Введение к работе
Актуальность темы: Реферируемая работа посвящена разработке конструкций и исследованию геометрии и параметров немагнитных проволочных якорей (НПЯ) электродвигателей постоянного тока, разработке способов технологической реализации НПЯ и исследованию основных элементов геометрии технологической оснастки. Указанные электродвигатели предназначены для использования в электроприводе, предъявляющем повышенные требования к их энергетическим и динамическим показателям.
Отсутствие зубцово-пазовых обмоточных структур предопределяет конструктивную независимость геометрии электродвигателей с немагнитным проволочным якорем (ДНПЯ) от штампа и шихтованного магнитопровода, вследствие чего становится возможной сравнительно простая технологическая реализация многослойных беспазовых обмоточных структур [БОС) конического исполнения с трапецеидальной, ромбовидной, треугольной или круглой формой витка в активной части и с лобовыми частями; отформованными в бурты или расположенными, в общем случае, на конической поверхности по эвольвенте, прямым или дуге окружности. Возможно также сочетание вариантов исполнения лобовых частей, когда одна из них, например, отформована в бурт, а другая выполнена без бурта, располагается в плоском кольце, и в совокупности с конической активной частью образует чашеобразный якорь.
Активные размеры ДНПЯ определяются, в основном, уровнем теплоиагруженности БОС т.е. допустимой величиной суммарных
потерь, отводимых с поверхности якоря пропорциональных удельныму тепловому потоку с указанной поверхности. Суммарные же потери в БОС якоря практически равны дмоулевым потерям в проводниках НПЯ, которые, в свою очередь, пропорциональны длине витка. Вместе с тем, в конических НПЯ размеры активной и лобовых частей взаимосвязаны, т.е. размеры лобовых частей в радиальном направлении определяют размеры внутреннего и наружного активных диаметров НПЯ и, соответственно, активную длину витка. Следовательно, точность определения геометрии НПЯ и ДНПЯ в целом, а также энергетических и динамических показателей существенным образом зависит от точности расчета всех элементов геометрии витка обмотки НПЯ и от точности расчета геометрии технологической оснастки, обеспечивающей трансформацию витка заготовки в процессе изготовления от исходного технологического состояния (как правило на шаблоне для намотки) до собственно витка обмотки. В связи с этим тема диссертационной работы является актуальной и представляет научный и практический интерес.
Цель работы: Разработка новых конструктивных решений ДНПЯ и БОС а также способов их технологической реализации, методов расчета геометрии и параметров БОС ДНПЯ и основных элементов геометрии технологической оснастки, обеспечивающей заданные размеры витка НПЯ. В связи с этой целью были поставлены следующие задачи:
разработать математическую модель ДНПЯ, позволяющую с единых позиций исследовать влияние различных исполнений НЛЯ на энергетические и динамические показатели электродвигателя;
разработать способы расчета геометрии активних и лобовых частей и параметров НПЯ различных исполнений;
- a -
- разработать способы расчета основных элементов геометрии технологической оснастки по разработанным способам изготовления НПЯ;
Методы исследования; В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические методы включают в себя аналитические решения дифференциальных уравнений для расчета геометрии лобовых частей, момента инерции и радиальной неизотермичносги НПЯ; дифференцирование аналитических уравнений и переход к конечным разностям для итерационного расчета геометрии лобовых частей без буртов и методы математического моделирования для разработки математической модели ДНПЯ. Экспериментальные исследования включают в себя методы численного моделирования на ЭВМ, а также моделирование на геометрических и физических моделях.
Автор защищает:
- разработанные конструктивные решения и способы изго
товления НПЯ;
методику проведения оптимизационных расчетов применительно к ДНПЯ с получением оптимального коэффициента заполнения обмотки проводниками без проведения полной оптимизации ДНПЯ; -,
способы расчета геометрии витка и параметров НПЯ различных исполнений, а также основных элементов геометрии тех-нологичесчкой оснастки для реализации НПЯ и практические рекомендации по их проектированию;
- результаты численных и.экспериментальных исследований..
Научная новизна:
-
Разработана математическая модель ДНПЯ, учитывающая рациональные варианты исполнения НПЯ;
-
На основе линейной и круговой итнтерполяции гео-
- б -
метрии пространственно расположенных лобовых частей в буртах разработан способ их математического описания;
-
На основе перехода от дифференциального уравнения, описывающего геометрию лобовых частей , расположенных по эвольвенте, прямым и дуге окружности, к конечным разностям разработан итерационный способ расчета геометрии лобовых частей без бурта;
-
Аналитически показана практическая инвариантность распределения температуры проводников НПЯ по радиусу от закона тепловыделения по радиусу ( формы витка обмотки и исполнения лобовых частей);
-
Определены' геометрические ограничения и условия работоспособности обмоток НПЯ;
-
Разработан аналитический способ расчета момента инерции ротора с различной формой витка обмотки и исполнения лобовых частей.
Практическая ценность:
-
Разработаны и запатентованы конструктивные решения ДНПЯ.и БОС и способы их технологической реализации;
-
Разработаны способы инженерных расчетов геометрии И параметров НПЯ в зависимости от исполнения активных и лобовых частей БОС и оснобных элементов геометрии технологи-. ческой оснастки для изготовления НПЯ. СпосоСы ориентированы на проведение расчетов и выполнение элементов САПР на ЭБМ.
Апробация работы. Основные материалы работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на: краткосрочном семинаре "Системы управления электромеханическими исполнительными устройствами роботов и манипуляторов" (г.Ленинград, 1980г.); конференции молодых специалистов < г. Игсхлюирек,
1981г.); краевой научно-технической конференции "Оптимизация электроприводов и оптимизация режимов электропотребления" (г. Красноярск, 1982г.), межкафедральном научном семинаре ФАЭМС НГГУ (г. Новосибирск, 1996г.).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 78 наименований, приложения на 9 страницах и содержит 131 страницу основного текста и 74 рисунка.
Похожие диссертации на Разработка и исследование немагнитных проволочных якорей электродвигателей постоянного тока
