Введение к работе
Объект исследования. Объектом исследования является электрическая цапина с возбуждением от высококоэрцзтивных постоянных магнитов, состоящая из беспазоваго статора п совмещённого с маховиком ротора, предназначенная для накопления и рекуперации энергии в электромеханических инерционных аккумуляторах /ЭМИА/.
Актуальность проблемы. Для обеспечения беспрерывности электроснабжения ответственных потребителей, в частности, вычислительных центров, автоматических производственных установок, летательных аппаратов, аэропортов, больниц, перспективно применение электромеханических инерционных аккумуляторов. Кроме того, ЭМИА могут найти прпиенониз в электросистемах с явно выраженный импульсным характером электропотребления, в транспорте, в установках использования энергии волн и ветра.
Накопление энергии в ЗІПЇА осуществляется в роторах-маховиках. Разгон ротора-маховика /накопление энергии/ и его торможение /рекуперация энергии/ осуществляется посредством электрической машины. Высокой эффективности прзобразованаї энергии и' высоких массо-габаритных показателей Э"Л!А когяэ достичь путём применения электрических малин с возбуддекпсм от высококоэрцитивных постоянных магнитов. Этому способствует ряд положительных качеств машин: высокий КЦД в генераторном и двигательном режимах, отсутствие щёточного Еоптакта я отсутствие тепловыделения в роторе /возможность работы 3 вакууме/, высокие массо-габаритные показатели, безотказное возбуждение. Однако, эффективное использование этих клеэт возможно только при учёте специфических особенностей Э'ЛИА: большие линейные скорости ротора - до 200м/с и более, сокіо-щение маховика с ротором электрической машины, дефоры&цпя ротора, изменение частоты вращения ротора в вироках пределах. Электрическая машина должна исследоваться в совокупности с другими узлами накопителя. То есть, создание высокоэффективных ЭМИА связано с разработкой специальнзх олегтря-ческих машин. Разработка машин для ЭМИА, поиск методик определения их главных размеров, характеристик и параметров являются важной и актуальной задачей и сопряжены с рсгэкгзи комплекса проблем теоретического, экспериментального н практического характера.
Цель работы заключается в исследовании электрической машины как узла ЭМИА, определении её характеристик и выработке практических рекомендаций по определению основных геометрических и электрических параметров.
Для достижения этой цели решаются следующие основные задачи.
-
Выбор конструкции электрической машины в соответствии с требованиями, накладываемыми условиями и режимами работы ЭММ.
-
Выбор расчётной модели полюса машины, составленного из нескольких пластинчатых или сегментных магнитов с радиальной поляризацией.
-
Разработка методики расчёта двумерного магнитного поля и определение на основе этой методики параметров и характеристик машины.
-
Выбор главных размеров машины с учётом геометрических и энергетических показателей ЭМИА.
-
Исследование возможности стабилизации ЭДС и напряжения путём использования упругой деформации маховика.
-
Оптимизация удельного расхода постоянных магнитов.
-
Расчёт сил одностороннего магнитного тяжения.
Научная новизна
-
Решена задача аналитического расчёта магнитного поля в активной зоне электрической машины с радиально намагниченными магнитами методом гармонического анализа с учётом непостоянства намагниченности под действием размагничивающих факторов. При ётом, полюс рассматривается как совокупность нескольких магнитов с различными свойствами.
-
Выявлена возможность поддержания генерируемого напряжения при переменной частоте вращения с использованием упругой деформации маховика под действием центробежных„сил.
-
Используя уравнения поля, получены основные параметры машины: ЭДС, индуктивные сопротивления реакции якоря и рассеяния, мощность. Определены главные размеры машины с учётом конструкции ЭМИА. Проведена оптимизация удельного расхода магнитов.
-
Установлен и исследован способ улучшения синусоидальности генерируемого напряжения путём специального распределения магнитов по полюсу.
-
Проводится расчёт сил одностороннего магнитного тяжения при статических и динамических эксцентриситетах.
Практическая ценность. Результаты работы использованы при разработке и исследовании опытных образцов электрических машин с максимальной модностью 24,5 кВт и рабочей частотой вращения до 24000 об/мин. Электрические ісшиин работали в ЭМИА энергоёмкостью 2*10 Дж.
Спроектирована и изготовлена электрическая машина с мощностью до 50 кВт для ЭМИА энергоёмкость:) 1-Ю' Дя.
Апробация результатов работы. Осковшгз полосекия работы доложены на следующих конференциях и семинарах.
-
Конференция "Автоматизация технологических процессов и промышленных установок ".Пермь, 1983г.
-
Конференция "Автоматизация технологических процессов и промышленных установок". Пермь, 1984г.
-
Всесоюзная конференция "Наховичк^з накопителя энергии". Житомир, 1985г.
-
Семинар по проблемам машиноведения. Москва, 1985г.
-
Семинар по прикладной магнитной гидродинамике. Пермь, 1987г.
-
Всесоюзная конференция "Лаховичіггз накопители анэргии". Житомир, 1989г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 работ.
Объём работы . Диссертация состоит из пяти глав, списка литературы и приложения. Общий объём работы 172 страницы, в том числе 133 страницы основного текста, 28 строігД рисунков, 8 страниц списка литературы /76 наименований/ и 3 страницы приложения.
На защиту, выносятся следующие основные положения:
-
Методика расчёта двумерного магнитного поля полюса из нескольких пластинчатых или сегментных постоянных магнитов с различными, магнитными и геометрическими характеристиками, а также расчёт параметров машины на базе полученных уравнений поля.
-
Инженерная методика определения главных размеров машины с учётом совмещения ротора с маховиком.
-
Способ улучшения синусоидальности магнитного поля путём специального распределения магнитов на полгсе.
-
Способ снижения удельного расхода постоянных магнитов на единицу мощности машины за очёт выбора оптимального соотношения между высотой магнита и величиной активного промежутка.
-
Способ стабилизации напряжения при переменной частоте вращения ротора.
-
Целесообразность использования разработанных методик расчёта и полученных теоретических и экспериментальных результатов при проектировании и дальнейшем усовершенствовании электрических машин в ЭМИА.
