автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Асинхронные двигатели с распределенными и дискретными обмотками массивного ротора

На правах рукописи

БУЙЛИН Олег Дмитриевич

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ И ДИСКРЕТНЫМИ ОБМОТКАМИ МАССИВНОГО РОТОРА

Специальность 05.09.01 - Электромеханика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 1998

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете

Научный руководитель - заслуженный деятель

науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Шиянов А.И. Научный консультант - кандидат технических наук,

доцент Анненков А.Н.

Официальные оппоненты - лауреат государственных

премий СССР,

заслуженны й изобретатель РСФСР, доктор технических наук, профессор Ивоботенко Б.А.

кандидат технических наук, доцент Писаревский Ю.В.

Ведущая организация - Федеральный научно - производственный центр НПК(О) «ЭНЕРГИЯ»

Защита состоится " 22 " декабря 1998 г. в 14 час, в конференц - зале на заседании диссертационного совета К 063.81.10 при Воронежском государственном техническом университете по- адресу: 394000 Воронеж, Московский проспект, д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан 21 ноября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

'гр^К Ю.М. Фролов

¿г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы и ее связь с планом основных научных работ В современных системах электропривода переменного тока все большее применение находят асинхронные двигатели с массивным ротором. Главным преимуществом массивнороторных двигателей по сравнению с двигателями единых серий равного габарита (в том числе с повышенным пусковым моментом) является более высокая (в среднем в полтора раза) кратность пускового момента при меньшей (также примерно в полтора раза) кратности пусковых токов. Дополнительным преимуществом массивнороторных двигателей является высокая механическая прочность, виброустойчивость и термическая стойкость ротора, что немаловажно в высокоскоростных безредукторных приводах.

В связи с этим в установках с частыми пусками, реверсами и торможениями применение двигателей с массивным ротором позволяет повысить КПД и надежность работы привода в целом, улучшить условия работы пусковой аппаратуры, уменьшить влияние пусковых токов на сеть. В приводах с массивнороторными двигателями улучшаются условия пуска от сети с ограниченной мощностью. Уменьшение нагрева обмотки статора в динамическом режиме позволяет при полном использовании двигателя по нагреву повысить его удельные энергетические показатели.

Повышение энергетических показателей массивнороторных двигателей в номинальном режиме работы возможно за счет применения целого ряда конструктивных модификаций ротора при условии обеспечения рациональных соотношений между их параметрами.

Все изложенное определяет значительный практический и научный интерес к индукционным двигателям с массивным ротором и актуальность исследований, связанных с проектированием таких машин с улучшенными энергетическими показателями в номинальном режиме работы при разных вариантах конструктивной реализации вторичной цепи.

Тема диссертации сформулирована в рамках исследований по электромеханическим элементам роботов (НИР № 06/96) в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ ВГТУ. Цель и задачи работы

Целью диссертации является разработка методик расчета электромагнитных параметров и создание единой методики расчета асинхронных двигателей с дискретными и распределенными обмотками массивного ротора с улучшенными энергетическими показателями.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи:.

1. Получены аналитические решения для распределения плотности вихревых токов в пределах участка токопроводящего покрытия гладкого массивного ротора, соответствующего зубцовому делению статора, а также распределения напряженностей электрического и магнитного полей в

поверхностном слое массивного зубчатого ротора с дискретной стержневой короткозамкнутой обмоткой.

2. Определены структура и параметры детализированных схем магнитных цепей индукционных двигателей с дискретными и распределенными обмотками массивного ротора.

3. Разработана методика расчета магнитного поля асинхронных двигателей с массивным ротором.

4. Разработаны методика поверочного расчета и алгоритм расчета на ЦВМ асинхронных двигателей с дискретными и распределенными обмотками массивного ротора.

5. Созданы опытные образцы массивнороторных асинхронных двигателей, с целью проверки основных теоретических положений работы проведены их экспериментальные исследования, на основе которых выработаны научно обоснованные рекомендации по проектированию.

Методика проведения исследований

Исследования электромагнитных процессов в асинхронных двигателях с массивным ротором выполнены на базе теории цепей с сосредоточенными параметрами, которые получены на основе метода суперпозиции, принципов наложения и взаимности, а также численным методом при помощи разветвленных схем магнитных цепей с сосредоточенными параметрами, полученными на основе диакоптического и конволюционного принципов. Теоретические положения проверялись путем сопоставления результатов расчета с данными экспериментальных исследований.

Научная новизна

1. Получено аналитическое решение для распределения плотности вихревых токов в пределах участка токопроводящего покрытия гладкого массивного ротора, соответствующего одному зубцовому делению статора, и выражения для расчета значений эквивалентных параметров этого участка.

2. На основе аналитического решения задачи по теории поля определены законы распределения напряженностей электрического и магнитного полей в зубцовой зоне массивного ротора с дискретной стержневой короткозамкнутой обмоткой при произвольном соотношении между конструктивными параметрами ротора с учетом насыщения материала массива, толщинного эффекта и рассеяния магнитного потока в паз ротора. Определены эквивалентные параметры стержней короткозамкнутой обмотки массивного зубчатого ротора.

3. Разработана методика расчета магнитного поля асинхронных двигателей с дискретными и распределенными обмотками массивного ферромагнитного ротора, заключающаяся в решении ряда локальных полевых задач, в ходе которого эквивалентные параметры, полученные при решении предыдущей задачи, используются для нахождения параметров последующей.

4. На основе моделей массивнороторных асинхронных двигателей с дискретными и распределенными обмотками вторичной цепи, полученных при помощи теории цепей, разработаны единая методика и алгоритм расчета

двигателей на ЭВМ, позволяющие проводить сравнительное расчетно-теоретическое исследование влияния основных конструктивных размеров и параметров двигателя на энергетические показатели, механические и пусковые характеристики, а также электромагнитные нагрузки двигателей различного . конструктивного исполнения.

Практическая ценность работы

1. Разработан алгоритм программы поверочного расчета асинхронных двигателей с широкой гаммой конструкций массивного ротора. Программа может найти практическое применение в качестве составной части САПР асинхронных машин. Программа позволяет в диалоговом режиме ставить численные эксперименты, т.е. исследовать влияние конструктивных размеров и параметров на характеристики двигателей.

2. Созданы опытные образцы асинхронных двигателей с различными конструкциями массивного ротора, а также база для проведения экспериментальных исследований и определены их характеристики.

3. Выработаны рекомендации по проектированию асинхронных двигателей с различными конструкциями массивного ротора.

Апробация работы

Диссертационная работа обсуждалась и получила одобрение на заседании кафедры "Робсгготехнические системы" Воронежского государственного технического университета. Материалы работы рассматривались на республиканской электронной научной конференции "Современные проблемы информатизации" (Воронеж, 1996).

Публикации

По материалам диссертации всего опубликовано 8 работ, в том числе одна монография.

Реализация результатов работы

Результаты работы использованы при разработке асинхронных двигателей с массивным ротором следующего назначения: для привода ленточного конвейера, привода поршневого насоса, а также внедрены в учебный процесс ВГТУ. Внедрение результатов диссертации в учебный процесс подтверждено соответствующим актом.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 146 страниц основного текста, 24 рисунка, списка литературы из 122 наименований и 10 приложений. Общий объем работы составляет 188 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определена основная цель, сформулированы новизна и практическая ценность научных результатов, а также дано краткое содержание работы.

В первой главе дана классификация асинхронных двигателей с массивным ротором, проведен обзор теории и методов расчета машин с дискретными и распределенными вторичными обмотками и сформулированы основные задачи, поставленные в диссертационной работе.

В настоящее время получили распространение пять основных конструкций двигателей с цилиндрическим массивным ротором. Первой, которую можно считать базовой, является конструкция двигателя с трехфазной распределенной обмоткой статора и гладким массивным ферромагнитным ротором. Во второй конструкции на массивном роторе использовано токопроводяьцее покрытие. В третьей конструкции применён двухслойный ротор. В четвертой использован массивный зубчатый ротор. В пятой массивный зубчатый ротор содержит короткозамкнутую обмотку типа беличья клетка. В каждой из рассмотренных конструкций на статоре может быть использована тонкостенная гильза (экран) из неферромагнитного материала. В любой из первых трёх конструкций на роторе могут быть применены торцевые короткозамыкающие кольца. Вторичная цепь двигателя (эквивалентная короткозамкнутая обмотка) в первых четырех конструкциях является распределенной. В пятой на роторе использована дискретная короткозамкнутая обмотка. На рис. 1 отражена классификация двигателей с массивным ротором по структуре и конструктивным параметрам вторичной цепи.

Распределенная короткозамкнутая обмотка Дискретная

короткозамкнутая обмотка

Рис. 1. Классификация массивноро горных двигателей

В настоящее время при теоретических исследованиях массивнороторных двигателей особенности растекания вихревых токов ротора учитываются на основе ряда упрощающих допущений. В частности, пренебрегают взаимным влиянием соответствующих участков магнитной цепи при использовании токопроводящего покрытия (экрана) ротора (статора), а

также при зубчатом строении массива, в профрезерованных пазах которого может быть разметена короткозамкнутая обмотка типа беличья клетка. Для реальных интервалов изменения конструктивных и режимных параметров это снижает достоверность получаемых результатов.

Следует подчеркнуть, что объем экспериментальных исследований в данном направлении сравнительно мал, а теоретические исследования нуждаются в дальнейшем совершенствовании.

Первоочередной задачей теоретического исследования двигателей с массивным ротором является создание единой методики проектирования, позволяющей проводить количественных анализ характеристик машин с различным конструктивным исполнением ротора. Решение данной задачи возможно при условии создания конкурентоспособной методики расчета массивнороторных двигателей с распределенными и дискретными короткозамкнуты ми вторичными обмотками, обеспечивающей преемственность моделей, используемых для расчетов, в том числе полученных численными методами анализа магнитных систем, при поэтапном усложнение структуры каждой последующей модели на основе результатов решения предыдущей.

Таким образом, работа по уточнению математических моделей индукционных двигателей с массивным ротором и оптимизации алгоритмов их решения в настоящее время являются актуальными. Еще более весомое значение приобретает поиск общих подходов к анализу и разработке методик расчета различных конструктивных модификаций массивнороторных двигателей на основе единой теоретической базы.

Во второй главе аналитическим методом на основе теории поля получено решение для распределения плотности вихревых токов в пределах участка токопроводящего покрытия гладкого массивного ротора, соответствующего шагу дискретности модели в рабочем зазоре. Определены структура и параметры детализированной схемы магнитной цепи двигателя. В соответствии с разработанной методикой расчета магнитного поля получены системы уравнений, последовательное решение которых позволяет определить параметры массивнороторных двигателей с распределенными параметрами вторичной обмотки.

Моделирование стационарных режимов работы двигателей с гладким массивным ротором на основе разветвленной магнитной цепи с сосредоточенными параметрами проводилось с целью уточнения влияния толшинного и краевого эффектов, дискретности распределения первичных обмоток по пазам, а также основных конструктивных параметров на характеристики машины. Параметры схемы интегрально представляют свойства отдельных участков машины и определялись из решения задачи поля для каждого участка при упрошенных граничных условиях.

При анализе токораспределения в экране гладкого массивного ротора все электрические постоянные и геометрические размеры, входящие в расчет, являются известными величинами. Произвольно заданными постоянными

являются первичные токи и частота вращения ротора. Шаг дискретности модели выбран равным одному зубцовому делению.

С целью упрощения дальнейшего анализа кроме общепринятых вводятся следующие допущения: ферромагнитный сердечник статора гладкий, реальный немагнитный зазор 8 заменяется расчетным; гокопроводящее покрытие имеет чисто активную электрическую проводимость у^ магнитные проницаемости всех ферромагнитных сред (в том числе и магнитопровода ротора) принимаются бесконечно большими (полагаем, что вихревые токи протекают только в экране ротора, влиянием вихревых токов в стали, явлением гистерезиса и насыщением магнитной цепи пренебрегаем).

Напряженность магнитного поля Н,в некоторой точке (х, у) ¡-го участка вычисляется как

н, = н11 + н,„ (1)

где Н:)1 - напряженность, определяемая вихревыми токами элементарного участка экрана.

Переходя к конечным разностям по координате X для активной области элементарного участка окончательно получаем

84 д21 5/

—г + —г - к.а—-к'ог/ = С, , (2)

<Эх ду 'ах " у "' '

где к, =£0(1-8)Д/5';

=ИоУэУ/а;

к2 = ^0Д/8';

С,, = -(Н,.ы - Н,.,м)(4о(1 -5) а + ¡21,01%)/(4у2.

Окончательное выражение для плотности токов в соответствующих областях /-го участка экрана ротора

с.дсц^/му)- сцл')- в'бкл'))

где =

Аналогичные выражения получены для составляющей плотности токов по оси X, а также составляющих по осям Х,У в областях вылета экрана за пределы активной длины.

В рамках допущений, характерных для численного метода на основе теории цепей, понятие "зубцовый контур'', (соответствующий шагу дискретности модели в области расчетного зазора), распространяется на

участок поверхности гладкого ротора. При этом параметры участков поверхности должны быть свернуты и определены как постоянные величины.

Эквивалентные параметры экрана ротора определены в линейном приближении на основе решения двумерной полевой задачи для распределения .плотности вихревых токов в пределах участка экрана, соответствующего шагу дискретности модели (учитывается влияние потоков рассеяния участка, охватывающих лобовые части нитей тока контуров, расположенных в пределах расчетной длины стали статора, а также электрические потери от вихревых токов в тангенциальном направлении).

Параметры участков магнитопровода ротора, соответствующих дискретности модели, определены при помощи результатов решения одномерной задачи по теории поля, полученной Л.Р. Нейманом.

Расчетная схема магнитной цепи конструируется при помощи диакоптического и конволюционного принципов, когда параметры части ветвей схемы определяются на основе предварительного расчета магнитного поля в линейном приближении.

На первом этапе по методу контурных токов для линейной магнитной схемы составляются уравнения вида

(я,+хд,)(ф,-ф^о+с^+гд,+1)(о;-ф;+1)=

= ¡4, - + Кэ, - Гъ,ч, (4)

Параметры В,; рассчитываются при помощи полученных

ранее выражений по значениям н1( , определяемых на основании (1). Решение уравнений (4) при известных МДС Р] э, дает значения контурных потоков Ф, в расчетном зазоре машины.

На втором этапе для учета влияния насыщения участков материала магнитопровода ротора на магнитное поле по значениям контурных магнитных потоков Ф,, полученных в результате решения системы уравнений вида (4), на основании выражений, соответствующих основной кривой намагничивания стали ротора, определяются значения магнитной проницаемости на поверхности элементарных участков модели.

Уравнения, составленные для схемы магнитной цепи двигателя с учетом насыщения магнитопровода ротора по методу контурных токов, имеют следующий вид:

(я,. + +2л.,.,)(ф, -ф,ч,)+2с, ф, -

— / + Р, 3, ^ •),' + ! .

(5)

На третьем этапе для учета влияния насыщения стали статора на магнитное поле в расчетном зазоре в схему магнитной цепи вводятся нелинейные сопротивления пакета, а также сопротивления пазового рассеяния.

Нелинейные алгебраические уравнения, составленные по методу контурных потоков для насыщенной схемы магнитной цепи, можно записать в следующем виде:

(Я, + I* ,, ХФг/ - Фг,-. ) + + Яд-». Хфп - Фг», ) +

+ Яы(ф„ -Ф5,)+Нс, Фп =17э., -Рэ,+Ь (6)

-ф„)+

+ -Ф& -Р. т,- (7)

Задача нахождения корней системы нелинейных алгебраических уравнений (6), (7) является одной из частных задач метода исследований систем нелинейных уравнений (соответствует методу касательных Ньютона для решения систем линейных уравнений, который представляет собой разновидность метода последовательных приближений).

В третьей главе на основе аналитического решения задачи по теории поля получены распределения напряженностей электрического и магнитного полей в зубцовой зоне массивного ротора с дискретной стержневой короткозамкнутой обмоткой. Определены структура и параметры схемы магнитной цепи двигателя. Разработана методика расчета асинхронных двигателей с дискретными и распределенными обмотками массивного ротора, заключающаяся в последовательном решении локальных полевых задач, связанных предельными граничными условиями, позволяющих для разных конструкций массивного ротора методом последовательных приближений и методом Ньютона решать задачу магнитного расчета двигателя.

При анализе массивного зубчатого ротора (в том числе с короткозамкнутой обмоткой) все электрические постоянные и геометрические размеры, входящие в расчет, определяем как известные величины. Задача решается в общем виде, никаких соотношений между конструктивными параметрами ротора не устанавливается. Произвольно заданными параметрами являются частота перемагничивания материала ротора /2 и абсолютное значение магнитной проницаемости на его поверхности ц,..

Кроме общепринятых дополнительно вводятся следующие допущения: магнитная проницаемость на поверхности стенок паза ц,. на зубцовом делении ротора 1/2 постоянна; напряженность магнитного поля в каждой точке паза имеет направление, нормальное к стенке паза, и зависит только от координаты у; толщинный эффект является резко выраженным, то есть глубина проникновения много меньше высоты паза ротора Ьш; часть переменного магнитного потока, замыкающегося через поверхностный слой магнитопроводз ротора, ответвляется в паз.

На рис. 2 показана модель распределения поля в зубцовой зоне ротора.

/

Ъ/г

/

/

т А ЬНг

о гмо

Ф(у=0)

X

а О

-к

ьнг+

йу

Ф(у=Ь)

Ф(У=Ь)

(8)

Рис. 2. Распределение электромагнитного поля в зубцовой зоне ротора Для напряженностей Ех и Н2 окончательно получаем

где к =цс.^1;пЬ/р,

р2 = • ь / ь + ]ю27^о-2(|)„ — / Ь.

2(.) = ал/тс7 ^ А = 1811 + ^,85.

Цп1-

На основании (8), (9), а также соотношения между напряженностью магнитного поля и действующим значением тока стержня, для сопротивления стержня с учетом сопротивления стенок паза при произвольном соотношении 1]2 и Ь окончательно получаем

где а=р h:,;

A'„ = 1 - & / {сКа^к ■ сИ(а) + л'/г(а))).

(9)

Магнитное сопротивление стержня короткозамкнутоп обмотки массивного ротора и поверхностного слоя массива ротора, соответствующего стенкам паза, в котором размещен данный стержень, вводится одним параметром. Выражение для расчетного магнитного сопротивления определяется на основе (10) с учетом соотношения между электрическим и магнитным сопротивлением. Окончательно для магнитного сопротивления стержня и стенок паза получаем

7 _Ьр__

_ HoL-cth(a)- К„ ' }

Для эквивалентной МДС участка поверхности ротора шириной b окончательно определяется следующим выражением

Fc, = H,-h2-K0. ,12)

К - ■

где: ~ 7 7}

Kh b2 ■ p / (ctn(a) • K„ • h).

Для расчета магнитного поля двигателя соответствующие участки магнитной цепи заменяем эквивалентными магнитными сопротивлениями, а первичные (вторичные) МДС определяем как полный ток на рассматриваемом участке. Огдельные части модели двигателя с зубчатым ротором па соответствующих этапах расчета заимствуются из базовой, в качестве которой принимаем модель двигателя с гладким экранированным массивным ротором.

На первом этапе расчета в линейном приближении определяются параметры экрана статора (частота вихревых токов в нем равна /))■ Расчеты проводятся при помощи выражений вида (1)-(4). Параметры жрана определены предварительно (т.к. влияние токов стержневой обмотки ротора на результирующее иоле не учитывалось). Если экран на статоре отсутствует', то первый этап расчета не выполняется.

На втором этапе расчета в схему магнитной цепи двигателя вводятся

параметры ротора. Следует подчеркнуть, что значения МДС Fc> вычисляются с учетом влияния составляющей напряженности магнитного ноля на соответствующих участках экрана.

По методу контурных потоков для схемы магнитной цепи двигателя с зубчатым ротором составляются уравнения вида

(R6.+z у, ){Ф, -Ф,_,)+(КЛ. + zA,+,Xo, 4 ХХ,)Ф, ---

= Fi»/ + '\>/ + 'ъ — I%/+) ~ Fbi+i • i 13)

Решение уравнений (13) при известных МДС F,.,, дает значения контурных потоков Ф, в расчетном зазоре двигателя.

Значения магнитных проницаемостей на поверхности массива первоначально принимаются максимальными (но основной кривой

намагничивания материала). В системе уравнений вида (13) параметры, относящиеся к экрану., опускаются. Последовательное решение уравнений вида (13) позволяет корректировать на каждом шаге значения магнитных проницаемостей на поверхности элементарных участков массива. Значения контурных магнитных потоков определяются с учетом насыщения стали массива методом последовательных приближений. В качестве критерия сходимости используется следующее условие: разность между последующим и предыдущим результирующим усредненным значением индукции в зазоре не должна превышать уст ановленной ДВСР, определяющей точность расчета.

При наличии экрана относящиеся к нему параметры схемы корректируются (с целью учета влияния стержневой обмотки и насыщения стали массивного зубчатого ротора).

Для конструкции массивного зубчатого ротора с торцевыми короткозамыкающими кольцами без стержневой обмотки выражения (8)-(12) остаются справедливыми, если параметр у равен нулю. Для схемы магнитной цепи этого двигателя по методу контурных токов составляются уравнения вида

(я,. +гл,ХФ/ -ф/-.)+(и.. + 2д./+,Хф, -ф,ч,)+22сэ, -ф, =

— 1'г)! + 1*э< ~ Г*СЭ|+1 — р1СЭ/+1 • (14)

Последовательность расчета для двигателя с массивным зубчатым ротором с торцевыми короткозамыкающими кольцами без стержневой обмотки сохраняется той же, что и для предыдущей конструкции.

В ходе расчета сильно насыщенных магнитных систем (с учетом влияния насыщения пакета статора на магнитное поле в расчетном зазоре), в рассмотренные выше схемы магнитных цепей (с учетом насыщения стали ротора) вво.адтся нелинейрые сопротивления участков ярма и зубцов пакета статора, а также сопротивления пазового рассеяния.

Первоначально значения магнитных сопротивлений соответствующих участков пакета статора рассчитываются при помощи контурных потоков, определенных ранее (т.е. пренебрегается насыщением индуктора). При этом используется основная кривая намагничивания стали, во все выражения подставляются статические параметры.

Уравнения, составленные на основании метода контурных потоков для схемы с учетом насыщения статора, имеют следующий вид

(я5. + яд,)(ф„ - фт,-0+(я5, + ял,+1)(фг, - Фг,ч.)+

♦И,.....• ф„ + К1ст,(Фг, - Фи) = к,, + Ъ, - К,,,,, (15)

(Фм - ^ •. ! + (Ф, - Фг.) + (Фя - Фы+.) +

+Кыф„ = рь,-р1,.ч1- О6)

В результате решения системы уравнений вида (!5), (16) (т.е. с учетом влияния насыщения пакета статора) в соответствии с методикой, изложенной в главе 2. определяются контурные магнитные потоки ФП.,Ф5 .

В соответствии с разработанной методикой расчета магнитного поля двигателя с массивным зубчатым ротором параметры соответствующих участков магнитной цепи и значения контурных токов в расчетном зазоре определяются в ходе решения систем уравнений, полученных для ряда расчетных моделей, объединенных в соответствии со структурой, построенной по иерархическому принципу в форме разветвляющегося древа моделей в направлении от модели двигателя с гладким ротором, являющейся наиболее общей, к более сложным, отдельные части которых заимствованы из базовой. Данный подход в максимальной степени удовлетворяет законам программирования и обеспечивает преемственность расчетов индукционных двигателей с дискретными и распределенными обмотками массивного ротора.

В четвертой главе приведены модели асинхронных двигателей с дискретными и распределенными обмотками массивного ротора, полученные на основе классических схем электрических цепей. Изложена методика расчета массивнороторных двигателей, полученная на основе аналитического и численного методов. Представлен алгоритм программы поверочного расчета машин данного вида. Приведены выражения для расчета основных параметров массивнороторных двигателей в стационарных режимах работы.

Решение задачи моделирования индукционного двигателя с массивным ротором с использованием ЦВМ методом поверочного расчета предполагает наличие на первом шаге поиска максимально простой математической модели машины, позволяющей исключить из рассмотрения нежизнеспособные варианты. Использование модели на основе классической схемы электрических цепей с сосредоточенными параметрами удовлетворяет данному требованию и позволяет существенно снизить затраты времени на стадии проектирования.

Схемы электрических цепей для гладкого и зубчатого роторов приведены на рис. 3,4.

К. X,

и,

.12

-5>

ь

I

Та

тм т т

Ъ X,

-(-ГГУ

и,

.к

I»

ш

Рис. 3. Схема идеализированного двигателя с гладким массивным ротором

Рис. 4. Схема идеализированного двигателя с зубчатым массивным ротором

Параметры Яь Хь определяются на основе общей теории

электрических машин. Интерес представляет вывод выражений для

составляющих сопротивления вторичной цепи экранированного двигателя с массивным ротором для различных вариантов его конструктивной реализации.

Вопрос учета насыщения магнитопровода массивного ротора является весьма существенным для двигателей данного вида, поскольку значения ряда параметров электрических схем ('/'<¿1, Z,c2з) определены в функции магнитной проницаемости материала магнитопровода на поверхности массива (цСе). Значение цСс может быть определено по тангенциальной составляющей индукции на поверхности магнитопровода. С целью уточнения влияния основных конструктивных параметров на значение (1Се оценивалось влияние пространственного распределения переменного магнитного потока в роторе вдоль т на насыщение стати ротора по тангенциальной составляющей индукции магнитного поля в рабочем зазоре.

На основе полученных результатов выполняется расчет стационарных характеристик двигателей с различными вариантами конструктивного исполнения массивного ротора. Наибольший практический интерес представляют выражения для определения параметров вторичной цепи и значения магнитной проницаемости на поверхности массивного ротора с учетом пространственного распределения магнитного потока в зазоре вдоль т.

Программа расчета характеристик двигателей с массивным ротором в стационарных режимах работы численным методом на основе детализированных линейных схем магнитной цепи с сосредоточенными параметрами предназначена для определения потоков в элементах магнитной цени, вторичных токов, моментов, напряжений, мощностей, коэффициента мощности и КПД путем решений систем алгебраических уравнений с комплексными коэффициентами. Расчеты проводятся для случая питания первичных обмоток от источников синусоидального тока. Ток источника рассчитывается по фактору нагрева и линейной нагрузке, введенных в исходные данные. При необходимости после завершения расчета характеристик двигателя осуществляется линейный пересчет токов, мощностей и моментов на заданное напряжение. Эта программа содержит ряд модулей, которые можно разделить на подпрограммы моделирования электромагнитных процессов и подпрограммы ввода-вывода.

Программные средства ориентированы на конкретные модификации двигателей или режимы их работы и имеют модульную структуру.

Пятая глава содержит результаты экспериментальных исследований и их сопоставление с выполненными расчетами. Даются рекомендации по проектированию и применению массивнороторных двигателей с разными конструкциями вторичной цепи.

Испытания симметричных двигателей проводились на опытных образцах с тремя конструктивными исполнениями массивных роторов: гладкий массивный ротор (М1), гладкий массивный ротор с токопроводящим

покрытием (М2) и зубчатый массивный ротор с торцевыми короткозамыкающнми кольцами (МЗ, М4).

В качестве базы использован статор серийного двигателя 4Л100Ь4 со следующими основными параметрами: Рл, = 4 кВт; и,„ = 220 В; 1ш = 8,5 А; А = 2,54 • 10' А/м; Л = 6,3• 10й А/м2; х]п = 0,84, <%«срн = 0,84; р = 2; я = 3; г, =36; х = 8,2 • 10 2 м; Ь = 0,13 м; Оа, = 0,168м; О,, = 0,105м : шп = 2,0; ш„=1.6; П1К = 2,2; 8И=0,04; Бк = 0,32; /п = 6,0; }„ = 0,011 кг-м2; У = 12°С/с; 1П0 = 0,04 С; И0 = 6500; класс нагревоетойкости системы изоляции: В (до 130 °С).

Роторы М1 -г М4 изготовлены из СТ-3, толщина токопроиодящего покрытия ротора М2 составляет 810° м, материал оболочки - медь, число зубцов роторов в МЗ, М4: Z2 = 28, высота зубца: Ь2= 12-10"3 м в МЗ и 112=18-10"3 м в М4, ширина паза Ьп=5-10"3 м, материал торцевых короткозамыкающих колец ротора МЗ, М4: медь, площадь аксиального сечения сегмента короткозамыкающего кольца 4 МО"3 м2 э МЗ и 8К==17-10 ° м2 в М4. Величина 5к=3-10^ м для М1 -г М4 сохранена постоянной.

Механические характеристики М1 -г М4, полученные экспериментально, показаны на рис. 5 вместе с соответствующими характеристиками, полученными расчетным путем разными методами, а также характеристикой базового серийного двигателя, взятой из каталога.

Стационарные характеристики опытных образцов исследованы в следующих интервалах изменения скольжений: 0,04 .-0,32 (М1); 0,02^0,3 (М2); 0,01+0,1 (МЗ); 0,01+0,07 (М4).

Дальнейшее изменение скольжения ротора дня М1 -г М4 приводит к существенному изменению теплового режима, поэтому экспериментальные характеристики в области высоких скольжений были получены пугем изменения тока якоря нагрузочной машины при кратковременном подключении первичной обмотки испытуемого двигателя на установившейся скорости вращения вала, т.е. для "холодного" опытного образца. На рис.5 в области высоких скольжений показаны наиболее важные (экстремальные) точки, полученные экспериментально.

Методики расчета, разработанные на основе аналитического метода с использованием классических схем электрических цепей, а также численным методом на основе теории цепей, позволяют обеспечить достаточную для инженерных расчетов точность. Это подтверждено экспериментальными исследованиями широкой гаммы двигателей с массивным ротором.

В приложениях приведены тексты наиболее значимых подпрограмм расчета массивнороторных двигателей и представлены документы, подтверждающие результаты внедрения диссертационной работы.

М;

50

40 30 20 10

М2,

Н-м V_L 's v,

Л

/ s Ь"

Т U — /1 _____ — — —

v.L

JL. S

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Им А

V • * .—

/

/ Vl_ 0 .Г- \ 3

/-

у -М

/ S

а) гладкий массивным ротор

1 - базовым двигатель,

2 - экспериментальный двигатель;

3 - расчет на основе схемы ¡^электрических цепей;

4 - расчет численным методом на основе теории цепей

o.e.

б) гладкий массивный ротор с токопроводятцим покрытием, Аэ2=80 мкм

М„

o.e.

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Mi,

90 7.5 60 45 30 15

Нм

JM

V. - —.

V \ JL

_L

'л

-2.4 S

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

в) зубчатый массивный ротор с торцевыми короткозамы-кающнми кольцами, ]у= 12 мм

м„

o.e.

г) зубчатый массивный ротор с торцевыми короткозамы-кающимн кольцами, h/=18 мм

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Рие. 5. Механические характеристики массиштороторных двигателей

16.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обобщая результаты проведенных исследований, можно сформулировать следующие основные выводы:

I.Расчетные модели асинхронных двигателей с дискретным» и распределенными обмотками массивного ротора, полученные на основе классических схем электрических цепей, позволяют на начальном этапе проектирования машины минимизировать затраты времени, связанные с выполнением расчетных работ при рассмотрении ряда вариантов решения задачи.

2. Аналитическое решение для распределения плотности вихревых токов в участке токопроводящего покрытия гладкого массивного ротора, соответствующего шагу дискретности модели (зуб>цовому делению статора), позволяет определить параметры этих участков с учетом поперечного краевого эффекга, а также влияния потоков рассеяния, охватывающих "лобовые" части нитей тока в пределах активной длины.

3. Аналитические решения для законов распределения электрического и магнитного потенциалов в поверхностном слое массивного зубчатого ротора со стержневой короткозамкнутой обмоткой позволяют определить параметры ротора с учетом толщинного эффекта и рассеяния в паз, при этой параметры стержней определены с учетом влияния поверхностного слоя массива, в котором они размещены. Последнее позволяет установить соотношение между параметрами зубцовой зоны ротора и рабочего зазора в функции импеданса стержня или в функции энергетического фактора двигателя (то есть найти рациональное соотношение между ними).

4. Разработанная методика расчета магнитного поля асинхронных двигателей с дискретными и распределенными обмотками массинного ротора численным методом на основе теории цепей, состоящая в последовательном решении ряда локальных полевых задач с использованием решения предыдущей задачи для нахождения исходных параметров последующей, позволяет обеспечить рациональное соотношение между объемом вычислительных работ и точностью конечных результатов

5. Методика поверочного расчета массивнорогарных асинхронных двигателей, полученная на основе аналитического и численного методов, а также алгоритм программы, обеспечивающей выполнение поверочного расчета и внесение изменений в набор исходных данных в диалоговом режиме работы, позволяют решать задачи вариантного проектирования электрической машины. Программа, составленная на алгоритмическом языке СИ для 1ВМ-совместимых ЦВМ, позволяет исследовать влияние исходных параметров на выходные характеристики и может найти широкое применение в качестве составной части САПР асинхронных двигателей.

6. Выработанные рекомендации по проектированию асинхронных двигателей с распределенными и дискретными обмотками массивною рогора

позволяют повысить :>ффе1Л'ивность определения вариантов основных размеров и параметров двигателя, обеспечивающих требования технического задания.

7. Экспериментальная проверка основных теоретических положений подт верждает достоверность полученных результатов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Анализ зависимостей электрического сопротивления стержня беличьей клетки массивного ротора от параметров двигателя /А.Н. Анненков, Ю.С. Слепокуров, О Д. Вуйлин и др. // Электромеханические устройства и системы: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 1997 - С. 27-34.

2. Анненков А.Н., Буйлин О.Д., Слепокуров Ю.С. Сверхвысокоскоростные асинхронные двигатели приводов промышленных центрифуг // Автоматизация и роботизация производственных процессов: Межвуз. сб. науч. тр. -Воронеж: ВГТУ, 19%.- С. 56-69.

3. Анненков А.П., Буйлин О.Д., Шиянов А.И. Двигатель переменного тока повышенного быстродействия для силовых приводов с переменной нагрузкой // Электромеханические устройства и системы: Межвуз сб. науч. тр. -Воронеж: ВГТУ, 1996,- С. 73-76.

4. Анненков А.Н., Буйлин О.Д., Шиянов А.И. К учету распределения плотности токов в тотопроводящей оболочке ротора индукционной машины // Проблемы информатизации и управления: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 1996.-С. 121-128.

5. Индукционные двигатели с массивным ротором / А Н. Анненков, А.И Шиянов, Ю.С. Слепокуров, О.Д. Буйлин - Воронеж: Изд.-но ВГТУ, 1998,234 с.

6. К учету поперечного краевого эффекта в массивном зубчатом роторе индукционной машины / А.Н. Анненков, О.Д. Буйлин, А.И. Шиянов, В.В. Орлов // Ежеквартальный нучн. - практ. вестник "Энергия". № 2-3 (20-21).,-Воронеж: Изд-во НШС (О) "Энергия", 1995. - С. 68-73.

7. Методика аналитического исследования асинхронного двигателя с массивным ротором / А. Н. Анненков, А.И. Шиянов, Ю. С. Слепокуров, О.Д. Буйлин // Современные проблемы информатизации: Сб. тез. докл. республиканской науч. конф,- Воронеж.: МУКТ, ВГТУ,1996 - С.90-91.

8. Расчет параметров короткозамкнутой клетки массивного ротора / А.Н Анненков, О.Д. Буйлин, Ю.С. Слепокуров и др. //Электромеханические устройства и системы: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: ВГ^РУ,/С|597. С.13-18.

JTP № 020419 от 12.02.92. Подписач^^ЖГш^Я,.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 85 экз. Заказ № 3<'>//

Издательство Воронежского государственного технического университета 394026 Воронеж, Московский просп., 14

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

БУЙЛИН ОЛЕГ ДМИТРИЕВИЧ

"АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ И ДИСКРЕТНЫМИ ОБМОТКАМИ МАССИВНОГО РОТОРА"

Специальность 05.09.01 Электромеханика

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор

А. И. Шиянов

Научный консультант -кандидат технических наук, доцент

Анненков А.Н.

Воронеж 1998

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................4

1. Аналитический обзор, объекты и задачи исследования............................12

1.1. Общая характеристика, классификация и задачи теоретического исследования двигателей с массивным ротором........................................12

1.2. Методы исследования: история развития и современное состояние..........20

1.3. Выводы и постановка задачи...........................................................30

2. Моделирование стационарных режимов работы двигателей

с распределенными обмотками массивного ротора.....................................34

2.1. Система допущений и метод анализа.................................................34

2.2. Распределение плотности тока в экране ротора...................................37

2.3. Параметры участков магнитной цепи двигателя...................................47

2.4. Методика расчета магнитной цепи...................................................56

2.5. Выводы.....................................................................................67

3. Электромагнитные процессы в двигателях с дискретными

обмотками массивного ротора.............................................................68

3.1. Распределение электромагнитного поля в зубцовой зоне ротора..............68

3.2. Параметры ротора в схеме магнитной цепи.......................................75

3.3. Методика расчета магнитного поля..................................................78

3.4. Выводы.....................................................................................86

4. Методика расчета двигателей с дискретными и распределенными обмотками массивного ротора..............................................................87

4.1. Основные допущения и теоретические основы инженерной методики проектирования................................................................................87

4.2. Модели на основе схем электрических цепей с сосредоточенными параметрами....................................................................................93

4.3. Методика и программы поверочного расчета....................................111

4.4. Выводы....................................................................................121

5. Экспериментальные исследования и рекомендации по

проектированию.............................................................................123

5.1. Характеристики опытных образцов двигателей с массивным ротором в стационарных режимах работы...........................................................123

5.2. Ввыводы и рекомендации по проектированию...................................135

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................144

ЛИТЕРАТУРА.................................................................................147

ПРИЛОЖЕНИЕ 1...........................................................................159

ПРИЛОЖЕНИЕ 2............................................................................165

ПРИЛОЖЕНИЕ 3............................................................................168

ПРИЛОЖЕНИЕ 4............................................................................171

ПРИЛОЖЕНИЕ 5............................................................................174

ПРИЛОЖЕНИЕ 6............................................................................177

ПРИЛОЖЕНИЕ 7............................................................................179

ПРИЛОЖЕНИЕ 8............................................................................183

ПРИЛОЖЕНИЕ 9............................................................................187 '

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Большое число приводов с повышенным энергопотреблением (как регулируемых, так и нерегулируемых) характеризуется или широким интервалом изменения скорости нагрузки, или наличием интенсивных старт-стопных режимов. Современный электропривод отличается большим разнообразием используемых решений, при этом окончательный выбор в значительной степени определяется характеристиками электрической машины.

В отношении индукционных двигателей с массивным ротором известно, что по сравнению с асинхронными двигателями единых серий основного исполнения они имеют более высокое сопротивление вторичной цепи и, как следствие, худший энергетический фактор на малых скольжениях (в области номинального режима). На высоких скольжениях (8 > 0,146) энергетические показатели двигателей с массивным ротором при различном характере изменения момента нагрузки превосходят показатели двигателей единых серий /42/ (в том числе основного исполнения).

Главным преимуществом массивнороторных двигателей по сравнению с двигателями единых серий равного габарита (в том числе с повышенным пусковым моментом) является более высокая (в среднем в полтора раза) кратность пускового момента при меньшей (также примерно в полтора раза) кратности пусковых токов. Механическая характеристика этих двигателей в результате резко выраженного поверхностного эффекта во вторичном массиве приближается к экскаваторной.

Дополнительным преимуществом массивнороторных двигателей является высокая механическая прочность, виброустойчивость и термическая стойкость ротора, что немаловажно в высокоскоростных безредукторных приводах.

В установках с частыми пусками, реверсами и торможениями применение двигателей с массивным ротором позволяет повысить КПД и надежность работы привода в целом, улучшить условия работы пусковой аппаратуры, уменьшить влияние пусковых токов на сеть.

В приводах с массивнороторными двигателями улучшаются условия пуска от сети с ограниченной мощностью (имеются в виду длинные линии с повышенным падением напряжения, а также автономные энергетические установки, в которых мощность двигателя соизмерима с мощностью генератора). Уменьшение нагрева обмотки статора в динамическом режиме позволяет при полном использовании двигателя по нагреву повысить его удельные энергетические показатели.

Таким образом, применение асинхронных двигателей с массивным ротором наиболее эффективно в нерегулируемых приводах механизмов с тяжелыми условиями пуска или с пульсирующей нагрузкой (компрессоры, прессы, поршневые насосы, транспортеры и т. п.), а также механизмов, работающих в повторно-кратковременном и перемежающемся режимах.

В частотно-регулируемых приводах выбор двигателя с массивным ротором является обоснованным в том случае, если режим работы привода характеризуется частыми реверсами или торможениями, а также в частотных приводах повышенной надежности, в которых диапазон регулирования скорости близок к предельному, а в системе возможны кратковременные "пиковые" нагрузки.

Простейшим способом регулирования скорости вращения двигателя переменного тока является изменение амплитуды подведенного напряжения. Подобные электроприводы рационально использовать для микродвигателей или для двигателей большей мощности, предназначенных для интенсивных повторно-кратковременных режимов работы. В таких приводах применение массивного ротора позволяет повысить энергетические показатели и расширить диапазон регулирования скорости.

Двигатели с массивным ротором (в том числе с зубчатым массивным ротором с торцевыми короткозамыкающими кольцами) могут быть сравнительно просто получены на базе уже имеющихся в оборудовании статоров асинхронных двигателей единых серий в результате замены шихтованного короткозамк-нутого ротора на массивный. Такая модернизация электрической машины для приводов с напряженными динамическими режимами при одновременном по-

вышении надежности ее работы без значительного увеличения стоимости всей системы позволяет сравнительно просто обеспечить экономический эффект.

Массивнороторные двигатели успешно использовались в приводах моноблочных насосов /87/, запорной арматуры атомных электростанций /30/, вентиляционных систем /102/, для гребных приводов судов /23, 37, 49/ и в промышленных установках с частыми пусками /10, 61/.

Повышение энергетических показателей массивнороторных двигателей в номинальном режиме работы возможно за счет применения целого ряда конструктивных модификаций ротора при условии обеспечения рациональных соотношений между их параметрами.

Все изложенное определяет значительный практический и научный интерес к индукционным двигателям с массивным ротором и актуальность исследований, связанных с разработкой таких машин с улучшенными энергетическими показателями в номинальном режиме работы при разных вариантах конструктивной реализации вторичной цепи.

На кафедре "Робототехнические системы" Воронежского государственного технического университета с участием автора исследованы асинхронные двигатели с гладкими массивными роторами: ферромагнитным и ферромагнитным с токопроводящим покрытием, а также с зубчатыми массивными роторами с торцевыми короткозамыкающими кольцами.

Единый подход в рассмотрении массивнороторных асинхронных двигателей с распределенными и дискретными параметрами вторичной цепи потребовал создания единой методики проектирования, отсутствие которой сдерживает более широкое внедрение этих машин в практику.

Цель работы.

Целью диссертации является разработка методик расчета электромагнитных параметров и создание единой методики расчета асинхронных двигателей с дискретными и распределенными обмотками массивного ротора с улучшенными энергетическими показателями.

Методика проведения исследований.

Исследования электромагнитных процессов в асинхронных двигателях с массивным ротором выполнены на базе теории цепей с сосредоточенными параметрами, которые получены на основе метода суперпозиции, принципов наложения и взаимности, а также численным методом при помощи разветвленных схем магнитных цепей с сосредоточенными параметрами, полученными на основе диакоптического и конволюционного принципов. Поверочные расчеты двигателей проведены с использованием цифровой вычислительной техники при помощи алгоритмического языка СИ. Теоретические положения проверялись путем сопоставления результатов расчета с данными экспериментальных исследований.

Научная новизна.

1. Получено аналитическое решение для распределения плотности вихревых токов в пределах участка токопроводящего покрытия гладкого массивного ротора, соответствующего одному зубцовому делению статора и выражения для расчета значений эквивалентных параметров этого участка.

2. На основе аналитического решения задачи по теории поля определены законы распределения напряженностей электрического и магнитного полей в зубцовой зоне массивного ротора с дискретной стержневой короткозамкнутой обмоткой при произвольном соотношении между конструктивными параметрами ротора с учетом насыщения материала массива, толщинного эффекта и рассеяния магнитного потока в паз ротора. Определены эквивалентные параметры стержней короткозамкнутой обмотки массивного зубчатого ротора.

3. Разработана методика расчета магнитного поля асинхронных двигателей с дискретными и распределенными обмотками массивного ферромагнитного ротора, заключающаяся в решении ряда локальных полевых задач, в ходе которого эквивалентные параметры, полученные при решении предыдущей задачи, используются для нахождения параметров последующей.

4. На основе моделей массивнороторных асинхронных двигателей с дискретными и распределенными обмотками вторичной цепи, полученных при по-

мощи теории цепей, разработаны единая методика и алгоритм расчета двигателей на ЦВМ, позволяющие проводить сравнительное расчетно-теоретическое исследование влияния основных конструктивных размеров и параметров двигателя на энергетические показатели, механические и пусковые характеристики, а также электромагнитные и тепловые нагрузки двигателей различного конструктивного исполнения.

Основные положения, представляемые к защите.

1. Результаты решения уравнений поля для участка токопроводящего покрытия гладкого массивного ротора, соответствующего зубцовому делению статора, а также выражения для расчета параметров схемы магнитной цепи, относящихся к ротору.

2. Результаты решения уравнений поля для поверхностного слоя участка массивного зубчатого ротора, в котором размещен стержень беличьей клетки, позволяющие при произвольном соотношении между конструктивными размерами зубцовой зоны ротора учитывать влияние насыщения материала массива, толщинный эффект и рассеяние магнитного потока в паз, а также выражения для расчета параметров стержня, стенок и дна паза с учетом влияния названных факторов

3. Модели и методика расчета магнитного поля асинхронных двигателей с различной конструкцией массивного ротора численным методом на основе теории цепей.

4. Модели асинхронных двигателей с массивным ротором, полученные на основе классических схем электрических цепей и выражения для расчета их параметров.

5. Методика и алгоритм программы поверочного расчета на ЦВМ асинхронных двигателей с дискретными и распределенными обмотками вторичной цепи с ферромагнитным массивом.

6. Результаты экспериментальных и расчетно-теоретических исследований асинхронных двигателей с разными вариантами конструкций массивного ротора.

7. Рекомендации по проектированию асинхронных двигателей с массивным ротором, направленные на повышение эффективности определения варианта конструктивных размеров и параметров двигателя, обеспечивающего требования технического задания.

Практическая ценность работы.

1. Разработан алгоритм программы поверочного расчета асинхронных двигателей с широкой гаммой конструкций массивного ротора. Программа составлена на алгоритмическом языке СИ и может найти практическое применение в качестве составной части САПР асинхронных машин. Программа позволяет в диалоговом режиме ставить численные эксперименты, т.е. исследовать влияние конструктивных размеров и параметров на характеристики двигателей.

2. Изготовлены асинхронные двигатели с различными конструкциями массивного ротора, создана база для проведения экспериментальных исследований, определены характеристики двигателей в стационарных режимах работы.

3. Выработаны рекомендации по проектированию асинхронных двигателей с массивным ротором.

Апробация работы.

Диссертационная работа обсуждалась и получила одобрение на заседании кафедры "Робототехнические системы" Воронежского государственного технического университета.

Материалы работы рассматривались на республиканской электронной научной конференции "Современные проблемы информатизации" (г. Воронеж, 1996 г.).

Публикации.

По материалам диссертации всего опубликовано 8 работ, в том числе одна монография.

Реализация результатов работы.

Результаты работы использованы при разработке асинхронных двигателей с массивным ротором следующего назначения: для привода поршневого

насоса, для привода ленточного конвейера, а также внедрены в учебный процесс ВГТУ. Внедрение результатов диссертации в учебный процесс подтверждено соответствующим актом (приложение 9).

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 146 страниц основного машинописного текста, 24 рисунка, список литературы из 122 наименований и 9 приложений. Общий объем работы составляет 187 страниц.

Во введении обоснована актуальность тематики, определена основная цель диссертации, сформулированы новизна, основные положения, представляемые к защите и практическая ценность научных результатов.

В первой главе дана классификация асинхронных двигателей с массивным ротором, проведен обзор теории и методов расчета машин с дискретными и распределенными вторичными обмотками и сформулированы основные задачи, поставленные в диссертационной работе.

Во второй главе аналитическим методом на основе теории поля получено решение для распределения плотности вихревых токов в пределах участка то-копроводящего покрытия гладкого массивного ротора, соответствующего шагу дискретности модели в рабочем зазоре. Определены структура и параметры детализированной схемы магнитной цепи двигателя. В соответствии с разработанной методикой расчета магнитного поля получены системы уравнений, последовательное решение которых позволяет определить параметры массивно-роторных двигателей с распределенными параметрами вторичной обмотки.

В третьей главе на основе аналитического решения задачи по теории поля получены распределения напряженностей электрического и магнитного полей в зубцовой зоне массивного ротора с дискретной стержневой короткозамкнутой обмоткой. Определены структура и параметры схемы магнитной цепи двигателя. Разработана методика расчета асинхронных двигателей с дискретными и распределенными обмотками массивного ротора, заключающаяся в последовательном решении локальных полевых задач, связанных предельными гранич-

и

ными условиями, позволяющих для разных конструкций массивного ротора методом последовательных приближений и методом Ньютона реш�