ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАГНИТНЫХ МУФТ ДЛЯ ГЕРМЕТИЧНЫХ МАШИН
.pdfРезультаты моделирования в соответствии со структурной схемой (рис. ЗЛО) представлены на рис. 3.11-3.15ив табл. 3.3 и 3.4.
Приведена система дифференциальных уравнений движения машины, соответствующая (рис. 3.18):
— ~ = ( М э д - М 0 ) - М т 1 - 5 т ( р 1 - Р 2 ) - М 1 р 1 ;
Рд d t
__' 2
Рд
J±3
d(j°,2 d t
d(d
~ 2
- М нит 1 |
• sin(p\i 1 1 |
-I Рi./2 ) - Мiii^т 2 . sin(p\ I - J 3 -i-чР/4 ) -— тМр 2 : |
(3.14) |
= Mm2 |
.sin(p3 |
- P 4 ) - M H - M ^ ; |
|
где Мэд — электромагнитный момент машины, Н-м; Мо — момент холостого хода электродвигателя, Н-м;
Mmi — максимальный момент, передаваемый первой муфтой при смещении полумуфт на угол &г = Pj - Р2 , Н-м;
Мт2 — максимальный момент, передаваемый второй муфтой при.-смещении
полумуфт на угол &2 = Рз ~ Р4' ^ ' м ' Мтрь Мтр2, Мтрз — момент трения полумуфт о среду, Н-м;
Ji — момент инерции первой сосредоточенной массы, кг-м2; J2 — момент инерции второй сосредоточенной массы, кг-м2;
.Гз — момент инерции третьей сосредоточенной массы, кг-м2;
рд — число пар полюсов электродвигателя;
dcoj/dt, dco2/dt, dco3/dt — соответствующие угловые ускорения первой, второй и третьей сосредоточенных масс, рад/с2;
а>1, Ш2, (Оз — электрические частоты вращения соответствующих масс.
Момент инерции первой сосредоточенной массы |
|
Jl=Jf l P +Jle> |
(3-15) |
где Jap — момент инерции двигателя ротора, кг-м2;
Jie — момент инерции первой внешней полумуфты, кг-м2. Момент инерции второй сосредоточенной массы
121
J2 =Jli+J2e> |
(ЗЛ6) |
где Ju — момент инерции первой внутренней полумуфты, кг-м2; |
|
J2e — момент инерции второй внешней полумуфты, кг-м . |
|
Момент инерции третьей сосредоточенной массы |
|
J 3 = J 2 i + J T , |
(3.17) |
где J2i — момент инерции второй внутренней полумуфты, кг-м2; |
|
JT — момент инерции турбомеханизма, кг-м . |
|
|
Таблица 3.3 |
Результаты моделирования процесса пуска герметичного насоса при Кп = 2,4
|
Угол рассогласования |
Установившийся угол, рад. |
Время |
|||
|
полумуфт, рад. |
|||||
2р |
переходного |
|||||
|
|
|||||
|
|
|
|
|||
|
Si |
V72 |
Si |
3 2 |
процесса, с |
|
|
|
|||||
4 |
0,910 |
0,362 |
0,273 |
0,273 |
0,46 |
|
6 |
1,010 |
0,376 |
0,273 |
0,273 |
0,46 |
|
8 |
1,060 |
0,383 |
0,273 |
0,273 |
0,47 |
|
10 |
1,094 |
0,410 |
0,273 |
0,273 |
0,49 |
|
12 |
1,107 |
0,421 |
0,273 |
0,273 |
0,51 |
|
14 |
1,162 |
0,467 |
0,273 |
0,273 |
0,60 |
|
16 |
1,385 |
0,531 |
0,273 |
0,273 |
0,72 |
|
Таблица 3.4
Результаты моделирования процесса пуска герметичного насоса при Кп = 1,6
|
Угол рассогласования |
Установившийся угол, рад. |
Время |
|||
|
полумуфт, рад. |
|||||
2Р |
переходного |
|||||
|
|
|||||
|
|
|
|
|||
|
« i |
v?2 |
0, |
$ 2 |
процесса, с |
|
|
|
|||||
4 |
1,940 |
0,563 |
0,412 |
0,412 |
0,61 |
|
6 |
1,607 |
0,508 |
0,412 |
0,412 |
0,44 |
|
8 |
2,02 |
0,617 |
0,412 |
0,412 |
0,57 |
|
10 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
122
-+-Th>
N # :
-•с.
Asynchronous Mlehint
Voftagt Measurement *f\•
Sooptl
Ь*М-ю
Те |
|
Machines |
Scopt |
Measurement |
|
Demux |
|
signal rms —• 1 |
1 |
3.311t-4+- u* 4 - |
|
Displiy |
|
RMS |
|
|
dl |
€> |
|
* |
|
|
+Q+ d i • sin чЫ-^Ш1 ^^• lin *U>Lc>- 0.0073J |
Scop«2 |
|
Рис. ЗЛО. Структурная схема асинхронного двигателя с двумя магнитными муфтами
180
160
140
1 120|-
100
a.
£80
60 h
40 -
20 -
о.
1.2
1 -
a, as
0.4
0.2
Рис. 3.11. Переходной процесс пуска герметичного насоса (2р = 8, Кп = 2,4)
124
180
180
140 -a 120
a.100
•в 80
60
40
20
°
0.7
0.6
05
о.04
«ft аз
Рис. 3.12. Переходной процесс пуска герметичного насоса (2р = 8,Кп=1,6)
125
1
о. см"
0.5
04
Яаз
о.
<м" 0.2 ai
о
-ai
•аг
Рис. 3.13. Переходной процесс пуска герметичного насоса (2р = 12, Кп = 2,4)
126
16
15
*as
Л А П и Щ Ш ^ |
- |
•0.5
02 |
04 |
ОБ |
08 |
12 |
14 |
16 |
|
|
|
t. с |
|
|
|
12 14 16
Рис. 3.14. Переходной процесс пуска герметичного насоса (2р=10,Кп =1,6)
127
о.
гч
•»
а
0.5
0.4
аз -
0.2-
ai
о
•0.1
•аг |
0.05 |
0.1 |
0.15 |
0.2 |
0.25 |
0.3 |
0.35 |
0.4 |
0.45 |
0.5 |
|
||||||||||
1.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
05
о
•0.5
Рис. 3.15. Переходной процесс пуска герметичного насоса (2р=16,Кп = 2,4)
128
3.2. Динамика работы электропривода герметичного турбомеханизма с магнитной муфтой и синхронным вентильным двигателем
Применение магнитной муфты в герметичных турбомеханизмах позво ляет использовать различные типы двигателей, в том числе и синхронные. Со временные синхронные машины обладают хорошими технико-экономическими показателями. Они имеют высокий коэффициент мощности (cosq>), близкий к единице или даже опережающий.
Способность синхронного двигателя работать с опережающим cos(p улучшает экономичность системы электроснабжения. При этом КПД синхрон ных двигателей примерно на 1,5 % выше, чем у асинхронных двигателей с теми же габаритными размерами и скоростью. Синхронный двигатель имеет абсо лютно жёсткую механическую характеристику, его перегрузочная способность меньше зависит от напряжения сети, чем у асинхронного двигателя.
Синхронные машины выгодно применять для привода турбомеханизмов, работающих продолжительное время без частых пусков и остановок.
Проблемы, связанные с пуском синхронных двигателей (СД), общеизве стны [11, 53, 54]. Однако решение проблемы пуска СД автоматически решает проблемы, связанные с пуском турбомеханизма через магнитную муфту.
Принимая во внимание современные тенденции в развитии электропри водов с бесконтактными электродвигателями, необходимо рассмотреть воз можность применения вентильных двигателей. Вентильным (ВД) называется синхронный двигатель с электронным коммутатором напряжения, к которому подключена обмотка статора.
Электронный коммутатор управляется в зависимости от положения ро тора либо датчиком положения ротора, установленным на валу, либо бездатчиковой системой, вычисляющей положение ротора в каждый момент времени.
Принцип действия ВД похож на принцип действия двигателя постоян ного тока, что определяет схожесть их механических характеристик.
Представляет интерес область электронасосных агрегатов мощностью до 30 кВт специального назначения с высокими массогабаритными показателя ми.
129
Создание мощных и одновременно компактных турбомеханизмов связа но с применением ВД с возбуждением от постоянных магнитов. В указанном диапазоне мощностей (до 30 кВт) применение возбуждения от постоянных маг нитов позволяет создавать машины с меньшими размерами и массой и более высоким КПД, по сравнению с ВД, имеющими обмотку возбуждения. Рассмот рим процесс пуска турбомеханизма, рассмотренного выше (табл. П. 1.1), но с приводом от вентильного двигателя с постоянными магнитами (номинальный момент Мн = 14,2 Н-м, номинальная частота пн = 2300 об/мин, номинальное на пряжение UH = 300 В). Воспользуемся известной математической моделью син хронного двигателя с постоянными магнитами [53]. Результаты моделирования в соответствии со структурной схемой (рис. 3.16) представлены на рис. 3.17 — 3.22 и в табл. 3.5 и 3.6.
— ^ = ( M w - M |
0 ) - M m - s i n 3 ; |
Рд d t |
|
L L . ^ L = M -sinS-M-
Рд d t
ттd\|/d
dvj/
u q = - ^ L + M ' q - o > i + r - i q ;
dt
0 = d ^
+ r yd ^ y d '
dt
M 3 a = ^ d - i q - ¥ q - i d ;
(3.18)
где Ud, Uq — напряжение на обмотках статора по осям d и q; id, iq — токи в об мотках статора по осям d и q; г — активное сопротивление обмоток статора; iyd, iyq — токи в успокоительной обмотке; ryd, ryq — сопротивления успокоительной обмотки по осям d и q; \|/d, \|/q — составляющие потокосцеплений обмотки ста тора по осям d и q; \|/yd,tyyq— составляющие потокосцеплений успокоительной обмотки по осям d и q; Мэ д — электромагнитный момент электродвигателя.
130