Лужнев А.И.,Мнускин Ю.В.
В настоящее время идёт процесс разработки и внедрения вентильных реактивных машин (ВРМ) взамен широко используемых коллекторных двигателей постоянного тока. Кроме того, предполагается успешное использование ВРМ в качестве стартёр-генераторов для двигателей внутреннего сгорания и ветроэлектростанций. Для решения этих задач, в частности, необходимо обеспечить эффективную работу ВРМ как в двигательном, так и в тормозном и генераторном режимах.
В [1] разрабатывается стартер-генератор на основе ВРМ и приведены результаты численного расчёта переходных процессов в генераторном режиме, но они не дают детального представления об их особенностях. В [2] исследована работа ВРМ для тягового электропривода в двигательном и тормозном режимах, однако не рассматривается генераторный режим.
В связи с малым количеством публикаций, посвященных данной проблеме, необходимо дальнейшее изучение и выявление особенностей работы ВРМ в генераторных режимах.
Электромеханическая система с ВРМ (рис. 1) состоит из ЭМП, ДПР, СПП, МУУ, ДН, ДТ, ПУ, АБ и бортовых потребителей электроэнергии. Структурная схема отличается наличием ДН, с помощью которого определяется напряжение АБ. Функционирование ВРМ в том или ином режиме задается МУУ по командам оператора с ПУ.
В двигательном режиме ВРМ и бортовые потребители электроэнергии получают питание от АБ. Включение и быстрое увеличение фазного тока происходит на участке с минимальной индуктивностью, затем при вращении ротора на участке с возрастающей индуктивностью формируется ток заданной формы и создается двигательный вращающий момент. МУУ контролирует разряд и измеряет напряжение АБ для определения угла опережающего включения фаз
В генераторном режиме выходное напряжение ВРМ поддерживается на заданном уровне, достаточном для подзарядки АБ и питания бортовых потребителей. Для возбуждения ВРМ на участке с максимальной индуктивностью фазы формируется начальный ток (ток возбуждения), величина которого измеряется ДТ и определяет выходное напряжение в генераторном режиме. При вращении ротора на участке с убывающей индуктивностью производится противовключение фаз и АБ, в результате создается тормозящий момент и происходит рекуперация энергии. МУУ с помощью ДН измеряет выходное напряжение ВРМ и определяет величину начального тока возбуждения с учетом изменения режима работы. При значительном снижении фазного тока происходит «довозбуждение» фазы. Генерация прекращается при снижении фазного тока до нуля или при окончании участка с убывающей индуктивностью фазы.
В тормозном режиме, как и в генераторном, формируется начальный ток возбуждения, однако на участке с убывающей индуктивностью производится короткое замыкание фазы. При этом создается тормозящий момент без рекуперации энергии с АБ. Ток фазы при увеличении частоты вращения ротора может значительно увеличиваться и превысить допустимое значение, поэтому с помощью МУУ требуется его контроль и ограничение на безопасном уровне.
Основным режимом работы ВРМ в тяговом электротранспорте является двигательный. Генераторный режим используется при движении на спусках с подтормаживанием для подзаряда АБ и питания бортовых потребителей. Тормозной режим необходим при экстренном торможении и обеспечивает эффективное замедление транспортного средства. После полной остановки возможно использование ВРМ в качестве электрического стояночного тормоза, когда ротор удерживается неподвижным в магнитном поле одной возбужденной фазы.
Показанная возможность работы ВРМ в во всех штатных режимах в сочетании с полной управляемостью и МУУ позволяет рассчитывать на улучшение характеристик тягового электротранспорта при решении ряда важных задач, а именно: обоснованного выбора параметров ВРМ, оптимизации управления ВРМ в каждом отдельно взятом режиме работы и осуществлении согласованного взаимодействия между ними.