Введение к работе
Актуальность работы. Однофазные асинхронные двигатели (ОАД) с распределенной обмоткой на статоре, отличающиеся простотой конструкции и еысокой надежностью, широко применяются в народном хозяйстве. Они являются изделиями многономенклатурними и выпускаются в виде серий и параметрических рядов миллионами штук в год. Наиболее массовыми являются ОАД малой мощности от 6 Вт до I кВт с высотой оси вращения от 40 до 71 мм (двух и четырехголосные) бытового и общего назначения, особенно для привода компрессоров холодильников, стиральных машин, кухонных приборов.
Ускорение темпов разработки и внедрения новых серий и рядов машин малой мощности нового поколения с улучяенными технико-экономическими показателями, иыедоиш понижеинне расход материалов, энергопотребление и уровень магнитных вибраций невозможно без автоматизации проектных и исследовательских работ. Разработка и исследование математических моделей ОАД открывает широкие возможности для изучения и оптимизации сложных многопараметрических процессов. В зависимости от решаемых задач при автоматизированном проектировании целесообразно применять математические модели с различными уровняем допущений, использующие новейяие достижения электромеханики и математики.
Цель работа и задачи исследований. Целью работы является раз-'-".ботка ОЛД с распределенной обмоткой на статоре, обладающих высокими энергетическими показателями и поиихешшл уровнем магнитных вибраций на основе развитой подсистемы автоматизированного проектирования ОАД малой мощности. Для этого било необходимо:
провести анализ конструктивных и схемных решений ОАД и определить пути снижения их материалоемкости, энергопотребления и вибраций магнитного происхождения;
провести сравнение, оценку и выбор методов исследования электромеханических характеристик ОАД, вибровозмущающих сил (ВВС) и магнитных Еибраций;
разработать и включить в подсистему расчетного проектирования ОЛД алгоритмы и программы расчета ВВС и магнитных вибраций;
разработать математические модели ОАД с регулированием напряг-гнил во зг.псиогателькой фазе, с составным ярмом статора, с синусной обмоткой;
~ ппо""::""! ь"ч единой г.'-то^пчогкхг:!:г.оЛ основе сравнение схем згопизчи- 0*Д, 3"»f:ib ї^:.^:oc-'"г,.,*,; и преимущества каждой из них;
на основе проведенных исследований разработать рекомендации по снижении магнитных вибраций и энергопотребления ОАД;
разработать ОАД с пониженными энергопотреблением и уровнем магнитных вибраций и провести их экспериментальные исследования.
Методы исследований. В работе использованы аналитические, численные и экспериментальные методы исследований. При разработке математических моделей применялись современные методы исследования магнитных полей и цепей в электрических машинах: конечных разностей (МКР), проводимостей зубцовых контуров (МЗК), индуктивных коэффициентов, симметричных составляющих. .При определении электромагнитных сил, действующих на зубцы статора ОАД, использовался закон сохранения энергии, а исследование динамических деформаций корпуса статора проводилось методом граничных элементов (МГЭ).
Экспериментальные исследования механических характеристик ОАД проводились на специализированной установке АШ-5, разработанной в Каунасском политехническом институте. Измерение магнитных вибраций осуществлялось с использованием комплекта приборов фирмы « RH " (гдр).
Научная новизна. Разработаны методика и математическая модель по расчету радиальных и тангенциальных электромагнитных сил в ОАД с учетом дискретности расположения обмоток, реальной конфигурации зубцовой зоны, скоса пазов и влияния поперечных токов, протекающих между стержнями ротора.
Впервые оценена неравномерность распределения радиальных и тангенциальных сил по зубцам статора ОАД, и выявлены пути снижения ее влияния на вибрацию корпуса.
Разработан и включен в подсистему расчетного автоматизированного проектирования пакет прикладных программ по расчету электромагнитных сил и вибраций.
Разработана математическая модель ОАД с регулированием напряжения во вспомогательной фазе, определены законы регулирования, позволяющие значительно снизить энергопотребление.
Предложен алгоритм расчета ОАД с составным ярмом статора.
Практическое значение результатов работы. Применение разработанных алгоритмов и пакетов программ расчета ОАД позволяет значительно сократить общие сроки разработки однофазных двигателей,улучшить виброакустические показатели машин и при этом ощутимо снизить средства, затрачиваемые на изготовление и доводку образцов. Предложены конструктивные и схемные решения по снижению амплитуд электромагнитных ВВС, неравномерности их распределения и уровня
вибраций.
Рекомендованы экономичные пути снижения энергопотребления ОАД за счет регулирования напряжения на вспомогательной фазе. Разработан ряд конденсаторных регулируемых: двигателей серии АИРЕ56... с сохранением полезной мощности основного трехфазного исполнения.
Разработаны на базе серии ЛИР однофазные модификации двигателей с пониженными энергопотреблением и уровнем магнитных вибраций.
На основе обоснованных в диссертации рекомендаций по разуни-фикации ротора для однофазных модификаций серии АИРЕ56... разработаны двухполюсные двигатели при разных схемах включения и 2,- 17 (вместо Z„ - 18) с улучшенными энергетическими показателями и значительно уменьшенными колебаниями пускового момента.
Реализация работы. Разработанные на базе серии АИР однофазные модификации двигателей с пониженными энергопотреблением и уровнем вибраций внедрены на Лобненском электротехническом заводе (ЛЭЗ).
Результаты исследований ОАД и полученные рекомендации переданы в НИИ Электромаш (г.Ереван) для использования в процессе разработки новой серии двигателей АИ2.
Созданные пакеты программ внедрены и использувтся при проектировании модификаций бытовых двигателей серии КД..,/Р и ДАО... в Филиале БНШШЭМ (г.Вильнюс), а также в МЭИ при выполнении курсовых и дипломных проектов и проведении лабораторных работ по курсу 'Вычислительная математика и программирование".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на шести конференциях: Всесоюзном научно-техническом совещании "Регулируемые электродвигатели переменного тока" (г.Владимир, 1987 г.), научно-технической конференции "Состояние и перспективы совершенствования, разработки, производства и применения электрических двигателей переменного тока" (г.Владимир, 1988 г.), 5-й Всесоюзной научно-технической конференции "Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов" (г.Каунас, 1988 г.), Всесоюзном научно-техническом совещании "Вопросы проектирования, исследования и производства мощных турбогенераторов и крупных электрических машин" (г.Ленинград, I9S8 г.), Всесоюзном научно-техническом совещании "Автоматизация проектирования и производства в электромашиностроении" (г.Владимир, I9d9 г.). Всесоюзной научно-технической конференции "Сссремекнь:' прсйчемы электромеханики" (г.Москва, 1989 г.) и на i-i'i :'-с^сс: '.' -.-:3.7:.-с;.-'і.: .: '. -.".'""оакуотиче ггегтрнческих ма-
- б -
Публикации. Содержанке диссертационной работы отражено в 8 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (153 наименования) и трех приложений. Она содержит 148 страниц машинописного текста, 56 рисунков и 22 таблицы.
