Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние проблемы и пути ее решения 11
1.1. Автотракторный электропривод на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов 11
1.2. Состояние востребованности ферритовых магнитов 15
1.3. Особенности проектирования автотракторных электроприводов на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов 17
1.4. Реакция якоря электродвигателя постоянного тока 22
1.5. Методы расчета электрических машин применительно к ДПТ с ПМ 27
1.6. Цель работы 39
ГЛАВА 2. Расчетная модель двигателя постоянного тока с составными магнитами по соответствующей эквивалентной схеме замещения 41
2.1. Допущения, использующиеся при моделировании двигателя постоянного тока с возбуждением от составных магнитов 41
2.2. Эквивалентная схема замещения электродвигателя постоянного тока с возбуждением от составных магнитов 44
2.3. Структурный состав эквивалентной схемы замещения ДПТ с СМ 48
2.4. Расчет параметров элементов эквивалентной схемы замещения цепи ДПТ с СМ 52
2.5. Расчет рабочих характеристик ДПТ с СМ с учетом рассредоточения параметров магнитной системы электродвигателя 57
2.6. Диалоговое окно для расчета ДПТ с СМ 64
2.7. Выводы 67
ГЛАВА 3. Расчетные исследования влияния параметров электродвигателя постоянного тока с возбуждением от составных магнитов на выходные характеристики и температурный диапазон работы автомобильного электропривода 68
3.1. Идентификация программного комплекса с автомобильными электроприводами на базе двигателей постоянного тока 68
3.2. Определение степени размагничивания сбегающих краев сегментов магнитных материалов при пониженных температурах и заторможенном вале электродвигателя 73
3.3. Использование составных магнитов в системе возбуждения электродвигателей постоянного тока -. 87
3.4. Расчет электродвигателя постоянного тока с составными магнитами для работы автомобильного электропривода в реверсивном режиме 120
3.5. Выводы 126
ГЛАВА 4 . Экспериментальные исследования автомобильного электропривода на базе двигателя постоянного тока с возбуждением от составных магнитов 129
4.1. Обоснование адекватности работы методики проектирования для расчета автотракторных электроприводов на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных однокомпонентных магнитов 129
4.2. Обоснование адекватности работы методики проектирования для расчета автотракторных электроприводов на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от составных магнитов 132
4.3. Снижение стоимости магнитных полюсов за счет применения составных магнитов одной марки, но с разными магнитными свойствами 140
4.4. Выводы 145
Заключение 146
Список литературы 149
Приложения 156
- Автотракторный электропривод на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов
- Допущения, использующиеся при моделировании двигателя постоянного тока с возбуждением от составных магнитов
- Идентификация программного комплекса с автомобильными электроприводами на базе двигателей постоянного тока
- Обоснование адекватности работы методики проектирования для расчета автотракторных электроприводов на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных однокомпонентных магнитов
Введение к работе
Актуальность работы. Электроприводы, выполненные на базе двигателей постоянного тока с постоянными магнитами (ДПТ с ПМ), находят все более широкое применение в различных областях техники. В качестве магнитных материалов, благодаря дешевизне и недифицитности материала, наиболее употребительными являются магнитотвердые ферриты бария и, последнее время ферриты стронция.
Необходимость удовлетворения постоянно растущим требованиям, предъявляемых к техническим характеристикам электродвигателей, их экономическим и эксплуатационным показателям, вынуждает производителей ДПТ с ПМ искать новые конструкционные решения, которые позволят повысить конкурентоспособность их продукции.
Устанавливаемые в автотракторные электродвигатели (элемент электропривода вентилятора отопителя, электропривода вентилятора охлаждения радиатора, электропривода стеклоподъемника) постоянные магниты отличаются сравнительно малой величиной отношения высоты магнита к его ширине, т.е. к величине полюсной дуги. При этом, магнитный поток поперечной реакции якоря замыкается через стальной корпус, к которому приклеены или прижаты пружинами магниты. Это приводит к тому, что сбегающий край магнита размагничивается. Чтобы гарантированно исключить возможность такого пере-магничивания и для качественного повышения коэффициентов использования материалов электродвигателя представляется целесообразным сделать его составным - выполнить некоторые участки магнита у его сбегающего края из материала с повышенной коэрцитивной силой. Остаточная магнитная индукция этого участка может быть повышена или понижена с тем, однако, чтобы увеличение индукции остальных участков магнита компенсировало это уменьшение.
Традиционные методы проектирования и расчета не позволяют с достаточной точностью рассчитывать ДПТ с возбуждением от составных магнитов (ДПТ с СМ), также не позволяют с наибольшей точностью учесть все факторы, влияющие на не только технические, но и экономические показатели ДПТ.
Внедрение в практику проектирования методов математического моделирования электромагнитных процессов в электрических машинах способствует значительному расширению спектра конструктивных исполнений ДПТ, поддающихся достаточно точному расчету.
В настоящее время промышленностью используется множество пакетов прикладных программ (ППП) для расчета и анализа всевозможных электрических и электронных схем. Один из таких пакетов, IRIS-PC, используется в составе систем автоматизированного проектирования (САПР) для расчета и моделирования ДПТ с ПМ. Существующая адаптация-данного программного продукта к расчету и анализу электромагнитных процессов и характеристик проектируемых машин, требует усовершенствования и синтеза с другим программным продуктом, с тем, чтобы реализовать расчет, с возможностью варьирования конструктивными и обмоточными параметрами проектируемых ДПТ с СМ и последующего построения рабочих характеристик.
В связи с вышеизложенным, предоставляется актуальным разработка методики проектирования автотракторных электроприводов на базе ДПТ с СМ, позволяющая с достаточной гибкостью обеспечить расчет, построение и анализ основных выходных характеристик, варьирование физических свойств используемых материалов, а также магнитных свойств составных полюсов.
Цель работы. Разработка методики проектирования автотракторных электроприводов на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от составных магнитов по эквивалентной схеме замещения, позволяющая повысить потребительские свойства электроприводов.
Задачи исследования. Сформулированная цель и проведенный анализ нерешенных задач по теме диссертации позволили определить необходимость их решения:
1. Предложить схему замещения и методику расчета ДПТ с ПМ, которые позволят рассчитывать конструкции не только двигателей с однокомпонентны-ми магнитами, но и новых ДПТ с применением составных (двухкомпонентных) магнитов в широком спектре характеристик компонентов.
7 2. Учесть в методике расчета для ДПТ с ПМ определение степени размагничивания сбегающих краев сегментов магнитных материалов (при токе короткого замыкания и низких температурах), а именно количество участков, на которые разбит каждый сегмент магнитов.
3. Необходимо обеспечить методику проектирования достаточной гибкостью с максимально-минимальным временем расчета для возможности вариации конструктивных и физических параметров проектируемых ДПТ с СМ, а также давать возможность наблюдать изменение величины магнитной индукции Bs на различных участках сегментов магнита и строить основные рабочие характеристики.
Апробировать предложенную схему замещения и методику расчета на примере современного электропривода, выполненного на базе ДПТ с ПМ.
Дать рекомендации по проектированию и разработке новых электроприводов на базе ДПТ с применением магнитов как однокомпонентных, так и составных, путем применения магнитного материала с повышенной коэрцитивной силой на сбегающих краях, включая реверсивные ДПТ.
Объект исследований. Объектом исследований является электропривод вентилятора отопителя 362.3780, производства-ОАО «КЗАЭ» (Калужский завод автоэлектрооборудования).
Электродвигатели 36-ой серии устанавливаются в качестве электроприводов на следующих автомобилях: ВАЗ-2123 (36.3780, 362.3780), УАЗ -"Патриот" (36.3780), ВАЗ-2110 (361.3780), ВАЗ-2170 - "Приора" (361.3780), ВАЗ-1118 - "Калина" (362.3780).
Методы исследований. Исследования проводились с помощью программного комплекса для расчета ДПТ с ПМ с применением составной магнитной структуры (магниты с разными магнитными свойствами), при этом проводилось варьирование геометрических и обмоточных параметров двигателя, а также количества участков с другим магнитным материалом, с тем, чтобы получить необходимые рабочие характеристики электродвигателя. Кроме того,
8 проводилось исследование применения составных магнитов для реверсивного режима работы электропривода.
Достоверность научных положений. Достоверность разработанной методики проектирования автотракторных электроприводов на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от составных магнитов подтверждается согласованностью теоретических результатов с результатами эксперимента, полученных в испытательной лаборатории отдела главного конструктора ОАО «КЗАЭ».
Научная новизна заключается в следующем:
Предложена эквивалентная схема замещения двухполюсного электродвигателя постоянного тока, позволяющая рассматривать магнитные полюса составной структуры в пределах полюсной дуги, когда используются магниты одной или разных марок с разными магнитными свойствами.
Усовершенствована методика для расчета двухполюсных ДПТ с возбуждением, как от однокомпонентных магнитов, так и от магнитов составной структуры (составных магнитов) с применением комплекса программ, состоящего из диалогового окна, C++Builder 6 и (ГШП) IRIS-PC.
Разработаны рекомендации по определению степени размагничивания сбегающих краев магнитных полюсов при рассмотрении режима работы ДПТ в режиме короткого замыкания при пониженных температурах.
Даны рекомендации по определению и выбору необходимого магнитного материала с другими магнитными свойствами для применения его на сбегающих краях магнитных полюсов, с возможностью увеличения рабочего температурного диапазона электропривода.
5. Представлены рекомендации для расчета реверсивных электроприводов на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от составных магнитов.
Практическая ценность.
1. Усовершенствованная методика обеспечивает достаточно надежную базу для практического применения расчета электроприводов, как с одноком-
9 понентными магнитами, так и магнитами составной структуры, что позволит проводить достаточно точные расчеты и анализ электромагнитных процессов.
Разработан опытный образец электропривода вентилятора отопителя с применением составных магнитов (магниты разных марок с разными магнитными свойствами), выполненный на базе электропривода вентилятора отопителя 362.3780, производства ОАО «КЗАЭ».
На базе опытного образца представлены следующие конструкции (магниты разных марок с разными магнитными свойствами):
а) конструкция электропривода вентилятора отопителя с пониженной
массой и габаритами, предназначенного для работы в климатических условиях
холодного климата (выходные параметры соответствуют выходным парамет
рам электропривода вентилятора отопителя 362.3780);
б) конструкция электропривода вентилятора отопителя повышенной
удельной мощности, предназначенного для работы в климатических условиях
холодного климата (внешние габариты соответствуют внешним габаритам
электропривода вентилятора отопителя 362.3780);
4. Представлена конструкция электропривода вентилятора отопителя, по
зволяющая снизить стоимость магнитов, применением составных магнитов од
ной марки, но с разными магнитными свойствами (массогабаритные показатели»
и выходные параметры соответствуют электроприводу вентилятора отопителя
362.3780).
Реализация результатов. Усовершенствованная методика проектирования и результаты диссертационной работы реализованы на ОАО «КЗАЭ» и используются при проведении конструкторских работ по проектированию электроприводов на базе ДПТ с возбуждением, как от однокомпонентных, так и составных магнитов, а также используются в учебных целях при проведении занятий по курсам «Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования» и «Система автоматического проектирования электрооборудования автомобилей и тракторов» для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 140607.65 «Электрооборудование автомобилей и тракторов».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на 65 Научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ (Москва, 2007г.). Основные разделы и результаты диссертационной работы обсуждались на заседаниях кафедры «Автотракторное электрооборудование» МГТУ «МАМИ» в период аттестации и на научных конференциях.
На защиту выносятся:
Схема замещения электродвигателя постоянного тока с возбуждением от составных магнитов;
Диалоговое окно для ввода основных геометрических и обмоточных данных электродвигателей постоянного тока с возбуждением от составных магнитов (ДПТ с СМ);
Методика проектирования ДПТ с СМ с определением основных рабочих характеристик;
Методика определения степени размагничивания сбегающих краев магнитных полюсов;
Схема замещения реверсивного электродвигателя постоянного тока с возбуждением от составных магнитов;
Теоретические исследования применения магнитных полюсов составной структуры на примере электропривода на базе ДПТ с СМ, выполненного на базе электропривода вентилятора отопителя 362.3780;
Экспериментальные параметры электропривода на базе ДПТ с СМ, выполненного на базе электропривода вентилятора отопителя 362.3780.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, причем 2 в изданиях входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа изложена на 176 страницах машинописного текста и содержит 69 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 81 наименования и 4 приложения.
Автотракторный электропривод на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов
Применение электропривода на автомобиле в последнее время чрезвычайно расширено. Это связано с обеспечением нужной конкурентоспособности автомобилей и, следовательно, тенденцией повышения комфорта в салоне, перекладыванием физических усилий пассажиров на электромеханические устройства [79]. Основой автомобильного электропривода является силовой агрегат, представляющий собой электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов. На рис. представлены структурные схемы основных типов электроприводов на автомобиле.
Структурные схемы автотракторного электропривода Схема управления электроприводом осуществляет его включение и выключение, изменения частоты и направления вращения вала электродвигателя, устанавливает заданное время включения и очередности включения отдельных элементов электропривода и защиты их от аварийных режимов и перегрузок.
У большинства агрегатов автомобиля схема управления электроприводом предельно проста - включение электродвигателя осуществляется непосредственно выключателем или через контакты промежуточного реле. В более сложных случаях используются датчики, таймеры и т.п. В качестве редукторов используются шестеренчатые и червячные устройства или их совокупности. В задачу редукторов входит изменение частоты вращения выходного вала электропривода с соответствующим изменением момента на выходном валу и, иногда, направление воздействия на нагрузку электропривода. Однако, чаще всего применение направления воздействия на нагрузку наряду с редуктором осуще ствляют кривошипно-шатунный и реечный механизмы. Вентиляторы и насосы используются в системах омывателей стекол и фар, системе обогрева салона и т.п. Обычно крыльчатка центробежного насоса (вентилятора) закреплена на валу электродвигателя. М2 — вращающий момент на валу электродвигателя, Н-м; п — частота вращения вала электродвигателя, мин1; Р? — полезная мощность на валу электродвигателя, Вт; 1а — сила тока якоря, А Основные рабочие характеристики ДПТ с ПМ В автотракторных приводах, как правило, редуктора, реечные механизмы и вентиляторы (насосы) существуют как единый механизм - моторедукторы, мотонасосы и т.п. Основой же электропривода является двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов (ДПТ с ПМ) [80,81], рабочие характеристики которых представлены на рис. 1.2.
Эти рабочие характеристики подходят для совмещения для всех типов автомобильных приводов, указанных выше. В частности, механические характеристики электропривода отопителя, содержащего крыльчатку вентилятора и электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов, выбранные как объект исследований, совмещаются идеально (рис. 1.3). механическая характеристика двигателя постоянного тока; 2 — характеристика вентилятора отопителя Совмещение характеристик электродвигателя и вентилятора отопителя в электроприводе Следовательно, основным элементом, автотракторного электропривода на базе которого он формируется, является электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов. Применение электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов имеет определенную специфику. В частности, правильный выбор при проектировании марки постоянного магнита ограничивает или расширяет диапазон применения электропривода, поскольку известно, что постоянные магниты при снижении температуры изменяют свои характеристики и в некотором случае, могут частично безвозвратно размагничиваться.
Составные магниты расширяют область применения электроприводов и повышают их весовое использование, поскольку становится возможным в системе возбуждения электродвигателей выполнить участок" полюса, особенно подверженный размагничиванию, из материала магнита с высокой коэрцитивной силой (сбегающий край полюса), остаточная магнитная индукция этого участка может быть повышена или понижена, чтобы увеличение индукции остальных участков магнита компенсировало это уменьшение.
Применение составных магнитов способствует снижению габаритов и массы электропривода в целом. Автотракторный электропривод, созданный на базе электродвигателей с возбуждением от составных магнитов создает несомненным положительный экономический эффект, но требует для своей реализации специальной научной и практической проработки
Допущения, использующиеся при моделировании двигателя постоянного тока с возбуждением от составных магнитов
Чтобы добиться достаточного компромисса между обеспечением необходимой точности описания физических процессов в электродвигателе и сохранением модели достаточно простой для ее реализации и синтезирования с существующими программными средствами, необходимо принять ряд допущений при расчете двигателя постоянного тока с составными магнитами (ДПТ с СМ). Допущения необходимы не только для математического моделирования ДПТ с СМ, но и для любого другого технического устройства.
Перечень принятых допущений: 1. В расчетах используются средние за оборот параметры ДПТ с СМ, которые определяются постоянной составляющей магнитной индукции в рабочем зазоре. 2. Зубчатая поверхность пакета якоря заменяется гладкой с эквивалентным воздушным зазором дэкв [17,19,20], который определяется из соотношения: 3. Магнитное поле в пределах активной зоны ДПТ с СМ является стационарным и плоскопараллельным, а магнитное поле за пределами корпуса электродвигателя отсутствует [56,57]. 4. Магнитная система электродвигателя разбивается на отдельные участки, каждый из которых представляет собой трубку магнитного потока, ограниченную линиями скалярного магнитного потенциала с одной стороны и силовыми магнитными линиями с другой [58], при этом считается, что поле в пределах каждого участка создает равномерно распределенный по его поперечному сечению магнитный поток. 5. Считается, что весь полезный магнитный поток проходит через зубцы пакета якоря, и при насыщении зубцовой зоны отсутствует вытеснение магнитного потока в пазы якоря [58]. 6. Суммарная магнитная проводимость всех зубцов считается равномерно распределенной по окружности якоря. 7. Обмотка якоря считается равномерно распределенной по окружности якоря. 8. При определении величины токов в коммутируемых секциях обмотки якоря принимается допущение о мгновенной коммутации и точечном контакте в щеточно-коллекторном узле (отсутствие короткозамкнутых секций). 9. Абсолютная магнитная проницаемость ферритовых магнитов воздушных промежутков принимается равной проницаемости вакуума 0 [5,6,59]. Согласно вышеперечисленным допущениям и на основе аналогии явлений в магнитных и электрических цепях [41,43], на базе элементов, полученных в результате разбиения магнитной системы на участки, строится эквивалентная схема замещения магнитной цепи ДПТ с СМ, которая является его цепной математической моделью.
Эквипотенциальные границы элементов считаются узлами схемы замещения, а участки магнитной цепи, проводящие поток от узла к узлу — ветвями схемы замещения [58]. Каждый элемент магнитной цепи представлен в схеме замещения своим электрическим аналогом, имеющим сосредоточенные параметры. Зависимость B=f(H) (линейная или нелинейная) определяет вольтам-перные характеристики (ВАХ) каждого элемента схемы замещения, при этом участки обмотки якоря учитываются только в качестве источников МДС реакции якоря.
Плотность разбиения магнитной системы электродвигателя на элементы и выбор конкретных электрических аналогов элементов магнитной цепи определяются возможностями программных средств, с помощью которых производится реализация математической модели и анализ происходящих в ней процессов. 2.2. Эквивалентная схема замещения электродвигателя постоянного тока с возбуждением от составных магнитов
Для расчета цепной математической модели ДПТ с СМ и для реализации поставленных задач был выбран пакет прикладных программ (ППП) IRIS-PC [55] (см. гл.1, разд. 1.5). Для построения эквивалентной схемы замещения электродвигателя постоянного тока с возбуждением от составных магнитов, магнитная система электродвигателя разделяется на сектора [54]: пт - количество рабочих участков магнитных полюсов вдоль полюсной дуги; п/, — количество частей по высоте магнита; пп — количество частей, на которые разбивается межполюсное пространство (рис. 2.2). Таким образом, магнитная система электродвигателя постоянного тока с составными магнитами разделяется на 2- (пт+п„) , проводящая магнитный поток в радиальном направлении. пт, пп, п/, не зависят от количества зубцов якоря и определяются уровнем дискретизации цепной математической модели ДПТ с СМ, а также зависят от свойств и ограничений используемого программного продукта для реализации расчета математической модели электродвигателя. Для IRIS-PC максимально допустимый объем схемы замещения ДПТ с СМ достигается при величинах и„=7, пп=3, «/,=2. С одной стороны, такая плотность разбиения магнитной системы на сектора предоставляется возможность с точностью отразить цепной математической моделью физические процессы в ДПТ с СМ. С другой стороны, существенно возрастает время расчета и снижается сходимость итерационных процессов, заложенных в алгоритм работы IRIS-PC. Также такое разбиение магнитной системы электродвигателя на сектора не допускает расчет основных рабочих характеристик, что никак не допустимо для реализации поставленной задачи (см. гл. 1, разд. 1.6, п.З).
Идентификация программного комплекса с автомобильными электроприводами на базе двигателей постоянного тока
Для идентификации работы программного комплекса и подтверждения максимальной сходимости выходных параметров, в качестве объекта исследований был выбран автомобильный электропривод вентилятора отопителя 362.3780, производства ОАО «КЗАЭ» (Калужский завод автоэлектрооборудования) (рис. 3.1).
Электродвигатели 36-ой серии достаточно современны и устанавливаются в качестве электроприводов вентиляторов- отопителей на следующих автомобилях: ВАЗ-2123 (36.3780, 362.3780), УАЗ - "Патриот" (36.3780), ВАЗ-2110 (361.3780), ВАЗ-2170 - "Приора" (361.3780), ВАЗ-1118 - "Калина" (362.3780) [67].
Согласно техническим условиям [68] на электродвигатели 36-ойі серии, всем геометрическим и обмоточным данным было заполнено диалоговое окно (рис. 3.2.) для расчета электродвигателей постоянного тока с составными магнитами.
В результате обработки введенных параметров, был проведен расчет всех параметров, входящих в схему замещения и получены расчетные выходные характеристики выбранного объекта исследования (рис. 3.3) с использованием (ПГШ) IRIS-PC. Полученные результаты максимально соответствуют результатам измерений электроприводов 362.3780 [69]. Измерение контролируемых параметров электроприводов 362.3780 проводилось по трем заводским образцам на соответствие пЛ.2.6.2 технических условий [68] по методике п. 4.4.1 технических условий [68] на ОАО «КЗАЭ». Результаты измерений трех заводских изделий и результаты расчета электропривода вентилятора отопителя на базе ДПТ 36-ой серии, полученные с помощью программного комплекса с применением диалогового окна (см. рис. 2.5), с использованием C++Builder 6 и (ГОШ) IRIS-PC представлены в таблице
Результаты таблицы 3.1 соответствуют п. 1.3.1 технических условий на электровентилятор отопителя 36-ой серии [68], а именно, при моменте нагрузки на валу М2=0,45 Н-м, частота вращения вала электродвигателя п должна быть не менее 3150 мин"1, а потребляемая сила тока якоря 1а не более 19 А.
Расчет электродвигателя с помощью программного комплекса с использованием диалогового окна (рис. 2.5) и испытания трех заводских изделий проводились при температуре окружающей среды, а именно при температуре Т=20С.
По результатам расчета объекта исследования, можно судить об адекватности работы комплекса программ и максимально приближенной точности к реальному заводскому изделию, что в свою очередь дает возможность на основании разработанного программного комплекса анализировать выходные характеристики, варьировать конструктивными и обмоточными параметрами.
Также рассматривать изменения выходных параметров при замене неко-торых участков полюсов на магнитный материал-отличный от основного магнитного материала, применяя их на сбегающих краях. I
Выходные рабочие характеристики электропривода вентилятора отопителя 362.3780 серии (Т=20С) 3.2. Определение степени размагничивания сбегающих краев сегментов магнитных материалов при пониженных температурах и заторможенном вале электродвигателя
Согласно ГОСТу [70], электроприводы вентиляторов отопителей, предназначенные для работы в условиях умеренного климата, должны проходить испытания на запуск при пониженной температуре. Для этого в специальной камере устанавливают температуру Т=-40С и при этой температуре необходимо выдержать в течение 3-х часов в неработающем состоянии электровентилятор. Затем при этой температуре выполнить 10 включений продолжительностью в 1 секунду с паузой в 60 секунд при заблокированном выходном вале и напряжении питания /„=14 В.
После стабилизации в нормальных климатических условиях проверить параметры электродвигателя. Результат испытаний считать удовлетворительным, если параметры электродвигателя соответствуют требованиям п. 1.3.1 технических условий на электропривод вентилятора отопителя 36-ой серии [68].
В том случае, если результат испытаний не удовлетворяет техническим требованиям, выходные показатели не соответствуют номинальным значениям, которые должен выдавать электропривод вентилятора отопителя при нормальных климатических условиях [68,70], то это свидетельствует тому, что некоторая часть сбегающего края магнитных полюсов подверглась частичному размагничиванию. Таким образом, электропривод на базе ДПТ не прошел испытание для наиболее опасного, с точки зрения размагничивания полюсов, режима эксплуатации электропривода - полное торможение при минимально-допустимой температуре.
Становится целесообразным на стадии проектирования выбирать магнитный материал, кривая размагничивания которого будет препятствовать размагничивающему полю реакции якоря (гл. 1, разд. 1.4). Для того чтобы определить поведение сбегающих краев магнитных полюсов в режиме, наиболее благоприятном, с точки зрения размагничивания -режиме полного торможения при низкой температуре, предлагается следующая методика:
Моделируется электродвигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов (для наглядной демонстрации примем электродвигатель постоянного тока, конструкция которого соответствует электродвигателю 36-ой серии, а в качестве постоянного магнита возьмем феррит бария 24БА210 [3]).
Обоснование адекватности работы методики проектирования для расчета автотракторных электроприводов на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных однокомпонентных магнитов
В качестве объекта исследования был выбран автомобильный электропривод вентилятора отопителя 362.3780. В результате расчета данного электропривода на базе ДПТ с ПМ с помощью ввода основных конструктивных и обмоточных параметров в диалоговое окно, созданного с помощью программного продукта C++ Builder 6, дальнейшего формирования входного файла для (ППП) IRIS-PC и последующего его расчета (приложение 1), были получены основных выходные рабочие характеристики (см. гл. 3, разд. 3.1, рис. 3.3). На рис.представлены характеристики M2=f(Ia), n=f(Ia), P2=f(Ia), Q=f(Ie) трех заводских образцов, полученные экспериментально [69] и характеристики электропривода 362.3780, полученные путем расчета с помощью программного комплекса (для анализа взят диапазон силы тока якоря 1а от 10 до 20
Полученные характеристики трех заводских образцов удовлетворяют п. 1.3.1 технических условий на электровентилятор отопителя [68], согласно которому, при моменте нагрузки на валу М2=0,45 Н-м, частота вращения вала электродвигателя п должна быть не менее 3150 мин", а потребляемая сила тока якоря 1а не более 19 А.
Как видно из рис. 4.1 - 4.4 характеристики электропривода 362.3780, полученные с помощью программного комплекса, не только обладают достаточной сходимостью с характеристиками трех заводских образцов, но и удовле 130 творяют предъявляемым к электроприводам 36 - ой серии требованиям п. 1.3.2 технических условий [68].
Согласно полученной сходимости, предоставляется возможность с полной уверенностью анализировать выходные параметры при варьировании конструктивных и обмоточных параметров, физических свойств используемых материалов, в том числе и магнитных. Магнитные свойства могут быть использованы одни применительно ко всей полюсной дуге магнита, или же некоторые участки полюсной дуги могут быть заменены магнитным материалом, отличным от остальной части магнитного материала полюсной дуги.
Обоснование адекватности работы методики проектирования для расчета автотракторных электроприводов на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от составных магнитов При рассмотрении работы электродвигателя в наиболее неблагоприятном, с точки зрения размагничивания сбегающих краев магнитных полюсов, режиме короткого замыкания при пониженной температуре, было установлено (см. гл. 3, разд. 3.3), что для расширения температурного рабочего диапазона и гарантированного противостояния размагничивающему воздействию потока реакции якоря, на сбегающие края необходимо установить магнитный материал с заведомо высоким значением коэрцитивной силы НСв, превышающим коэрцитивную силу магнитотвердого феррита стронция F3.5C. Применение составных магнитов позволяет эксплуатировать электропривод в климатических условиях холодного климата.Для предотвращения размагничивающего воздействия реакции якоря на сбегающие края магнитных полюсов электродвигателя, было предложено применение магнитопласта МП65 (Вг=,5 Тл; НСв=480 кА/м) (см. гл. 3, разд. 3.3). При проверке на размагничивание сбегающих краев ферритов и возможности замены некоторых участков на магнитопласт, было установлено, что для удовлетворения предъявляемым требованиям согласно п. 1.3.1 технических условий [68] и возможности расширения температурного рабочего диапазона, необходимо заменить один основной и один скошенный участки сбегающего края
Расчет электропривода 362.3780 с помощью методики проектирования, включающий в себя программный комплекс с применением диалогового окна, с использованием C++Builder 6 и (ГШП) IRIS-PC (см. гл.З, разд. 3.3) показал, что применение составных магнитов в системе возбуждения, позволяет расширить рабочий температурный диапазон в области низких температур с Т=-40С до Т=-60С, а также уменьшить расход меди на 5 %, сохраняя при этом выходные рабочие характеристики электропривода без изменения (см. гл. 3, табл. 3.4).
Для подтверждения программного расчета был собран электропривод на базе ДПТ с СМ, выполненный на базе электропривода 362.3780. Измерение контролируемых параметров электропривода проводилось при напряжении питания Un=l2 В и температуре окружающей среды Т=20С, нагрузка осуществлялась веревочным тормозом.
Похожие диссертации на Методика проектирования автотракторных электроприводов на базе двигателей постоянного тока с возбуждением от составных магнитов
