автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Магнитоэлектрические генераторы в режимах переменных скоростей и нагрузок

На правах рукописи

ТЕРЕГУЛОВ Тагир Рафаэлевич

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ В РЕЖИМАХ ПЕРЕМЕННЫХ СКОРОСТЕЙ И НАГРУЗОК

Специальность 05 09 01 —Электромеханика и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2004

Работа выполнена на кафедре «Электромеханика» Уфимского государственного авиационного технического университета.

Научный руководитель - д.т.н., профессор

Ирек Ханифович Хайруллин

Официальные оппоненты - д.т.н., профессор, зав. каф. ЭЛА и НТ

Гизатуллин Фарит Абдулганеевич

к. т. н . главный специалист ФГУП «Вихрь» Болотовский Юрий Израилевич

Ведущее предприятие - ФГУП «УАПО»

Защита состоится "_"_2004 года в_часов на заседании

диссертационного совета К212.288.01 Уфимского государственного авиационного технического университета по адресу: 450000, г.Уфа, ул. К.Маркса, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета.

Автореферат разослан "_"_2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.ф-м.н., доцент

Р.А. Гараев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Практически на всех транспортных средствах используются автономные источники питания. Основные требования к таким источникам — малый вес и низкое энергопотребление. Этим требованиям в основном удовлетворяют электрические генераторы с возбуждением от постоянных магнитов

Для электрических генераторов с постоянными магнитами характерным является многообразие и специфичность конструкций, многообразие характеристик, что объясняется специальными условиями применения. Их широкое распространение обусловлено относительной простотой конструкции, низкой себестоимостью, достаточно высокой надежностью и малым потреблением энергии на управление.

Применяется большое количество генераторов, отличающихся друг от друга не только конструкцией и типом магнитных систем, но и принципом действия и в связи с широким использованием высококоэрцитивных магнитов на базе редкоземельных элементов, изменились методы расчета, при этом широко применяется вычислительная техника. Но электромагнитные процессы в магнитопроводах якоря магнитоэлектрических преобразователей с различной толщиной пластин мало исследованы, не исследовано их влияние на выходные характеристики синхронных генераторов с постоянными магнитами. Поэтому исследование вихревых токов в магнитопроводах якоря с различной толщиной пластин и определение выходных характеристик синхронного генератора с постоянными магнитами (СГПМ) 1

является весьма актуальной задачей. |

*

Целью диссертационной работы является разработка новых технических решений для снижения скорости начала искрообразования систем зажигания, питающихся от магнитоэлектрических генераторов, работающих в широком диапазоне скоростей, а также исследование влияния геометрии, электрических и магнитных свойств материала сердечника на их выходные

характеристики с учетом вихревых токов и разработка инженерной методики их расчета.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать новые технические решения для снижения скорости начала искрообразования систем зажигания, питающихся от магнитоэлектрических кнераторов, работающих в широком диапазоне скоростей и их математические модели с учетом влияния геометрии и свойств магнитопро-вода якоря.

2. Исследовать влияние геометрии, электрических и магнитных свойств материала магнитопровода якоря на выходные характеристики синхронного генератора с постоянными магнитами (СГПМ) с учетом вихревых токов.

3. Изготовить опытные образцы, провести экспериментальные исследования генераторов с постоянными магнитами.

4. Разработать инженерную методику расчета СГПМ.

Методы исследований. Для решения поставленных задач и достижения намеченной цели использованы аналитические методы исследования магнитного поля, методы теории дифференциального и интегрального исчисления, моделирование на ПЭВМ с использованием математического пакета MathCAD, обработка экспериментальных данных - пакета электронных таблиц Microsoft Excel 2002.

Основные теоретические положения и выводы подтверждены резуль-татами-экспериментальных исследований в лабораторных условиях на этапах разработки, изготовления и испытания опытных образцов. Исследования проводились на кафедре «Электромеханика» УГАТУ, ФГУП «УАПО».

Научная новизна работы заключается в предложении и реализации новых технических решений для снижения скорости начала искрообразова-ния систем зажигания, питающихся от магнитоэлектрических генераторов; математической модели и инженерной методике расчета СГПМ с различной толщиной пластин магнитопровода якоря.

Практическая ценность заключается в следующем:

1. Снижена скорость начала искрообразования системы зажигания

БСЗ-3.

2. Разработана инженерная методика расчета СГПМ с различной толщиной пластин магнитопровода якоря.

3. Разработан, изготовлен и испытан генератор с постоянными магнитами для транспортных средств.

Практическая ценность результатов работы подтверждается актами внедрения результатов в учебный процесс кафедры электромеханики Уфимского государственного авиационного технического университета и практического использования предприятием ФГУП «УАПО».

Реализация результатов работы. Материалы и результаты диссертационной работы используются предприятием ФГУП «УАПО» при проектировании и изготовлении систем зажигания.

Полученные в ходе исследований теоретические результаты используются в учебном процессе при изучении курса «Инженерное проектирование и САПР электромеханических преобразователей энергии», а также в курсовом и дипломном проектировании УГАТУ.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель электромагнитных процессов и результаты исследований влияния вихревых токов, геометрии и свойств материала магнитопровода якоря на характеристики генератора.

2. Новые технические решения, позволяющие снизить скорость начала искрообразования систем зажигания, питающихся от магнитоэлектрических генераторов.

3. Опытные образцы и экспериментальные исследования генераторов с постоянными магнитами.

4. Инженерная методика расчета СГПМ.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Восьмой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2002, Международной молодежной научной конференции «XXIX Гагаринские чтения», Москва, 2003, «Электротехнические комплексы и системы», Уфа, 2001, «Электромеханика, электротехнические комплексы и системы», Уфа, 2002, «Энергоэффективная экономика. Автоматизированные системы учета энергоносителей. Проблемы, задачи, перспективы научно-технического развития. Опыт внедрения в РБ», Уфа, 2003, «Электромеханика, электротехнические комплексы и системы», Уфа, 2003, Международная молодежная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы управления и обработки информации», Уфа, 2001.

Публикации. Список публикаций по теме диссертации включает 11 наименований, в том числе 4 статьи, 6 материала докладов на Всероссийских и международных конференциях и на конференциях с участием зарубежных специалистов. Один патент.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников состоящего из 112 наименований и приложения. Основная часть диссертации содержит 140 страницы основного текста, приложение 19 страниц и включает в себя 64 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована ее цель и определены задачи исследований, дана краткая характеристика работы.

В первой главе рассмотрены конструктивные основные исполнения СГПМ для автономных объектов. Как показано в этой главе, в автономных системах электрооборудования, которые устанавливаются на передвижных электрических станциях, на авиационном и автомобильном транспорте, в автоматике и в бытовой технике в настоящее время находят широкое применение электрические генераторы с постоянными магнитами. Кроме того, показана перспективность конструктивного выполнения таких автономных генераторов с использованием комбинированного сердечника. В таком сердечнике наводятся вихревые токи, что приводит к нагреву сердечника и уменьшению рабочего потока, изменению выходных характеристик. В то же время существующие методики расчета ориентированы на расчет генераторов с малыми потерями на вихревые токи. Следовательно, весьма актуальным является исследование влияния вихревых токов в сердечнике на параметры и характеристики СГПМ.

Во второй главе проведено исследование распределения вихревых токов в магнитопроводе якоря, с различной толщиной пластин, оценка их влияния на поле синхронного генератора. Целесообразно принять следующие допущения:

1. Первичное магнитное поле является однородным и изменяется во времени с частотой Высшие гармоники отсутствуют.

2. Магнитное поле плоскопараллельное.

3. Магнитная проницаемость материала магнитопровода постоянна и равна ^ =

4. Вне сердечника поле вихревых токов отсутствует.

Принятые допущения вносят определенные погрешности в результаты исследования за счет искажения реальной картины происходящих электромагнитных процессов, но большинство из этих погрешностей могут быть скорректированы с помощью известных поправочных коэффициентов.

Решены задачи для прямоугольного сечения и круглого сечения сердечника якоря.

При принятых допущениях задача в случае прямоугольного сечения сердечника сводится к отысканию распределения вторичного поля в двумерной области, представленной на рис. 1. Там же показаны координатные оси.

ь

ИНо , о

ь

Рис. 1. Расчетная схема

При принятых допущениях магнитное поле плоскопараллельное и имеет только одну составляющую, в то время как плотности вихревых токов - две. С учетом этого для проекций векторов поля получим

Из системы (1) видно, что наиболее целесообразно определять напряженность магнитного поля, так как она имеет только одну составляющую. Остальные векторы электромагнитного поля могут быть получены из напряженности поля с помощью системы (1). Результирующее поле в сердечнике получается наложением поля вихревых токов на первичное поле

С учетом этого после преобразований из (I) можно получить следующие уравнения (в дальнейшем предполагаются относительные единицы):

д2Н д2Н . ■ Л

-Г-Т + —-~]еН = 0, (2)

ОХ о у

где £ = ////„ аа2со- безразмерная частота или магнитное число Рейнольдса для прямоугольного сердечника; сг- проводимость активной зоны.

Из требований на границах прямоугольной области можно получить следующие условия:

/

х=±а~ Но '

Н\у=±ь=

Таким образом, решение системы уравнений электродинамики с учетом принятых допущений приводит к следующей краевой задаче для напряженности магнитною поля в прямоугольном сердечнике:

д2н д2н . й .

«VI _ * . (3)

Н\у=±ь-Н о-

Здесь Н0 ~ 1 - комплексная амплитуда напряженности первичного

магнитного поля в относительных единицах; а; Ь - размеры прямоугольника в относительных единицах.

Тогда, окончательно для напряженности магнитного поля вихревых токов можно получить:

Н{х,у) = Н0

cb(yx) , ^ch(XiMy)_2¿_

-+

cb(yá) S ch(%2МЬ) ^a ■ %¡M

Выражение (4) позволяет определить распределение магнитного поля в сердечнике. На рис. 2 представлены зависимости модуля напряженности поля |//| по оси х при различных значениях безразмерной частоты £. На этих

рисунках сердечник имеет квадратное сечение т.е. я = 6 = 1, поэтому распределение поля по оси у будет аналогичным Из этих рисунков видно, что уже при значениях £ = 3 магнитное поле значительно ослабляется, а при £ = 20 и больше поле вихревых токов практически полностью ослабляет первичное поле.

•(4)

ч П

)

Е=1

I

£=3

V

£=6

.£=10

,£=20

£=100

-0 5

ог

Рис. 2. Распределение поля по х при у=0 В случае круглого магнитопровода якоря напряженность поля имеет только одну составляющую по оси z, а напряженность электрического поля по оси (р. В силу круговой симметрии эти величины не зависят от координаты (р и зависят только от координаты г.

|н| '

Е=1

\

Е=3

\

__£=20

£=100

-1

и

-I

я

Рис. 5. Напряженность поля при различных £

На рис. 5 представлена зависимость от г напряженности магнитного поля в случае круглого сердечника. Характер кривых аналогичен случаю сердечника прямоугольного сечения.

На основе анализа модели исследуется влияние вихревых токов на основные характеристики СГПМ.

В случае сплошного сердечника магнитопровода якоря вихревые токи уменьшают полезный поток Ф, т.е. при учете вихревых токов |ф| < |ф„|.

Интеграл в случае прямоугольного сечения может быть представлен

-а-Ь

После упрощений для потока окончательно можно получить следующее выражение:

в виде

а ь

Выражение для потока полностью характеризует установившийся поток в сердечнике и позволяет определить его величину и сдвиг фаз от первичного потока Ф о.

Для оценки влияния вихревых токов может быть введен коэффициент уменьшения потока, который в случае сердечника прямоугольного сечения определяется в следующем виде:

Этот коэффициент показывает, какую долю первичного потока составляет поток в сплошном сердечнике. Очевидно, что пределы изменения коэффициента ослабления лежат в пределах 0 < кф < 1. Чем меньше значение

этого коэффициента, тем больше ослабляющее действие вихревых токов.

В третьей главе исследуется установившейся режим работы магнитоэлектрического генератора, его характеристики. Показано, при увеличении £6аз ЭДС холостого хода значительно снижается даже при номинальной частоте вращения. Путем подбора параметров сердечника якоря и магнитной цепи можно добиться замедления роста ЭДС холостого хода с ростом частоты, сделав эту кривую более пологой. Однако при номинальной частоте вращения ЭДС холостого хода из-за ослабления вихревыми токами может снизиться до 30% от своего значения при отсутствии вихревых токов, что и показано на рис. 6

*

0)

Рис. 6 Скоростные характеристики при круглом сечении сердечника В четвертой главе изложены результаты экспериментальных исследований. Были проведены экспериментальные исследования макетного образца магнитопровода якоря генератора. Для исследования размагничивающего действия вихревых токов сердечника генератора была разработана экспериментальная модель, имитирующая магнитопровод якоря генератора с постоянными магнитами.

Для подтверждения полученных экспериментальных данных на макетном образце сердечника генератора была исследована система зажигания снегохода "Рысь", "Буран", водного мотоцикла "ВМ-650", на стенде, используемом на Уфимском агрегатном производственном объединении для испытаний бесконтактных систем зажигания (БСЗ).

При замене двух сплошных пластин сердечника магнитопровода якоря катушки зажигания толщиной 3 мм, на шихтованные листы толщиной 0,5 мм, из электротехнической стали, не только изменилась форма кривой угла опережения зажигания, но и скорость начала искрообразования. В ходе работ удалось: уменьшить число витков в катушке зажигания приблизительно на 10%; снизить скорость начала искрообразования на 15-20%.

Одним из способов снижения скорости начала искрообразования было предложено применение полюсных наконечников на магнитопроводе катушки зажигания. Применение дополнительных полюсных наконечников позволило уменьшить скорость начала искрообразования с 250 об/мин, до 185 об/мин.

В приложении к работе дана инженерная методика расчета однофазных синхронных генераторов с постоянными магнитами для автономных объектов. Особенностью их расчета является учет влияния вихревых токов с помощью полученных ранее коэффициентов ослабления потока.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Разработаны И предложены новые технические решения для снижения скорости начала искрообразования систем зажигания транспортных средств, разработана математическая модель и инженерная методика расчета магнитоэлектрического генератора со сплошным сердечником. Увеличена мощность канала освещения генераторной части системы зажигания МД-4 со 100 до 170 Вт. На основе результатов исследования спроектирован, изготовлен и испытан синхронный генератор с постоянными магнитами, мощность которого больше мощности аналога (МД-4) на 200 Вт.

2. Степень влияния размагничивающего действия вихревых токов может быть оценена с помощью коэффициента ослабления потока , зависящего от материала и геометрии сердечника, показывающего какую долю первичного потока составляет результирующий поток в сердечнике. Чем меньше этот коэффициент, тем больше ослабление потока и ослабляющее действие вихревых токов. При этом магнитный поток в зависимости от безразмерной частоты £ ослабляется от 10 до 80%.

3. Магнитный поток в прямоугольном сплошном сердечнике в 2 раза меньше, чем магнитный поток в составном сердечнике (N = 4).

4. Круглый сердечник по сравнению с квадратным сердечником одинаковой площади ослабляет первичный поток на 5-10% больше. Прямоугольный сердечник по сравнению с круглым сердечником одного периметра ослабляет поток на 25 %.

5. Экспериментальные исследования ослабления магнитного потока в сплошных и составных сердечниках показали, что расхождение между расчетными и опытными данными в пределах 6 - 25 %.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Терегулов Т.Р., Трофимов А.В. Исследование электрического генератора с кольцевой обмоткой // Электротехнические комплексы и системы: сб. науч тр. - Уфа: УГАТУ, 2001. - С. 205-208. (разработка математической модели, исследование макета).

2. Терегулов Т.Р., Трофимов А.В. Исследование однофазного генератора // Проблемы современного машиностроения: Материалы Всерос. молод. НТК. - Уфа, 2002 - С. 112 (Анализ математической модели).

3. Терегулов Т.Р., Трофимов А.В. Расчет однофазного магнитоэлектрического генератора // XXIX Гагаринские чтения: Материалы межд. НТК -Москва, 2003. - С.67-68 (методика расчета генератора)

4. Терегулов Т.Р., Трофимов А.В. Генератор с когтеобразным якорем // Энергоэффективная экономика. Автоматизированные системы учета энергоносителей. Проблемы, задачи, перспективы научно-технического развития. Опыт внедрения В РБ: Материалы научно практического семинара -Уфа, 2003. - С. 111-112. (конструкция, результаты испытаний)

5. Хайруллин И.Х., Саттаров P.P., Терегулов Т.Р. Расчет магнитного поля вихревых токов в сплошном сердечнике // Электромеханика, электротехнические комплексы и системы: сб. науч. тр., Уфа, 2003. - с. 61- 66. (Расчет магнитного поля в сплошном сердечнике).

6. Терегулов Т.Р. О влиянии насыщения на гармонический состав ЭДС однофазного генератора // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Материалы межд. Молод. НТК - Москва, 2002. - С.205-208. (Результаты исследований)

7. Терегулов Т.Р., Набиуллин А.Р. Улучшение искрообразования магнето // Интеллектуальные системы управления и обработки информации: Материалы межд НТК. - Уфа, 2001. - С.242. (Способы улучшения искрообразования)

8. Терегулов Т.Р., Трофимов А.В. Исследование однофазного генератора // Электромеханика, электротехнические комплексы и системы: сб. науч. трудов. - Уфа: УГАТУ, 2002. - С. 84-88. (Влияние материала сердечника на характеристики генератора)

9. Терегулов Т. Р., Трофимов А. В. Вопросы оптимизации двигателя с разделенными магнитопроводами фаз // Интеллектуальные системы управления и обработки информации: Материалы межд. Молод. НТК. - Уфа, 2001 - С. 232. (Влияние материала магнитопровода якоря на характеристики двигателя)

10. Хайруллин И.Х., Исмагилов Ф.Р., Порошин Ю.Г., Чиг-винцев В.А., Терегулов Т.Р. Магнетогенератор. Патент РФ №2211365. Бюл. №24 от 27.08.2003

ТЕРЕГУЛОВ Тагир Рафаэлевич

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ В РЕЖИМАХ ПЕРЕМЕННЫХ СКОРОСТЕЙ И НАГРУЗОК

Специальность 05.09.01 — Электромеханика и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 17.11.2004. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 1,0. Усл. кр.-отт. 1,0. Уч.-изд. л. 0,9. Тираж 100, экз. Заказ № 638.

Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12

»25041

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ АВ

ТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ

1.1. МАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

1.2 КРАТКИЙ ОБЗОР МАГНИТОТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА СИСТЕМ С ПОСТОЯННЫМИ МАГ- 30 НИТАМИ

1.4. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИХРЕВЫХ ТОКОВ 35 В СПЛОШНЫХ СРЕДАХ

1.5. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОНННОЙ РАБОТЫ 41 ВЫВОДЫ

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРО

ЦЕССОВ В СЕРДЕЧНИКЕ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА

2.1. ОСНОВНЫЕ ДОПУЩЕНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

2.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ПРЯМО- 52 УГОЛЬНОМ СЕРДЕЧНИКЕ

2.3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯ В КРУГЛОМ СЕРДЕЧНИКЕ

2.4. ВИХРЕВЫЕ ТОКИ В ПРЯМОУГОЛЬНОМ И КРУГЛОМ 72 СЕРДЕЧНИКАХ

2.5. МАГНИТНЫЙ ПОТОК В СПЛОШНЫХ И СОСТАВНЫХ 81 СЕРДЕЧНИКАХ МАГНИТОПРОВОДА С УЧЕТОМ ВИХРЕВЫХ ТОКОВ

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА 93 РАБОТЫ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА

3.1. СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ ПРИ УЧЕТЕ 93 ВИХРЕВЫХ ТОКОВ В СЕРДЕЧНИКЕ

3.2. УСТАНОВИВШИЙСЯ РЕЖИМ МАГНИТОЭЛЕКТРИ- 107 ЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА

3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕНЕРАТОРА С УЧЕ- 119 ТОМ ДЕЙСТВИЯ ВИХРЕВЫХ ТОКОВ

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСЛАБЛЕ- 130 НИЯ МАГНИТНОГО ПОТОКА В СПЛОШНОМ СЕРДЕЧНИКЕ

4.2. ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕНЕРАТОРА С ПОСТОЯННЫМИ 135 МАГНИТАМИ МД-4.

4.3 ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ БСЗ

ВЫВОДЫ

Быстрое развитие электромеханических систем автоматического регулирования и управления обусловило широкое применение автономных электромашинных источников питания. Усложнение ряда задач, решаемых системами автоматического управления, привело к развитию новых типов синхронных машин с большим разнообразием систем возбуждения, с многоканальным и автономным регулированием выходных напряжений, с качественными характеристиками генерируемой электроэнергии, выполнением разнообразных функциональных задач [1]. По этим причинам синхронные машины широко применяются в электромашинных автономных источниках питания.

Практически на всех транспортных средствах используются автономные источники питания. Основные требования к таким источникам — малый вес и низкое энергопотребление. Этим требованиям в основном удовлетворяют электрические генераторы с возбуждением от постоянных магнитов. Их широкое распространение обусловлено относительной простотой конструкции, низкой себестоимостью, достаточно высокой надежностью и малым потреблением энергии на управление. В данной работе представлен анализ современного состояния проблемы, рассмотрены конструкции и принцип действия однофазных синхронных генераторов с постоянными магнитами (СГПМ). Приведена математическая модель установившегося режима такого генератора и электромагнитных процессов в сплошном сердечнике. Кроме того, создана инженерная методика и произведен расчет конкретной конструкции однофазного генератора с постоянными магнитами.

Целью диссертационной работы является разработка новых технических решений для снижения скорости начала искрообразования систем зажигания, питающихся от магнитоэлектрических генераторов, работающих в широком диапазоне скоростей, а также исследование влияния геометрии, электрических и магнитных свойств материала сердечника на их выходные характеристики с учетом вихревых токов и разработка инженерной методики их расчета.

В соответствии с этой целью, в первой главе рассмотрены основные конструктивные исполнения СГПМ для автономных объектов. Как показано в этой главе, в автономных системах электрооборудования, которые устанавливаются на передвижных электрических станциях, на авиационном и автомобильном транспорте, в автоматике и в бытовой технике в настоящее время находят широкое применение электрические генераторы с постоянными магнитами. В связи с появлением новых материалов постоянных магнитов с высокими магнитными характеристиками были разработаны новые виды электрических генераторов: генераторы комбинированного возбуждения, вентильные генераторы, авиационные генераторы, работающие с преобразователем частоты в системах электроснабжения стабильной частоты. Кроме того, показана перспективность конструктивного выполнения таких автономных генераторов с использованием сплошного сердечника. В таком сердечнике наводятся вихревые токи, что приводит к нагреву сердечника и уменьшению рабочего потока, а также изменению выходных характеристик. В то же время существующие методики расчета ориентированы на расчет генераторов с малыми потерями на вихревые токи. Следовательно, весьма актуальным является исследование влияния вихревых токов в сердечнике на параметры и характеристики СГПМ.

Вторая глава посвящена исследованию распределения вихревых токов в магнитопроводах якоря, с различной толщиной пластин оценке их влияния на поле синхронно генератора. При принятии ряда допущений удается получить аналитические решения задач по расчету плотностей токов, напряженности поля. Решены задачи для прямоугольного сечения и круглого сечения сердечника якоря. Для интегральной оценки влияния вихревых токов на характеристики машины введен коэффициент ослабления потока и эквивалентная магнитная проницаемость.

В третьей главе приводится математическая модель установившихся режимов исследуемого преобразователя. На основе анализа этой модели и использования результатов предыдущей главы исследуется влияние вихревых токов на основные характеристики СГПМ.

В четвертой главе представлены результаты проведенных экспериментальных исследований вихревых токов в различных сердечниках и характеристик СГПМ. Результаты этих исследований подтвердили достоверность математической модели электромагнитных процессов в сплошном сердечнике якоря генератора.

В приложении дана инженерная методика расчета однофазных синхронных генераторов с постоянными магнитами для автономных объектов. Особенностью их расчета является учет влияния вихревых токов с помощью полученных ранее коэффициентов ослабления потока.

Основные результаты и выводы, полученные в работе:

1 Разработаны и предложены новые технические решения для снижения скорости начала искрообразования систем зажигания транспортных средств, разработана математическая модель и инженерная методика расчета магнитоэлектрического генератора со сплошным сердечником. Увеличена мощность канала освещения генераторной части системы зажигания МД-4 со 100 до 170 Вт. На основе результатов исследования спроектирован, изготовлен и испытан синхронный генератор с постоянными магнитами, мощность которого больше мощности аналога (МД-4) на 200 Вт.

2 Степень влияния размагничивающего действия вихревых токов может быть оценена с помощью коэффициента ослабления потока кф, зависящего от материала и геометрии сердечника, показывающего какую долю первичного потока составляет результирующий поток в сердечнике. Чем меньше этот коэффициент, тем больше ослабление потока и ослабляющее действие вихревых токов. При этом магнитный поток в зависимости от безразмерной частоты £ ослабляется от 10 до 80%.

3 Магнитный поток в прямоугольном сплошном сердечнике в 2 раза меньше, чем магнитный поток в составном сердечнике ( А^ = 4 ).

4 Круглый сердечник по сравнению с квадратным сердечником одинаковой площади ослабляет первичный поток на 5-10% больше. Прямоугольный сердечник по сравнению с круглым сердечником одного периметра ослабляет поток на 25 %.

5 Экспериментальные исследования ослабления магнитного потока в сплошных и составных сердечниках показали, что расхождение между расчетными и опытными данными в пределах 6 - 25 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Паластин J1.M. Синхронные машины автономных источников питания. -М.: Энергия, 1980.

2. Иванов Смоленский А. В. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980.-980 с.

3. Вольдек А. И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л.: Энергия, 1974.— 840 е.: ил.

4. Специальные электрические машины: (Источники и преобразователи энергии). Учеб. Пособие для вузов / Под ред. Бертинова А.И. М., Энерго-атомиздат, 1982. - 552 с.

5. Паластин Л.М. Электрические машины автономных источников питания. М.: Энергия, 1972. - 464 с.

6. Альпер Н.Я., Терзян А.А. Индукторные генераторы. М.: «Энергия», 1970.-192 с.

7. Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. Курс лекций. 4.1. М.: Издательство «Машиностроение» . 2002. 240 с.

8. Акимов С.В., Акимов А.В. Автомобильные генераторные установки-М.: Транспорт, 1995 96с.

9. Справочник по электрооборудованию автомобилей / С.В. Акимов и др.- М.: Машиностроение, 1994 — 544с.: ил.

10. Василевский В.И., Купеев Ю.А. Автомобильные генераторы 2-е изд- М.: Транспорт, 1978 159с.

11. Боровских Ю.И. Электрооборудование автомобилей / Справочник. — М.: Транспорт, 1971 192с.

12. Акимов А.В. Генераторы зарубежных автомобилей. М.: За рулем, 1998-99с.

13. Павлак Милан. Электрооборудование мотоцикла. — М.: Машгиз, 1961- 144с.

14. Барабанов В.Е. Электрооборудование тракторов и автомобилей. М.: Колос, 1974 - 447с.

15. Боровских Ю.И., Гутунев Н.И. Электрооборудование автомобилей. Киев: ВШ, 1988- 167с.

16. Тиминский В.И. Автотракторное электрооборудование. Минск: Ураджай, 1977-256с.

17. Можаев В.Н. Электрооборудование тракторов, автомобилей и комбайнов. -5-е изд. —JI.: Колос, 1976 255с.

18. Шевченко А.Ф., Медведко А.С., Бухгольц А.С. и др. Стартер-генераторное устройство для легковых автомобилей класса ВАЗ-2110./ — Электротехника. 2003., №9. - С.15-19.

19. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. — М.: Энергоатомиздат, 1988-280с.: ил.

20. Кузнецов В.А., Ширинский С.В. Расчет магнитной цепи синхронного генератора с переменной полюсностью. Электричество, 2003, №7. - С.46-52.

21. Кузнецов В.А., Ширинский С.В. Синхронный генератор с гибридным возбуждением. Электротехника, 2003, №10. - С.2-5.

22. Зечихин Б.С., Куприянов А.Д. Традиционные и компьютерные методы проектирования бесконтактных синхронных машин. Электричество, 2002, № 5. -С.61-72.

23. Балагуров В.А., Кецарис А.А., Лохин В.В. Перспективы развития магнитоэлектрических генераторов с применением высококоэрцетивных постоянных магнитов/ Электричество, 1977, №3 с.46-47.

24. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. М.: ВШ, 1982 - 272с., ил.

25. Безрученко В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические машины с постоянными магнитами// Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Электрические машины и трансформаторы, 1982, т.5.

26. Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами-М.: Энергоатомиздат, 1985 168с.ил.

27. Синельников А.Х. Электроника в автомобиле.-3-е изд.,перераб.и доп.-М.: Радио и связь, 1985.-96с.:

28. Гизатуллин Ф.А. Емкостные системы зажигания: Монография / Ф.А. Гизатуллин; УГАТУ.-Уфа: Б.и., 2002.-249 е.:

29. А.с. 549590 СССР, МКИ F 02Р 1/00. Устройство для бесконтактной тиристорной системы зажигания / Ю.Ф. Баранов (СССР). Опубл. 05.03.77. Бюл.№9.

30. А.с. 549591 СССР, МКИ F 02Р 1/00. Генератор со стабилизатором для электронной системы зажигания двухтактных двигателей внутреннего сгорания / А.П. Ефремов (СССР). Опубл. 05.03.77. Бюл.№9.

31. А.с. 569742 СССР, МКИ F 02Р 1/02. Бесконтактное магдино / А.К. Старостин, А.Г. Швецов, Ю.Ф. Баранов (СССР). Опубл. 25.08.77. Бюл.№31.

32. А.с. 675201 СССР, МКИ F 02Р 1/00. Бесконтактное магдино для двигателя внутреннего сгорания / Ю.Ф. Баранов, А.К. Старостин (СССР). Опубл. 25.11.76. Бюл.№27.

33. А.с. 708067 СССР, МКИ F 02Р 1/00. Устройство для бесконтактной системы зажигания двигателей внутреннего сгорания / В.А. Исев, JI.A. Тюри-ков (СССР). Опубл. 05.01.80. Бюл.№1.

34. А.с. 767387 СССР, МКИ F 02Р 5/04. Генератор переменного тока для двигателя внутреннего сгорания / Ю.Ф. Баранов, JI.A. Зюзина, А.К. Старостин (СССР). Опубл. 30.09.80. Бюл.№36.

35. А.с. 714585 СССР, МКИ Н 02К 21/48. Генератор переменного тока для двигателя внутреннего сгорания / Ю.Ф. Баранов, А.С. Борзиков, С.А. Григорян, В.Т. Васильченко (СССР). Опубл. 05.02.80. Бюл.№5.

36. А.с. 832105 СССР, МКИ F 02Р 1/00. Комбинированное устройство электропитания / Ю.Ф. Баранов, Л.Ш. Фрумкин, С.А. Григорян, П.Г. Берман (СССР). Опубл. 23.05.81. Бюл.№19.

37. А.с. 1579127 Автономное устройство зажигания

38. А.с. 1087682 Маховик маховичного магнето

39. А.с. 1375850 Устройство электронной системы зажигания для двигателей внутреннего сгорания

40. А.с. 672368 Магнетогенератор

41. А.с. 1768795 Бесконтактное магнето.

42. Хайруллин И.Х., Исмагилов Ф.Р., Порошин Ю.Г., Чигвинцев В.А., Терегулов Т.Р. Магнетогенератор. Патент РФ №2211365. Бюл. №24 от 27.08.2003.

43. Постоянные магниты / справочник под ред. Л.Ш. Казарновского. — М.: ГЭИ, 1963-240с.

44. Несбитт Е. Постоянные магниты на основе редкоземельных элементов / Е.Несбитт, Дж.Верник.Пер. с англ. Л.А.Шубиной и Т.С.Шубиной;Под ред. акад.С.В.Вонсовского.-М.: Мир, 1977.-168с.

45. Постоянные магниты: Справочник / А.Б.Альтман, Э.Е.Верниковский, А.Н.Герберг и др.;Под ред. Ю.М.Пятина.-2-е изд., доп. и перераб.-М.: Энергия, 1980.-486с.

46. Магниты постоянные: Каталог.-М.: ИНФОРМПРИБОР, 1989.-190с.

47. Справочник по электротехническим материалам: В 3-х т. / Под ред. Ю.В.Корицкого,В.В.Пасынкова,Б.М.Тареева. Т.З.-З-е изд.,перераб. и доп-Л.:Энергоатомиздат, 1988.-728 с.

48. Сливинская А.Г. и Гордон А.В. Постоянные магниты. М. - Л.: Энергия, 1965 - 128с.

49. Февралева Н.Е. Магнитотвердые материалы и постоянные магниты. -Киев: Наукова Думка, 1969 232с.

50. Брынский Е.А., Данилевич Я.Б., Яковлев В.И. Электромагнитные поля в электрических машинах.- Л.: Энергия, 1979. 176 с.

51. Домбровский В.В. Справочное пособие по расчету электромагнитного поля в электрических машинах.—Л.: Энергоатомиздат, 1983.—256 с.

52. Коген-Далин В.В. и Комаров Е.В. Расчет и испытание систем с постоянными магнитами. М.: Энергия, 1977 - 248с.: ил.

53. Арнольд P.P. Расчет и проектирование магнитных систем с постоянными магнитами. — М.: Энергия, 1969 184с.: ил.

54. Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. JL: Энергия, 1970. - 272 с.

55. Вольдек А.И. Токи и усилия в слое жидкого металла плоских индукционных насосов // Изв. вузов. Электромеханика. 1959, № 1.

56. Вольдек А.И. Основы унификации методик расчета цилиндрических и плоских индукционных насосов // Магнитная гидродинамика, 1966. № 1.

57. Литовский Е.И., Толмач И.М. МГД генераторы.-М.:Наука,1972.351 с.

58. Роза Р. Магнитогидродинамическое преобразование энергии. -М.: Мир, 1970. 288 с.

59. Калнинь Т.К. Явнополюсные МГД-насосы. Рига.: Зинатне, 1969.171 с.

60. Вилнитис А.Я. Поперечный краевой эффект в плоских индукционных МГД машинах. // Движение проводящих тел в магнитном поле. Рига.: Зинатне, 1966. - С.63-94.

61. Круминь Ю.К. Взаимодействие бегущего магнитного поля с проводящей средой. Рига.: Зинатне, 1969. - 246 с.

62. Ямамура С. Теория линейных асинхронных двигателей/ Пер. с англ. -Л.: Энергоатомиздат, 1983. 180 с.

63. Васьковский Ю.М. Дынник Л.М. Математическое моделирование двухсторонних магнитоэлектрических преобразователей // Техническая электродинамика, 1995. № 3. - С.29-32.

64. Nagaya Kosuke, Se Kiguchi Hajime. Design formulae for a plate type magnetic damper with alternative magnetic poles // Facta Univ/ Ser. Mech., Autom. Contr and Rob. 1993. -1 3. C. 281 - 292.

65. Хайруллин И.Х. Определение токов в тонкой пластине при помощи метода двух реакций. Уфа.: УАИ, 1975, вып.93. - С. 55-58.

66. Веселовский О.Н., Коняев А.Ю., Сарапулов Ф.Н. Линейные асинхронные двигатели. — М.: Энергоатомиздат, 1991. -256 с.

67. Острейко В.Н. Расчет электромагнитных полей в многослойных средах. — JL: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1981.-152 с.

68. Огарков Е.М. Теоретические исследование концевого эффекта линейных асинхронных двигателей.-Электрические машины и электромашинные системы. Пермь, ППИ, 1981, С.6-13.

69. Тозони О.В. Аналитический расчет электромагнитного процесса в линейном двигателе // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1974. № 5. -С. 100-114.

70. Свечарник Д.В. Линейный электропривод. М.: Энергия, 1979. - 152 с.

71. Соколов М.М., Сорокин Л.К. Электропривод с линейными асинхронными двигателями. М.: Энергия, 1974 . - 136 с.

72. Вольдек А.И., Толвинская Е.В. Основы теории и методики расчета характеристик линейных асинхронных машин // Электричество, 1975. № 9. -С.29-36.

73. Очарков Е.М., Василевский С.П. Уточненные методы расчета полей плоских линейных индукционных двигателей // Электротехника, 1977. № 3. -С. 21-23.

74. Потапов Л.А. Математические модели электромеханических устройств с полыми немагнитными роторами для установившихся и переходных режимов работы // Изв. вузов. Электромеханика, 1987. № 4. - С. 24-34.

75. Потапов Л.А. Расчет электромагнитного тормоза с немагнитным ротором // Изв. вузов. Электромеханика, 1988. № 6. - С. 35-44.

76. Грюнер А.И., Собачинский Л.К. Синтез схемы замещения асинхронного двигателя с полым ферромагнитным ротором // Оптимизация режимов работы систем электроприводов. Краснярск, 1990. - С. 121-124.

77. Куцевалов В.М. Вопросы теории и расчета асинхронных машин с массивными роторами. М.: Энергия, 1986.

78. Могильников B.C., Олейников A.M., Стрельников А.Н. Асинхронные двигатели с двухслойным ротором и их применение. М.: Энергоиздат, 1983. -120 с.

79. Лищенко А.И., Лесник В.А. Асинхронные машины с массивным ферромагнитным ротором. Киев: Наук, думка, 1984.-168 с.

80. Власов В.В., Сарапулов Ф.Н., Урмашов Ю.Р. Математическая модель торцевого асинхронного двигателя с биметаллическим ротором // Электричество, 1992. № 7. - С.37-41.

81. Агеев В.Д. Исследование потерь мощности в экранах экранированных асинхронных двигателей // Электричество, 1974. № 12.

82. Иванов-Смоленский А.В., Тамоян Г.Е. Расчет асинхронного экранированного электродвигателя с проводящей жидкостью в зазоре. М.: МЭИ, 1964. Вып.56.

83. Кирюхин В.П. Аналитическое определение интегральных параметров тонкостенных немагнитных экранов электрических машин // Электричество, 1973.-№9.-С. 34-39.

84. Тамоян Г.С., Хайруллин И.Х. К расчету потерь в немагнитном экране статора электродвигателя // Электротехника, 1969. № 4.

85. Тамоян Г.Х., Хайруллин И.Х. Определение мощности потерь в немагнитном экране статора электродвигателя //Электричество, 1969. № 6.

86. Цейтлин Л.А. Потери и вихревые токи в тонких пластинах // Электричество, 1969. № 3.

87. Астахов В.И., Колесников Э.В., Пашковский В.И. Вихревые токи в проводящих пластинах // Изв. вузов. Электротехника, 1972. № 8. - С. 822830.

88. Астахов В.И. Вихревые токи в проводящих оболочках // Изв. вузов. Электромеханика, 1973. № 4. - С.375-382.

89. Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х. Вихревые токи в тонких оболочках конической формы. Депонировано «Информэлектро» № 36, 1985, РЖ «Электротехника» 1986 № 3.

90. Bossavit. Complementary formulation in steady-state eddy-current theory. IEE PROCEEDINGS-A, Vol.139, No 6, November 1992, P. 265-272.

91. H. Hairillin, F.R. Ismagilov, R.R. Sattarov Assessment of braking forces, which effect aircraft when landing on magnetic runway//Conference «Aircraft engineering prospects».-Berlin, 1998. C.40.

92. Хайруллин И.Х. Исследование электромагнитных демпфирующих элементов систем управления. Дис. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук.— Уфа, 1979.—299 с.

93. Исмагилов Ф.Р. Электромагнитные элементы систем управления со сложной геометрией ротора. Дис. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук—Уфа, 1998.—345 с.

94. Султангалеев Р.Ф. Переменнополюсные ферропоршковые электромагнитные демпфирующие элементы автоматики: Дис. на соиск. учен. степ, канд. техн. наук. Уфа, 1987.—182 е.

95. Саттаров P.P. Электромагнитные демпфирующие элементы с аксиальными прорезями в цилиндрической вторичной среде.—Дис. на соиск. учен, степ. канд. техн. наук.—Уфа, 1999.—162 с.

96. Бессонов JI.A. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле: Учеб. для студ. электротехн. энергетич. и приборостроит. спец. вузов. 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш.шк., 1986.-263с.

97. Кошляков Н.С. и др. Уравнения в частных производных математической физики. — М.: Высшая школа, 1970.

98. Камке Э. Справочник по дифференциальным уравнениям / Э.Камке;Под ред.С.В.Фомина.-5-е изд.-М.: Наука, 1976.-576с.

99. Янке Е. Специальные функции. Формулы, графики, таблицы / Пер. с нем.; Под ред. Л.И.Седова.-2-е изд.-М.: Наука, 1968.-344с.:

100. Дьяконов В.П. Компьютерная математика. Теория и практика. М.: Нолидж, 2001.- 1296 с.

101. Очков В.Ф. MathCAD7 Pro для студентов и инженеров. М.: Компьютер Пресс, 1998. - 384 с.

102. Терегулов Т.Р., Трофимов А.В. Исследование электрического генератора с кольцевой обмоткой // Электротехнические комплексы и системы: сб. науч тр. Уфа: УГАТУ, 2001. - С. 205-208.

103. Терегулов Т.Р., Трофимов А.В. Исследование однофазного генератора // Электромеханика, электротехнические комплексы и системы: сб. науч тр. — Уфа: УГАТУ, 2002. С. 129-133.

104. Терегулов Т.Р., Трофимов А.В. Исследование однофазного генератора // Проблемы современного машиностроения: Материалы Всерос. молод. НТК.-Уфа, 2002-С. 112.

105. Терегулов Т.Р., Трофимов А.В. Расчет однофазного магнитоэлектрического генератора // XXIX Гагаринские чтения: Материалы межд. НТК Москва, 2003. - С.67-68

106. Хайруллин И.Х., Саттаров P.P., Терегулов Т.Р. Расчет магнитного поля вихревых токов в сплошном сердечнике // Электромеханика, электротехнические комплексы и системы: сб. науч. тр., Уфа, 2003. с. 61- 66.

107. Терегулов Т.Р. О влиянии насыщения на гармонический состав ЭДС однофазного генератора // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Материалы межд. Молод. НТК Москва, 2002. - С.205-208.

108. Терегулов Т.Р., Набиуллин А.Р. Улучшение искрообразования магнето // Интеллектуальные системы управления и обработки информации: Материалы межд НТК. Уфа, 2001.-С.242.

109. Терегулов Т.Р., Трофимов А.В. Исследование однофазного генератора // Электромеханика, электротехнические комплексы и системы: сб. науч. трудов. Уфа: УГАТУ, 2002. - С. 84-88.

110. ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

111. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С1. ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

112. Исходные данные для расчета1. Число полюсов 2р.

113. Магниты NdFeB: остаточная индукция Вг =0.65 Тл,коэрцитивная сила — Нс = 780000 А/м.

114. Размеры магнитной системы:- полюс: 1п мм, Ъп мм, hn ;- полюсный башмак: 1п б мм, bn 6 мм, hn 6 мм;- магнит: 1М мм, Ьм мм, hM мм;- зазор 8 мм, Вя мм, Dome мм, D мм.

115. По выбранным размерам магнита строится диаграмма состояния магнитаю m0,0006 0,0005 0,0004 0,0003 0,0002 0,0001 0генератора на один полюс (рисунок 1)

116. Рисунок 2 К расчету магнитных проводимостей индуктора

117. XSM — проводимость рассеяния магнита, складывается из боковых XSMfi и торцевых XSM т магнитных проводимостей рассеяния (на один магнит)1. V /VК Вб/А,

118. Ли = 2-Л,и6 + 2-Лчит Вб/А,sm sm,o SM,m '1. ПЗ)1. П4) (П5)где к^ отношение проводимости рассеяния магнита к проводимости рассеяния эквивалентного электромагнита (рис.5.29).1. Км\ ={т-К)мо Вб/А,1. Вб/А,1. А. Вб/А.1. П6) (П7) (П8)

119. Расчет магнитных проводимостей рассеяния якоря (рисунок 3)

120. Рисунок 3 — К расчету проводимостей рассеяния якоря1. Ла1 = bnLkjb. Вб/А,1. ТсР~Ъп1. Кг = • А> Вб/А,1. Ля=Ая1+2-А,2 Вб/А.1. П9) (П10)спи)3 Ориентировочный расчет

121. Магнитная цепь машины рассчитывается в режиме холостого хода.31 Рабочий поток1. Pso = Bm0'Sm'K* Вб, (П12)где В мо » 0,6Вг индукция холостого хода (ориентировочно); ctq - коэффициент рассеяния (рис.5.3, а); SM — площадь магнита

122. Кф коэффициента ослабления потока, расчет производится по (3.13)17..sM=L-bM. (П13)32 ЭДС холостого хода1. EQ=4A4.W-f-0SQB, (П14)где W число витков на фазу1. W = 2p-W. витка, (П15)

123. Поверочный электромагнитный расчет синхронного генератора с постоянными магнитами

124. Параметры обмотки якоря Средняя длина витка обмотки якоря1сР=2-(К + <* + 1п+<*) МП19)где d диаметр провода обмотки якоря.сто)4

125. Магнитное напряжение воздушного зазора

126. Индуктивное сопротивление обмотки якоря, обусловленное потоком якоря по поперечной оси1. Хая=^-^-качОм> (П24)где кад — коэффициент приведения поперечной реакции якоря.

127. Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки якоря1. Xs=2k-f -A-N-W? Ом, (П25)где N — число последовательно соединенных катушек; X — проводимость рассеяния якоря. Полное индуктивное сопротивление по поперечной оси1. X4=Xaq+Xt Ом. (П26)

128. Характеристика короткого замыкания Задаемся расчетным продольным током КЗ1. А. (П27)

129. Расчетное сопротивление продольного тока КЗ1. X's=Xs+-^*XsOm. (П28)1. Ля1. ЭДС при КЗ1. КВ. (П29)

130. Магнитный поток КЗ (в якоре)1. Фл=ф™'Е«ь Вб. (ПЗО) Е0

131. МДС продольной реакции якоря при КЗ (на один полюс)1. Fadk А. (П31)н

132. Суммарная МДС в магнитопроводе якоря на пару полюсов

133. Fl0=2-FS0 + Fc А, (П32) где Fc МДС в стали (ориентировочно).

134. Магнитное напряжение цепи якоря при КЗ1. ПЗЗ)

135. Поток дифференциального рассеяния при КЗ1. Ф, -0*>'F«* вб. (П34)

136. Расчетный поток рассеяния при КЗ- 0-5 • (Fn + Fadk) • Л^ Вб, (П35)где Asu расчетная проводимость рассеяния магнита на один полюс.1. Поток магнита при КЗ1. ФЖ=ФЛ+ФЛ + ФЛ Вб. (П36)1. МДС магнита при КЗ1. FMK-^k+2-FadkA. (П37)

137. Построение диаграммы магнита51 Кривая размагничивания1. Фг = Вг • SM Вб, (П38)1. Fc=Hc-hM А. (П39)

138. Характеристика холостого хода

139. На диаграмме (рис.4) наносим расчетную точку холостого хода Т.к. магнитная цепь не насыщена, магнитная характеристикаIпри холстом ходе будет прямой OA о.1. FMo~Fs, + Fc1. Фмо=Ф*о

140. Точка отхода прямой возврата

141. Рисунок 4 Рабочая диаграмма магнита

142. Определение точки отхода прямой возврата К на кривой размагничивания производим по рекомендациям 19.

143. По углом р к оси абсцисс проводим прямую возврата KL1. П44)1. AF тф

144. Пересечение характеристики КЗ Фк = f{Fk ) с прямой возврата KL определяет точку Ak (FMK; ФМК ).1. Рш А, Фмк Вб.

145. Пересечение характеристики холостого хода с прямой возврата KL определяет точку режима холостого хода точку Aq . Точке Aq соответствует фактический поток Фм о и МДС FM о.Fгм01. Ф„о Вб

146. Продольная составляющая действительного тока КЗ1. V^A. (П45)мкр

147. ЭДС холостого хода (действительная)1. Е0д=Е0 В. (П46)мОр

148. Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси1. Xd Ом. (П47)1. Ток короткого замыканияt=VVl + r.J/*fa А. (П48)

149. Проверка номинального режима Параметры нагрузки при номинальном режимеU

150. Хн = у ■ sin <р = О Ом. (П50) Требуемая ЭДС холостого хода1. П51)где

151. XqH=Xq+XH=Xq, (П52) XdH=Xd+XH=Xd, (П53) ^ =ra+rH Ом. (П54)

152. ЭДС при номинальной нагрузке1. В, (П55)где1. П56)

153. Индукция в воздушном зазоре при номинальной нагрузке1. П57)