Введение к работе
Актуальность темы: Синхронные машины с возбуждением от постоянных
магнитов (CMIIM) находят широкое применение в современных системах автоматики, устройствах магнитной записи, оптике, регистрирующей аппаратуре и т.д. Одним из основных требований, предъявляемым к синхронным машинам с возбуждением от постоянных магнитов, наряду с массогабаритными и энергетическими показателями, является обеспечение минимальной величины неравномерности мгновенной частоты, вращения (НМЧВ).
Синтез синхронных машин с возбуждением от постоянных, магнитов, наиболее полно удовлетворяющих требованиям технического задания к рабочим характеристикам и технико-экономическим показателям (статические характеристики), является весьма сложной задачей, которая может быть успешно решена только с использованием методов и средств САПР.
Формулируя соответствующим образом целевую функцию проектирования синхронных машин с возбух<дением от постоянных магнитов можно получить двигатель, обладающий теми или иными статическими характеристиками (минимально возможными габаритами, массой, потребляемой мощностью, трудоемкостью изготовления, зкешгуатациотшми расходами и т.д.) и, одновременно, максимально невосприимчивой к воздействию дестабилизирующих (раскачивающих) факторов і! динамическом режиме.
В целом автоматизация проектирования синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов включает в себя такие процедуры как математическая формулировка задачи проектирования (построение критерия оптимальности, выбор констант и независимых переменных проектирования, ограничений на область их изменения и т.д.); построение математических моделей синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов в статическом и динамическом режимах; разработка оптимизационных моделей и алгоритмов проектирования синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов.
Таким образом, актуальность темы заключается в разработке и практической реализации автоматизированных процедур синтеза синхронных машин с возбуждением ог постоянных магнитов обеспечивающего заданные статические и динамические характеристики.
Работа выполнена в соответствии с одним из основных направлений Воронежского государственного технического университета "Системы автоматизированного проектирования и автоматизации производств".
Цель и задачи исследования. Целью данной диссертационной работы является разработка алгоритма проектирования, комплекса моделей, автоматизированных процедур расчета и оптимизации синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов с заданными динамическими характеристиками.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать алгоритм синтеза синхронных машин с заданными динамическими характеристиками;
разработать и исследовать математические модели синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов в режиме малых колебаний ротора;
произвести анализ неравномерности мгновенной частоты вращения синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов с целью выявления основных дестабилизирующих факторов;
провести исследования по определению количественных зависимостей и частотных диапазонов неравномерности мгновенной частоты вращения от всех основных дестабилизирующих факторов;
создать оптимизационную модель синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов и провести алгоритмизацию поиска оптимальных значений независимых параметров;
разработать средства информационного обеспечения специализированного комплекса для автоматизированного расчета и оптимизации синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач были использованы положения теории электрических машин, систем автоматизированного проектирования, аппарат вычислительной математики и нелинейного программирования. При разработке моделей синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов использованы теория математического моделирования, магнитных, электрических и тепловых полей и электродинамики сплошной среды, а также прямые вариационные методы математического анализа и методы, используемые в теории электрических машин.
Научная новизна. Научная новизна основных результатов, выносимых на защиту, заключается в следующем:
метод синтеза синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов с заданными динамическими характеристиками;
математическая модель синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов в режиме малых колебаний ротора;
алгоритм проектирования синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов.
Практическая ценность работы. Значение для практики результатов дис
сертационной работы заключается в следующем:
на основе предложенных моделей и алгоритмов анализа и оптимизации синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов с заданными динамическими характеристиками разработан алгоритм синтеза, математические модели в режиме малых колебаний ротора;
разработаны средства формирования информационного обеспечения при автоматизированном проектировании синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов, которые позволяют проектировщикам оперативно получать требуемые характеристики в зависимости от конструктивных решений. Применение разработанных моделей и алгоритмов оптимального проектирования позволяет сократить сроки и трудоемкость их проектирования, повысить качество разработки, способствовать наиболее полному удовлетворению требований технического задания.
Результаты исследования внедрены на АО НПК(о) "Энергия" с ожидаемым годовым экономическим эффектом 49335 р. в ценах 1998 г., а также в учебный процесс кафедры САПРиИС.
Аггообацтга работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1996, 1997); Всероссийском совещании-семинаре "Высокие: технологии в региональной информатике" (Воронеж, 1998); конференциях профессорско-преподавательского совета Воронежского государственного технического университета (і 996-1998 г); на научно-методических семинарах кафедр "Компьютеризация и управления в медицинских и педагогических системах" и "Системы автоматизированного проектирования и информационные системы" (1995-1998 г).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 7 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 116 наименований, приложения. Основная часть работы изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков и 24 таблицы.
