Введение к работе
— А к т у а л ь н о с ч ь т е м ы. _ В обцем объеме производства электрических мааин ОН) в последние годы значительную часть стали составлять ЭМ с постоянными магнитами (ПН) промышленного и специального назначения, которые находят все более широкое применение в различных отраслях. При диапазоне мощностей от долен ватт до десятков мегаватт магнитозхектрические мапинн отличаются надежностью, повышенным КПД, зысокими массогабаритными и энергетическими паказателяии, способностью работать.при. повышенных частотах и в тяяелых условиях эксплуатации.
Толчком к интенсивному использованию'ПЯ в качестве систем возбуждения ЭМ послухило создание новых магнитных материалов из сплавов с РЗМ и неодим-яелезо-бором, имеющих высокие значения коэрцитивной силы (500-'Ю00 кА/м) и удельной магнитной энергии, малые значения относительной магнитной проницаемости, низкий уровень боковых потоков рассеяния, что обусловлено высокой степенью магнитной анизотропии. Высококоэрцитивные магниты (ВМ) обеспечивают высокую стабильность намагниченности и могут применяться в изделиях, имеющих сильные'размагничивающие поля и~значительные немагнитные зазоры.
Как .показала практика, попытки использовать ВМ в традицион-ционных конструкциях ЭМ, как правило^ не дают значительного эффекта по улучшению технических показателей иааины. Поэтому в последние годы все шире стали применяться беспазовые многополюсные электрические маиины нового поколения в качестве моменткых и вентильных двигателей, магнитоэлектрических генераторов, преци-—зионных преобразователей.скорости, демпферов и т.п.
Широкое внедрение з практику беспазовых, электрических мапин (БПЭМ) с высококоэрцитивными постоянными магнитами требует специального подхода к их проектирований и разработке новых методов расчета с учетом особенностей конструктивного исполнения и характеристик магнитотвердых материалов.
Реиению указанных вопросов посвяцена диссертационная работа, которая выполнена в рамках реализации перспективного плана "Ин-. терзлектро" 1986-1990 . гг. (темаа-31 "Исследование проблем соэ-
-4-дания магнитных систем новых электрических маиин и применение в них высококозрцитивных магнитотвердах материалов с целью совер-иенствования параметров и конструкций") и координационного плана ГОЛ "САПР", утвераденного приказом Минвуза РСФСР К 182 от 25.03.88 г. (тема 2.8.67 "Теоретические основы математического и физического моделирования сложных электромеханических устройств").
Целью работы является создание математических моделей (ММ) магнитных систем (НС) БПЭМ с ВМ и исследование влияния параметров МС на их характеристики.
Для достижения поставленной цели были проведены теоретические и экспериментальные исследования, направленные на решение следующих задач:
выявление особенностей конструкций НС БПЭМ, с возбуждением от постоянных магнитов и свойств ВМ„ которые могут быть положены в основу математического описания объекта исследования;
разработка ММ БПЭМ на базе единого подхода к анализу различных конструкций, основанного на расчете магнитного поля с помощью метода конечных элементов (МКЭ);
построание экономичного алгоритма расчета и программ с использованием разработанных моделей НС для целей автоматизированного проектирования!
- проведение анализа влияния параметров МС на распределение магнитного поля в активном объеме маиины, получение рекомендаций по рациональному их выбору для ряда конкретных мааин.
Методы исследования: аппарат векторного анализа, теории электромагнитного поля, вариационного и матрич- ного исчисления, математического моделирования на ЭВМ, теория планирования эксперимента, линейное и нелинейное программирование, сравнение с известными результатами других исследователей, а такяе экспериментальные исследования на опытных образцах проектируемых конструкций беспазовых малин.
Научная новизна и основные результаты, выносимые на запиту, состоят в создании Ш расчета иирокого класса МС БПЭМ с возбуждением ov ВМ нового поколения на базе расчета магнитного поля численным методом конечных элементов.
-5-Для чего:
1, Получены выражения функционала и функций распределения источников поля s терминах скалярного и векторного магнитных
потенциалов для шюгоподвсных Б1ШсВН3 а также элементные мат
ричмие соотношения, соответствующие уравнениям в частных производных, описывающим з декартовой к - цилиндрической системах координат . пространственно-периодическое, плоскопараллельноэ распределение магнитного поля.
Я. Применительно к развитом? конечноэлемектаому подходу созданы ММ Ш1 с учетам згшзотрожм, формы гракицр шшравяешя намагниченности составных иагштов и магнитов - модулей.
3. Ланн рекомендации по рациональному выбору параметров ЫС в соответствии іі налагаемыми требованиями при проектировании.
Разработанный математический аппарат позволяет на стадии проектирования определить с высокой достоверностью параметры и характеристики НС БІЗЗИ.
Практическая ценность работы заключается в:
разработке алгоритмов, пакета прикладных программ автома-. тизирозанного расчета ЦС, доведенных до промыаленного внедрения;
выработке рекомендаций по практическому использовании соз-даикых методик с'цельп'умёньзеиия' времени расчета и' сохранения в заданных пределах достоверности моделирования;
- получении оценок влияний отдельных параметров на характе
ристики НС.
Внедрение полученных результатов осуществлено в ПО "Омский электромеханический завод", в НПО "Псковэлектромаи" р о чем свидетельствуют соответствующие документы . В Государственно;?, фонде алгоритмов и програ?лм зарегистрирована программа "Расчет интегральных характеристик радиальных электрических.манин с постоянными магнитами.и гладким якорем* под 8 ГР 50900000991 от 31.10.90г.
Апробация работы. Основные материалы диссертации обсундались и докладывались наг
- Всесоюзной научно-технической конференции "Современное
состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в
знергостроении", Иваново, 31-2 июня 1989 г.
Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и средства диагностирования технических средств на «.д. транспорте", г.Омск, июнь 1989 г.
Всесоюзном научно-техническом семинаре по электромехано-тронике, Ленинград, октябрь 1989 г;
- Республиканской конференции "Устройства и системы
автоматики автономных объектов", г„ Красноярск? май 1990 г. г
- Республиканской конференции "Электромеханические преобра
зователи и машиновентильные системы", г. Томск, сентябрь 1991 г:
Всесоюзной научно-технической конференции по
электромеханотронике, г. Санкт-Петербург, октябрь 1991 г.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 16 работ.
Похожие диссертации на Расчет магнитных систем беспазовых электрических машин с высококоэрцитивными магнитами
