Автоматизация процессов параметрического синтеза и оценки функциональных характеристик электрических машин

• Автор: Рябуха, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 265 с. : ил.

Введение

Глава 1. Функциональные свойства математической модели.

1.1 Необходимые свойства модели.

1.2. Качественное обоснование оптимизируемой модели

электрической машины

Глава 2. Математическая модель геометрических размеров активной

зоны объектов

2.1. Геометрические размеры пазовозубцовых слоев

2.2. Первоначальные значения независимых переменных

Глава 3. Обобщенное математическое моделирование режимов

работы объектов

Ф 3.1. Обшие положения.
3.2. Электрические потери и активное сопротивление обмотки якоря.
3.3. Коэффициент мощности
3.4. ЭДС обмотки якоря.
3.5. Магнитный поток и индукция в воздушном зазоре.
3.6. Расчт магнитной цепи.
3.6.1. Общие положения.
3.6.2. Зубцы
3.6.3. Ярмо или спинка.
3.7. Потери в стали
3.8. Механические потери.
3.9. Дополнительные потери.
Ф 3 Учт в балансе мощностей потерь встали и дополнительных
потерь.
3 Оценка нагрева изоляции обмоток
3 Установление режимов работы
. Общие положения
. . Номинальный режим.
. Критический режим
. Граничные режимы.
Глава 4. Автоматизированный синтез геометрии активной зоны объектов
по заданной функции цели.
4.1. Общие положения.
4.2. Принципы осуществления поэтапной оптимизации
4.3. Определение исходной точки
4.4. Предварительная оптимизация.
4.4.1. Влияние параметров пазовых слоев на магнитодвижущую силу
4.4.2. Критерии определения исходной рабочей точки.
4.4.3. Определение минимума магнитодвижущей силы.
4.4.4. Упрощение алгоритма предварительной оптимизации.
4.4.5. Результаты предварительной оптимизации
4.5. Точная оптимизация
4.5.1. Структура метода
4.5.2. Геометрическая интерпретация метода.
4.5.3. Симплексметод и его геометрическая интерпретация.
4.5.4. Линеаризация нелинейной системы уравнений проектной
4.5.5. Построение неравенств.1
4.5.6. Условия существования оптимального режима.
4.5.7. Ообенности оптимизации при наличии резервных функций
4.5.8. Построение алгоритма точной оптимизации.
4.5.9. Результаты точной оптимизации.
Выводы.
Глава 5. Практическая реализация методов параметрического синтеза и оценки функциональных характеристик электрических машин.
5.1. Области приложений
5.2. Программный комплекс
5.3. Применение программного комплекса в учебном процессе
5.4. Применение разработанных методов при выполнении научноисследовательских работ в интересах
промышленности
5.5. Применение программного комплекса для прогнозирования характеристик стендовых испытаний объектов
Заключение.
Библиографический список.
Приложения.
Приложение 1. Зависимость показателей степени от индукции для
различных электротехнических сталей
Приложение 2. Отклонения МДС, рассчитанных по напряженностям, полученным соответственно для высоты зубца, по формуле
Симпсона и путем интегрирования
Приложение 3. Зависимость поправочного коэффициента К, от
отношения для различных электротехнических сталей
Приложение 4. Зависимость поправочного коэффициента Кот индукции
Вшах для различных электротехнических сталей.
Приложение 5. Значения индукции В0 и магнитной проницаемости р. для
различных электротехнических сталей
Приложение 6. Зависимость погрешности АН от значения индукции
В1ПЗХ для различных электротехнических сталей.
Приложение 7. Зависимость показателя степени и коэффициента неравномерного распределения индукции вдоль ярма от индукции
в ярме или спинке для различных электротехнических сталей.
Приложение 8. Пример ввода исходных данных и результатов расчта
П. 8.1. Двигатель постоянного тока
П. 8.2. Синхронный явно полюсный генератор.
П. 8.3. Асинхронный двигатель с к.з. ротором.
П. 8.4. Асинхронный генератор с к.з. ротором.
Введение


На третьей стадии проектирования определяются параметры пазовых слоев, которые должны удовлетворять условиям достижения наилучших требуемых эксплуатационных характеристик в диапазоне значений, обусловленных, главным образом, основными размерами и в незначительной мерс числом зубцов. При этом следует обратить внимание на то, чтобы при установленных параметрах пазовых слоев потери в обмотках не превысили значений, принятых на первой стадии проектирования. Из изложенного следует, что общую модель машины можно представить в виде связанных между собой подмоделей, соответствующих каждой параметрической группе. Эти подмодели можно оптимизировать отдельно и затем согласовать друг с другом в рамках общей программы расчета. Однако, несмотря на теоретическую возможность оптимизации всех подмоделей, практически целесообразной является оптимизация только четвертой из них третья стадия проектирования, так как только для нее существуют наиболее достоверные методики расчета. Таким образом, принятие параметров пазовых слоев в качестве проектных параметров позволяет получить оптимизируемую модель электрической машины. Параметры отвода тепла, основные размеры и число зубцов рассматриваются при этом как заданные неизменные величины. Параметры пазовых слоев тоже влияют на стоимость изготовления машины, хотя и в значительно меньшей мере, чем основные размеры. Определим, какие составляющие стоимости могут быть учтены в оптимизируемой модели. Как известно, стоимость изготовления складывается в основном из стоимости материалов и производственных расходов. Рассмотрим отдельно связь параметров пазовых слоев с этими двумя составляющими. Стоимость материалов существенно зависит от объемов изоляции, количеств используемых меди вообще, проводниковых материалов и стали. Объем изоляции при прочих одинаковых условиях пропорционален общему периметру пазов наружного РгП1У 1х Ргп, и внутреннего Ргп Ргп2 магнитопроводов. В общем случае ширина паза по высоте может быть неодинаковой, как, например, в случае выполнения зубцов с параллельными стенками. Ьц. Ьп. Объем обмоточного материала при неизменной длине машины пропорционален общей площади пазов 5,, 1Бп наружного и 5 1п2 внутреннего магнитопроводов, т. Последний определяется основными размерами, которые устанавливаются прежде всего в зависимости от требуемых тепловых свойств машины и соответствуют коэффициенту использования активного объема. Последующая штамповка пазов не влияет на эту составляющую стоимости. На этом основании стоимость стали в процессе оптимизации может приниматься неизменной. Производственные расходы лишь незначительно зависят от параметров пазовых слоев, поскольку размеры пазов и диаметр расточки мало влияют на стоимость штамповки. Поэтому при оптимизации эксплуатационных параметров эта составляющая стоимости также может приниматься неизменной. Кроме необходимой апробированной на практике теории рассчитываемых процессов и корректного автономного рассмотрения оптимизируемых процессов не менее важными являются разработка целесообразной процедуры собственно оптимизации, а также практическая целесообразность автоматизации расчетов с помощью ЭВМ. Такая постановка вопросов инженерно интересна, так как подобные проблемы нередко встречаются в различных областях техники. Применительно к электрическим машинам автоматизация синтеза оптимальных параметров пазовых слоев значительно уменьшает объем работы проектировщика, поскольку в установлении размеров пазов, диаметра расточки якоря, площади поперечного сечения проводников, числа витков обмотки и заключается собственно работа по проектированию электрической машины. При этом даже в условиях заданных основных размеров рабочие свойства электрической машины при соответствующем выборе параметров пазовых слоев могут быть как угодно далеки от достижимого оптимума. Выбор же основных размеров представляет собой значительно меньший объем работы, исходным моментом для которого обычно является опыт предыдущего проектирования. Даже если бы был возможен автоматический расчет этих параметров, то разгрузка расчетчика всетаки оставалась бы незначительной.