автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Моделирование и анализ переходных процессов в магнитоэлектрических синхронных генераторах для уменьшения расхода магнитотвердых материалов

ХАРКШСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛ1ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

МОДЕЛЮВАННЯ ТА АНАЛ13 ПЕРЕХ1ДНИХ ПРОЦЕСШ У МАГН1ТОЕЛЕКТРИЧНИХ СИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРАХ ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ВИТРАТИ МАГН1ТНОТВЕРДИХ МАТЕР1АЛ1В

Спещальшсть 05.09.01 - Електричш машини г апарати

Автореферат дасертацц на здобутгя наукового ступеня кандидата техшчних наук

1 (

¿(¡'У'"' ГссамХуссейнШахш

УДК 621.313.32:621.318.13

Харюв -1999

Дисертащею е рукопис.

Робота виконана в Харювському державному пол1техшчному ушверситеп Мшстерства осви-и Украгаи.

Науковий кергвник - кандидат техшчних наук, доцент

1ваненко В1тагпй Мшаггович, Харювський державний шштехшчний университет,

доцент кафедри електричних машин.

ОфщШш опоненти - доктор техшчних наук, професор

Повстень Biicrop Олександрович, Кшвський м1жнародний университет цившьног ав1аш,

зав1дувач кафедри елеетромехашки;

доктор техшчних наук Зозулш Юрш Васильович, Науково-дошдний, проектно-конструкторський i технололчний шстатут важного електромашино-будування, м. Харюв, головний науковий сшвробтшк, заступник головного конструктора,

Провщна установа - 1нсттут електродинамки

HAH Украши, м. Кшв.

Захист дисертацц ввдбудеться " 2000 р. о О

на засщанш спещашзовано! вчешн ради Д 64.050.08 у Харювському державному шштехшчному ушверситет! за адресою: 61002, м. Харюв-2, вул. Фрунзе, 21.

3 дисертащею можна ознайомитась у б1бл1отещ Харгавського державного полпехшчного ушверситету.

Авторефератрозкланий ft-'w-^ 2000 р.

Вчений секретар спещашзовано! вчено! ради

Болюх В.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальшсть проблем». Використання синхронних генератор1в магштоелектричного збудження як автономних джерел електроживлення е перспекгивним, тому що таю генератори мають повну безконтактшстъ, внсою енергешчщ та масогабаритш показншси, висою магштш та енергетичш характеристики сучасних магштних мaтepiaлiв при вщносно невеликш IX вартосп, високу надшнкть. До цього слад додати простоту 1х обслуговування в експлуатздщ та можливгсть створення ремонтопридатних конструкцш вдуктс^в.

Ряд питань, пов'язаних з особливостями робота синхронних гeнepaтopiв з постжними магштами (СГПМ), вимагае бшьш детального анагпзу, особливо це стосуегься роботи генератора у нестащонарних режимах.

Як ввдомо, об'ем постшних магнтв, а значить маса 1 вартють генератора, залежитъ, при ¡шлих р1вних умовах, перш за все вщ величини коефкцента ударносп, визначеного в режим! раптового короткого замикання (РКЗ), 1 правильний виб1р його на етат проекгування мае важливе значения. У вадомш техшчнш Л1тератур1 коефщкнт ударностт, який рекомендуеться при розрахунку маси постшних магнтв, визначаегъся в режим1 РКЗ при поспйнш частой обертання ротора. У випадку малих момент шерцп обертових мае, що мае мюце при робо-п генератора вад привцщого двигуна сум1рно$ потужносп, розв'язання задач1 при постшшй частой обертання може розглядатися як перше набдиження до розв'язання задач1 загального випадку. Реальш перехдаи процеси завжди супроводжуються змшою частота обертання ротора, що необхщно враховувати у математичшй модел1 генератора.

Важливим фактором, що впливае на властивоот генератора, е геометрк полюсного наконечника, яка забезпечуе отримання або мЫмального коефпнента ударносп, або коефодента, не залежного вад параметр1в поздовжнього контуру генератора в деякому дипазош1х змши, що дуже важливо на етат проекгування.

Одшао з основних задач проекгування СГПМ е якомога точне врахування магштних потоыв розедавання м1ж активними поверхнями магнтв, що мае особливе значения, коли розв'язуеться задача оттошацп магнпу за величиною максимальной енерги або за величиною максимально! потужносп генератора.

У таких випадках отримати зазначеш результата можливо тшьки регулюванням потокт розейовання, що в свою чергу пов'язано з водкшдною змшою геометрп уаа магштнем системи. Найбшьш точне врахування потоив розедавання генератора можливо отримати шляхом

розв'язання задач розподшу реального магштного поля в нижполюсному простор! генератора.

Робота по створенню уточнених методик розрахунку 1 досшджешпо роботах властивостей СГОМ на прсшта кшькох рокзв проводились кафедрою елекгричних машин Харивського державного по-ттехшчното ушверситету (ХДПУ). Кшцевою метою цих роб1т була розробка рекомендащй щодо проектування синхронних генераторш магшто-електричного збудження з урахуванням перехвдних peжимiв, що маютъ мкце в умовах експлуатаци цих машин. Досгадження, що проведена у дисертащйнш робот!, та одержан! результата е юнцевим етапом науково-дастддог робота кафедри за шею темою.

Зв'язок робота з науковими програмами, планами та темами.

Необхадшстъ дослщжень, яю проводились у дисертащйнш робот!, викликана вимогою створення високоефекгавних 1 надойних джерел живлення та зменшення витрати активних матер1ал1в. Щ дослщження пов'язаш з науково-досладшю роботою кафедри елекгричних машин ХДПУ за темою М3211 "Розробка уточнених багатор!вневих математичних моделей, що забезпечують оптимальний виб1р параметра елекгричних машин при !х проекхуванш з метою шдвшцення енергетичних показшшв", яка виконуегься зпдно з координащйним планом Мипстерства освети Украши (наказ № 37 вщ 13.02.97 р.), ДР№ 0197Ш01921.

Мета 1 задач! дослшкень. Метою дисертацщшм робота е врахування нестащонарних режимш робота СГПМ на еташ проектування для полшшення к робочих властивостей.

Досягнення зазначеши мети передбачало розв'язання таких завдань:

- розробка уточнено! математично! модел! СГПМ з урахуванням змшно! частота обергання й конструктивного виконання ротора генератора;

- оцшка впливу параметр1в обмотки статора 1 демпферних конгур1в ротора на величину коефедента ударносп;

- розробка методики розрахунку геометрп полюсжп системи ротора за результатами математичного моделювання режиму РКЗ;

- аналшмний розрахунок розподиу магштного поля в робочому зазор! 1 в м1жполюсному простор! генератора з метою визначення коефвдента розсиовання магнпно! системи ротора;

- експерименгальне дослщження макетного зразка СГПМ з метою перев1рки в1ропдносп теоретичних 1 розрахункових передумов;

- розробка рекомендащй щодо проектування 1 створення СГПМ при 1х робот! на автономне навантаження.

Наукова новизна одержаних результата:

- розроблена уточнена математична модель СГПМ з урахуванням нер1вном1рност1 обертання Й конструктивного виконання ротора генератора; -

- запропонований закон змши моменту привщного двигуна; "який забезпечуе зв'язок ш елекхромагштним моментом генератора у сталому режимг 1 змшною частотою обертання ротора;

- проведена ощнка впливу параметр1в обмотки статора 1 демпферних контур1в ротора на величину коефвдента ударносп 1 наведенг рекомендацй щодо вибору його величини з урахуванням конструктивного виконання ротора 1 потужносп генератора;

- розроблена методика розрахунзсу геометрй полюсних наконечниюв для отримання заданого р1вня коефвдента ударносп з використанням теори комплексного магштного опору;

- з метою визначення коефвдента розсиовання магниу проведено розрахунок магштного поля генератора з використанням комбшованого методу - метод Фур'е для розрахунку поля в робочому зазор1 генератора 1 метод Рггца для розрахунку поля в м1жполюсному просторг

Пряктичне значения дисертацшно! робота полягае у створенш методик та алгоритшв розрахунку СГПМ, ям дозволяють на еташ проегаування здайснювати виб1р основних параметр1в генератора, при яких забезпечуетъся надшна робота постшних магнтв ротора у сталих та нестацюнарних режимах.

Зазначеш методики та алгоритми розрахунку впроваджено на фipмi "Масоп^!" (Республжа 1Иван, м. Бейрут). Одержат в робел теоретичт та практичш результата також можуть бути використаш на шдприемствах 1 в установах, яи займаються розробкою та створенням СГПМ, що використовуються як автономш джерела живлення.

Особистий внесок здобувача в отримання наукових результатш, яи виносятъся на захист:

- уточнена математична модель синхронного генератора магштоелеетричного збудження в нестацюнарних режимах;

- алгоритм розрахунку магштного поля в робочому простор! синхронного генератора магштоелектричного збудження;

- методика розрахунку геометрй' полюсного наконечника синхронного генератора та виб1р оптимальних коефиценпв ударносп синхронного генератора при збудженш вщ постшних магнтв.

Апробащя результатов дисерташТ. Основш положения 1 результата дисертащйно! робота доповщались 1 обговорювались на двох мгжнародннх

конференцшх "Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье (мм. Хармв, Мкикольц, Магдебург, 1995, 1996 рр.); на наукових семшарах HAH Украши з комплексних проблем "Науков! основи електроенергетикм"; на наукових конференщях професорсько-викладацького складу ХДГТУ в 1994-1999 рр.

Публшащь Основш результата дисергащйжи робота опублковаш в 9 роботах: 7 статей - у Вюнику Харювського державного полггехтчного ушверситету; 2 тези доповщей на м1жнародних конференщях (мм. Харюв, Мшвсольц, Магдебург).

Структура та обсяг роботи. Дисертаиця складаеться 13 вступу, 5 роздинв тексту з висновками по кожному роздшу, висновку, списку лггератури i трьох додатюв. Загальний обсяг роботи складае 246 сторшок, у тому числ1 147 сторшок основного тексту, 6 таблиць на 2 сторшках, ЮОрисунюв на 62 сторшках, список лггератури з 64 найменувань на 6 сторшках i 3 додатки на 29 сторшках.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ

У Бегут об1рунтовано акгуальшсть проблеми, зв'язок роботи з науковими програмами, планами i темами, сформульовано мету i задащ роботи, викладено наукову новизну, практичну значупрсть одержаних результат.

Перший розшл присвячений аншпзу характеристик джерел електро-живлення для автономиях електроустановок. Проведено пор1вняння експлуатацшних характеристик вщомих електромашинних джерел жнвлення з метою визначення типу генератора, що вщповщае поставленим вимогам. Анал1з показав, що для установок мало* та середньо! потужнос-п найбшьш перспективним може бути застосування безконтактннх магштоелектричних синхронних генераторов.

Проведений aHani3 магштних властивостей вадомого спектра магштних матер!ал1в показав, що для забезпечення високих енергетичних та масогабаритних характеристик електричних машин при вщносно невеликш ix вартоеп сл!д використовувати поспйш магшти (ПМ) на основ! радисноземельних метатав, причому перевагу СЛ1Д вщдавати використанню магнтв класу неодим-загпзо-бор.

3 урахуванням специфйси робота генераторов потр1бно використовувати ремонтопридагш технолопчш конструкцп з полюсними наконечниками чи без них, для яких можпиве повне чи часпсове розбирання ротора з миимальними витратами копптв та часу. Подобш конструкцп розроблеш на кафедр1 електричних машин ХДПУ.

У другому роздЬн розглядаються питания математичного моделю-вання синхронних генераторш з поспйними магнатами.

При склад анш математичжн модел1 розглядаеться синхронний трифазний генератор, ротор якого явнополюсний з ПМ i двома демпферними ектваленгними контурами по поздовжнш та поперечшй осям, яга характеризують даю полюсних наконечнигав або алюметево1 заливки.

Основою для дослздження нестагнонарних режим1В синхронних машин незалежно вщ способу збудження е система рхвнянь, яка записана в координатах ротора. ТакШ систем! р1внянь вдаовщае просторова модель перетвореного синхронного генератора з ПМ, яку наведено на рис. 1.

У математичнш модел1 ПМ являе собою фжтивний одновитковий кошур, приеднаний до джерела струму, величина якого залишаеться незмшною при вс^х режимах робота генератора. За такого у явления контур ПМ не збуджуе ЕРС трансформаци в шших контурах 1 струм вщ ЕРС взаемошдукцй у цьому контур! дор1внюе нулю, бо джерело струму мае великий внутр1шнш ошр. Останне дае можлив1Стъ одержати незалежне вад решти р1внянь ршняння, яке дозволяе визначити величину резулыуючого потоку по поздовжнш оа генератора у перехщик режимах. Тодо повна система диферешпйних р!внянъ СГПМ у вщносних одиницях матиме вигляд:

\ч=тч

М^Н^ + Мо + ^^-Ч^); С1)

Фм = + Хмэ<3 ^эд Хм 1м ,

де

и« ха 0 Хаза 0 1<з

|и| = иЧ1 иа2 0 Хаэа хч 0 0 хэа 0 ; Ы = Р г !ч

иЧ2 0 0 ХЭд

и<ц = + г^ - + 5)- хчэч1эд(1 + Б)];

ич1 = -(1 + Б^ц + х^^зй + хма1м) - ич - гд,; (3)

Ц<32 = -гэ<11э<1» ич2 = -Гэч*э<1 ; хм - ¡ндуктивний ошр екв!валентного контуру ПМ;

м

э& е:

Гм

зэ

5)

ьи

Гол

Рэ^

ис

Рис. 1. Просторова модель СГПМ

Г

10-

о-

-5-10-15 -20-

-25

со

ы

1

1

1.05 СО 1

0.95

0.9

■0.63

■0.8

-0.75

0.7

£

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 $0.00 70.00 80.00 90.00 100.00

Рис. 2. Характер змши частота обертання та елекгромагштного моменту

СГПМ у режим1 РКЗ

1М - струм еквшаленпгого контуру ПМ;

рг - символ диференцшвання;

Б - вщ'емне ковзання у перехщних режимах.

Враховуючи те, що генератор працюе з привиним двигуном сум1рно1' нотужносп, необидно задати характер змши моменту двигуна в перехцдаих режимах таким чином, щоб вш змшював свШ моментзавсяко1 змши електромагштного момешу генератора. Був запропонований такий закон зм1ни моменту приводного двигуна:

м"гт1' (4>

де Мэу - елекгромагнтшй момент генератора, визначений при <в = 1 доя кожного сполучення параметр1В системи р^внянь.

В основу розрахунку параметр1в генератора покладеш схеми замнцення магшгного кола по поздовжгай та поперечнш осям, в яких демпф^рувальна доя полюсних наконечнигав враховуеться введениям до схем екв1валентних магштних та електричних опор1в.

Повна шдуктившсть контур1в генератора визначалась за такими сгаввщношеннями:

и = (5)

де - ефективне число витюв ьго контуру;

А | - провщшсть магштному потоку ¿-го контуру.

Взаемш ¡ндуетивносп м1ж контурами розраховувались за сгаввадношенням

= (6)

де Л^} - взаемна провщтсгь м1ж гиками ] та ь

Для визначення магштних та електричних парам етр1в масивних полюсних наконечншав була викорястана методика, в основу яко! покладено поняття комплексного магшгного опору.

Зпдно з шею методикою магштний ош'р полюсного наконечника дор!внюе:

(3

«чл

де I - екв^валентна довжина магштного кола в напрямку лшп вектора магштно'1 вдукцп;

и - периметр поперечного перер1*зу дшянкн магштного кола.

Екв1-валентний активний ошр одновиткового демпферного контуру доршнюе:

^=2,5^(1 + 8), (8)

де £' = и;и' = 2£.

Трети роздш присвячений анал1зу результатов математичного моде-лювання нестащонарних режимш робота СГПМ.

Розглянуто режим РКЗ генератора як найбшьш небезпечний в експлуатацшних умовах для двох конструктивних виконань ротора з призматачними магштами - з полюсними наконечниками та без них. При ведсутноеп полюсних наконечншав змшюваними параметрами були актавний огар обмотки статора, синхронний шдуктивний огар та елекгромехашчна стала часу. У процеа рппення дослщжувався вплив цих параметр!в на величину максимальних викидов струму, елеетромагштного моменту та коефщента ударносп для стало! та змшно! частота обертання.

Характер зшни струму статора й елекгромагштного моменту при сталШ та змшшй частотах обертання тдпорядковуеться одшй законом1рносп, але максималью викиди при змшнш частот! обертання зменшуються, лричому це зменшення там бшыпе, чим менше величина активного опору обмотки статора. При значениях п = 0,03+0,05 зменшення максималышх струм ¿в сягае 10-15 %. Останне пояснюсгься зниженням ЕРС обмотки статора (ковзання ротора в перпп момента РКЗ досягае 20 %) 1 збшьшенням стало! часу електричного кола статора.

Вплив змшно! частота обертання в обласп малих акгавних 1 синхронних поздовжшх шдуктивних опор1в спричинюе зменшення коефцдента ударносп (Куд) на 10-15 %, що з урахуванням високо! вартосп магштнотвердих матер1алЬ мае братася до уваги при визначенш геометрн активно! 301Ш ротора генератора.

Рекомендацц щодо вибору Куд, яю наведеш в летератур! з проектування СГПМ, подаш безвщносно до потужносп генератора. Проведет розрахунки дозволяють рекомендувати для генераторш потужшспо до 10 кВт коефнцент ударносп в межах Куд =1,1-ь1,15, а для генератор1в бшьшо1 потуясносп Куд =1,2+1,25.

Для ефективного захисту магнпу вад розмагшчування необхщно, щоб стала часу демпферного контуру перевшцувала час змши зовншшього потоку. 3 цього випливае важлива задача розрахунку геометри полюсних наконечншав, тобто !х елекгричних та магштних параметрш, яи забезпечують нормальну роботу генератора в перехщних режимах.

Як показали розрахунки, система р1внянь мало чутлива до змши параметра демпферного контуру по поперечшй ои, тому при розв'язанш

зада'п змпловались лише параметри обмотки статора для двох осей та параметри демпферного контуру по поздовжнш oci.

Пор1вняння характеру змши струму статора з випадком вадсутносп полюсних наконечншав показуе збьтьшення максимальних викид1в струму на 30-40 %, що пояснюеться демпф1рувальною даего коитур1в полюсних наконечншав. Викиди струму при змшшй частот! обертання зменшуються на 10-15 %. Величина максимальних вшшд1в електромагатного моменту збшыпуеться в 1,5-2 рази, що спричинюе р1зке зменшення частота обертання на перших етапах РКЗ (ковзання ротора досягае значения 20-25%), але в подалыпому щ викиди й коливання частота обертання зменшуються 1 ротор плавно входить до синхрошзму (рис. 2).

Bибip правильно!' геометри полюсних наконечншав дае можливють отримати таку змшу магштного потоку в поздовжнш оа, що його мнимальна величина в процеа РКЗ не менше значения потоку в режтп сталого КЗ (рис. 3), що забезпечуе величину Куд »1.

Як показують числент розрахунки, найбшышш вплив на Куд мають актавний та шдукгавний опори контуру полюсного наконечника - гэа та Хэд. Збшьшення цих опор!в спричинюе зниження ефективносп демпф1рування, ¡, коли гэ(] > гэан (гэсЫ - значения опору, яке забезпечуе Куд=1), демпф1рувалып властавосп полюсного наконечника попршуються I Куд наближаеться до значения, що вщповщае генераторам без полюсних наконечншав.

Оптимальний виб1р гЭ() та хэа дозволяе одержати значения Куд, що наближаеться до одинищ, при будь-яких значениях поздовжньо! шдуктивносп генератора хд безвщносно до piвня змши частота обертання ротора. Так, при змт гэа у межах 0,05+0,07 при значенш хэа на р1вш 0,4+0,5 величина Куд=1. Зростання гэа викликае збшьшення впливу на Куд зм1нно1 частота обертання, для малих значень хЭ() врахування цього впливу знижуе Куд на величину до 10 %.

Результата розрахунюв. дозволили побудувати залежносп Куд вщ параметр1в еквшалентного поздовжнього контуру полюсного наконечника для заданого значения опору генератора хд. Ряд таких характеристик наведено на рис. 4. Використовуючи подабш крив1 та теорю комплексного магштного опору, можливо визначити на етащ проектування основш розм1ри полюсного наконечника. Повшстю методику розрахунку викладено у дисертацшнш робот!

0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.550.5' 0.45 0.4

• 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00100.00

Рис. 3. Характер змши потоку магнпу синхронного генератора в режим! РКЗ

Рис. 4. Залежшсть коефщкнта ударносп вщ параметр1в СГПМ: 1-Ьа = 0,05; 2 -гэа = 0,07; 3-гэс1 = 0,09; 4-г* = 0,11

Четвертки роздм присвячений розрахунку магштних потокш розсг-ювання роторов СГПМ.

Необхщшсть такого розрахунку зумовлена таким: величина потоку розсиовання при заданому потоку магшту визначае корисний пота; величина коефцдента розсиовання вшгавае на масу магштного матер1алу; опттпзащя магшгу за його максимальною енерпею або максимальною потужшстю генератора можлива ильки шляхом регулювання потоюв розсиовання.

1снуюч1 методики розрахунку провадностей розсиовання базуються на уявленш спрощено! картини розподшу магштного поля, тому пряме розв'язання задаш розподиу поля мае сво! переваги.

Для генератора з висококоерцитившши ПМ при анаш'тичному poзв'язaннi можливо перейти вщ цшиндрично! системи координат до прямокутно!, бо висота магшту для дих матер1ал1в невелика в пор1внянш з радаальними розм1рами машини.

Розрахункову область машини 1 розподш магштного потенщалу на межах ще1 облает наведено на рис. 5.

Розрахунок поля був проведений комбшованим методом: для обласп повиряного зазору орей вщшукуеться функшя розподшу скалярного магштного потенщалу, яка задовольняе р]внянню Лапласа, а для обласп м1жпсшюсного простору осЬа розподш скалярного магштного потенщалу знаходиться шляхом розв'язання вар1ацшно1 задач! методом йтца.

В результата розв'язання одержан! вирази для розрахунку коефинента розсиовання магштно! системи ротора.

Корисний магштний полк (межа /е):

т

Магштний пота на меж1 сЬ:

ФсЬк = А) Магштний потк на меж1 сй\

2 г, 3'

1ш

(10)

Ьп

--гггтГГГПТГ

1±о

$п/г

* $4

==/ Чг

Рис. 5. Розподш скалярного магштного потенщалу на межах розрахунково! обласп

{26 (2 И5

{05 Ю

¥¡7

б

}ь„-

10

05

10

1.5

2.0

сГ

Рис. 6. Залежшстъ коефодента розсшвання вщ геометри магнпжп системи:

- - розрахунок магншюго поля;

----- - наближеш сгаввщношення

У

Повний магштний потж магшту:

Фм ^ФсЬк+Фсак + Фщ. де Фт - потж розсшвання з торцево! поверхи магнлу. Коефицент розстовання дорхвшое:

За одержаними сшввщношеннями були виконаш коефцдента розстовання магниу в режшм холостого ходу для ргзних сшввщношень геометрнчних розм!р1в магштно! системи.

Результата розрахунку для одного з вар1аш1в наведено на рис. 6.

У п'ятому роздШ розглянуп результата експериментальних дослщ-жень СГПМ.

При виготовленш макетного зразка генератора були використат магштна система, обмотка статора та конструктивш елеменгга серишого асинхронного двигуна (АИР112МВ6УЗ), що дозволило значно зменшига вартють зразка.

Задача проекгування в такому випадку зводилась тшьки до розрахунку шдуктора з використанням магнтв на основ! ферит-стронщю без полюсних наконечниюв. Це не дозволило в подалыпому одержата оптамальш техншо-економ1чш показники, але дозволило провести пор1вняння розрахункових та дос.щдних даних.

Була проведена вся нeoбxiднa сукупшсть експерименпв у сталих та переходи их режимах. Вщхилення експериментальних значень ЕРС в режим1 холостого ходу В1д розрахункових було на р1'вш 5 %, ном1нально! напруги при актавно-шдуктивному навантаженш - до 10 %. Обробка осцилограм раптового симетричного короткого замикання дала значения Куд=1,2, що збггаеться з вибраним при проемуванш.

Близький збш дослщних 4 розрахункових даних свщчить про достов1ршсть одержаних у робел теоретичних i розрахункових результата.

У додатках наведено програми розрахунку режиму РКЗ1 коефвденпв розстовання ротора генератора та акт впровадження.

висновки

1. Техшко-економ1чш характеристики СГПМ залежатъ В1д правильного вибору общему постшного магнлу та геометра полюсно! системи шдуктора. На еташ проекгування генератор1в мають бути задаш чта рекомендаци з урахувалиям фактор1в, що впливають на робоч1 властивосп генератора. Одним з них е коефииент ударносп, який визначаеться в

(13) розрахунки

режиш РКЗ. Рекомендации яю е в штератур1, дають значения цього коефицента при поспйнш частот! обертання ротора безвцдаосно до потужностт генератора.

Для генератор1в, яи працюють в!д привщного двигуна сум1рно! потужносп, розрахунок коефщента ударносп мае бути виконаний з урахуванням змшно! частота обертання, що мае мюце при нестащонарних режимах.

Ця задача розв'язуетъся шляхом всеб!чного анализу впливу параметр!в генератора на коефндент ударносп за допомогою узагальнено! матема-тично1 мoдeлi з урахуванням нер!вном1рносп обертання та конструктивного виконання ротора генератора.

Проведений анаш показав, що при правильно вибранш геометра полюсного наконечника можливо одержати мшмальне значения коефицента ударносп безвадносно до частота обертання та величини поздовжньо1 шдуктивносп генератора.

2. Одержана уточнена математична модель С111М з урахуванням нер1вжшрност1 обертання та конструктивного виконання ротора, яка дозволяе дослзджувати нестащонарш режими, що мають мкце в експлуатацй. Запропонований закон змши моменту привщного двигуна, який забезпечуе зв'язок \нж електромагнггним моментом генератора в сталому режимгта змшною частотою обертання ротора.

3. Числовий анапаз режиму РКЗ показав, що врахування нер1вном1р-носп обертання ротора е обов'язковим, бо зменшення частота обертання дае зменшення ударних струм^в до 20 %, а коефодента ударносп до 10-15 %, що безпосередньо впливае на об'ем магштного матер1алу та вар-псть генератора.

4. Показано, що правильний виб1р геометри полюсного наконечника дозволяе одержат оптимальний коефвдент ударносп, що наближаеться до одинищ, безвЬлосно до частота обертання та величини поздовжньо! 1ндуктивносп генератора.

5. Розроблена методика розрахунку геометри полюсного наконечника, явд. дозволяе одержати заданий р1вень коефодента ударносп з використанням теори комплексного магштного опору.

6. Одержаний аналпичний розв'язок задач1 розподшу магштного поля в генератор! з використанням комбшоваиого методу (метод Фур'е -метод Р1гца).

7. Результата експериментальних дослщжень макетного зразка генератора шдтверджують достов1ршсть розроблешм методики розрахунку СГПМ.

СПИСОК ОПУБЛ1КОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦН

1. йссам Хуссейн Шахин. Расчет геометрии полюсного наконечника синхронного генератора магнитоэлектрического возбуждения // Вестн. Харьк. гос. политехи, ун-та,- 1999,- Вып. 32.- С. 7-11.

2. Иссам Хуссейн Шахин. Выбор конструктивного исполнения и материала постоянных магнитов индукторов автономных синхронных генераторов // Вестн. Харьк. гос. политехи, ун-та,- 1999.- Вып. 32,- С. 2224.

3. Иссам Хуссейн Шахин. Экспериментальное исследование макетного образца синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов // Вестн. Харьк. гос. политехи, ун-та.-1999.- Вып. 37.- С. 122-126.

4. Иссам Хуссейн Шахин. Определение параметров ненасыщенных синхронных генераторов с магнитоэлектрическим возбуждением // Вестн. Харьк. гос. политехи, ун-та,- 1999,- Вып. 59,- С. 55-57.

5. Иваненко В.Н., Иссам Хуссейн Шахин. Математическая модель синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов // Вестн. Харьк. гос. политехи, ун-та.- 1999,- Вып. 46,- С. 68-69.

Автором розроблена уточнена математична модель синхронного генератора магштоелектричного збудження.

6. Новиков Ю.Д., Иваненко В.Н., Иссам Хуссейн Шахин. Расчет магнитного поля в межполюсном пространстве синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов // Вестн. Харьк. гос. политехи, ун-та,-1999.-Вып. 47,-С. 84-85.

Автору належить постановка задач1 та розробка алгоритму розрахунку магштного поля.

7. Иваненко В.Н., Иссам Хуссейн Шахин. Расчет коэффициентов ударности синхронного генератора магнитоэлектрического возбуждения // Вестн. Харьк. гос. политехи, ун-та,- 1999.- Вып. 55,- С. 90-91.

Автором проведеш числов1 розрахунки коефццента ударноеп синхронного генератора в нестацюнарних режимах.

8. Иваненко В.Н., Рогачев С.И., Егорова Г.Г., Иссам Хуссейн Шахин. Моделирование нестационарных режимов работы магнитоэлектрических синхронных генераторов // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Материалы междунар. науч.-техн. конф., 19-21 апреля 1995 г.- Харьков, Мишкольц: ХГПУ, МУ, 1995.- Ч. 2,-С. 11.

Автору належить постановка задач! та математичне обгрунтування напрямку дослщжень,

9. Иваненко В.Н., Рогачев С.И., Осташевский Н.А., Окунев С.И., Иссам Хуссейн Шахин. Влияние неравномерности вращения на коэффициент ударности синхронного магнитоэлектрического генератора // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Материалы междунар. науч.-техн. конф., 30-31 мая 1996 г.Харьков, Мишкольц, Магдебург: ХГПУ, МУ, МТУ, 1996,- Ч. 1.- С. 78.

- Автором розроблена методика розрахунку коефвдента ударносп синхронного генератора в нестагдонарних режимах.

АНОТЛЦП'

1ссам Хуссейн UlaxiH. Моделювання та анагаз перехздних npouecie у магштоелектричних синхронних генераторах для зменшёння, витрати мапптнотвердих матер)ал!в-Рукопис.

Дисертащя на здобутгя наукового ступеня кандидата техшчних наук за спещальшстто 05.09.01 - електричш машини i апарати. Харювський державнийполгсехтчнийушверситет, Харюв, 1999.

Дисертащя присвячена питаниям досладження перехадних режтпв синхронних генераторш з поспйними мататами (СГПМ), яы мають wiciie в умовах експлуатацй'. Розроблена математична модель СГПМ дозволяе в режим! рапгового короткого замикання оцшити вплив параметров генератора на великину коефвденга ударносп, який визначае масо-габаритсн показники та варпсть генератора. Розроблена методика розрахунку геометрй полюсних наконечнигав дае можлив1сть на етат проегаування отримати мшмальний або заданий коефпцент ударносп. Аналггичне розв'язання задач! розподшу магютного поля в робочому зазор1 генератора дозволяе оцшити величину коефвдента розсиовання залежно вщ геометрй полюсно! системи щцуктора,

Ключов1 слова: синхронний генератор, поспйш магнии, nepexiom режими, коефвдент ударносп, магштне поле, заощадження активних матер1ашв.

Issam Hussayn Shahin. The modelling and analysis of transient processes in magneto-electric synchronous generators for the cecrease of consumption of magneto-rigid materials.- Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of sciences on a speciality 05.09.01 - electrical machines and apparatus. The Kharkov State Polytechnical University, Kharkov, 1999.

The dissertation is devoted to questions of research of transitive modes of synchronous generators with constant magnets (SGCM), having a place under

operating conditions. The developed mathematical model SGCM, allows in a mode of sudden short circuit to estimate influence of parameters of the generator on size of factor blow, which is determined by weight - dimensional parameters and cost of the generator. The developed technique of account of geometry poles of tips enables on a design stage to receive minimal or given factor blow. Analytical the decision of a task of distribution of a magnetic field in a working backlash of the generator allows to estimate size of factor of dispersion depending on geometry pole of system inductor.

Key words: the synchronous generator, constant magnets, transitive modes, factor blow, magnetic field, economies of active materials.

Иссам Хуссейн Шахин. Моделирование и анализ переходных процессов в магнитоэлектрических синхронных генераторах для уменьшения расхода магнитотвердых материалов.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.01 - электрические машины и аппараты. Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 1999.

Диссертационная работа посвящена исследованию переходных процессов синхронных генераторов магнитоэлектрического возбуждения с использованием математической модели, построенной с применением теории обобщенной электрической машины. Целью исследований является оценка величины коэффициента ударности в режиме внезапного короткого замыкания (ВКЗ) при работе автономного синхронного генератора с приводным двигателем соизмеримой мощности. В связи с изменением в процессе ВКЗ величины момента приводного двигателя предложен закон его изменения, связывающий электромагнитный момент генератора в установившемся режиме с переменной частотой вращения ротора.

Исследовано влияние параметров обмотки статора и параметров демпферной системы (массивных полюсных наконечников) на величину всплесков тока обмотки статора, степень демпфирования продольного потока полюсными наконечниками, что и определяет величину коэффициента ударности, Численный анализ показал, что учет неравномерности вращения ротора обязателен, так как уменьшение частоты вращения приводит к снижению ударных токов, а значит, коэффициентов ударности, что непосредственно влияет на объем магнитного материала и стоимость генератора. Показано, что наибольшее влияние на величину коэффициента ударности оказывают параметры продольного эквивалентного контура полюсного наконечника. Даны рекомендации по выбору коэффициента ударности в зависимости от

мощности синхронного генератора и конструкции его полюсной системы. Расчеты показали, что правильный выбор геометрии полюсного наконечника, определяющий его параметры, позволяет получить коэффициент ударности, близкий к единице, безотносительно к частоте вращения и величине продольной индуктивности генератора.

'Использование теории комплексного магнитного сопротивления и результатов моделирования позволило разработать методику расчета геометрии полюсного наконечника, с помощью которой обеспечивается заданный уровень коэффициента ударности.

Следующим фактором, влияющим на рабочие свойства генератора магнитоэлектрического возбуждения, является величина коэффициента рассеяния полюсной системы индуктора. Для оценки этого коэффициента была рассмотрена задача распределения магнитного поля в рабочем пространстве генератора. Аналитическое решение находилось с использованием комбинированного метода: метод Фурье - для уравнения Лапласа при расчете поля в рабочем зазоре и метод Ритца - при расчете поля в междуполюсном пространстве. Полученные аналитические выражения для рабочего магнитного потока и потоков рассеяния позволяют по разработанному алгоритму легко оценить величину коэффициента рассеяния для спроектированной магнитной системы и, в случае необходимости, ввести соответствующие коррективы на этапе проектирования.

Точная оценка величин коэффициентов ударности и рассеяния на этапе проектирования имеет важное значение, так как от этих величин зависит объем магнитного материала, а значит, вес и стоимость генератора.

Результаты экспериментальных исследований макетного образца синхронного генератора подтверждают достоверность разработанной методики синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов.

Ключевые слова: синхронный генератор, постоянные магниты, переходные режимы, коэффициент ударности, магнитное поле, экономия активных материалов.