Введение к работе
-- Актуальность проблемы. В настоящее время значительно возросли требования к комплексному ресурсосбережению в различных от рас-\ лях промышленности и создание болеэ экономичного и менез металлоемкого массового продукта электромашиностроения - асинхронных 'двигателей (АД) является первоочередной задачей.
Развитие электродвигателей происходит з двух комплексных направлениях. В соответствии с первым направлением решаются задачи дальнейшего усовершенствован:'г. АД классической схемы (ЭДК) с целы) разработки высокоэко'номичных серий. Егоров направление заключается в создания специальных двигателей, предназначенных для конкретных типов механизмов или условий работы..В связи с тем, что АДК единых серий-в составе ряда механизмов и приборов не позволит создавать изделия, удовлетворяющие по ряду показателей современным требованиям, дополнительно применяются АД с торцевыми активными поверхностями СТАД) и с внешними роторами (АД8Р). Однако существующие технические решения магнигопроводов ТАД и АДБР, соответствующие традиционным структурам-стали,не удовлетворяют современным требованиям, а данные АД по показателям удельного использования и массы активной части существенно уступают АДК. Существующие способы снижения удельной и технологической материалоемкости электрических машин на основе совершенствования электротехнических материалов, оптимизационных расчетов, а также резервов традиционно?! технологии практически полностью использованы. Поэтому повышенно технического уровня АД различных назначений возможно на основе внедрения новых конструктивных решений и малоотходных технологий.
Известные направления снижения материалоемкости АД основыва
ются на конструкциях о гофрированными, составными и итампо-печатны-
ми активными зонами, а также витыми, комбинированными, порошковыми
и литыми магнитопроводами. >
Усовершенствование АД также возможно на основе использования пространственной структуры элементов активной части, заключающейся в тангенциальном смедвнии элементов обмоток и секций или элементарных слоев магнитопроводов, а также во взаимном наклонном расположений участков ярма и зубцов. При этом существует необходимость разработки теории АД с изменяющимся сечением ярма и тангенциальным смещением элементов секционированных статора и ротора. Оссбув актуальность представляет разработка отечественных конкурентоспособных конструкторско-технологичееких решений боскорпусных малых
"**-
AUK с малоотходными магнитопрсводами из некруглых олементарных
слоев стали. Необходимо также развитие теории и усовершенствование
специальных ТАД и ДДВР. .,. .'...'
В диссертации обобщены результаты.работ в указанных направле-
ниях> полученные при непосредственном участии и под руководством .
автора в ЦНИИ "ТДЙУН" г. Николаева при выполнении НИОКР различно
го назначения. '....' ''','" ' "
Целью работы является разработка и обоснование теоретических'
положений, конструкторско-технологаческих решений и методик рас
чета, обеспечивающих создание короткозамкнутых ДДН, ТАД и ДДВР с "
пространственной структурой элементов активной части. Для достиже
ния поставленной цели били проведены теоретические и эксперимен- .
тальныв исследования указанных АД, направленные на решение следу
ющих задач : ;' . . . '
обоснование способов улучшения электромеханических и виброакустических характеристик (ЭКХ и ВАХ) ДД на осноге принципа взаимной компенсации электродвижущих и вибровозмущавщих сил.ОДС и ВВС) при тангенциальном смещении элементов магнитопроводов і: обмоток;
исследование особенностей распределения магнитного поля в яр<е с изменяющейся высотой и сравнительный анализ конструкторско-технологических репеиий магнитопроводов из граненых тангенциально смещенных элементарных слоев электротехнической стали;
анализ и разработка способов интенсификации охлаждения и снижения металлоемкости внешних и внутренних конструкционных элементов ДДК с многоплоскостной структурой электротехнической стали;
- исследование особенностей электромагнитных процессов в АД с секционированными магнитопроводами ротора и внутренними короткоза-мыкапщими кольцами;
анализ особенностей расчета магнитной цепи АДК с тангенци» альной и многсплоскостной структурой электротехнической стали, а также конструктивно-геометрических особенностей многоплоскостных я хонусно-плоскоетиых магнитопроводов;
исследование электромеханических особенностей и обоснование способов усовершенствования ТАД и АДВР на основе конусно-цилиндрических и конусно-плоскостных магнитопроводов статора и ротора;
исследование конусно-цилиндричесхих магнитопроводов ТАД и разработка методик расчета магнитной цепи с конусно-цилиндрической структурой электротехнической стали;
'' ' - - разработка способов.изготовления многоплоскостных, конусно-плоскостных и конусно-цилиндрических магнигопроводов статора и.ротора и методик определения геометрических соотношения и злек-
,.тромагниткых нагрузок элементов указанных магнитопроводов с уче-
\ том конструктивно-технологических особенностей.
:'V'- ' Методы исследований. Используются аналитические методы анз-. лиэа электромагнитных процессов ъ электрических, машинах, основан-
.. іше на понятиях удельной проводимости зазора и магнитного поля зубцевого контура; аналитические методы решения уравнения Лапласа и численный метод конечных элементов при' рассмотрении магнкт-
' ного поля в ярме; метод сравнительного анализа о-представлением величин, определяющих технико-экономические показатели одного из сравниваемых АДчереэ аналогичные величины второго; методы теории электрических цепей и последовательных приближений. Экспериментальные исследования проводились на макетных и опытно-промизлен-них образцах АД, а отработка технологических способов изготовления осуществлялась на реальных моделях магнитопроводов.
Научная новизна и значение работы заключаются в следующем. ; Теория электрических маиин дополнена исследованием особенностей электромагнитных процессов при секционировании активной части и тангенциальном смещении участков магнитопроводов и обмоток статора и ротора. В результате обоснованы способы улучшения ЭМХ и ВАХ АД и получено общее выражение коэффициента тангенциального смещения гармоник МДС (сосгавлявкей полного обмоточного коэффициента). Впервые решена задача распределения магнитного роля в области ярма и зазоре A3 с наружной границей стали магнитопровода, не совпадающей с координатной поверхностью, и разработаны основы теории магнитопроводов с изменяющимся сечением стали в зоне ярма. Полученные теоретические положения использованы для сравнительного анализа электромагнитных особенностей и обоснования способа расчета магнитной цепи вариантов АДК с указанными магнитопроводами. Проведено сопоставление классического, аксиального и обращенного исполнений электромагнитно эквивалентных АЛ, показаны причины неконкурентоспособности реальных ТУ1и АДВР о классическими соответ-венно витым и шихтованным магнитопроводами. Впервые обоснованы и реализованы способы усовершенствования АДК, Т АД и АДВР на основ» пространственной структуры и тангенциального, смещения элементарных слоев стали и предложены многоплоскостные, конусно-плоскостные и конусно-цилиндрические магнитопроводы. Осуществлена также
-б-
разрабогка вариантов конструкций и методики определения геометрических соотношений многоплоскостных, конусно-плоскостных и конусно-цилиндричзских магнитопроводов статора и ротора. Теория Т\Д дополнена анализом влияния геометрических соотношений витого магнитопровода ш особенности распределения магнитного. . поля в активном объеме и зазоре и технико-экономические показатели. Разработана методика определения главных размеров и расчета магнитной цепи со статором и ротором конусно-цилиндри- .' . ческой структуры. Предложена методика выбора параметров участ-. ков коротко замкну гой оетки при носимметрии двухсекционного ро- '.. горз и неравномерности распределения амплитуд гармонических сое-таьляидих индукции вдоль активной длины. Разработаны технологи- -. ческиэ принципы и способы изготовления малоотходных магнитопро-;' йодов пространственной структуры на основе существующего обору-дования и технологии штамповочного производства, а также мало-, отходных цилиндрических и торцевых витых магнитопрозодов.
Новые тучные результаты работы, представляемые на защиту: ..
І. Обоснование способов улучшения SMX и ВАХ АД и принцип взаимной компенсации ЭДС и ВВС при. тангенциальном смещении гармоник НДС и проводимости зазора.
І. Результаты аналитического решения задачи распределения магнитного поля в области ярка с'наружной границей, не совпа-данщой с координатной поверхностью; и обоснование способа учо~
та неравномерности сечения ярма вдоль угловой координаты.
Э. Результаты сравнительного анализа вариантов малоотходных млгнитопрово.цов с изменявшимся сечением элементарных слоев стали в зоно ярма и обоснование воэмомности использования при расчете магнитной цепи указанных магнитопроводов традиционных методик.
'і. Технические ревония интенсификации охлаждения наружным обдувом и снижения металлоемкости внешних и внутренних конструкционных эломентов, а также конструкций многоплоскостных и кгнусио-ппсскостнцх магнитопроводов статора и ротора АПК.
5. Общее выражение коэффициента тангенциального смещения и результаты анализа особенностей электромагнитных процессов в АД с секционированными магнитопрозодами ротора и внутренними короткозамыкапщими кольцами. .
6.Результаты анализа электромеханических особенностей (в том числе распределения магнитного поля в витом торцевом магни-топроводэ) и способы усовераэнствоаания ТАД и АДВР'на основа
. пространственных кснусно-цилиидри4оск:і!Х и конусно-плоскостных .магнигопроьолон статора і! ротора. |
7. Методика определения-геометрических соотношений и рас
чета магнитной цепи ТАД с конусно-цилинг.рическкмк' мягнитопро-..
: водами статора и ротора..
8. Методика определения параметров'участков короткозлмкну-
, той клегки двухсекционного ротора при электромагнитной несим
метрии секций и аксиальной неравномерности распределения ампли
туд гармонического состава магниіного поля в зазоре.
9. Технологические принципы и способа изгетевлегил магните-
прозойов пространственной структуры для АДК, ТАД-и АДзР.
Прак гиче екая ценность рабий. Опредедявгся комплексом разработок, при выполнении которых установлена возможность и предложены способы усовершенствования АД на основе пространственной структуры и тангенциального смещения элементарных слоев электротехнической стали. Предложены нетрадиционные конструкторско-технологические решения активной и конструктивной части, позволяющие повысить технический уровень АДК, ТАД и А.ДЗР. Разработаны инженерные методики расчета и технологии производства магни-топрогодов различного назначения с пространственной структурой сгали, основанные на использовании традиционных способов изго-гозления шихтованных магнитопроводов и существующего технологического оборудования, а также способов, включающих наметку или навивку электротехнической стали.
Реализация результатов работы. Разработанные способы улучшения характеристик, снижения металлоемкости, методики расчеса и способы изготовления использованы при проектировании, подготовке и освоении производства АД малой мощности. Вп?рвые созданы, изготовлены и испытаны ряд трех и однофазных двухполосных двигателей мощностью ВД*-120 Вт с многоплоскосгным магиитопрово-дом статора, двух и четырехполюсник ТАД мощностью 120, 180, 550 Вт и 1,1 кйт о конусно-цилиндрическим магнитопроиодсм, і также ряд четырех и шестиполюеных АДВР с даухпакегны:-: конусчо-плоскосгным магнитопроводом ротора мощностью 0,25*1,і кдг. выполненные исследования являлись составной частью работ по координационным планам различных министерств, в том числе пч постановления.', Правительства СССР S^*6'*—156 от ІЗ.Об.сЧ? и '}'( от І5.07.83.
Апробация работы. Основные положения диссертации, доклад»-вались и обсукддлись на Всесоюзных научно-гехничеоких кенарей-
циях: "Современное состояние и перспективы развития кондициониро-
вания воздуха на судах" (г. Николаев, 1984); "Состояние и перс
пективы совершенствования разработки и производства асинхронних '
двигателей" (г. Суздаль, 1935); "Проблеми повышения технического V.
уровня судового электрооборудования" (г.- Ленинград, 1939); "Про- /.',
изводство и применение искусственного холода в отраслях пищевой
промышленности, торговли, сельского хозяйства» на транспорте" ,..
(г. Одесса, 1939); "Соврэмепные, проблемы электромеханики", (г. Мое-?; <
ква, 1989), а также республиканских конференциях-семинарах;. иИс-' ^
следование теплофизических и гидродинамических свойств магнитных ;
жидкостей" (г. Николаев, 1979); "Повывение эффективности электри-«;>
ческих машин" и "Повышение надежности электрических машин перемен-'/ *
ного тока" (г. Киев, IS85 и 1987), ... '/ ;': ;;_, .- \..'-;-..;..-,. ,
Публикации. По теме диссертащш опубликовано 25 печатных ра-работ и 26 изобретений.. '' '.".'' .''';',.'.".'' ""'Г-/. ;—;;.' ,;"/;
Структура и объем работы. Діссертация состоит из введения» г..
сієсти глав и заключения и содержит 255.страниц текста и S3 стра-, .;"'
киц, включающих 94 .иллюстрации.и II таблиц. Работа'также,содержит
список литературы из 206 наименований и приложение. . .
