу, а також при змшеннях струшв в як!рних (роторних) обмотках завдяки трансформаторному зв'яз-ку в обмотц! збудження виникае додатковий змшний струм. Активна складова цього струму при взаемодп з потоком ротора генеруе асинхронний момент такого ж роду, як i в нормальн!й асинхроннш машин! при наяв-ност! ковзання s ротора в!дносно результуючого магш-тного потоку:

Ma =

3E22r2 5

( 2 2 2 \

r2 + xK5 )

(17)

де E2 - фазна ЕРС, яка наводиться в роторнш обмотц!; r2 , xK - параметри АМ.

x1 1 + (V xad )2

J_

(19)

де Ст1 - коеф!ц!ент приведення опор!в в схемах зам!щення. П!сля подстановки (18) в (17) одержимо:

»г 3U2 rf5

Ma = -J-— ,

a „2„ I 2 . 2 21

af Юо (r( + xf52)

sin2

Враховуючи, що е = е0 + st (t - час в рад1анах) та зв'язок м!ж асинхронним Ma i демпферним моментами.

d е

Ma = Md 37 = Md5, dt

Маемо вираз для визначення величини демпферного моменту СМ, який «заспокоюе» ротор при коливаннях:

Md =-

3U2

ai2ffl0

(f + xf (fK / f1 )2 ) .

(20)

Для шдсилення заспок!йливого ефекту в СМ на магттнш ос! основних полюс!в можна розмютити додат-ково короткозамкнен! демпферш обмотки.

Вентильний двигун на баз! синхронно! машини обер-нено! конструкци мае б!льшу перевантажувальну здатн!сть пор!вняно з двигуном пост!йного струму пе! ж ном!нально! потужност! i швидкосп завдяки тому, що струм ротора не обмежуеться механ!чним !нвертором -колектором. До того ж електромагштш шерщйносп якоря традицшно! машини пост!йного струму та СМ обер-нено! конструкц!! практично однаков!. Якщо ж у СМ обер-нено! конструкц!! зменшити пов!тряний зазор, наприк-лад за рахунок використання неявнополюсно! конструкц!! !ндуктора [2, 7] як це реал!зовано в машинах сер!! 4П,

r

осшльки дш реакцп ротора (якоря) можна зменшувати положенням поток1в якоря вщносно потоку 1ндуктора за допомогою ПЧ, то можна зменшувати 1 1ндуктивносп розсгяння останньо1 та тдвищувати швидкодш форму-вання !! якрних струм1в.

На рис. 4 наведет результата моделювання перех1дних процеав пуску та накиду навантаження для двох дви-6000 г

10000

5000

п а

г

1.5

2,5

100

50

1

1,5

2,5

1000 500

J о

-500 -1000

1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 i,c

б

Рисунок 4 - Перехщт процеси: а - традицшного двигуна постшного струму, б - ВД на 6a3i СМ обернено! конструкцй

гун1в - вентильного з електричними параметрами ма-шини СМ 136-8 (PH = 146 кВт, nH = 750 об/хв, UH = 380 В, IH = 312 А, J = 21,75 кгм2) та традицшного постшного струму ДП-82А ( Рн = 140 кВт, nH = 640 об/хв, UH = 220 В, IH = 700 А, J = 17,0 кгм2). Модель вентильного двигуна побудовано за вщомим описом неяв-нополюсно! СМ традитйно! конструкцй в реальних про-сторових координатах. Як видно з рисунку, час розгону ВД приблизно в 2 рази менший, нж двигуна постшного струму тшьки за рахунок тдвищення перевантажуваль-но! здатносп за струмом у першого. Якщо момент шерцп ВД прийняти як у другого (i меншим через вщсутшсть колектора), то динам1ка його буде ще кращою.

Сл1д зауважити, що максимальна швидкють ротора традиц1йного двигуна постшного струму обмежуеться комутац1ею на колектор1 (загрозою «кругового вогню»). У ВД це обмеження зн1маеться i максимальна швидк1сть (а значить i потужн1сть) його може бути суттево п1дви-щена. Все сказане забезпечить електроприводу на баз1 тако! машини значно бшьшу конкурентн1сть у викорис-танн1 за вс1ма показниками по вщношенню до традиц1й-но! системи ТП- Д i нав1ть ПЧ-АД [8, 9]. ВИСНОВКИ

1. За рахунок зменшення моменту 1нерцй ротора, а та-кож зб1льшення перевантажувально1 здатност1 за струмом динам1чн1 властивосп вентильного двигуна на баз1 СМ обернено! конструкцй по ввдношенню до двигуна пост1йного струму значно (на десятки проценпв) посилюються.

2. Завдяки зняттю ряду обмежень по комутаци струм1в, р1вн1 максимальних швидкостей, а значить, i потужнос-тей, у ВД можуть бути суттево шдвищеш.

3. Реал1зац1я неявнополюсно! конструкцй статора значно спрощуе ВД, а значить i трудомюткють його виготов-лення, та втрати в м1д1.

4. Для анал1зу процес1в власне у вентильному двигут та одержання його модел1 можна використовувати в1дом1 п1дходи, под1бн1 до таких для СМ та ДПТ. На характеристики електропривода з вентильним двигуном будуть впи-вати процеси в силовому комутатор1, як1 сл1д враховува-ти додатково.

СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ

1. Hoover D. B. Rotating-exciter design keeps pace with generator // Progress Power. -1960. - April. - Р. 445-447.

2. Лущик В. Д. Неявнополюсш машини постшного струму : монография / В. Д. Лущик. - Луганськ : Вид-во «Ноулвдж», 2013. - 120 с.

3. Аракелян А. К. Вентильный электропривод с синхронным двигателем и зависимым инвертором / А. К. Аракелян, А. А. Афанасьев, М. Г. Чиликин ; под ред. М. Г. Чиликина. - М. : Энергия, 1977. - 224 с.

4. Шевченко I. С. Елекгромехашчш i енергетичш процеси в синхронному електроприводi : навч. поаб. / I. С. Шевченко, Д. I. Морозов, Н. I. Андреева. - Ал-чевськ : ДонДТУ 2011. - 396 с.

Костенко М. П. Электрические машины. Ч.2 / М. П. Костенко, Л. М. Пиотровский. - Л. : Энергия, 1973.

Андреев В. П. Основы электропривода / В. П. Андреев, Ю. А. Сабинин. - М.-Л. : Госэнергоиздат, 1963. Токарев Б. Ф. Электрические машины: Учеб. пособие для вузов / Б. Ф. Токарев. - М. : Энергоатомиз-дат, 1990. - 624 с.

Петренко А. Н. Экспериментальное исследование нагрева частотно-управляемого асинхронного дви-

гателя при различных источниках питания / А. Н. Петренко // Електротехшка i елекгромехатка. -2010. - № 5. - С. 21-23.

Логинова Е. Ю. Обоснование выбора тягового электропривода локомотива по критериям условной эффективности / Е. Ю. Логинова, Д. А. Солдатенко // Сб. трудов МИИТа: Транспорт: наука, техника, управление. - 2004. - № 10. - С. 15-19.

Стаття надiйшла до редакцп 16.12.2014.

Пiсля доробки 21.12.2014.

Морозов Д. И.1, Шевченко И. С.2

1 Канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры автоматизированных электромеханических систем, Донбасский государственный технический ушверситет, г. Алчевск, Украина

2 Канд. техн. наук, профессор, професор кафедры автоматизированных электромеханических систем, Донбасский государственный технический университета, г. Алчевск, Украина

ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА БАЗЕ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ ОБРАЩЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ

В статье рассмотрен вариант реализации вентильного двигателя как машины постоянного тока с вентильным коммутатором — аналогом коллектора, вынесенным пределы машины. При этом якорь имеет конструкцию подобную фазному ротору асинхронной машины. Предложенный вариант двигателя постоянного тока фактически является синхронной машиной обращенной конструкции с частотным регулированием по якорю и описывается уравнениями, аналогичными уравнениям описания традиционной явнополюсной синхронной машины. Показано, что вентильный двигатель на основе вентильного двигателя имеет лучшие динамические свойства по сравнению с классическим двигателем постоянного тока.

Ключевые слова: электропривод, синхронная машина, вентильный двигатель.

Morozov D. I.1, Shevchenko I. S.2

1 Ph.D., associate professor, assistant professor of automated electromechanical systems, Donbass State Technical University, Alchevs'k, Ukraine

2 Ph.D., professor, professor of automated electromechanical systems, Donbass State Technical University, Alchevs'k, Ukraine

VALVE DIRECT CURRENT MOTOR ON THE BASIS OF THE SYNCHRONOUS MACHINE OF INVERSE DESIGN

A mechanical collector of conventional DC machine is the element that limits the current and the armature .speed and increases inertia. DC machine rectification realized on the basis of conventional DC machine is described; it externally rectifies the switch which is the analogue of the collector. The armature has a design similar to a phase-wound rotor of induction machine. It is shown that the switching frequency is determined by the armature rotation speed. Static mechanical characteristic of the rectifying DC machine is similar to that of the independent excitation of DC motor. The proposed variant of the DC motor is actually a synchronous machine of inverse design with armature regulation frequency. The motor is described as traditional salientpole synchronous machine. Starting dynamics simulation shows that the rectifying DC machine has better dynamic properties compared to the conventional DC motor due to overload capability and reduces the inertia of the armature.

Keywords: electric drive, synchronous machine, rectifying machine.

REFERENCES

Hoover D. B. Rotating-exciter design keeps pace with generator, Progress Power, 1960, April, pp. 445-447. Lushhyk V D. Nejavnopoljusni mashyny postijnogo strumu : monografija. Lugans'k, Knowledge Publ., 2013, 120 p. Arakelyan A. K., Afanas'ev A. A., Chilikin M. G. Ventil'nyi elektroprivod s sinkhronnym dvigatelem i zavisimym invertorom. Moskow, Energiya Publ., 1977, 224 p. Shevchenko I. S., Morozov D. I., Andrejeva N. I. Elektromehanichni i energetychni procesy v synhronnomu elektropryvodi: Navch. Posib. Alchevs'k, DonDSU Publ., 2011, 396 p.

5. Kostenko M. P., Piotrovskii L. M. Elektricheskie mashiny. Ch.2. Leningrad, Energiya Publ., 1973, 648 p.

6. Andreev V P., Sabinin Yu. A. Osnovy elektroprivoda. Moskow, Leningrad, Gosenergoizdat Publ., 1963, 772 p.

7. Tokarev B. F. Elektricheskie mashiny: Ucheb. posobie dlya vuzov. Moskow, Energoatomizdat Publ., 1990, 624 p.

8. Petrenko A. N. Eksperimental'noe issledovanie nagreva chastotno-upravlyaemogo asinkhronnogo dvigatelya pri razlichnykh istochnikakh pitaniya Elektrotekhnika i elektromekhanika, 2010, vol. 5, pp. 21-23.

9. Loginova E. Yu., Soldatenko D.A. Obosnovanie vybora tyagovogo elektroprivoda lokomotiva po kriteriyam uslovnoi effektivnosti, Sbornik trudov MIITa: Transport: nauka, tekhnika, upravlenie, 2004, vol. 10, pp. 15-19.

1.

2.

3.

4.