Введение к работе
Актуальность темы. В связи с современной тенденцией все более широкой автоматизации производственных процессов, многие отрасли промышленности испытывают потребность в дешевых и технологичных, надежных и простых в эксплуатации электрических машинах мощностью от долей ватта до сотен киловатт. В настоящее время в электроприводах этого диапазона мощности наиболее широко используется асинхронный электродвигатель с короткозамкнутой клеткой. Однако, в условиях энерго- и ресурсосбережения, асинхронные электродвигатели не вполне отвечают обновленным требованиям электромеханики. В свете решения этой проблемы в России и за рубежом изучаются возможности применения альтернативных электродвигателей переменного тока, обладающих высокими энергетическими показателями и более дешевых, с точки зрения использования активных материалов. Перспективными в этом плане являются синхронные реактивные электродвигатели (СРД) нового поколения - со слоистыми роторами. Как следует из многочисленных публикаций (главным образом зарубежных) эти двигатели обладают высокими энергетическими и массогабаритными показателями, позволяющими им конкурировать с асинхронными двигателями с короткозамк-нутым ротором. Однако, конструктивное развитие этих машин опережает их теоретические исследования. Несмотря на значительное количество публикаций, в области электромагнитных исследований двигателей этого типа не накоплен достаточный опыт и к настоящему времени не существует более или менее законченных инженерных методик их расчета. Существующие методики исследования синхронных реактивных машин малопригодны для анализа синхронных реактивных двигателей со слоистым ротором вследствие специфики распределения электромагнитного поля в их активном объеме, обусловленной нетрадиционной конструкцией ротора. В связи с этим, актуальной является задача разработки теории и создания методики электромагнитного исследования СРД со слоистым ротором, основанной на математическом описании единого электромагнитного поля в его активном объеме с учетом многообразия конструктивных факторов и режимов работы.
Целью диссертационной работы является разработка элементов теории и методики электромагнитного расчета СРД со слоистым ротором. Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
исследование магнитного поля в рабочем зазоре и объеме слоистого ротора численным методом сеточного моделирования с целью определения основных коэффициентов распределения поля, используемых в классической методике, и оценка эффективности конструктивных усовершенствований, способствующих повышению отношения магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям,
аналитическое исследование на базе фундаментальных уравнений теории поля электромагнитных процессов в активном объеме синхронного реактивного двигателя со слоистым ротором с учетом конечного значения магнитной
проницаемости стали магнитопроводов ротора и статора,
синтез каскадной схемы замещения синхронного реактивного двигателя со слоистым ротором,
разработка методики электромагнитного расчета на базе нелинейной каскадной схемы замещения и соответствующего программного обеспечения.
Методы исследования. При выполнении работы использовались
численный метод сеточного моделирования,
метод ортотрогшого моделирования,
аналитические методы исследования электромагнитного поля.
Научная новизна:
исследовано влияние вырезов в ферромагнитных пакетах слоистого ротора на распределение магнитного поля в рабочем зазоре и объеме слоистого ротора,
на базе уравнений Максвелла исследовано электромагнитное поле в объеме слоистого ротора синхронного реактивного двигателя с учетом конечного значения величины магнитной проницаемости стали,
синтезирована каскадная схема замещения синхронного реактивного двигателя со слоистым ротором,
разработаны методика электромагнитного расчета синхронного реактивного двигателя со слоистым ротором на основе нелинейной каскадной схемы замещения и соответствующее программное обеспечение.
Практическая значимость основных положений диссертации: « разработаны новые конструктивные решения по усовершенствованию ротора синхронного реактивного двигателя, защищенные 6-ю авторскими свидетельствами СССР и одним патентом РФ,
показана целесообразность вырезов в центральных частях ферромагнитных пакетов слоистого ротора на пути замыкания поперечного потока,
разработаны математические модели для исследования магнитного поля в рабочем зазоре и активном объеме слоистого ротора СРД и расчета основных коэффициентов распределения поля по осям ротора с целью их использования в классической методике для оценки электродвигателя в первом приближении,
на основе синтезированной каскадной схемы замещения разработана ме
тодика исследования электромагнитных процессов в синхронных реактивных
двигателях со слоистыми роторами с учетом реального магнитного состояния
машин и соответствующее программное обеспечение.
На защиту выносятся:
Синтезированная посредством ортотропного моделирования каскадная схема замещения синхронного реактивного двигателя со слоистым ротором.
Новая методика электромагнитного расчета, основанная на нелинейной каскадной схеме замещения синхронных реактивных двигателей со слоистым ротором.
Запатентованные конструкции роторов синхронных реактивных двигателей с повышенным отношением магнитных проводимостеи по продольной и
поперечной осям.
Рекомендации по корректировке классических методик исследования СРД посредством введения в них коэффициентов действительного распределения электромагнитного поля в рабочем зазоре и активном объеме слоистого ротора.
Рекомендации по применению вырезов в ферромагнитных пакетах слоистого ротора синхронного реактивного двигателя.
Апробация работы и публикации. Основные положения и отдельные результаты диссертационной работы обсуждены и одобрены на научных семинарах кафедры Электромеханики и Теоретических основ электротехники Новосибирского государственного технического университета (1998-99гг.), на научной конференции с международным участием "Проблемы электротехники ", секция "Электромеханика" ( НГТУ, Новосибирск, 1993), на региональном семинаре "Новые технологии и научные разработки в энергетике" (Новосибирск, 1994). По теме диссертационной работы опубликованы две статьи в центральном периодическом научно-техническом журнале "Электротехника", тезисы к докладу в трудах научной конференции с международным участием "KOR.US-99", секция "Электротехнологии" (НГТУ, Новосибирск, 1999), получено 6 авторских свидетельств, один патент и одно положительное решение на заявку об изобретении.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 87 наименований, 1 приложения и содержит 118 страниц машинописного текста, 22 страницы иллюстраций, 9 таблиц.
Похожие диссертации на Разработка элементов теории и методики электромагнитного расчета синхронного реактивного электродвигателя со слоистым ротором
