Герметичный синхронный реактивный электродвигатель с подмагничивающим диском

• Автор: Калаев, Владислав Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Северск
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ
2. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ГЕРМЕТИЧЕСКИХ ПРИВОДНЫХ МЕХАНИЗМОВ
2 Л Способы герметизации технологического оборудования и их основные преимущества
2.2 Тенденции развития электромеханических преобразователей герметического исполнения
2.3 Конструктивные особенности электрических машин с герметической перегородкой
2.3.1 Варианты изготовления герметической перегородки
2.3.2 Обеспечение регулировки частоты вращения герметичного электропривода
2.3.3 Применение в регулируемых герметических электроприводах высококоэрцитивных постоянных магнитов
2.4 Перспективы использования в герметичных электроприводах синхронных дисковых электрических машин с магнитоэлектрическим возбуждением
2.5 Способы исполнения магнитной системы синхронной дисковой электрической машины
2.6 Теоретическое сопоставление массогабаритных показателей и моментов дисковых и цилиндрических машин
2.7 Выводы
3. ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ ГЕРМЕТИЧНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДИСКОВОГО ТИПА
3.1 Конструкция герметичного синхронного реактивного электродвигателя
с подмагничивающим диском (ГСРДсПД)
3.2 Методика электромагнитного расчета ГСРДсПД
3.3 Расчет электродвигателя пробоотборника для установки осаждения аммиачных солей урана

3.4 Выводы
4. ОПТИМИЗАЦИЯ ГСРДсПД
4.1 Задача оптимального проектирования электромеханического преобразователя
4.2 Систематизация методов нелинейного программирования
4.3 Основные возможности случайного поиска
4.4 Стратегия случайного поиска и алгоритм метода наилучшей пробы
4.5 Пространственные интегральные уравнения магнитного поля
4.6 Численная реализация расчета силовых характеристик дисковой электрической машины методом разделяющей плоскости
4.7 Программа расчета оптимального ГСРДсПД
4.8 Выводы
5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГСРДсПД
5.1 Постановка задачи
5.2 Оптимизационные расчеты
5.3 Рекомендации по выбору геометрии активной зоны ГСРДсПД
5.4 Выводы
6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГСРДсПД
6.1. Постановка задачи
5.2. Экспериментальный образец ГСРДсПД
5.3. Аппаратура для экспериментальных исследований
5.4 Результаты экспериментов и их анализ
5.5. Выводы '
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Известно, что применение машин и аппаратов герметического типа (реакторы, газодувки, центрифуги, сепараторы, компрессоры, насосы и т. д.) позволяет коренным образом улучшить и создать новые прогрессивные химикотехнологические процессы, отличающиеся непрерывностью, меньшими затратами и существенным улучшением условий труда.
Как показала практика, сложнее всего обеспечить необходимую герметизацию в местах ввода в аппаратуру и машины движущихся деталей: вращающихся валов и совершающих поступательно-возвратное движение штоков.
Доказано, что для нормального функционирования технологических агрегатов с сальниками и торцевыми уплотнениями необходима их подтяжка и замена набивки, а также постоянное наблюдение за их работой, что для производств с вредными и агрессивными средами представляет собой достаточно серьезную проблему.
Агрегаты с герметическими электродвигателями отличаются тем, что вращение рабочего органа у них производится посредством магнитного поля, передающего крутящий момент через герметичную перегородку, установленную в зазоре между статором и ротором. На этом принципе строятся изобретения (использующие как известные, так и существенно отличающиеся от прежних подходы), патентующие новые системы передачи движения внутрь аппарата и обеспечивающие полную герметичность машины.
Ротор и вал такого электродвигателя непосредственно соприкасаются с компонентами, которые поступают в химико - технологическую машину или получаются в ней в результате реакций. Обмотка и сталь статора отделены перегородкой и находятся вне рабочей среды, тем самым надежно защищены от разрушающего воздействия. Таким образом, внедрение герметичных электроприводов положительно сказывается на снижении травматизма и сокращении профессиональных заболеваний, позволяет работать обслуживающему персо-

дежность, и вряд ли удастся однозначно определить явного лидера. Структуры и алгоритмы работы всех ПЧ очень сильно похожи друг на друга, и каких-то революционных нововведений, позволяющих поставить одного из производителей над всеми другими, стоит ожидать лишь, возможно, в ближайшем будущем.
Выделяют две составляющих стоимости частотно-регулируемого привода (ЧТ)) [25]: во-первых, это цена системы управления (контроллера), которая не зависит от мощности преобразователя, во-вторых, стоимость силового модуля, которая в основном определяется стоимостью ключей и приблизительно пропорциональна мощности преобразователя. Таким образом, отношение цены преобразователя частоты к его мощности будет составлять приблизительно $ 100/кВт. Исключения составляют маломощные устройства, где стоимость системы управления соизмерима с силовым модулем, и мощные преобразователи, в которых используются достаточно дорогие силовые модули или увеличивается число ключей.
Наличие же датчика положения ротора значительно увеличивает стоимость вентильного двигателя, усложняет конструкцию и снижает надежность электропривода в целом. Но что еще более важно, существенно ограничивается область применения электрических машин, так как в химически активных, жидкостных, радиоактивных средах и в мобильных агрегатах часто оказывается невозможным или малоэффективным применение датчиков, конструктивно связанных с электродвигателем, в том числе в глубинных погружных электронасосах для добычи нефти, в подводных аппаратах, в атомных реакторах, в электромобилях, специальных роботах, в бортовой автоматике и т. д.
Таким образом, направлением наиболее динамичного развития вентильного электропривода является создание "бездатчиковых" систем, не содержащих датчика положения ротора, в качестве которого традиционно применяются фотоэлектрические инкрементальные энкодеры. Подробный обзор основных алгоритмических решений "бездатчикового" векторного управления приведен в [26, 27]. Абсолютное большинство из них основаны на косвенном определении