Исследование малоинерционного электродвигателя постоянного тока с высокими технологическими характеристиками

• Автор: Титова, Лариса Николаевна
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 151 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 .Конструкция двигателей постоянного тока с полым якорем..
1.2.Особенности диагональной обмотки и целесообразность ее
применения
1.3.Обзор теоретических исследований электродвигателей с полым
якорем
Выводы и постановка задачи исследований
2.ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ДИАГОНАЛЬНОЙ ОБМОТКОЙ
2.1.Исследование электродвижущей силы диагональной
обмотки
2.2.Метод математического моделирования магнитного поля электродвигателя
2.2.1.Моделирование магнитного поля электродвигателя с полым якорем
2.2.2.Математическое моделирование процесса стабилизации постоянного магнита полем якоря
2.3.Разработка методики расчета электродвигателя с диагональной обмоткой!
Выводы
3.МЕТОДИКА ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
МАЛОИНЕРЦИОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
3.1.Определение функций цели
3.1.1.Формулировка оптимизационной задачи
3.1.2.Определение целевой функции оптимизации методом
планирования эксперимента
3.1.3.Ограничения, налагаемые на параметры
3.2.Оптимизация конструкции электродвигателя с диагональной
обмоткой
3.2.1.Обоснование выбора метода решения оптимизационной
задачи
3.2.2.Разработка методики и алгоритма оптимизации
электродвигателя
Выводы
4.РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИАГОНАЛЬНЫХ БЕСПАЗОВЫХ ОБМОТОК
4.1.Анализ кинематических схем оборудования, пригодного для практической реализации
4.2.Разработка натяжного устройства для намоточного провода
4.3.Выбор структуры схемы управления
4.4.Описание полуавтомата для изготовления диагональных
обмоток
4.5.Анализ результатов испытаний опытного образца
полуавтомата
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Программа расчета электродвигателя с
диагональной обмоткой
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Программа оптимизации электродвигателя
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Справки о внедрении

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Электрические двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов и полым бескаркасным якорем в настоящее время широко применяются в системах автоматики, вычислительной, медицинской, бытовой и другой технике в качестве датчиков и исполнительных машин. Это обусловлено тем, что они обладают высоким коэффициентом полезного действия, хорошими динамическими характеристиками, высокой надежностью, малой инерционностью, равномерностью вращения и практически линейной механической характеристикой по сравнению с другими типами двигателей.
Указанные особенности таких электродвигателей во многом достигаются за счет конструкции обмотки якоря. Обмотка выполняется в виде полого цилиндра, состоящего из проводников, связанных воедино полимером. Концы секций обмотки соединяются с пластинами коллектора, который является дном полого стакана якоря, и одновременно выполняет функцию обмоткодержателя. Конструкция системы возбуждения -внутриякорная, что обеспечивает минимальный коэффициент рассеивания магнитного потока. Из-за отсутствия стального сердечника магнитопровода якоря в таких двигателях исключены потери в стали. Коэффициент полезного действия электродвигателя такого типа в 2 раза больше, чем у двигателей с пазовой конструкцией якоря. К недостаткам такого двигателя постоянного тока (далее ДПТ) можно отнести наличие большого немагнитного зазора между постоянным магнитом и наружным магнитопроводом, который складывается из-двух воздушных зазоров и толщины стенки стакана якоря.
Требования, предъявляемые рынком к изделиям электротехнической промышленности, толкают разработчиков и производителей электрических машин малой мощности к поиску новых путей решения технических задач. В частности, жесткие требования к массогабаритным параметрам двигателя заставляют применять более энергоемкие магниты из редкоземельных компонентов, что в свою очередь приводит к снижению материалоемкости,

но в целом расположена под обоими полюсами.
Одним из основных параметров обмотки является электродвижущая сила (ЭДС) вращения Е, значением которой при прочих равных условиях в процессе проектирования определяется необходимое число витков. В соответствии с классической формулой для мгновенного значения ЭДС [13]
Епр = Bg^ocosy, _ (2.5)
где В§ - магнитная индукция в воздушном зазоре;
I - длина активной части проводника;
о - линейная скорость перемещения проводника относительно полюса.
ЭДС двух проводников витка обмотки складываются
Евит = 2Епр = 2В t ocosy. (2.6)
С учетом синусоидального распределения Bg вдоль расточки индуктора для проводника верхнего слоя, выделенного сплошной линией, суммарная ЭДС выразится следующим образом:

Eibht = XB8max sinaiA£cosyo=B5maxA^cosyoXsmai, (2.7) i=l i=l
где: i - текущий номер активного элем ,-нта витка;
Ае - длина активного элемента витка в пределах шага Y;
п - число элементов длиною Д £, укладывающихся на длине проводника I (если шаг равен диаметру провода, то n = N ).
Формула учитывает изменение направления ЭДС в проводнике при переходе под другой полюс, так как знак синуса меняется на противоположный. Для нижнего слоя, начала проводников которого сдвинуты по окружности расточки на 180 0 относительно соответствующих верхних, выражения под знаком sin отличаются, а суммарная ЭДС витка запишется следующим образом:

Eibht = в 5 тах ДI cosyo(£ sin ai - ]Г sin(ai + л)), (2.8)
i—1 i=l