Поиск рациональных конструкций и исследование асинхронных двигателей с массивным зубчатым ротором

• Автор: Филонов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР, ОБЪЕКТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Общая характеристика, классификация и задачи теоретического исследования асинхронных двигателей с массивным зубчатым ротором
1.2 Методы исследования: история развития и современное состояние
1.3 Выводы и постановка задачи
2 АНАЛИТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
ПРОЦЕССОВ
2.1 Распределение электромагнитного поля на зубцовом делении массивного зубчатого ротора
2.2 Расчетно-теоретическое исследование параметров массивного зубчатого ротора
2.3 Выводы
3 РАСЧЁТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЧИСЛЕННЫМ МЕТОДОМ
3.1 Основные допущения, математический аппарат анализа, и описание моделей
3.2 Выбор конечных элементов, оценка точности результатов
3.3 Результаты численного анализа
3.4 Выводы

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 Экспериментальная установка, управляемая средствами ПО МАТЬАВ от ПК
4.2 Реализация математической модели системы управления экспериментальной установкой в среде МАТЕАВ
4.3 Результаты испытаний
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение А. Распределения модуля вектора магнитной индукции в виде сплошной заливки и плотностей токов в поперечном сечении АД с ДЗР
Приложение Б. Распределения модуля вектора магнитной индукции в виде сплошной заливки и плотностей токов в поперечном сечении АД с ЖМЗР
Приложение В. Акты о внедрении

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Определение среди многообразия асинхронных машин отдельного типа двигателей с массивным зубчатым ротором связано с наличием у них ряда принципиальных особенностей. В двигателях с массивным ротором диапазон всех механических характеристик, которые могут быть получены при управлении, приближен к максимально возможному теоретически. При этом использование зубцов на массивном роторе позволяет уменьшить активную составляющую сопротивления вторичной цепи машины, а также резко снизить влияние поперечного краевого эффекта, то есть увеличить коэффициент мощности и КПД двигателя. В установках с частыми пусками, реверсами и торможениями применение асинхронных двигателей с массивным зубчатым ротором позволяет повысить КПД и надежность работы привода в целом, улучшить условия работы пусковой аппаратуры, уменьшить влияние пусковых токов на сеть.
Главной отличительной особенностью двигателей с массивным зубчатым ротором является сложный характер распределения параметров электромагнитного поля во вторичной цепи, что связано с затуханием электромагнитной волны в ферромагнитном полупространстве (поверхностным эффектом). При этом магнитная проницаемость нелинейно изменяется по глубине проникновения электромагнитной волны в массив.
Первоочередной задачей теоретического исследования асинхронных двигателях с массивным зубчатым ротором является создание единой теоретической базы, позволяющей проводить количественный анализ характеристик машин в широком интервале изменения режимных и конструктивных параметров (например, частоты перемагничивания, соотношения высоты и ширины паза ротора и т.д.). Решение данной задачи возможно при условии создания конкурентноспособной методики расчета асинхронных двигателях с массивным зубчатым ротором, обеспечивающей преемственность моделей, используемых для расчетов, в том числе полученных численными методами

На основании (2. 17) с учетом (2.14), (2.15), а также соотношения между напряженностью магнитного поля и действующим значением тока стержня, для сопротивления стержня с учетом сопротивления стенок паза при произвольном соотношении Ь и Ь окончательно получаем
Анализ физических явлений в массивном зубчатом роторе непосредственно на основании выражения (2.22) существенно затруднен, поэтому его целесообразно проводить, рассматривая данное выражение для предельных соотношений конструктивных или режимных параметров.
Следует отметить, что при подстановке в (2.21) выражений (2.14), (2.15) результат отличается от полученного в (2.22) наличием коэффициента Кп . Поправочный коэффициент Кп , имеющий размерность относительной единицы, определяет зависимость эквивалентного сопротивления стержня и поверхностного слоя массива, соответствующего стенкам паза от соотношения 1т и Ь.
Таким образом, магнитное сопротивление стержня токопроводящего слоя зубчатого ротора из ферромагнитного массива и поверхностного слоя самого массива, соответствующего стенкам паза, в котором размещен данный стержень, вводится одним параметром. Выражение для расчёта этого магнитного сопротивления определяется на основе (2.22) с учетом общего соотношения между электрическим и магнитным сопротивлением.
Для магнитного сопротивления стержня и стенок паза окончательно получаем
Магнитное сопротивление стержня и стенок паза связано с МДС от вторичных токов Дс и полным магнитным потоком Фсі соотношением вида
(2.18)
(2.20)