Разработка и исследование беспазовых электромеханических компонентов ветроэнергетических и вентильно-машинных систем

• Автор: Николаев, Алексей Васильевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Чебоксары
• Количество страниц: 241 с. : ил.

Глава 1. Электротехнические комплексы с электромеханическими элементами промышленного, транспортного и энергетического назначения

1.1. Постановка задачи

1.2. Ветроэлектростанция

1.3. Ветроустановка с электромеханическим нагревателем воды

1.4. Вентильные двигатели

1.4.1. Основные схемы вентильных двигателей

1.4.2. Вентильные двигатели авиационного назначения

1.4.3. Вентильные двигатели для станкостроения и робототехники

Глава 2. Теоретические основы метода сопряжения конформных отображений для электромагнитного расчета компонентов электротехнических систем

2.1. Основные положения

2.2. Расчет постоянных конформного преобразования Кристоффеля-Шварца

2.2.1. Краевая задача Дирихле. Ее решение с помощью интеграла Шварца
2.2.2. Связь между нормальной составляющей напряженности магнитного поля и скалярным магнитным потенциалом счетных точек элементарных участков
2.2.3. Типы канонических элементарных участков расчетной области и их конформное отображение на верхнюю полуплоскость
2.2.4. Специфика проблемы конформного отображения
2.3. Источники магнитного поля
2.3.1. Намагниченность материалов магнитной цепи
2.3.2. Вихревые элементарные участки и приведение их к потенциальным элементарным участкам
2.4. Расчет скалярного магнитного потенциала
2.5. Сравнительная характеристика рассматриваемого метода с другими известными
2.6. Повышение точности расчета магнитного поля
2.7. Влияние формы и числа счетных точек элементарного участка на точность расчета магнитного поля
2.8. Численные методы расчета функции скалярного магнитного потенциала
2.9. Способы повышения эффективности расчета электрических и магнитных полей
Глава 3. Беспазовый электрогенератор в системе безредукторной

ветроустановки
3.1. Состояние и перспективы развития мировой ветроэнергетики
3.2. Проблемы эффективности преобразования энергии 57 возобновляемых источников в системе «ветроколесо-генератор»
3.3. Математическое моделирование беспазового
электрогенератора для безредукторной ветроустановки
Глава 4. Ветроустановка с электромеханическим нагревателем воды
4.1. Электромеханический нагреватель воды и ветроколесо как 88 объекты ветроэнергетической установки
4.2. Дискретная математическая модель ветроэлектромеханичес- 93 кого нагревателя с постоянными магнитами
4.3. Аналитическая модель ветроэлектромеханического нагревателя 110 с постоянными магнитами
4.3.1. Расчет магнитного поля в воздушном зазоре (среда 2)
4.3.2. Расчет магнитного поля в ферромагнитной трубе ЭН 113 (среда 1)
4.3.3. Расчет магнитного поля во внутренней полости ЭН 116 (среда 4)
4.3.4. Плотность тока в ферромагнитной трубе ЭН
4.3.5. Потери в ферромагнитной трубе ЭН
4.3.6. Электромагнитный момент
4.3.7. Учет изменения магнитной проницаемости в массивной 121 ферромагнитной трубе ЭН
Глава 5. Аналитические подходы к расчету электромеханических
элементов с массивным ротором ветросистем на основе решения
краевых задач для кольцевых областей методом разделения переменных Фурье
5.1. Постановка задачи 12
5.2. Расчет магнитного поля в воздушном зазоре
5.3. Расчет магнитного поля в ферромагнитном роторе
5.4. Плотность тока в ферромагнитном роторе
5.5. Потери в ферромагнитном роторе
5.6. Электромагнитный момент. Расчет рабочих характеристик
5.7. Расчет магнитного поля при конечном значении магнитной 147 проницаемости статорного сердечника
5.8. Учет изменения магнитной проницаемости в массивном 151 ферромагнитном роторе
Глава 6. Беспазовые вентильные двигатели с транзисторным
коммутатором
6.1. Электроприводы с вентильным двигателем
6.2. Полевая математическая модель высокоскоростного 164 малоинерционного магнитоэлектрического вентильного двигателя
в беспазовом исполнении
6.2.1. Постановка задачи
6.2.2. Электромеханическая постоянная ВД с постоянными

магнитами и ее связь с главными размерами
6.2.3. Поверочный расчет магнитной индукции в воздушном 168 зазоре электродвигателя с постоянными высокоэнергетическими магнитами
6.2.4. Расчет магнитного поля в активной зоне двигателя 171 методом сопряжения конформных отображений
6.2.5. Расчет магнитного поля во внешней зоне двигателя 175 методом сопряжения конформных отображений
6.2.6. Коммутатор ВД
6.2.7. Математическая модель ВД с транзисторным 178 коммутатором
6.3. Физико-математическое моделирование магнитоэлектричес
кого вентильного двигателя в беспазовом исполнении
6.3.1. Математическое моделирование беспазового ВД с 199 транзисторным коммутатором. Сравнение расчетных и опытных данных макетного образца
6.3.2. Сравнительный анализ магнитоэлектрических ВД в 204 пазовом и беспазовом исполнении. Оптимальная поперечная
геометрия беспазового ВД
6.3.3. Магнитные потери в статорном сердечнике и магнитах
6.3.4. Аналитический расчет рабочих характеристик ВД
Заключение
Приложение
П.1. Листинги программ решения СЛАУ итерационными методами 228 вариационного типа в виде отдельных законченных модулей, написанных на языке программирования Си++
П.2. Протокол проведения испытаний индукционного нагревателя 231 воды ВЭУ
П.З. Акт о внедрении научных положений и выводов работы при 233 разработке опытного образца теплонагревателя
П.4. Акт о внедрении научных положений и выводов работы при 234 разработке опытного образца беспазового высокоскоростного вентильного двигателя авиационного назначения
П.5. Акт о внедрении научных положений и выводов работы при 235 разработке опытного образца вентильного электродвигателя П. 6. Акт о внедрении научных положений и выводов работы в 236 части главы
Список литературы

составила порядка 10Л..10"'°. Это оказалось возможным благодаря введению нормирующих множителей матрицы позволяющих повысить точность
расчета магнитного поля.
Относительная магнитная проницаемость / - го ЭУ 1 щ. выбирается вначале (при первом решении полученной системы уравнений) произвольно или с учетом ожидаемой степени насыщения среды, а затем (при каждом последующем итерационном решении системы) корректируется с помощью магнитной характеристики в зависимости от средней величины магнитной индукции в ЭУ.
Устойчивости итерационного процесса можно добиться, если для расчета приближенного значения относительной магнитной проницаемости на п - ой итерации ц"+1 использовать метод релаксации [16], т. е. проницаемость рассчитывать по формуле
где *ц"+' ~ магнитные проницаемости, найденные по значениям потенциалов и" на п - ой итерации.
Коэффициент релаксации (3 должен лежать в пределах 0 < (3 < 1, т. е. итерационный процесс для 'щ, должен быть процессом с недорелаксацией. При расчете магнитного поля в каждом конкретном случае существует такое оптимальное значение коэффициента {3, при котором итерационный процесс решения уравнений сходится максимально быстро. Он зависит от насыщения магнитной цепи машины, а также от способа решения линейных уравнений на каждом шаге итерационного процесса и в большинстве случаев лежит в пределах от 0,3 до 0,6, причем меньшие значения коэффициента релаксации соответствуют большему насыщению. Для выбранного метода расчета магнитного поля (МСКО) значение коэффициента релаксации оказалось больше - (3 = 0,5 ч-0,8 (а значит, выше сходимость итерационного вычислительного процесса), чем при расчете поля методом конечных элементов, для которого |3 = 0,14-0,3 [16], что можно
(2.53)