Введение к работе
Актуальность.Электрические машины с постоянными магнитами ши-
мироко применяется в электроприводах металлорежущих станков и электрофизических установок, в качестве исполнительных элементов систем автоматики, вычислительной техники, робототехники. Высокие динамические, компоновочные, эксплуатационные показатели двигателей с постоягштш магнитами обусловлены возможностью 6-10 кратной перегрузки по моменту в течение 20 - 30 минут , малими габаритами и сниженными потерями j«-aa отсутствия обмотки возбуждения и необходимости вентиллияи на малых скоростях врашения.Такие двигатели могут приводить в движение рабочий орган , ми.чуя промежуточные механические передачи, что упрощает конструкцию привода и уменьшает статические и динамические погрешности.
Высокомоментные двигатели с постоянными магнитами (ВДПЮ, являющиеся составной частью автоматизированных комплектных приводов, конструктивно объединяются с электромагнитным тормозом,, тахогенератором, измерительным преобразователем перемещений, датчиком тепловой запиты. Стоимость ВДПМ оказывается значительной, поэтому задача эффективного использования таких двигателей является важной для повышения эффективности всей технологической установки. Специфическое для ЕДПМ неисправностью является уменьшение величины рабочего магнитного потока машины иэ-ээ частичного, иногда значительного, размагничивания постоянных магнетон в ходе эксплуатации электропривода, приводяаее к недопустимому отклонению рабоч'их характеристик двигателя от их паспортных значений. В результате привод либо полностью теряет работоспособность, либо существенно снижает качество технологических процессов.
Все вышесказанное с учетом большого разнообразия конструкции и типоразмеров ВДПМ депает задачу разработки эффективных методов и универсальных средств намагничивания ВДПМ актуальной не только для изготовителей, но и для пользователей. Анализ работ в данной области показывает недостаточность проработки этой проблемы.
Цель работы и задачи исследования. Цель работа заключается в разработке на основе математического моделирования электромагнитных, процессов универсальных метопов и создянпи средств для намагничивания ВДПМ в условиях промышленной эксплуатации.Для достижения
указанной цели в работе решился следуяаие задача;
-
Анализ кпнструкиии электродвигателей с постоянными магнитами к причин их размагничивания.
-
Анализ возможностей намагничивания с помощью полюсных я якорных ооыоток ВДПМ и формирование требований к намагничивающему импульсу. 3.Исследований влияния н оптимизация параметров и схемы соединения емкостей, индуктивности, сопротивления емкостного накопителя энергии при формировании намагничивавшего импульса.
4. Разработка способов снижения амплитуды намагничивавшего тока оа счет подачи серии намагничивающих импульсов и применения магнитного шунта.
5.Разработка математической модели электромагнитных процессов при намагничивании с учетом гистерезиса, вихревых токов и алгоритма формирования намагничивающего импульса.
6.Расчет пространственного распределения магнитных полей, создаваемых намагничивающими токами в якорной оОыотке ВДПМ. 7.Разработка управляемого импульсного устройства намагничивания и нагружающего устройства для восстановления характеристик ВДПМ.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории электрических машин, электропривода, вентильных преобразователей, теории автоматического управления, численные . методы решения дифференциальных и алгебраических уравнений, аппроксимации, метод конечных элементов. Экспериментальная проверка осуществлялась с помощью натурных образцов на испытательном стенде.
Научная новизна. Теоретически и экспериментально исследованы процессы размагничивания полисов в ходе эксплуатации ВДПМ различной конструкции. Сформулированы требования к намагничивающему импульсу и разработан алгоритм определения параметров импульса. На основе анализа запасаемой энергии и потерь в емкостном накопителе анергии и исследовании влияния величин R, L, С разработаны алгоритмы определения и оптимизации параметров одноконтурных схем ЕНЭ. Получены выражения для определения периода коммутации ключей в многоконгурном импульсном намагничивающем устройстве. Предложены и исследованы технологические операции, позволяющие снизить амплитуду намагничивающего импульса и повысить равномерность намагничивания полюсов. Разработаны математические модели, позволяющие анализировать динамические процессы в управляемом импульсном источнике
при формировании намагничивающих импульсов, а также картину пространственного распределения магнитной индукции в магнитной цели двигателя.
На защиту выносятся следующие основные положения:
алгоритмы определения и оптимизации параметров одноконтурного импульсного намагничивавшего устройства;
алгоритм управления кличами многоконтурного импульсного намагничивавшего устройства;
математические выражэния и зависимости для определения достаточного количества намагничивавших импульсов, сечения магнитного шунта и угла сдвига щеток при намагничивании с помощью якорной обмотки;
математическая модель электромагнитных процессов при формировании намагничивающего импульса с учетом явления гистерезиса, вихревых токов, коммутационных процессов в ключах и закона управления ключами;
результаты исследования картины распределения магнитной индукции в магнитной цепи ВДПМ, рекомендации по повышению равномерности намагничивания и по экспериментальному определению магнитного состояния ВДПМ.
Практическая ценность работы. Разработана система управления многоконтурным намагничивавшим устройством для формирования намагничивающих импульсов. Предложены технологические операции импульсного намагничивания с помощью обкотки якоря ВДПМ, обеспечивающие равномерность намагничивания. Разработаны экспериментальные методы определения магнитного состояния ВДПМ в производственных условиях и соответствующее испытательное устройство. Полученные алгоритмы расчета параметров намагничивающих устройств могут быть использованы при их проектировании.
Реализация результатов вабсты: Результаты работы использованы при выполнении хоздоговорных работ с Минским автомобильным заводом для восстановления характеристик ЭДПМ и внедрены в производство с экономическим эффектом 18 млн руб. в год по состоянию на 18.19.93г.
Апробация работы: Материалы диссертационной работы доклали-
вались на 46-49 научао-^ехнических конференциях Белорусской государственной политехнической академии (Минск. 1990-1993 гг.). Республиканской научно-технической конференции "Совершенствование существующих и создание новых ресурсосберегающих технологий и оборудования в машиностроении,- сварочном производстве и строительстве" (Могилев, 19Э1 г.5, 37 Международном научном коллоквиуме в Техническом университете г.Ильменау (Германия, 1992 г.).
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 5 опуб
ликовании печатник работах. '
Структура к объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 143 страницах машинописного текста, содержит 77 рисунков, 7 таблиц, список литературы, включающий 103 наименование и 5 приложении.
