Разработка и исследование вентильного двигателя с постоянными магнитами на основе математического моделирования магнитного поля

• Автор: Горшков, Роман Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 158 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Диссертационная работа содержит 128 страниц основного текста, иллюстрирована 79 рисунками и 17 таблицами, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 164 наименований на 17 страницах, приложения, содержащего акты внедрения работы на промышленных предприятиях и в учебный процесс Сызранского филиала СамГТУ.
Ключевые слова: вентильный двигатель с постоянными магнитами, уравнения Максвелла, магнитное поле, метод конечных элементов, геометрия зубцово-пазовой зоны, ширина шлица между зубцами статора, дифференциальные уравнения на основе теории электрических цепей, регулирование угла опережения коммутации, гармонический спектр.
В пояснительной записке к диссертации рассмотрены вопросы разработки и исследования вентильного двигателя с постоянными магнитами с улучшенными эксплуатационными, энергетическими характеристиками и регулировочными свойствами на основе средств и методов математического моделирования. Разработана математическая модель магнитного поля ВДПМ, внесены уточнения в расчет параметров двигателя на основе рациональных размеров геометрии зубцово-пазовой зоны статора
Обсновано применение регулятора угла опережения коммутации вентилей полупроводникового коммутатора, разработана математическая модель вентильного двигателя с постоянными магнитами в статических и динамических режимах с учетом регулирования угла опережения коммутации.
Разработан лабораторный стенд для практического подтверждения теоретических положений работы и проведен технико-экономический расчет.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ВЕНТИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.1 Анализ традиционных электродвигателей
1.2 Терминология и вопросы классификации
1.3 Выявление последовательности развития научных направлений, связанных с проектированием современных вентильных двигателей
1.4 Методы проектирования и исследования вентильных двигателей с постоянными магнитами
1.5. Перспективы развития вентильных двигателей и
электроприводов на их основе
Выводы по главе
2. СОЗДАНИЕ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
2.1 Общие уравнения магнитного поля в электрических машинах
2.2. Задача расчета магнитных полей вентильного двигателя
2.2.1. Анализ задачи магнитного поля
2.2.2 Функциональные зависимости элементов полевой задачи для вентильного двигателя с постоянными магнитами
2.3 Виртуальная модель двигателя
2.4 Определение рационального размера шлица между зубцами статора
2.5 Создание полевой модели Ansoft Maxwell для исследования динамических характеристик
Выводы по главе
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ КОММУТАТОРОМ

3.1 Основные допущения при моделировании и дифференциальные уравнения, описывающие вентильный электродвигатель
3.2 Виртуальная модель в приложении 8ипиНпк
3.2.1 Силовой канал
3.2.2 Описание модели двигателя
3.2.3. Описание подсистемы управления инвертора
3.2.4 Описание реализации момента нагрузки на валу
3.3 Расчет параметров математической модели
3.3.1 Расчет преобразователя частоты
3.3.2 Расчет регуляторов
3.4 Описание системы управления двигателя и регулятора на основе нечеткой логики
3.5 Исследование влияния изменения угла опережения коммутации на работу двигателя
3.6 Описание регулятора опережения коммутации
Выводы по главе
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИСЛЕДОВАНИЯ
4.1. Описание стенда и основные принципы регулирования
4.2 Выбор оборудования
4.2 Разработка схемы подключения оборудования
Выводы по главе
Заключение
Список использованной литературы
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А Приложение Б Приложение В Приложение Г Акты внедрения результатов диссертации

Первым и одним из основных является допущение о квазиустановившемся характере протекания электромагнитных процессов в электрических машинах. Для большинства областей - в оздушного зазора, шихтованных и выполненных по технологии порошковой металлургии магнитопроводов, редкоземельных постоянных магнитов - это допущение не приводит к погрешностям расчета. К перечисленным областям можно добавить и области, занятые проводниками с током, так как в реальных машинах принимаются меры по устранению вихревых токов. К случаям, когда допущение о квазиустановившемся характере электромагнитных процессов в электрических машинах с высококоэрцитивными магнитами приводит к значительным погрешностям, относится определение потерь в магнитах и металлических бандажах (оболочках роторов).
При расчете магнитных полей с учетом изменения магнитного поля во времени уравнения магнитного поля для квазиустановившихся процессов дополняются выражением
Вторым допущением является запись магнитной проницаемости в виде
причем для большинства случаев можно допустить, что свойства магнитопроводов по различным осям одинаковы:
Такое допущение оказывается оправданным для магнитопроводов электрических машин, выполненных из изотропных магнитомягких

гсй гсй Н - -у/ла
д1 ’
(2.3а)

(2.36)
1 - уЁ - хо
(2.4)
мх О О
Ма= 0 Му О
О О м2
(2.5)
Мх=Му=Мг=М
(2.6)