Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние теоретических и практических разработок вентильных двигателей с постоянными магнитами (ВДПМ) 11
1.1. Обзор схем и конструкций ВДПМ 12
1.2. Методы исследования ВДПМ 20
1.3. Методы проектирования ВДПМ 26
1.4. Сравнительный анализ рассмотренных методов исследования и проектирования и задачи исследования 29
2. Математические модели вентильного двигателя с постоянными магнитами 34
2.1. Постановка задачи. Аналитическое решение для случая равенства индуктивно-стей по продольной и поперечной осям 35
2.2. Анализ электромагнитных процессов ВДПМ в dq -осях 43
2.3 Исследование электромагнитных процессов ВДПМ с учетом влияния продольной составляющей реакции якоря и пульсации частоты вращения 64
2.4. Исследование электромагнитных квазиустановившихся процессов ВДПМ в фазных координатах при синусоидальном и трапецеидальном распределении индукции в зазоре 73
2.5. Выводы 93
3. Разработка методики и алгоритма проектирования и оптимизации ВДПМ 97
3.1. Особенности инженерной методики проектирования ВДПМ 97
3.2.Разработка алгоритма проектирования и оптимизации ВДПМ 110
3.3. Анализ результатов расчета вариантов ВДПМ 121
3.4. Исследование влияния нестабильности магнитных свойств постоянных магнитов на выходные характеристики вентильных двигателей 128
3.5. Выводы 140
4. Экспериментальные исследования ВДПМ 142
4.1. Структурно-функциональная схема управления ВДПМ 142
4.2. Результаты экспериментальных исследований ВДПМ 156
4.3. Выводы 166
Заключение 167
Библиографический список 170
Приложения 180
- Сравнительный анализ рассмотренных методов исследования и проектирования и задачи исследования
- Исследование электромагнитных процессов ВДПМ с учетом влияния продольной составляющей реакции якоря и пульсации частоты вращения
- Исследование влияния нестабильности магнитных свойств постоянных магнитов на выходные характеристики вентильных двигателей
- Структурно-функциональная схема управления ВДПМ
Сравнительный анализ рассмотренных методов исследования и проектирования и задачи исследования
К числу наиболее применяемых методов для анализа цепей с вентилями следует отнести метод непрерывной аппроксимации [25, 42, 66], при котором все переменные, характеризующие работу ВД, раскладываются на непрерывные и дискретные составляющие. При этом непрерывная составляющая или первая гармоническая несет основную энергетическую и информационную нагрузку, а переменная, дискретно квантуемая составляющая, обуславливает ряд эффектов, связанных с дискретностью.
При исследовании динамических характеристик машинно-вентильных систем как объектов управления может учитываться насыщение магнитной системы. Поскольку точный учет насыщения весьма сложен, некоторые авторы предлагают приближенные методики [71], предназначенные не столько для анализа, сколько для синтеза. В [20] отмечается, что существенное влияние насыщения в синхронном двигателе с ПМ проявляется только при перегрузках.
В последних по времени работах прослеживается тенденция к совершенствованию управления ВД с использованием средств цифровой автоматики, интегральных модулей и микропроцессорных средств [72 -76], а также новые способы позиционного управления.
Функциональное и конструктивное объединение энергетических и информационных процессов в одной электрической машине отличает ВДПМ от обычных электрических машин повышенной управляемостью, прецизионностью, диагностируемо-стыо. В то же время опыт показывает, что простое электрическое или конструктивное соединение ЭМП с электронным коммутатором (ЭК) без предварительной оптимизации их параметров не позволяет получить заданные выходные показатели. Надежную и эффективную работу ВДПМ можно обеспечить только при правильном их проектировании, учитывающем взаимное влияние ЭМП и УВК. Необходимы расчеты и проектные оценки, использующие соответствующие критерии и направленные на поиск оптимальных вариантов. Многовариантные расчеты должны выполняться с использованием уточненных математических моделей, описывающих функционально объединенные ЭМП и ЭК.
Электроника, улучшая показатели электрической машины, заставляет отойти от обычных способов их оценки только по традиционным статическим характеристикам. Первостепенное значение приобретают такие динамические характеристики, как устойчивость работы при сбросах и набросах нагрузки, точность и время позиционирования и др. [77].
Существует ряд подходов к проектированию ВДПМ с транзисторным УВК. Прежде всего, следует выделить базирующийся на методике проектирования микромашин постоянного тока подход к проектированию ВДПМ малой мощности, изложенный в [24]. Существенным моментом является учет типа коммутатора, схемы обмотки и особенностей действия реакции якоря.
В работах [24, 39] рассматриваются различные исходные варианты задания и соответственно методики расчета. В частности, при максимуме КПД ВДПМ можно указать оптимальную рабочую точку магнита, обеспечивающую максимум отдаваемой мощности. Однако, поскольку КПД не всегда является оптимизирующим фактором, особенно для тех ВД, в которых нужно обеспечить максимум быстродействия или выполнить иные технико-экономические требования, то авторы предлагают методику расчета двигателя по заданной номинальной мощности и частоте вращения, и заданными напряжением на входе УВК, ориентировочным КПД, а также конструктивными особенностями исполнения двигателя. Также авторы предлагают метод расчета ВД при заданном листе статора, что ценно при создании серии двигателей (п 1).
В работе [78] указывается, что при проектировании ВДПМ могут быть приняты различные варианты технического задания. Один из вариантов предлагается для случая, когда расчет производится на минимум объема, при заданном КПД, как правило, не меньшем КПД коллекторного двигателя постоянного тока той лее мощности. Другой вариант методики предлагается, когда требуется рассчитать ВД на максимум КПД (п7).
Из других публикаций по данному вопросу следует отметить работу [79], в которой содержится методика проектирования ВД с устройствами вольтодобавки (п 2), а также [34], где рассматриваются вопросы проектирование специализированных ВД (пЗ). В [32,80] рассматриваются методы проектирования высокомоментных ВД для станочного электропривода со специальной конструкцией ротора. При этом указывается, что одной из основных задач является правильный выбор размеров ПМ, их объема и полюсности, чтобы перегрузки по току обмотки статора, возникающие даже в аварийных режимах, не приводили к необратимой потере их магнитных свойств (п4).
Зависимость зубцовых моментов ВДПМ от угла поворота ротора для различных соотношений числа пар полюсов и зубцов якоря рассматривается в [81]. Предлагаются рекомендации по выбору числа пазов якоря для всевозможных сочетаний числа фаз и числа пар полюсов.
В работах [82,83] на основании уравнений электрического состояния и ЭДС получены соотношения для расчета ВД с заданной жесткостью механических характеристик при любом числе и схеме соединения секций, дополняющие методику [25]. Приводятся также рекомендации по выбору электромагнитных нагрузок.
Выражения для тока и КПД ВД, механическая характеристика которого имеет вид ломаной линии, состоящей из нескольких прямолинейных участков, с определенной точностью совпадающих с линией постоянной мощности, выводятся в [84]. Характеристика получается путем дискретного изменения числа витков силовой обмотки с сохранением постоянства ее активного сопротивления. При изменении числа витков имеют место скачки тока, амплитуда которых одинакова для всех точек переключения и не зависит от числа включенных витков.
В [85] рассмотрены вопросы оптимизации ВД по удельному моменту, так как при проектировании распространенной является задача обеспечения максимальной мощности при фиксированном значении частоты вращения. Проектирование ВДПМ по габаритному критерию рассмотрено в [86]. В настоящее время ведутся работы в области автоматизированного проектирования ВД. В частности, в [87] указывается, что пользователь имеет возможность в диалоговом режиме спроектировать или выбрать из ряда существующих синхронную машину с постоянными магнитами, работающую в составе ВД. Пакет прикладных программ разработан по принципу «открытой системы», в которую можно включать новые конструкции ЭМП и силовые схемы коммутаторов (п5). Схема расчета дискового ВД и выбор предпочтительного варианта (в пределах рассматриваемой конструктивной схемы) по максимальному значению коэффициента эффективности, который равен отношению квадрата момента на валу к произведению активной массы двигателя и суммарной мощности потерь приводится в [54]. В [87] разработан оригинальный алгоритм проектирования дисковых ВД, реализованный на алгоритмическом языке Турбо-Паскаль. Диалоговый программный комплекс позволяет рассчитывать различные конструктивные исполнения (пб). Из других работ этого направления отметим [88-91], посвященные отдельным вопросам проектирования, учету пульсаций момента, добавочных потерь, а также публикации, посвященные оптимальному выбору геометрии индуктора. Так в [92] на основании накопленного опыта проектирования и исследований ВД серий ДВУ и 2ДВУ показан вывод формул для определения толщины магнитных полюсов ротора, обеспечивающих заданную перегрузку без необратимой потери магнитных свойств. В [93] проведена оценка влияния несимметрии фазных обмоток и отклонений формы кривой индукции на уровень пульсаций электромагнитного момента Мэм. Установлено, что несимметрия фазных обмоток оказывает более сильное влияние на уровень пульсаций Мэм, чем отклонения от расчетной формы индукции.
Исследование электромагнитных процессов ВДПМ с учетом влияния продольной составляющей реакции якоря и пульсации частоты вращения
Математические модели, представленные в данном разделе работы, предназначены для анализа квазиустановившихся режимов w-фазного ВДПМ с разомкнутой и замкнутой ОЯ при различных углах опережения включения вентилей УВК. Разработанный метод математического моделирования может быть применен для исследования электромагнитных и электромеханических процессов в ВДПМ при п/ - законе коммутации и двухполупериодном питании. 2.Важным преимуществом разработанных методов математического моделирования является ориентация на решение задач проектирования электромашинной части ВДПМ с учетом полупроводниковой компоненты. З.На основе аналитического решения получены выражения для вычисления мгновенных и средних значений токов питания и коммутации, электромагнитного момента, а также значения угла коммутации. 4.На основе численного решения получены выражения для вычисления тех же величин с учетом синусоидального и трапецеидального закона изменения индукции в воздушном зазоре, различных соотношений поперечной и продольной составляющих индуктивности ОЯ, влияния продольной реакции якоря и пульсации частоты вращения. Полученные выражения могут использоваться как для анализа электромагнитных и электромеханических процессов в ВДПМ, с тем, чтобы учесть влияние перечисленных факторов на основные характеристики квазиустановившегося режима, так и должны непосредственно войти в методику проектирования. 5. В результате анализа изменения интегральных характеристик (среднее значение тока питания, электромагнитного момента и угла коммутации) можно выявить области целесообразного применения выражений, соответствующих выбранной системе допущений и обеспечивающих допустимые отклонения при расчетах. Полнота системы допущений при этом определяется задачами проектирования, требуемыми точностью и скоростью вычислений. 6. В результате проведенных расчетов электромагнитных процессов в ВДПМ мощностью до 30 кВт установлено, что, как и для микромашин, степень нелинейности механических характеристик определяется величиной отношения индуктивного сопротивления ОЯ к активному. С помощью введения опережающей коммутации можно добиться увеличения электромагнитного момента и уменьшение угла коммутации при некотором снижении КПД из-за увеличения тока питания. Так, например, для ВДПМ мощностью 1,1 кВт при /?Q = +к 124 и со =0,19 угол коммутации уменьшается на 10%, а средние значения тока питания и электромагнитного момента увеличиваются на 8%. 7. Проведенные расчеты показали, что наибольшее влияние на интегральные характеристики ВДПМ оказывают форма кривой поля в зазоре и величина разности индуктивностей по продольной и поперечной осям. Если их не учитывать вместе, то погрешность интегральных характеристик для макетного образца ВДПМ в рабочем диапазоне относительной частоты вращения 0,7-0,9 может достигать 45%. Если же не учитывать только величину разности индуктивностей по осям dq, то эта погрешность уменьшается до 15%. На порядок меньшее влияние в квазиустановившихся режимах, в отличие от динамических, оказывает реакция якоря и 5%-ную погрешность вносит не учет пульсации частоты вращения.
Разработанная методика может быть также использована для исследования аварийных режимов, если будет известна или задана соответствующая матрица коммутации УВК. Принятые допущения позволяют выявить особенности характеристик, обусловленные способом коммутации, а в случае необходимости дополнить исходную модель уравнениями, учитывающими реальные характеристики идеализированных элементов.
При максимальном расширении потребностей в различных модификациях ВДПМ в условиях рынка необходимо создание гибких автоматизированных систем проектирования, позволяющих получать решения при учете различных факторов: имеющихся материалов, существующего технологического процесса и других. Традиционные методики проектирования представляют собой сводку соотношений, выполняемых в определенной последовательности для полученного технического задания, а базирующееся на них автоматизированное проектирование отличается наличием жесткого алгоритма расчетного процесса.
В связи с двойственной природой электромагнитных и электромеханических процессов в ВДПМ пока еще не выработана единая стратегия его проектирования, но существует перевес работ, приближающих методику проектирования ВД к методике проектирования классических машин постоянного тока, дополненную расчетом магнитных систем с постоянными магнитами и элементов коммутатора.
При создании методики проектирования ВДПМ решается задача построения таких методов расчета, которые в равной мере учитывали бы многие факторы, влияющие на их работу. Особенности инженерной методики проектирования и расчета ВДПМ, основанной на методах и подходах к проектированию коллекторных машин постоянного тока с постоянными магнитами, учитывают специфику вентильной коммутации. Эта специфика обусловлена малым числом фаз (секций) ОЯ, дискретным характером работы УВК, особенностями его управления. Она проявляется также при учете индуктивных параметров якорной обмотки, различных на коммутационном и внекоммутационном интервале.
Если не учитывать коммутационные процессы, то в каждый момент времени в электромагнитном процессе в ВДПМ с разомкнутой ОЯ участвуют две фазы, то есть используются из общего числа только 2w I т витков обмотки якоря, поэтому плотность тока в обмотке якоря ВДПМ в сравнении с плотностью тока коллекторной МПТ
При расчете величин, характеризующих рабочие процессы ВДПМ, следует учитывать возможность его работы с углами опережения включения вентилей УВК отличными от нулевых. КПД ВДПМ может быть принят таким же, как у коллекторной МПТ, так как процесс электромеханического преобразования в ВДПМ, который характеризуется мощностью на валу и средней частотой вращения, зависит в основном от постоянных составляющих токов и ЭДС якоря. При этом переменные составляющие создают пульсации выходных переменных машины, несколько увеличивающие электромагнитный момент и добавочные потери. Некоторое увеличение потерь в меди и стали, обусловленное высшими гармоническими тока якоря, частично компенсируется снижением потерь в УВК, так как в ВДПМ отсутствуют механические потери на трение щеток о коллектор.
Среди рассмотренных в первой главе подходов к проектированию ВДПМ с транзисторным УВК, прежде всего, следует выделить подход, базирующийся на методике проектирования микромашин постоянного тока [24]. Существенным моментом является учет типа коммутатора, схемы обмотки и особенностей действия реакции якоря. Индуктивность ОЯ учитывается с помощью коэффициентов нелинейности тока и момента. Построены эмпирические зависимости, на которых основываются последующие расчеты. Но, даже, несмотря на то, что эти зависимости построены для очень узкого диапазона (мощность 1-40 Вт, частота вращения 2000-3000 об/мин, одна марка ПМ), они служат только для ориентировочной оценки величин при расчете аналогичных конструкций. Поэтому в процессе расчета возникает необходимость неоднократных итераций и внесения корректировок в предварительные расчеты.
Исследование влияния нестабильности магнитных свойств постоянных магнитов на выходные характеристики вентильных двигателей
Поскольку двигатель с постоянными магнитами является нелинейной системой, то определение его основных показателей связано с итерационными циклами и последовательным уточнением заранее выбираемых базовых параметров - рабочей индукции и координаты точки отхода линии возврата на кривой размагничивания. Кроме того, как указывалось в 2, в ВДПМ в отличие от двигателей постоянного тока с увеличением индуктивности существенно возрастает степень нелинейности и падает жесткость механических характеристик. Учет двух видов нелинейности приводит в процессе проектирования к многократным итерациям.
При создании алгоритма проектирования ВДПМ традиционные методики проектирования, базирующиеся на эмпирических соотношениях и аналитических расчетах заменяются комплексом моделирование - итерационная оптимизация с использованием синтеза методом поверочных расчетов. При этом на каждом шаге поиска задается некоторый вариант исполнения ВДПМ, который однозначно определяется набором исходных данных, описывающих его основные конструктивные элементы. Рассчитываются технические и эксплуатационные характеристики моделируемого варианта, и оценивается его совершенство. Изменяется хотя бы одна из исходных величин, и «генерируется» новый вариант, для которого тоже рассчитываются характеристики, и проводится оценка.
Для расчета используются разработанные в главе 2 математические модели, позволяющие определять важнейшие параметры и характеристики наиболее достоверно. При поверочном расчете учитываются конструктивные и технологические особенности, закладываемые разработчиком в конкретный вариант, так как на этапе генерации вариантов наиболее просто учесть конкретные ограничения (нормативные, конструктивные, технологические), а проверку выполнения ограничений любого типа можно формализовать и автоматизировать. Синтез основан на сочетании поверочного расчета с оптимизационной процедурой и предусматривает использование в качестве варьируемых параметров конструктивных размеров ВДПМ.
Задачи оптимизации рассматриваем как многокритериальные, так как сведение их к однокритериальным, как правило, приводит к серьезному огрублению и искажению существа. Проектирование вентильных двигателей с учетом многих критериев оптимизации имеет характер эвристического итерационного процесса: рассматриваются различные варианты, оцениваются результаты, уточняется постановка задачи. Многомерные цели (критерии) могут находиться друг с другом в различных соотношениях. Для формализации анализа в условиях, когда частные цели частично конкурируют, частично кооперируются и частично нейтральны, их нормализуем и проводим оптимизацию либо по частным, либо по обобщенным критериям: аддитивному или мультипликативному. При оптимизации ВДПМ не стремимся к созданию высокоскоростных двигателей, так как для электропривода оптимизация ЭМП является только субоптимизацией и при заданной частоте вращения выходного вала привода может расти масса, габаритные размеры, стоимость редуктора и привода в целом.
Другая отличительная черта предлагаемого подхода к проектированию - систематический просмотр многомерных областей. Для этих целей применяются ЛПт последовательности с высокими характеристиками равномерности [105].
Так исследовав корреляцию критериев можно сделать вывод, что с ростом статической добротности наблюдается уменьшение динамической и наоборот, так как коэффициент корреляции приблизительно равен -1. Можно использовать информацию, полученную в ходе решения задачи, для более рациональной формулировки и решения новых задач. Если ставится задача об улучшении найденного значения Ф (А) путем отказа от некоторых критериальных ограничений, то можно воспользоваться уже имеющимися файлами выходных параметров. Для обоснованного выбора критериальных ограничений проводятся предварительные исследования. Для унификации расчетов используются безразмерные параметры. Если при неоднократном увеличении N точки Ац, принадлежащие D, не обнаруживаются, то можно считать, что выбранные критериальные ограничения Фу несовместны. Возможно, что в некоторой точке А , отличной от всех пробных точек А], . , AN, все ограничения выполняются; однако, если даже такая точка А существует, то ее окрестность, в которой эти неравенства сохраняются, очень мала и практически ВДПМ, соответствующий точке А , будет не конструктивным. При разработке системы проектирования ВДПМ предполагается, что информационная база (база знаний) содержит необходимую информацию о проектируемом объекте. Непосредственно программный код является инвариантной частью системы, не зависящей от конкретного объекта. Это позволяет разворачивать по заданному алгоритму процесс определения неизвестных параметров, требуя по необходимости ввода данных со стороны пользователя по его усмотрению. Система не связывает инициативу расчетчика, который может организовать ход проектирования в различных направлениях, например, исходя из известных размеров магнитопровода или желаемых перегревов, что требует от проектанта четких знаний расчетной модели объекта проектирования. Успех проектирования определяется решениями, принятыми пользователем в спорных ситуациях. Использование разработанной системы проектирования предоставляет эволюционный процесс. Возможно ее обновление и дополнение. С помощью системы выполнялись проектные расчеты ВДПМ 0,1.. .30 КВт. Таким образом, создана гибкая САПР ВДПМ с изменяемой методикой расчета, позволяющая получать проектные решения с учетом заданных ограничений, исходя из владения пользователем специализированным набором знаний.
Структурно-функциональная схема управления ВДПМ
В первом варианте используется конструкция и основные размеры базовой асинхронной машины АИР70Ь4УХЛ. В первом и втором вариантах применены магниты ЮШ4ДК24, имеющие остаточную индукцию Вг=\,2 Тл. Ротор имеет радиально намагниченные магниты с полюсными наконечниками. При этом вариант 1 является макетным образцом, а для варианта 2 проведена локальная оптимизация по критериям статической и динамической добротности. Варьировалась относительные геометрические размеры постоянного магнита, относительная высота паза и относительная величина воздушного зазора. В результате оптимизации показатель статической добротности увеличился в 1,15 раза, а динамическая добротность возросла почти в 2,5 раза. Следует отметить, что при небольшом увеличении плотности тока в проводниках обмотки якоря (с 9,35 до 10 А/мм2) и линейной нагрузки (с 6600 до 7200 А/и) кратность пускового момента увеличилась в 2 раза.
Вариант 3 табл. 3.2 содержит данные, относящиеся к опытному образцу ВДПМ. Указанный образец изготавливался на базе асинхронного двигателя 4АБАР90М, что и определило главные размеры статора и ротора. В качестве магнитов использованы готовые призмы из материала ЮНДК35Т5БА с направленной кристаллизацией и размерами 40x20x100 мм. Магниты ротора намагничены в радиальном направлении и имеют полюсные наконечники из магнитомягкого материала. На основе этого варианта проведена оптимизация по указанным выше критериям, а полученные результаты соответствуют четвертому варианту. При некотором увеличении номинальной мощности, линейной нагрузки (на 18%) и снижении плотности тока (на 20%) кратность пускового момента практически остается постоянной, тогда как статическая добротность возрастает в 1,15 раза, а динамическая добротность - в 1,3 раза.
В пятом и шестом вариантах табл. 3.2 приведены данные ВДПМ с ротором типа «звездочка» без полюсных наконечников. Данные варианта 5 соответствуют опытному образцу, а варианта 6- оптимизированному. В тех же габаритах для оптимизированного варианта достигнуто увеличение номинальной мощности в 1,3 раза при увеличении электромагнитных нагрузок: индукции в зазоре на 9%, плотности тока - на 22%, линейной нагрузки - на 14%. При этом кратность пускового момента возрастает в 1,16 раза, а статическая и динамическая добротность в 1,1 и 1,5 раза соответственно.
Сравнение оптимизированных вариантов с ПН и без них показывает, что при отсутствии ПН в тех же габаритах мощность увеличивается в 1,16 раз, а электромагнитные нагрузки несколько возрастают: индукции в зазоре на 26%, тепловой фактор -на 40%. При этом кратность пускового момента увеличивается в 1,45 раза, а динамическая добротность в 1,25 раза соответственно, а статическая добротность снижается в 1,15 раза.
В качестве вариантов 7 и 8 рассматриваются ВДПМ с тангенциально намагниченными магнитами на роторе. При таком индукторе «коллекторного» типа достигается лучшее использование полного объема магнита, поэтому индукции на участках магнитопровода могут достигать больших величин. Для получения значения индукций на этих участках, близких к рекомендованным, ширина магнитов была уменьшена, а индукция в зазоре ( В $ =0,7 Тл ) выбрана несколько большей, чем рекомендуется для машин такой мощности, с тем чтобы уменьшить число витков обмотки якоря и увеличить сечение провода при заданных размерах паза. Варианты рассчитывались для двух значений пар полюсов р=2 и р=3. Статическая добротность для р=3 увеличилась в 1,4 раза, тогда как динамическая уменьшилась в 1,15 раза.
С помощью приведенного алгоритма молено рассчитывать также ВДПМ с аксиально намагниченными магнитами и когтеобразными полюсами на роторе. В варианте 9 рассчитывается ВДПМ на базе автомобильного генератора 94 , предназначенного для работы в стартерном режиме. Расчет показал, что при числе пар полюсов равном 6 и несколько меньшей длине удается получить ту же мощность как и для вариантов 3-5, но при этом плотность тока соответствует стартерному режиму (27 А/мм2), а кратность пускового момента и статическая добротность больше почти в 2 раза.
По результатам расчета можно сделать предварительные выводы: при расчете начальное значение КПД вентильного двигателя может быть принято таким же, как и у коллекторной МПТ; величину диаметра якоря можно принять на ступень меньше, чем у соответствующих коллекторных двигателей, что позволяет улучшить использование активных материалов; коэффициент расчетной полюсной дуги может быть увеличен до 0,8; число пар полюсов выбирается ближайшее из рекомендованных значений для коллекторных машин, имея в виду верхний его предел; плотность тока в обмотке якоря приблизительно в 1,5 раза больше, чем у МПТ.
Проведенные расчеты различных вариантов ВДПМ, указывают на связь максимума КПД и угла опережения . Так, большей разности магнитных сопротивлений по продольной и поперечной осям ротора соответствует больший угол /?о, при котором начинает сказываться уменьшение КПД. При малых /3Q уменьшение проти-воэдс практически компенсируется ростом параметрической ЭДС и ток якоря не изменяется. При больших /?о (опережающих или запаздывающих) уменьшится поток, участвующий в создании противоэдс. Это уменьшение преобладает над ростом параметрической ЭДС, из-за чего ток якоря увеличивается, а КПД ВДПМ падает. Для выявления точных закономерностей в отношении электромагнитных нагрузок и геометрии активной части следует провести обработку данных, получаемых при расчете большего числа вариантов с использованием статистических методов построения эмпирических зависимостей и многомерного корреляционного анализа. По результатам расчета вариантов ВДПМ с радиально намагниченными магнитами без полюсных наконечников построены зависимости кратности пускового момента, КПД, массы магнитов, статической и динамической добротности от относительной высоты магнита при различных относительных величинах воздушного зазора и одинаковых остальных геометрических размерах. Результаты расчетов приведены нарис. 3.7.-3.8. С ростом относительной высоты магнита от 0,08 до 0,22 кратность пускового момента увеличивается в 4,5 раза. При фиксированной высоте магнита с изменением относительной величины воздушного зазора в 1,5 раза кратность пускового момента изменяется в 1,45 раз. При изменении относительной высоты магнита в тех же пределах КПД имеет тенденцию к некоторому снижению (примерно на 2%). Вне зависимости от величины воздушного зазора при указанном ранее диапазоне изменения относительной высоты магнита его масса увеличивается в 2,84 раза. Статическая добротность ВДПМ при тех же условиях уменьшается в 2 раза, тогда как динамическая добротность возрастает в 8,8 раза. На рис. 3.7.-3.8. пунктиром показаны также экстраполированные кривые КПД и статической добротности.
Похожие диссертации на Вентильный двигатель с постоянными магнитами
