Введение к работе
Специфические требования к электроприводу породили целый ряд модификаций асинхронных двигателей с массивными ферромагнитными элементами с симметричным питанием и конденсаторных:
экранированные асинхронные двигатели, в которых ротор, статор или ротор и статор вместе герметизированы с помощью металлического экрана;
быстроходные малошумные асинхронные двигатели, роторы которых выполнены из массивной стали (с пазами и без них), что придает роторам высокую механическую прочность;
асинхронные двигатели с многослойными роторами, ротор которых состоит из нескольких концентрических слоев, часть которых монолитна;
электромагнитные тормоза и муфты скольжения с массивным якорем и др.
Конденсаторные двигатели с монолитными роторами используются в приводах небольшой мощности, например, в бытовых электроприборах: стиральных машинах и пылесосах со значительно улучшенными виброакустическими показателями; и в системах автоматики, где требуются сверхвысокие частоты вращения или широкий диапазон их реіулирования. В настоящее время асинхронный двигатель с массивным ротором применяется также для привода шлифовального оборудования, подмогочиых устройств эмаль-станков и любительской звукозаписывающей и фотокиноаппаратуры. В целом ряде случаев, когда электрическая машина работает в условиях высокого давления, глубокою вакуума, аїрессивнои среды, высоких температур, применяют сплошной ферромагнитный ротор. В качестве примера можно указать на двигатели для перекачки горячей серной кислоты, для привода автоклавов газовых смесителей.
В последнее время круг применений трехфазных и конденсаторных асинхронных двигателей с массивными ферромагнитными элементами значительно расширился блаюдаря мягкой механической характеристике, хорошим
пусковым свойствам и лучшим виброакустическим показателям, что свидетельствует об актуальности диссертационной работы.
Целью работы является создание уточненных математических моделей поверочных и оптимизационных расчетов асинхронных двигателей с массивными ферромагнитными элементами при трехфазном и однофазном питании с учетом эффекта насыщения и магнитного гистерезиса, а также выработка рекомендаций по применению указанных двигателей. В связи с этим в работе поставлены следующие задачи:
1. Обоснованно выбрать метод исследования.
-
Сформулировать допущения для создания расчетной модели указанного класса машин и разработать математический аппарат выбранного метода передаточных функций.
-
Провести численный учет насыщения, конечной длины модели и потерь на гистерезис.
-
Составить алгоритмы и пакеты программ, реализующие метод передаточных функций для расчета электромеханических характеристик асинхронных двигателей с массивными ферромагнитными элементами различных конструктивных исполнений при трехфазном и однофазном питании.
5. Осуществить проверку адекватности созданной
математической модели.
6. Создать методику многокритериальной оптимизации
рассматриваемого класса машин.
Методы исследования. В работе использованы
аналитические, численные, численно-аналитические и
экспериментальные методы исследования. Расчет
электромагнитного поля в массивных ферромагнитных элементах и электромеханических характеристик асинхронных двигателей с массивными ферромагнитными элементами проведен с помощью слоевого численно-аналитического метода передаточных функций, объединяющего два широко распространенных подхода к исследованию электрических машин: теорию электрических цепей с сосредоточенными параметрами и теорию магнитных полей с распределенными параметрами. При анализе
кондснсаторных двигателей с массивными ферромагнитными элементами указанный метод применялся в сочетании с аналитическим методом симметричных составляющих. Распределение характеристик поля было найдено также при помощи численного метода конечных элементов. Правильность основных теоретических положений проверена экспериментально. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с требованиями ГОСТ к определению электромеханических и виброакустических характеристик асинхронных двигателей. Научная новизна работы :
1. Для выбранной степени идеализации массивного
ферромагнитного элемента предложена математическая модель
электромагнитной волны в виде решения дифференциальных
уравнений второго порядка, учитывающих эффекты насыщения и
магнитного гистерезиса.
2. Предложена методика разбиения массивных
ферромагнитных элементов на тонкие слои, определяемая
требуемой точностью.
-
Предложена методика анализа электромагнитного поля и расчета электромеханических характеристик асинхронных двигателей с массивными ферромагнитными элементами при симметричном и однофазном питании, позволяющая не вводить схему замещения слоя, а пользоваться постоянными интегрирования как передаточными функциями.
-
Предложена методика многокритериальной оптимизации асинхронных двигателей с массивными ферромагнитными элементами по последовательно проверяемым ограничениям.
Практическая ценность работы. Разработана инженерная методика расчета асинхронных машин с массивными ферромагнитными элементами. Учет насыщения и гистерезиса в массивном элементе позволяет вычислять характеристики асинхронной машины с более высокой точностью, что даст возможность уменьшить удельный вес физического моделирования в процессе проектирования и снизить его стоимость и продолжительность. Сравнение расчетных и экспериментальных результатов подтверждает справедливость
-(>-
осіїовнмх положений, рекомендуемых для практическою использования.
Реализация результатов работы. Проведенные исследования были использованы в опытно-конструкторских работах, выполненных в НПП ВНИИЭМ и АО "Корпорация "Агрегат" при проектировании асинхронных двигателей с массивными ферромагнитными элементами на роторе и элекгромагнитных муфт скольжения с массивными якорями.
Апробация работы. Основные результаты настоящей работы докладывались и обсуждались на II Международной Конференции по электромеханике и элсктротсхнологии - Крым, 1996; ежегодных научно-технических конференциях сгудентов и аспирантов ВУЗов России "Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве" - М.,1997; М.,1998.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Математическая модель электромагнитной волны в виде
решения дифференциальных уравнений второго порядка,
учитывающих эффекты насыщения и магнитного гистерезиса.
2. Методика разбиения массивных ферромагнитных
элементов на топкие слои, определяемая требуемой точностью.
3. Методика анализа электромагнитного поля и расчета
электромеханических характеристик асинхронных двигателей с
массивными ферромагнитными элементами при симметричном и
однофазном питании, заданных размерах и обмоточных данных,
позволяющая не вводить схему замещения слоя, а пользоваться
постоянными интегрирования как передаточными функциями.
4. Методика многокритериальной оптимизации
асинхронных двигателей с массивными ферромагнитными
элементами по последовательно проверяемым ограничениям.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня используемой литературы и двух приложений. Общий объем диссертации - 186 стр., в том числе: 179 стр. основного текста, иллюстрированного
30 рисунками, 14 таблицами, и 7 стр. приложений. Список литературы включаег 144 названия на 14 стр.
