Математические модели для расчета электромагнитных параметров совмещенного многофункционального бесщелочного возбудителя с учетом несимметрии и двухсторонней системы зубчатости магнитной системы

• Автор: Митрофанов, Олег Павлович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 268 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
В.1. Современный этап развития бесщёточных систем возбуждения синхронных машин. Существующие разработки
и тенденции дальнейшег о развития
В.2. Постановка задачи разработки математической модели для исследования установившихся режимов работы совмещённых многофункциональных бесщёточных возбудителей
1. СОВМЕЩЁННЫЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ БЕСЩЁТОЧНЫЕ ВОЗБУДИТЕЛИ (СМБВ)
1.1. Устройство, принцип действия и основные функциональные особенности возбудителя
1.2. Особенности математического моделирования электромагнитных процессов в СМБВ
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СМБВ НА ОСНОВЕ РАСЧЁТА МАГНИТНОЙ ЦЕПИ МАШИНЫ В ОСЯХ <ШЧ
2.1. Основные допущения и положения модели В ОСЯХ (1 И С]
2.2. Алгоритм расчёта электромагнитного ядра СМБВ в установившемся режиме
2.2.1. Подход к расчёту параметров схемы замещения
магнитной цепи в осях б и q и параметров режима работы
2.2.2. Принципы формирования системы уравнений, описывающих состояния магнитной цепи машины в установившемся режиме
2.2.3. Подход к расчёту магнитных характеристик нелинейных элементов схемы замещения магнитной цепи возбудителя
2.2.4. Подход к моделированию обмотки якоря, обмотки
возбуждения и постоянных магнитов
2.2.4.1. Подход к моделированию МДС обмотки возбуждения
2.2.4.2. Подход к моделированию постоянных магнитов
2.2.4.3. Подход к моделированию МДС обмотки якоря
2.2.5. Подход к определению потоков, электродвижущих сил и
индуктивных сопротивлений обмоток машины
2.2.5.1. Методика расчёта индуктивных сопротивлений
обмотки якоря
22.5.2. Методика расчёта потоков в зазоре и
коэффициентов МДС зазора
2.2.5.3. Методика определения электродвижущих
сил обмоток машины
2.2.6. Учёг влияния взаимоперпендикулярно направленных
потоков при определении магнитных проводимостей
некоторых участков магнитной цепи СМБВ
2.3. Оценка математической модели по результатам
испытания промышленных образцов СМБВ
2.4. Программный комплекс на основе модели в осях ё и ц
3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗАЗОРЕ СМБВ С УЧЁТОМ ДВУХСТОРОННЕЙ ЗУБЧАТОСТИ НА ОСНОВЕ МЕТОДА УДЕЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ (МУМС)
3.1. Сущность метода удельных магнитных сопротивлений
3.1.1. Основные допущения и положения модели
3.1.2. Способ пространственного представления МДС
обмотки возбуждения и якоря в модели
3.2. Способы аппроксимации решения полевой
задачи при односторонней зубчатости
3.2.1. Расчёт поля в воздушном зазоре электрической
машины при односторонней зубчатости согласно
подходу Шуйского В
3.2.2. Расчёт поля в воздушном зазоре электрической машины при односторонней зубчатости согласно
подходу Вольдека А
3.2.3. Использование результатов решения частных полевых задач методом конечных элементов для исследования
процессов в зазоре при двухсторонней зубчатости
3.3. Подход к определению характеристик магнитных полей в зазоре. Методика расчёта ЭДС подвозбудителя
3.3.1. Определение характеристик магнитных полей в зазоре электрических машин с использованием модели по МУМС
3.3.1.1. Гармонический анализ поля в зазоре при различных нагрузках и сочетаниях параметров зубцов на вращающейся
и неподвижной частях машины
3.3.1.2. Расчёт коэффициента воздушного зазора с помощью
модели по МУМС
3.3.1.3. Расчёт коэффициентов полей реакции якоря но
продольной и поперечной осям
3.3.1.4. Определение расчётной полюсной дуги
3.3.1.5. Расчёт коэффициента формы поля возбуждения
3.3.2. Алгоритм расчета ЭДС обмоток СМБВ с учётом двухсторонней зубчатости
3.4. Расчёт провалов индукции вследствие зубчатости якоря и ЭДС измерительной обмотки физической модели бесщёгочного синхронного двигателя с индукторным подвозбудителем
3.4.1. Результаты сравнения относительных провалов индукции из-за наличия пазов якоря, рассчитанных в модели по МУМС с результатами эксперимента и расчётом с помощью МКЭ
3.4.2. Сравнение ЭДС измерительной катушки, рассчитанной
в модели по МУМС с результатами испытаний
3.5. Расчёт ЭДС обмотки индукторного подвозбудителя СМБВ

1.2. Особенности математического моделирования электромагнитных процессов в СМБВ
Выделение наиболее приоритетных, функционально значимых конструктивных и технологических особенностей является необходимой частью технологии математического моделирования любого физического объекта, позволяющей отбросить при моделировании всё лишнее, перестроить всю модель, сконцентрировав внимание на сущности объекта исследования. В данном параграфе проведён анализ СМБВ как объекта математического моделирования с целью выявления наиболее значимых особенностей устройства, должный учёт которых является гарантом адекватности разработанных математических моделей.
Наличие взаимоиндуктивных связей [51, 52] среди нетрадиционно совмещённых в СМБВ электромеханических преобразователей исключает возможность независимого расчёта каждой из совмещённых машин с последующим применением принципа наложения для расчёта возбудительного комплекса в целом.
Имеющиеся в ряде полюсов вставки из постоянных магнитов приводят к неравномерному распределению поля внутри магнитной системы СМБВ [44], поскольку магниты кардинально отличаются своими магнитными свойствами от электротехнических сталей. Дисбаланс в распределении поля будет усиливаться при нагрузке машины и окажет существенное влияние' на характеристики в первую очередь синхронного возбудителя.
Как известно из п. 1.1, в состав СМБВ входит индукторный подвозбудитель, полем возбуждения которого является зубцовая гармоника, культивируемая за счёт подбора параметров развитой зубцовой поверхности якоря. Очевиден тот факт, что при насыщении магнитной цепи амплитуда зубцовой гармоники будет снижаться, так как насыщению в первую очередь подвержены именно зубцы. Причём из-за нееимметрии магнитной системы насыщение разных фрагментов магнитопровода будет происходить по-разному. Таким образом, ЭДС индукторного подвозбудителя является функцией состояния магнитной цепи и для адекватного моделирования СМБВ, наряду с учётом нееимметрии, необходим учёт насыщения магнитной цепи. Причём для более адекватного моделирования зубцовых полей целесообразно учесть и насыщение коронок зубцов якоря.
Характерной особенностью возбудителя [8] является глубокое насыщение не только зубцовой зоны, но и ярем индуктора и якоря в режиме форсировки. В этом случае магнитные сопротивления ярем индуктора и якоря могут составлять существенную долю в результирующих сопротивлениях потокам полюсов комбинированного и электромагнитного возбуждения. По отдельным участкам ярем проходят