РАЗДЕЛ 2
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНОГО НАПРАВЛЕНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
2.1. Общие сведения
В п.2.2 показано, что принудительное формирование параметров контура возбуждения является перспективным способом улучшения пусковых свойств синхронного двигателя, однако перенапряжения на обмотке возбуждения и трудности практической реализации известных пусковых устройств и конструкций не позволили их внедрить в промышленность [17-38]. Установлено, что одной из перспективных является конструкция расщеплённой обмотки возбуждения с распределенной ёмкостью [37], хотя обмотка из двух изолированных лент проводникового материала обладает требуемой емкостью лишь при толщине изолирующего диэлектрика 1...3 мкм [45]. Более перспективна магнитная система с двумя катушками на полюсе и каскадным расположением конденсаторных групп, расширяющая возможности формирования желаемой формы пусковой характеристики [39, 40]. Выполненная в лабораторных условиях экспериментальная проверка эффективности использования такой обмотки с наружными конденсаторами на полюсах подтвердила возможность увеличения активной мощности в 1,5...3 раза и позволила подтвердить вывод о целесообразности использования резонансных явлений в системе возбуждения. Также показано, что при создании синхронного двигателя с новой обмоткой возбуждения необходимо учитывать некоторое увеличение его момента инерции, изменение условий нагрева роторных обмоток, ограничения по напряжению и линейной нагрузке конденсаторов, способ их компоновки, возможности защиты и диагностики, степень увеличения электромагнитного момента в пусковых режимах. Особенности и результаты выполненных исследований - в материалах [40, 45] и публикациях [10, 44, 48-50, 54-57].
В п.2.3 доказано, что получить схему замещения расщеплённой обмотки можно поэтапным развязыванием магнитных связей ее полюсных катушек со статором и демпферной обмоткой, упрощением связей между катушками на полюсах. Магнитное влияние статора и демпферной обмотки предложено заменить на независимую ЭДС, которую, на основе теоремы компенсации, предлагается выносить на зажимы обмотки возбуждения. Магнитное взаимовлияние катушек полюсов предложено упростить заменой переменных и использованием законов Кирхгоффа. Сходство произвольного внутреннего контура с четырёхполюсниками Т-формы определило возможность перехода от цепной схемы из четырёхполюсников к длинной линии с распределёнными параметрами. На последующем этапе предложено заменять цепную схему из одинаковых длинных линий на одну с длиной, равной сумме длин слагаемых. Заключительный этап преобразования сводится к обратному переходу от длинной линии к пассивному четырёхполюснику [42, 43, 59, 60]. Показано, что предложенная последовательность определения параметров схемы замещения расщепленной обмотки возбуждения пригодна при одинаковой емкости конденсаторов. Для конструкции [40], где для обеспечения желаемой формы пусковых характеристик рекомендовано использование нескольких групп конденсаторов различной емкости предложенная последовательность преобразований применима для каждой отдельной группы с одинаковыми конденсаторами. Схема замещения при этом представляет собой цепную схему из четырехполюсников с различными параметрами, количество которых равно числу каскадов [52, 53, 58, 61, 62]. Детальные сведения о выполненных разработках изложены в отчетах [46, 47] и публикациях [42, 44, 48, 53, 61].
В п.2.4 путем анализа факторов, определяющих величину реактивностей рассеяния, установлено, что на их величину влияют угол раскрытия полюсов и распределение МДС вдоль высоты полюса. В связи с этим для уточнения этих реактивностей предложено дополнить известную методику [64], в которой расчетная схема содержит параллельно расположенные полюса, учетом угла раскрытия полюсов [51] и соотношения токов верхней и нижней катушек каждого полюса. При обосновании целесообразности учета этих факторов выявлено их влияние на интервалы действия составляющих поля и длины магнитных путей [53].
2.2. Усовершенствование конструкции полюсной системы
и его возможности
Создать условия, при которых в процессе пуска доля активной составляющей токов и перенапряжение в обмотке возбуждения не превышают допустимых значений, возможно при использовании конструкции синхронного двигателя с распределёнными активно-индуктивно-емкостными параметрами. Такими свойствами обладают двигатели с расщеплёнными обмотками возбуждения специальной конструкции [37 - 40].
Вариант расщеплённой обмотки (рис.2.1), выполненной в виде двух изолированных лент проводникового материала, соединённых между собой регулируемыми резисторами [37], обеспечивает распределение собственной емкости за счёт особенностей навивки полюсных катушек. Эта емкость выполняет функцию определенного компенсатора реактивного сопротивления двигателя. Впервые экспериментальная проверка предложенной конструкции осуществлена на действующей модели двигателя, изготовленного из серийного синхронного генератора ЕСС5-61-4 производства Ереванского завода "Армэлектромаш" [3, 45]. Для придания генератору свойств двигателя его ротор дополнительно был оснащен демпферной обмоткой, а полюсные наконечники гребешкового типа замены на наконечники сплошного типа. Проверка пусковых электромеханических характеристик после произведенных изменений конструкции машины показала некоторое сходство с характеристиками традиционного электродвигателя (рис.2.2). При экспериментальной оценке работоспособности синхронного двигателя [37] установлено, что при толщине изоляции в 0,075 мм собственной ёмкости расщеплённой обмотки возбуждения для компенсации индуктивного сопротивления двигателя недостаточно. Дальнейшая
Рис.2.2. Расчетные пусковые механические характеристики двигателя
по данным при форме наконечника:
1 - гребешковый, стержни медные;
2 - сплошной, стержни медные;
3 - сплошной, стержни латунные
Рис.2.1. Схема возбуждения с активно-ре