Аннотация
Одним из возможных типов электрических машин в составе автономных энергетических установок является вентильный индукторный генератор с самовозбуждением. Исследование электромагнитных процессов, протекающих в вентильных индукторных машинах с самовозбуждением, позволило создать вентильный индукторный генератор с новым способом возбуждения и коммутации фазных обмоток в естественном режиме. В основу данного способа легла такая особенность подобных электрических машин, как возможность обеспечения трапецеидальной формы фазных ЭДС, что позволяет осуществлять коммутацию и возбуждение фазных обмоток в естественном режиме без необходимости отслеживания и коммутации фазных токов в зависимости от положения ротора, за счет коммутации конденсаторов неработающей фазы. Такое решение позволило значительно упростить и снизить стоимость электронной аппаратуры управления вентильного индукторного генератора. В силу новизны конструкции рассматриваемое техническое решение не было исследовано ни зарубежными, ни отечественными учеными. В данной статье представлена математическая модель вентильного-индукторного генератора с конденсаторным возбуждение и тиристорным управлением током возбуждения путем изменения соотношения между полупериодами тока, пропускаемого тиристорами и полупериодами напряжения, прикладываемого к ним, выполненная в динамической связке ANSYS Maxwell и ANSYS Simplorer. Проведен междисциплинарный расчет построенной модели, результаты которого в виде зависимостей токов и ЭДС обмоток и конденсаторов возбуждения от времени приведены в статье. По результатам исследований, проведенных на представленной модели спроектирован и изготовлен на предприятии ООО НПП «Резонанс» экспериментальный образец вентильного индукторного генератора с конденсаторным возбуждением и микропроцессорным управлением. Осциллограммы, зафиксированные на испытательном стенде, в большой степени совпадают с расчетными зависимостями токов и напряжений, что подтвердило адекватность модели.
Ключевые слова
Автономная энергетическая установка, вентильный индукторный генератор, компьютерная модель, конечно-элементная модель, электрическая машина, электрический ток, ЭДС.
1. Виноградов К.М. Автономная энергетическая установка с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения: дис. … канд. техн. наук. Челябинск, 2006. 173 с.
2. Чернышев А.Д. Расчет механической характеристики тягового электродвигателя электрической трансмиссии транспортного средства // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2018. № 1. С. 5-16.
3. Лашкевич М.М. Разработка системы управления для электротрансмиссии с тяговыми вентильно-индукторными двигателями: дис. … канд. техн. наук. М., 2013. 175 с.
4. Гребенников Н.В. Динамика и энергоэффективность перспективных единиц подвижного состава, оснащаемых вентильно-индукторными электрическими машинами: дис. … канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2012. 148 с.
5. Коровин В.А., Чернышов А.Д. Инновационная электромеханическая трансмиссия повышенной безопасности и экономичности // Вторая научно-практическая конференция «Разработка и использование электрических трансмиссий для образов вооружения и военной техники», 26 апреля 2018 г., Санкт-Петербург.
6. Чернышев А.Д. Электромеханическая трансмиссия для системы управления и контроля ISOBUS сельскохозяйственной техникой / А.Д. Чернышев // Конференция – совещание «Универсальные системы управления и мониторинга для техники сельскохозяйственного назначения (ISOBUS)», 18 октября 2018 г., Москва.
7. Голландцев Ю.А. Сравнение механических характеристик асинхронных и вентильных индукторно-реактивных двигателей // Информационно-управляющие системы. 2006. №6. С. 50–53.
8. Голландцев Ю.А. Вентильные индукторно-реактивные двигатели. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2003. 148 с.
9. Weh. H. On the Development of Inverter Fed Reluctance Machines for High Power Densities and High Output / H. Weh // Electrical Machines Institute of the Technical University of Brauschweig. 1984. Bd. 6. P. 135-144.
10. Matsuo Т., Lipo T. Rotor Design Optimization of Synchronous Reluctance Machine // IEEE Transaction on Energy Conversion. 1994. № 22. Vol. 9. P. 359-365.
11. Жарков А.А. Разработка и исследование вентильного индукторного электропривода с независимым возбуждением и микроконтроллерным управлением: дис. … канд. техн. наук. М., 2008. 150 с.
12. Новое направление в электроприводе – мощный многосекционный вентильно-индукторный электропривод с векторным управлением / В.Ф. Казаченко, В.Н. Остриров, А.М. Русакаков, А.В. Дроздов // Электронные компоненты. 2006. №11. С. 30-35.
13. Фисенко В.Г., Попов А.Н. Проектирование вентильных индукторных двигателей. М.: Изд-во МЭИ, 2005. 56 с.
14. Голландцев Ю.А. Вентильные индукторно-реактивные двигатели прецизионных следящих систем электропривода: дис. … док. техн. наук. Санкт-Петербург, 2004. 299 с.
15. Miller Т.J.E. Switched Reluctance motor and their Control. – Magna Physics Publishing and Clarendon Oxford Press, 1993. 203 p.
16. Lawrenson P. Variable-Speed Switched Reluctance Motors / P. Lawrenson // IEEE Proc. July 1980. Vol. 127. № 24.
17. Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. М.: Изд-во МЭИ, 2003. 70 с.
18. Пат. 2658636 Российская Федерация. Индукторный генератор с совмещенными обмотками возбуждения и статора / В.А. Коровин; заявитель и патентообладатель ООО «Научно-производственное предприятие «Резонанс». 2017130438; заявл. 28.08.2017; опубл. 22.06.2018 Бюл. № 18.
19. Пат. 2702615 Российская Федерация. Индукторный генератор с совмещенными обмотками возбуждения и статора / А.Д. Чернышев, В.А. Коровин; заявитель и патентообладатель ООО «Научно-производственное предприятие «Резонанс». – 2019100979; заявл. 10.01.2019; опубл. 09.10.2019.
20. Сергеев Ю.С., Сандалов В.М., Карпов Г.Е. Моделирование вентильно-индукторного электровибропривода // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2017. №4. С. 90‒98.
21. Воронин С.Г., Петрищев С.А., Сергеев Ю.С. Моделирование электромагнитных процессов в электромеханических преобразователях энергии с использованием программно-вычислительного комплекса ANSYS Workbench // Математическое моделирование и краевые задачи: труды Седьмой Всероссийской научной конференции с международным участием. Ч. 4: Информационные технологии в математическом моделировании. Самара: СамГТУ, 2010. С. 174–176.
22. Расчет электромагнитных полей с помощью программного комплекса ANSYS / С.В. Вишняков, Н.М. Гордюхина, Е.М. Федорова и др.; под ред. проф. Ю.А. Казанцева. М: Изд-во МЭИ, 2003. 62 с.
23. Борзунова Т.Л., Розниченко Г.Ю. Информационные технологии в математическом моделировании // «Математика. Компьютер. Образование»: сб. трудов XII международной конференции. Т.1. Ижевск: Научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика», 2005. С. 277–288.
24. Сергеев Ю.С. Приводы вибрационных машин на базе вентильных индукторных двигателей: дис…. канд. техн. наук : 05.09.03. Челябинск, 2011. 173 с.
25. Сергеев Ю.С., Карпов Г.Е., Кононистов А.В. Разработка микропроцессорной системы управления вентильно-индукторными электровиброприводами // Наука ЮУрГУ: материалы 68-й научной конференции. Челябинск: Издат. центр ЮУрГУ, 2016. C. 950–954.