Електромагнітні процеси в асинхронних двигунах з екранованими полюсами - Автореферат

Відомі методи аналізу процесів в АДЕП мають в своїй основі метод суперпозиції, що дає змогу застосовувати до них теорію симетричних електричних машин змінного струму. Масовий випуск АДЕП вимагає створення уточнених математичних моделей розрахунку, які б адекватно відображали фізичні процеси і служили основою для автоматизованого їх проектування. Дисертаційна робота відповідає науковому напрямку “Автоматизоване проектування, розробка і дослідження електричних машин і багатофункціональних електромеханічних перетворювачів енергії з поліпшеними параметрами і показниками надійності”, який розробляється кафедрою “Електричні машини і апарати” Національного університету “Львівська політехніка” і повязана з науково-дослідними роботами Національного університету “Львівська політехніка”, тематика яких відповідає наказу № 15 Держкомітету України з питань науки і технології від 1.03.1993р., реєстр. * Вперше запропонована розгалужена заступна схема магнітопроводу АДЕП з високим рівнем його деталізації, що дає змогу розрахувати магнітне поле в повітряному проміжку двигуна з урахуванням локальних насичень елементів магнітопроводу та несинусоїдного розподілу намагнічувальних сил (НС) контурів статора, і на її основі створена математична модель двигуна, яка є базою для розрахунку перехідних процесів та усталених режимів. Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні на основі розробленої математичної моделі алгоритмів і програм розрахунку електромагнітних процесів, параметрів і характеристик АДЕП з урахуванням насичення, магнітної та електричної несиметрії, які мають високий рівень адекватності і дають змогу ефективно проводити багатоваріантний пошук оптимальних конструкцій АДЕП, а отже скоротити витрати часу і праці на проектні роботи за рахунок заміни натурних експериментів математичним моделюванням. двигун магнітний екрановий полюсМагнітний стан описується системою нелінійних алгебричних рівнянь, складеною на основі заступної схеми магнітопроводу АДЕП, а електричний стан - системою нелінійних ДР. Враховуючи, що ротор АДЕП симетричний, а статор має явновиражені полюси, найбільш раціональною є система координатних осей d, q, які жорстко звязані з статором. Ділянкам без електротехнічної сталі на заступній схемі відповідають постійні магнітні опори:R? - повітряного проміжку між статором і ротором, Rш - повітряного проміжку стику шунт-полюсний наконечник, Rв - паза з КЗ витком, R? - шляхів потоків розсіяння між полюсом та ярмом статора. На схемі позначено: Rz, Ra, Rш, Rп1, Rп2, Rп3, Rя - магнітні опори ділянок зубцевого шару, ярма ротора, магнітного шунта, ділянки полюса статора, яка розташована між ярмом статора і КЗ витком, екранованої ділянки полюса, неекранованої ділянки полюса, ділянок ярма статора, відповідно; Тр, Tf, Tk - НС на ділянках ротора, котушки обмотки збудження та КЗ витка. , (3) де - вектор контурних магнітних потоків статора і ротора; - вектор магнітних потоків віток; = (id, iq, if, ik)*-(нижній індекс * означає операцію транспонування); W = diag(wr kw, wr kw wf, 1); B - матриця, яка враховує конфігурацію заступної схеми та роторні кутові координати .У дисертаційній роботі розвязана актуальна науково-практична задача-розроблення уточнених математичних моделей АДЕП, які дозволяють всесторонньо досліджувати електромагнітні та електромеханічні процеси в усталених й перехідних режимах роботи з високою достовірністю, що має істотне значення для проектування та ефективної експлуатації цих двигунів. Математичні моделі АДЕП, в основі яких лежить лінійна теорія електричних машин в більшості випадків націлені на дослідження якісних сторін процесів, і не задовольняють сучасним вимогам до точності отриманих результатів. Як показано в роботі, достатньо висока точність розрахунку електромагнітних процесів в АДЕП при порівняно невеликому обсязі обчислень забезпечується при використанні математичної моделі, в якій враховується нелінійність електромагнітних звязків на основі розрахунку магнітного поля в повітряному проміжку двигуна шляхом представлення магнітопроводу розгалуженою заступною схемою. Вперше запропонована розгалужена заступна схема магнітопроводу АДЕП, яка має високий рівень деталізації магнітопроводу, враховує реальний несинусоїдний розподіл НС контурів статора, і дає змогу враховувати локальні насичення ділянок магнітопроводу.

Основний зміст роботи

У дисертаційній роботі розвязана актуальна науково-практична задача -розроблення уточнених математичних моделей АДЕП, які дозволяють всесторонньо досліджувати електромагнітні та електромеханічні процеси в усталених й перехідних режимах роботи з високою достовірністю, що має істотне значення для проектування та ефективної експлуатації цих двигунів.

1. Математичні моделі АДЕП, в основі яких лежить лінійна теорія електричних машин в більшості випадків націлені на дослідження якісних сторін процесів, і не задовольняють сучасним вимогам до точності отриманих результатів. Розроблені математичні моделі АДЕП та методи аналізу, в яких враховується насичення магнітопроводу, орієнтовані на вирішення часткових задач аналізу і тому не можуть служити основою для оптимального проектування АДЕП з заданими характеристиками.

2. Як показано в роботі, достатньо висока точність розрахунку електромагнітних процесів в АДЕП при порівняно невеликому обсязі обчислень забезпечується при використанні математичної моделі, в якій враховується нелінійність електромагнітних звязків на основі розрахунку магнітного поля в повітряному проміжку двигуна шляхом представлення магнітопроводу розгалуженою заступною схемою.

3. Вперше запропонована розгалужена заступна схема магнітопроводу АДЕП, яка має високий рівень деталізації магнітопроводу, враховує реальний несинусоїдний розподіл НС контурів статора, і дає змогу враховувати локальні насичення ділянок магнітопроводу.

4. Вперше створена математична модель двигуна, яка дозволяє здійснювати розрахунок магнітного поля в повітряному проміжку, матриці диференціальних індуктивностей та потокозчеплень контурів на підставі розрахунку заступної схеми магнітопроводу, що є базою для розрахунку перехідних процесів, усталених режимів та статичних характеристик з високою адекватністю.

5. Вперше розроблена математична модель для розрахунку перехідних електромагнітних та електромеханічних процесів в АДЕП з використанням диференціальних індуктивностей, яка дає змогу досліджувати динамічні режими роботи при різних законах зміни моменту.

6. У звязку з тим, що обмотка збудження АДЕП живиться змінним струмом, його усталені режими є не тільки в фізичних, але й в перетворених координатах періодичними і описуються системою ДР, тому розрахунок усталеного режиму доцільно здійснювати шляхом розвязування крайової задачі для системи ДУ першого порядку.

7. На основі запропонованої в дисертації математичної моделі АДЕП вперше розроблена математична модель розрахунку усталених режимів АДЕП диференціальним гармонічним методом з урахуванням пульсацій моменту та ковзання у межах періоду, яка дає змогу розраховувати усталені режими і статичні характеристики. Вперше розроблена математична модель розрахунку періодичних процесів в АДЕП, яка базується на застосуванні сплайн-методу розвязування крайових задач, і дозволяє отримати часові залежності координат режиму на періоді повторюваності процесу, не вдаючись до розрахунку перехідного процесу.

8. Розроблені математичні моделі, алгоритми та складені на їх основі програми розрахунку дають змогу досліджувати вплив розмірів магнітопроводу і обмоткових даних АДЕП на його поведінку в різних режимах роботи і можуть служити основою для автоматизованого оптимального проектування, що дозволяє замінити натурні дослідження компютерним симулюванням.

9. Експериментальні дослідження, виконані на серійних двигунах та виготовлених лабораторних зразках, підтвердили обгрунтованість прийнятих у роботі вихідних положень і припущень та достовірність отриманих результатів. Результати виконаних теоретичних досліджень знайшли застосування у практиці науково-дослідних і проектно-конструкторських установ й можуть бути рекомендовані до впровадження у навчальний процес.

1. Гавдьо І.Р. Магнітні потоки і диференційні індуктивності асинхронного двигуна з екранованими полюсами при насиченні магнітопроводу // Електроенергетичні та електромеханічні системи. Вісн.. НУ “Львівська політехніка”. 1997. № 340. C. 16-22.

2. Гавдьо І.Р. Розрахунок перехідних процесів в асинхронних двигунах з екранованими полюсами.// Електроенергетичні та електромеханічні системи. -Вісн.. НУ “Львівська політехніка”. 2001. № 418. C. 34-38.

3. Гавдьо І.Р. Вплив параметрів та геометричних розмірів на пускові властивості асинхронних двигунів з екранованими полюсами // Електроенергетичні та електромеханічні системи. Вісн.. НУ “Львівська політехніка”. 2001. № 435. C. 37 - 41.

4. Гавдьо І.Р., Глухівський Л.Й., Маляр В.С. Розрахунок усталених режимів і статичних характеристик асинхронних двигунів з екранованими полюсами диференціальним гармонічним методом // Електроенергетичні та електромеханічні системи. Вісн.. НУ “Львівська політехніка”. 2002. № 449. C. 48 - 53.

5. Маляр В.С., Маляр А.В., Глухівський Л.Й., Гавдьо І.Р. Математичне моделювання стаціонарних режимів асинхронних двигунів з екранованими полюсами // Технічна електродинаміка. 2002. № 5. С. 47 - 50.

6. Маляр В.С., Глухивский Л.И., Маляр А.В., Гречин Д.П., Гавдьо И.Р. Расчет магнитной цепи однофазного асинхронного двигателя с расщепленными полюсами // Изв. вузов СНГ. Энергетика. 2003. №3. С. 17 - 25.

7. Маляр В.С., Гавдьо І.Р. Математичне моделювання перехідних процесів в асинхронних двигунах з екранованими полюсами неявним методом на основі сплайн-функцій // Електроенергетичні та електромеханічні системи. -Вісн.. НУ “Львівська політехніка”. 2003. № 479. C. 125 -131.

8. Маляр В.С., Маляр А.В., Гавдьо І.Р. Метод дослідження впливу конструктивних параметрів однофазного асинхронного двигуна з екранованими полюсами на його характеристики // Вісник СНУ ім. В. Даля - Луганськ. 2003. №6 (64). С. 61 - 66.