Программный комплекс для исследования процессов коммутации коллекторных электрических машин малой мощности

• Автор: Клыжко, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДИК И ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ РАСЧЕТА КОММУТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА МАЛОЙ МОЩНОСТИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ
1Л Обзор программного обеспечения для расчёта коллекторных машин, разработка концепции программного комплекса определения коммутационных параметров КЭМ
1.2 Аналитические методы расчёта магнитного поля КЭМ
1.3 Численные методы расчёта магнитного поля КЭМ
1.4 Программные продукты для расчёта магнитного поля КЭМ
1.5 Методы расчёта собственных и взаимных индуктивностей обмоток КЭМ
1.6 Выводы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА ДЛЯ РАСЧЕТА МАГНИТНОГО ПОЛЯ КЭМ С РАЗЛИЧНЫМИ КОНСТРУКЦИЯМИ ИНДУКТОРА И ОБОТОК ЯКОРЯ
2.1 Описание используемой модели КЭМ
2.2 Методика расчёта распределения индукции магнитного поля в поперечном сечении и воздушном зазоре КЭМ
2.3 Расчёт распределения индукции магнитного поля в поперечном сечении и воздушном зазоре КЭМ в процессе поворота якоря при работе двигателя на постоянном и переменном токе
2.4 Исследование влияния анизотропии магнитных свойств индуктора и обмотки якоря на распределение магнитной индукции в воздушном зазоре КЭМ
2.5 Исследование явления колебания положения физической нейтрали

2.6 Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА ДЛЯ РАСЧЕТА КОММУТИРУЕМОЙ ЭДС, СОБСТВЕННОЙ И ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТЕЙ СЕКЦИЙ ЯКОРЯ КЭМ ПРИ РАБОТЕ НА ПОСТОЯННОМ И ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ
3.1 Методика расчёта ЭДС коммутируемых секций якоря при работе машины на постоянном и переменном токе
3.2 Методика расчёта собственной и взаимной индуктивностей коммутируемых секций якоря при работе машины на постоянном и переменном токе
3.3 Анализ влияния типа индуктора и якорной обмотки на ЭДС, собственные и взаимные индуктивности коммутируемых секций
3.4 Выводы
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОММУТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ КЭМ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА МАЛОЙ МОЩНОСТИ НА ПРОТЯЖЕНИИ ИХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА, ПОИСК ОПТИМАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТЫХ ПАРАМЕТОВ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСА ЩЁТОК
4.1 Анализ электромагнитных факторов оказывающих влияние на коммутационную напряжённость КЭМ
4.2 Методика поиска оптимальных электромагнитных параметров КЭМ, минимизирующих коммутационную напряжённость
4.3 Определение оптимальных электромагнитных параметров КЭМ и ресурса комплекта щёток на протяжении жизненного цикла коллекторно-щёточного узла
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Универсальные коллекторные двигатели получили большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены. Они дают возможность просто, плавно и экономично регулировать частоту вращения в широком диапазоне, имеют сравнительно высокий КПД, большие пусковые моменты. Однако указанный тип двигателей имеет ряд недостатков один, из которых связан с наличием щёточно-коллекторного узла, снижающего надежность и требующего дополнительного ухода, тем не менее, несмотря на развитие асинхронных, синхронных и других типов электродвигателей, претендующих на замену универсальных коллекторных двигателей, подобной полноценной замены в обозримом будущем не предвидится. Чтобы убедиться в этом, достаточно посмотреть каталоги предлагаемой продукции таких фирм как Zhongshan Ruiying Motor & Electric Co., Ltd., Bosh, Shenzhen Power Motor Industrial Co., Ltd, EXMEK Electric Co. Ltd, Galanz Motor Manufacture Co., Ltd, Johnson Motor, Flard Electric Industry Co., Ltd, Baldor и др., предлагающих широкий выбор коллекторных двигателей постоянного и переменного тока самого различного назначения.
По проблеме коммутационной напряжённости КЭМ выполнено множество экспериментальных и теоретических исследований. Большой вклад в изучение данной проблемы внесен рядом таких исследователей, как: B.C. Хвостов, В.Д. Авилов, A.C. Курбасов, Р.Ф. Бекишев, Л.Я. Зиннер, С.И. Качин, И.В. Плохое, А.И. Скороспешкин, И.И. Туктаев, В.В. Харламов, и многими другими.
В настоящее время основные коллективы, занимающиеся проблематикой коллекторных машин, работают на кафедрах следующих институтов и университетов: Томского политехнического университета [16, 20, 21, 22], Московского энергетического института (технический университет) [30, 31], Воронежского государственного технический университета [29, 32], Самарского государственного технического университета [26, 28], Омского государственного технического университета [27, 33], Омского государственного университета пу-

именно при таких конструкциях индуктора становится заметен эффект от уменьшения поперечного магнитного потока, сказывающийся в улучшении коммутации секций якоря и в увеличении основного магнитного потока полюсов и электромагнитного момента электрической машины. Следовательно подобные конструктивные решения дают дополнительные возможности по улучшению ряда основных эксплуатационных показателей электрических машин малой мощности и обладают рядом преимуществ перед традиционно применяемыми типами индукторов [17, 18].
Кроме того в исследованиях используются два типа последовательной двух катушечной якорной обмотки: серийная и демпфированная. Рассматриваемая демпфированная обмотка (рис. 2.3) в общем случае состоит из секций, каждая из которых представляет собой две или три катушки, смещённые по пазам якоря относительно друг друга [16, 19].
1-я секция паза 3 2-я секция паза
Рис. 2.3. Схема демпфированной обмотки якоря
2.2 Методика расчёта распределения индукции магнитного поля в поперечном сечении и воздушном зазоре КЭМ
В данном случае задача расчёта распределения индукции магнитного поля в поперечном сечении КЭМ сводится к задаче нелинейной магнитостатики,