автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Обоснование применения и исследование торцевых асинхронных двигателей для измельчителей кормов

На правах рукописи

ХАТУНОВ ЮРИЙ МИХАЙЛОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТОРЦЕВЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ КОРМОВ

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного

производства

.АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1999

Работа выполнена на кафедрах электротехники, электрификации, информатизации и электрооборудовании и автоматики Российского государственного аграрного заочного университета (РГАЗУ)

Научные руководители - доктор технических наук,

профессор Коломиец А.П., доктор технических наук, профессор Мамедов Ф.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Сырых H.H., кандидат технических наук доцент Мару ев С. А.

Ведущее предприятие Всероссийский научно -исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ).

Защита состоится » g l-l ¿с-С,_1999 года

Е /¿^ часов на заседании диссертационного совета

K.i20.30.01 в Российском государственном аграрном заочном университете по адрес}': 143900 г. Балашиха - 8, Московской области. РГАЗУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «

» ¿Z l'l_ 1999 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета.

кандидат технических наук, О.П. Мохова

доцент '

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Впервые Фарадей в 1821 году предложил конструкцию торцевого двигателя, а первый прототип асинхронного двигателя (АД) был предложен М.О. Доливо - Добровольским а 1889 году. В связи с тем. что АД в составе ряда механизмов и приборов не всегда удовлетворяют современным требованиям, дополнительно применяют торцезые асинхрошше двигатели (ТАД), которые имеют ряд преимуществ: меньшая масса и габариты; улучшенные условия теплоотдачи, охлаждения и вентиляции: относительно простая эксплуатация и ремонт; улучшенные динамические показатели при резко - переменной нагрузке: возможность различной компоновки ТАД, например, с одним статором и ротором, с двумя статорами и двумя роторами, с одним статором и двумя роторами: удобство сочленения с механизмом из - за плоской конструкции; малоотходное использование магнитных материалов; упрощение обмоточных работ из - за открытой и плоской зубцовой зоны; возможность выполнения магнитопровода более сложной конфигурации, например, методом порошковой металлургии, а также оеспазовое исполнение, например, с печатными обмотками и беспазовым ротором; возможность непосредственного встраивания ротора в рабочий механизм. В этой связи актуальным является теоретическое обоснование возможности применения ТАД в качестве привода измельчителя кормов (ИК) в

v

зависимости от типа ИК, вида измельчаемого продукта, параметров измельчения и мощности, разработка конструктивных схем электромеханических ИК и анализ их поведения с помощью математических моделей, особенно при резко - переменной нагрузке.

Цель работы. Обосновать возможность применения ТАД в качестве привода рабочего органа ИК; разработать новое конструктивное решение, позволяющее компактное совмещение ТАД и ИК; установить оптимальное значение мощностей ТАД, использование которых в Ж предпочтительно, определив при этом взаимосвязь между электромагнитными параметрами двигателя и параметрами ИК; разработать математические модели системы ТАД - ИК; электрические схемы замещения ТАД; методику задания нагрузки

на вал}' рабочего органа ИК, сравнить динамические показатели АД и ТАД; провести экспериментальные исследования динамических показателей ТАД.

Научная новизна. Найдено соотношение между объемом ротора двигателя и ротора измельчителя; определено оптимальное значение мощностей при которых использование ТАД с частично встроенной конструкцией целесообразно; разработаны новые конструктивные решения ТАД и электромеханических измельчителей на базе ТАД, на которые получены патенты РФ; разработаны электромагнитные, электрические схемы для составления математических моделей, а также схемы замещения для одностаторно - двухроторных трехфазных и однофазных ТАД с короткозамкнутым и массивным роторами; предложен способ задания нагрузки на валу. двигателя путем математического моделирования разложением функции в ряд Фурье; проведен анализ работы ТАД совместно с ИК методом математического моделирования.

Практическая значимость. Разработаны математические модели, реализованные в виде алгоритмов и рабочих программ, позволяющие определять токи, электромагнитные моменты, производительность при любых заданных режимах работы ТАД и ИК. предложенные формулы соотношения объемов роторов двигателя и измельчителя, позволяет определить объем ротора измельчителя по заданном}- объем}' ротора двигателя, а конструктивные решения новых электромеханических измельчителей на основе ТАД могут быть использованы предпочтительно для ИК малой мощности, применяемых в личных подсобных хозяйствах.

Реализация результатов исследования. ИК на базе ТАД внедрены во Всероссийском научно - исследовательском институте электрификации сельского хозяйства на дробилках зерна Д - Т - Л; а ТАД с повышенным моментом приняты к использованию при модернизации вентиляционных систем в АООТ ПО «Искра» и в НПО «Регион».

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на III Международной конференции «Электромеханика и электротехнология» ICEE - 98, Клязьма, 1998 г., на кафедре электротехники, электрификации и информатизации Российского

государственного заочного аграрного университета (1999 г.), во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (1999 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в четырех статьях, двух патентах РФ, одном рекламно - техническом описании.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографии и приложений. Работа изложена на 204 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 61 рисунок, список использованной литературы состоит из 104 наименований и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние вопроса и задачи исследования. На основании проведенного обзора литературы и состояния вопроса установлено, что ТАД, несмотря на ряд преимуществ перед цилиндрическими двигателями, не находят применения в сельскохозяйственном производстве и в частности не применяются в приводе рабочего органа ИК. Отсюда вытекает необходимость обоснованного решения о возможном применении ТАД в качестве привода ИК и разработки конструктивных схем для электромеханических измельчителей. Не разработаны математические модели, позволяющие исследовать динамические и статические режимы работы системы ТАД - ИК, особенно при резко-переменной нагрузке на валу двигателя для однофазного и трехфазного питания обмоток статора. Актуальным является определение влияния момента инерции на поведение АД при переменной нагрузке двигателя.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- провести анализ возможности использования ТАД в сельском хозяйстве;

У

- разработать конструктивные принципы получения ТАД с повышенным моментом и совмещенным с рабочим органом ИК;

- установить основные закономерности изменения отношения объемов роторов ТАД и измельчителя;

- установить оптимальные значения мощностей ТАД для применения его в качестве привода рабочего органа ИК;

- создать математическую модель, позволяющую уточненно, с одновременным протеканием электромагнитных и механических процессов, анализировать процессы в системе ТАД - ИК;

- составить алгоритм и программу расчета на ЭВМ Динамических характеристик в системе ТАД - ИК;

- провести экспериментальные . исследования ТАД в статических и динамических режимах работы.

2. Обоснование и разработка электромеханических измельчителей кормов. В разделе произведен анализ трех конструктивных схем сочленения ТАД с ИК: традиционная конструкция, когда ТАД за счет малой осевой длины приближен к рабочему механизму; конструктивная схема, где функцию ротора ТАД исполняет ротор измельчителя, и схема, при которой ТАД полностью встроен в механизм измельчения и образует так называемый электромеханический измельчитель кормов. Определены габаритные размеры ТАД и проведено сравнение их с габаритными размерами обычного концентрического АД мощностью от 0,12 до 160 кВт. Показаны графические поверхности, которые указывают на приращение диаметра ТАД над АД и уменьшение активной длины ТАД по сравнению с активной длиной АД.

Предложено новое устройство ТАД с повышенным пусковым моментом благодаря дополнительному кольцу, прилегающему к торцевой поверхности ярма, в котором расположены П - образные зубцы, охватывающие ярмо и выполненные из чередующихся магнито - и электропроводящих пластин, электрически соединенных с короткозамыкающими кольцами. При этом улучшаются пусковые характеристики ТАД за счет выраженного поверхностного эффекта в электропроводящих пластинах П - образных зубцов, приближаясь к характеристикам АД с глубокими пазами или двойной клеткой ротора. Так как тепловыделение от прохождения пускового тока происходит в основном в торцевой наружной области ротора, улучшается также температурный режим работы ТАД.

Проведено обоснование конструктивной совместимости ротора ГАД с ротором измельчителя. Если вместо ротора измельчителя использовать ротор ТАД там где это возможно, то экономическая эффективность будет очевидна за счет экономии массы ротора ТАД. С этой целью необходимо знать количественные соотношения между объемами ротора двигателя и ротора измельчителя. Из выражения для производительности измельчения зерна по известным формулам Мельникова С!.В. можно найти величину, пропорциональную объему ротора измельчителя (VH3m)> а из формулы для машинной постоянной Арнольда определяется величина, пропорциональная объему ротора двигателя (V?). Тогда отношение объема ротора двигателя к объему ротора измельчителя для зернодробилки после некоторых алгебраических преобразований будет иметь вид:

Vp _ 0,12-Kj -р-А-Спр -|cv -IgX3 +Cq(X-l)J

С|ЗЕР —-—--(1)

VH3M ге-а5'кв-Коб-А-В5

Для измельчителей корнеклубнеплодов аналогичные отношения будут: 21,6-р-СПр • jcv -lg).3 +Cq ■(*.-!)[ 1(Г3

-ikop - '

л'а5 1 A-Bg

(2)

Для измельчителей грубых кормов:

21,6-р-Са -й-1)-10~3

С)Гк =----(3)

я'аб'Кв-Коб'А-вб

где К1 - постоянный коэффициент, р - плотность'измельчаемого материала (т/м3); X - степень измельчения; Спр, С,, Сч - соответственно безразмерные и размерные [кДж/кг] коэффициенты, которые в виде таблиц представлены в гситературе; ад, Кв, Коб - соответственно коэффициенты полюсного перекрытия, £ормы кривой поля и обмоточный; А - линейная нагрузка (А/м); В5 - индукция з воздушном зазоре двигателя (Тл).

В диссертационной работе даны также другие формы записи (1), (2) и (3), зыраженные через мощность (кВт) и производительность измельчителя (кг/с). На основе анализа (1), (2) и (3) и других форм записи, представленных в

диссертации установлено, что существует определенная закономерность изменения соотношений между электромагнитными параметрами АД и параметрами измельчающего органа. Повышенные значения отношения объемов (С]) будут у измельчителей, обладающих меньшей производительностью, меньшей расчетной мощностью. Так, например, для зернодробилок А1ДМР - 20 с двигателем 160 кВт С13 = 0,0296, а для измельчителей зерна, используемых в личных подсобных хозяйствах типа ИЗК - 1 с двигателем мощностью 0,6 кВт, С|3 = 0,4, то - есть использование рассматриваемой конструктивной схемы в последних случаях более экономично. Методом наименьших квадратов и методом планирования эксперимента найдены зависимости соотношения объемов С] в функции расчетной мощности Р;, производительности О, удельной энергоемкости V/, плотности измельчаемого материала р, линейной токовой нагрузки А и индукции В для широкого диапазона изменения мощностей и типа измельчителей. Так как число варьируемых параметров велико используем дробный факторный эксперимент ДФЭ 24'1. Установлено, что для зернодробилок влияние АУ больше, чем влияние р, А и В; для измельчителей грубых кормов больше влияние А; для корнеклубнеплодов - коэффициенты перед переменными в полиномах для ИК больших мощностей(до 160 кВт) на порядок ниже коэффициентов полиномов, рассчитанных для ИК, используемых в личных подсобных хозяйствах (до 1,5-2 кВт), что подтверждает гипотезу о экономической целесообразности применения ТАД для ИК малой мощности.

Плоская форма ТАД создает преимущество при их использовании совместно с механизмом, органически встраиваясь с ним. В работе предлагается электромеханический измельчитель (см. рис 1), который позволяет снизить удельную энергоемкость, повысить производительность и улучшить качество измельчаемого продукта.

Измельчитель работает следующим образом. Исходный материал, например грубые стебельчатые корма, с помощью загрузочного транспортирующего устройства 2 попадают в измельчающую камеру 1, где под действием радиальных ножей 10 и 11, установленных на роторах 8 и 9, и радиальных ножей 6, закрепленных на неподвижном диске 5, происходит

\

Рис. I Электромеханический измельчитель корми». Патент №2125363

1 - вертикальная камера, 2,3 - подающее и выгрузочное устройства, 4 - одноенный сипор, 5,18 -неподвижные диски, 6,10,11 - ножи, 7 - штифт, 8,9 дисковые роторы, 12 палец, 13 лопатка, 14 - двухсторонняя заточка, 15 односторонняя заточка, 16 - скошенная кромка, 17

неподвижный вал, 19,20 - подшипники, 21,22 - обмотки статора, 23 - радиальный паз.

резание кормов, а пальцы 12, установленные на вращающихся ножах 10 и 11 роторов 8 и 9, взаимодействуя со штифтами 7, установленными по обе стороны неподвижных ножей 6, дополнительно за счет излома, разрыва и перетирания измельчают корма до нужной фракции, которые затем воздушным потоком и лопатками 13, а также под действием центробежных сил выбрасываются в патрубок выгрузного устройства 3. При пониженной и нормальной влажности измельчаемых кормов, роторы 8 и 9 с радиальными ножами 10 и 11 вращаются в одном направлении за счет соответствующего параллельного включения двух трехфазных обмоток 21 и 22 сдвоенного статора 4 в трехфазную сеть. При этом, в основном, в процессе измельчения действуют неподвижные штифты 7 и вращающиеся пальцы 12 ротора 9, ближнего к выгрузном)' устройству, измельчая за счет излома, разрыва и перетирания достаточно хрупкие и ломкие стебли грубых кормов. При повышенной влажности стебельчатых кормов ротор 9. с помощью переключения фаз трехфазной обмотки 22. вращается в направлении обратном вращению ротора 8 (на рис.1, разрез А - А; - в направлении против часовой стрелки. При этом процесс измельчения интенсифицируется за счет разрезания кормов вращающимися в противоположных направлениях радиальными ножами 10 и 11. и неподвижными ножами 6. Увеличению производительности и повышению качества измельчаемого продукта способствует выполнение штифтов и пальцев со скошенными кромками, с возможностью их углового перемещения вокруг осей.

3. Математические модели ТАД. предназначенных для привода измельчителей кормов. В работе рассмотрены следующие математические модели, описывающие поведение ТАД - ИК: 1. Трехфазный ТАД с двумя статорами и двумя роторами. 2. Трехфазный ТАД с одним статором и двумя роторами.З. Однофазный ТАД с двумя статорами и роторами. 4. Однофазный ТАД с одним статором и двумя роторами при двухфазной и трехфазной схемах включения обмоток. 5. Трехфазный ТАД с одним статором и одним ротором. 6. Однофазный ТАД с одним статором и одним ротором. 7. Трехфазный и однофазный ТАД с массивным ротором.

Uso

а) б)

Рис. 2 Трехфазная двухстаторно - двухроторная электромагнитная (а) и

электрическая (б) схемы

Электромагнитная схема трехфазного ТАД с двумя статорами и двумя

роторами представлена на рис. 2а. электрическая эквивалентная ей двухфазная

- на рис. 26. Выведены дифференциальные уравнения в матричной форме для

всех вышеуказанных схем, уравнения для электромагнитного вращающего

момента и уравнения движения. В частности, при однофазном питании обмоток

статора двухстаторно - двухроторного ТАД, математическая модель будет

состоять из математических моделей двух пар машин. Для первой пары машин

(статор 1 - ротор 1) вращающий момент будут иметь вид:

М] =Lmj(ispi -ÍRal -íSa| • ÍRpi)~Lm)(ispi '¡Ral -iSa, ■ Írpi Lm, {isp] -iRa, -iSal •%,)--Lmi(ispl '¡Ral ~¡Sctl 'ÍrPi) (4)

Для второй пары машин ( статор 2 - ротор 2)

=í-m2(ísB2 "¡Ra: ~>Sa2 '^рг)- Lra2(isp2 ' ÍR^ ~'Sa2 ' Ырг)4" (>SB2 ' *Ra2 ~Ча2 "'ярз)-

~ Lm2(isp2 ' 'Ra2 ~ >Sa2 ' 'ярг),-- (5)

где isal, isp,, iRal, iRp,, iso2, isp2, iRa2, iRp2, i^, is(Jl, iRal, i^,, isp2, ira2, ÍrP2 ~ соответственно токи статора (S) и ротора (R) прямой (') и обратной

(") последовательностей по ортогональным осям, неподвижным относительно

статора (а. (3), для первой (1) и второй (2) пары машин; 1_т1. 1.т:, -взаимные индуктивности соответственно прямой и обратной последовательностей первой и второй пары машин.

Первые два произведения в (4) и (5) образуют постоянные вращающие моменты (см. рис. 36), вторые два произведения образуют вибрационные моменты (см. рис. За), обусловленные однофазностью ТАД.

б)

Рис. 3. К созданию моментов однофазного ТАД с двумя статорами и роторами а) вибрационных, о» постоянных, но враптаюпгиг в разные стороны

1з1. 1К|. Гр, - - результирующие вектора токов статора и ротора: Мп, М,; - постоянные моменты: М,11)1:1. М,(:кп -вибрационные моменты. В разделе рассмотрены 5 схем вкЯ.-чения однофазного ТАД с рабочими и пусковыми конденсаторами! с двухфазными обмотками, смещенными в

пространстве на 90° и трехфазными обмотками, для которых составлены дифференциальные уравнения, описывающие их поведение в переходных и установившихся режимах работы. Разработаны схемы замещения ТАД с двумя статорами и двумя короткозамкнутыми и массивными роторами. В последнем случае проведен учет глубины проникновения магнитного поля, определяющего толшину поверхностного слоя, в котором выделяется 95 % всей энергии и определены параметры массивного ротора (Ы^, Х2) на основе формул Л.Г. Неймана. Представлена векторная диаграмма двухроторного ТАД при трехфазном режиме работы.

4. Анализ результатов математического моделирования. Составлены исходные данные для ввода в ПЭВМ параметров приводных двигателей измельчителей грубых кормов ИГК - 30 Б, мощностью 30 кВт, дробилок зерна Д - Т - Л, ДЗ - Т - I и комбинированных дробилок фуражного зерна и корнеклубнеплодов ДЗК - 1 мощностью 1,1 кВт. а так же параметры двигателя 0.18 кВт. предназначенного для привода измельчителей корнеклубнеплодов ПК

- 100 и ИКФ - 150. Причем для типов измельчителей Д-Т-Л, ДЗ-Т-1. ИК

- 100. ИКФ - 150. соответственно имеющих производительность 80, 40, 100 и 150 кг/ч для сравнения взяты АД (4А80А4; 4АА63А6УЗ) и ТАД (АДТО - 1. АДПО - 22) одинаковых мощностей, синхронных скоростей вращения и параметров измельчения (объемами измельчаемого материала за один оборот -V (м") и плотностью измельчаемого продукта р (кг/'м"')). На основе многочисленного анализа нагрузочных диаграмм ИК установлено, что изменение нагрузки на валу АД и ТАД можно имитировать с помощью

г г

известных функций, которые имеют аналитические выражения в виде, удобном для ввода в ПЭВМ (например, треугольный, прямоугольный, трапециидальный, пилообразный и т.п. импульсы). Эти импульсы как известно можно разложить в тригонометрический ряд Эйлера - Фурье, причем изменяя начальную фазу соответствующей гармоники и число гармоник можно изменять амплитуду и вид результирующей кривой нагрузочного момента, формируя желаемый закон I ее р^зменения. В работе берется униполярный прямоугольный ^-треугольный'.-им*г. льсы-Прямоугольный, или как-называют в импульсной тех ике-тепловой -импульс, наиболее тяжелый для привода, треугольный ^ наиболее легкий.

400 3 50

з.оо;

1 50

СО(о.е.} М(о.е.)

0 50 ом •050

с

р.

'(Ра*) ,400

О 00

М(о.е.)

) 00 200

ООО 0

еф

О 0 40 060 О во 100 120

300 ¿50 ЗМ ¡50 /00 0 50

Ь>М000

юооо гоооо шт кюоо 6)

Кка<о.е.)

009

005 007

006 0.05 004 0 05 0 02 0 01

\

V

--

N

00 зос Го мо

м ш оо"Ул

ООО 10000 300 00 500 00 400

г)

¡за(о')

■ 3 00

-5Ч0-2 0О -!00 ООО /00 2(Ю ?0г>

е)

ь^о.е.)

¡(рад)

/0000 30000 ММ) 00 400.00 б)

а ка(о.е.1

■2 14)

ООО 020 0 40 060 ОМ /00

((раа;

009 <103 0(1? 006 005 004 II 01 О 02 О О!

г ■

/ ---

/

/

/

/

/

.........

.4 00

100 00 200 66 300 00 40(100 •6

т гь$(о.е.} -2 00 ООО 300 400

а1) 61)

Рис. 4 Динамические показатели системы АД-ИК-ЮО (а1) и ТАД-ИК-100 (61) при МСЛ=2,5, с]~ 1 а) М,0)=АО; б) ¡а,=И0; ¡8Р=Ц0; в) М=Г(.»>); г) М(:л=("(1); д) 0=Д1); е) ¡к„= Й^,,)

В работе проведено исследование влияния амплитуды (Мса) скважности (q), длительности импульса нагрузки (t„) на величину и характер изменения электромагнитного вращающего момента (М), угловой скорости ротора (со), тока статора (iSo,iSp)> производительности измельчителя (Q) при различных значениях момента инерции и видах импульса для АД и ТАД. Приведены кривые изменения М; и; iSa, iSfi; Q в функции времени при пуске и внезапном

приложении Мса для АД 4А80А4УЗ, работающего с рабочим органом измельчителя Д - Т - Л производительностью 80 кг/ч и плотностью измельчаемого продукта р = 570 кг/м3 при различных значениях Мса, сформированных из основной и пяти высших гармонических составляющих для прямоугольной и треугольной формы их изменения для различных значений моментов инерции J. Как и следовало ожидать динамическая устойчивость АД растет с повышением J, производительность увеличивается. Проведено сравнение динамических показателей АД (4АА63А6У2) и ТАД (АДПО - 22* мощностью 0.18 кВт на валу которых находится рабочий срган измельчителя кореклубнеплодов ИК - 100. Исследование проводилось при изменении амплитуды импульса от 1 до 5 o.e. и скважности от 0 до 10 для каждого из значений МС£ при прямоугольном и треугольном импульсах. В частности установлено, что увеличение Мса в 2 раза при q=l приводит к уменьшению производительности от заданного значения 86 кг/ч до 64 кг/ч в случае работы АД и с 86 кг/ч до 78 кг/ч в случае работы ТАД с тем же самым измельчителем, длительность пуска ТАД выше длительности пуска АД. При увеличении Ми до 2,5 o.e. при q=l и прямоугольном импульсе АД быстро опрокидывается (см. рис. 4а1), а ТАД при тех же условиях продолжает еще достаточно долго вращаться (см. рис.461), причем ток у АД растет до величины 2,1 о.е (рис. 4а1; б), а у ТАД - до 1,65 o.e. (рис 461; б); производительность падает у АД до нуля (рис. 4а1; д) у ТАД первоначально до - 0.074 т/ч (рис. 4).

На рис. 5а 1 и 561 представлены аналогичные зависимости для АД и ТАД при Мса=5 o.e. и q=2, при прямоугольном импульсе нагрузки (использована пятая гармоника). Под действием этой нагрузки АД опрокидывается, когда наггучкс увеличена v гозпрашсетсу г первоначально, состояние, когда

УЗ- - ШШ II1 А

а,а

1 .........!.........

¿ой« :м<ю ¡огоч «эсоз г>

¡„{о.е. I

|~7 ;—

! 1

У :

аоо .оооо 200.0а /оаоо ммоо

а1) 61)

Рис. 5 Динамические показатели АД - ИК - 100 (а1) и ТАД - ИК - 100 (61) при прямоугольном импульсе нагрузки МСЛ=5, з=2 а) М.со=й'г); б) ¡5а=й'0; 15^=1^); в) М=6ш); г) Мса=вд; Д) 0=1(0; е) 15а=

Рис. 6 Зависимость Муд в функции амплитуды прямоугольного (а) и треугольного (б) импульсов при я=1 для АД и ТАД 0,18 кВт

наступает пауза (рис. 5а1; а, д). В случае применения ТАД амплитуды колебания скорости вращения, производительности и момента (рис. 561; а, д) незначительны по сравнению с предыдущим случаем.

На рис. 6 представлены зависимости Муд в функции Мм для АД и ТАД. Превышение динамической устойчивости ТАД над АД показана заштрихованной областью. Влияние скважности q на Муд показано на рис. 7, а на производительность на рис. 8. Аналогичные кривые получены для измельчителей ДЗ - Т - 1. Получены полиоминальные зависимости на основе ПФЭ 23, при котором за варьируемые параметры были приняты: скважность q, длительность импульса t„ и амплитуда прямоугольного импульса Ма, а за функции цели Муя (o.e.), 1уд (o.e.) и Q (т/ч). Из представленных в диссертации зависимостей установлено, что с увеличением (q) скважности - Муд, 1ул, Q уменьшаются; с увеличением длительности импульса - Муд, 1уд увеличиваются, а производительность уменьшается; с увеличением амплитуды импульса - Муд, 1уд увеличиваются, а производительность падает. Наиболее существенное влияние на Муд оказывает q, на 1уд - Мса, а на Q - Мса и q.

В работе представлены динамические показатели однофазного конденсаторного ТАД при различных емкосгях, которые имитируют величину эллиптичности поля. Увеличение эллиптичности поля приводит к большим колебаниям момента и скорости вращения ротора, причем они малы при скоростях, близких к S=1 и велики при скоростях близких к Sh.

Рис. 7 Влияние скважности на Муд при ^=31,4 рад (0,1 с) (двигатель 0,18

кВт) при прямоугольном (а) и треугольном (б) импульсах._АД - 0,18 кВт;

___ТАД - 0,18 кВт. (цифры на кривых указывают амплитуду пика нагрузки)

Рис. 8. Зависимость производительности измельчителя кормов ИК - 100 с двигателем 0,18 кВт в функции скважности прямоугольного (а) и треугольного

(б) импульсов при 1И =31,4 рад _АД___ТАД (цифры на кривых

показывают амплитуду импульса)

5. Экспериментальные исследования. Представлена методика экспериментального исследования нагрузочных диаграмм, основанная на использовании свойств самого ТАД (АД) изменять электромагнитное состояние при возмущающихся воздействиях на валу машины. Существует большое количество методов экспериментального исследования нагрузочных диаграмм: акселерометрический, тензометрический, с помощью использования датчиков момента, тахогенераторов и т.д. Обычно все перечисленные методы позволяют измерить динамический момент путем, соединения рассматриваемых устройств с валом двигателя, или рабочего органа. Выбрано устройство, позволяющее измерять момент на валу ТАД, используя для этого решения уравнений электромеханического преобразования энергии с помощью операционных усилителей. Устройство путем соединения со статорной обмоткой ТАД позволяет определить изменяющийся во времени момент, а при необходимости и скорость вращения ротора. Функциональная схема и устройства представлена на рис. 9, принципиальные схемы каждого из блоков - в приложении к диссертации. Устройство работает следующим образом. Фазные токи и напряжения с обмоток статора ТАД подаются на блок датчиков (БД), где

бпо

нпт

тад бд

бпчф

бп

ш

бвм

Рис. 9 Функциональная схема экспериментального определения момента

ТАД - торцевой асинхронный двигатель; ИПТ - источник переменного тока (1 фазного, или 3х фазного); БД — блок датчиков тока и напряжения; БПЧФ - блок преобразования числа фаз; БП — блок перемножителей; БВМ - блок вычисления момента; БПО - блок питания однофазный

а)

б)

Рис. 10 Общий вид экспериментальной установки а - ТАД - дробилка зерна Д - Т - Л; б - АД - дробилка зерна Д - Т - Л

преобразуются в сигналы напряжений. Затем преобразованные сигналы поступают на блок преобразования числа фаз (БПЧФ), приводящий трехфазную систему координат к двухфазной. Далее сигналы, пропорциональные токам и напряжениям, подаются на блок перемножителей (БП), а затем на блок вычисления момента (БВМ). Общий вид экспериментальной установки с дробилкой Д - Т - Л с АД и ТАД представлен на рис. 10, откуда видно более компактное и органичное соединение измельчителя с ТАД. В работе представлены экспериментальные кривые изменения момента и скорости вращения ротора для однофазного конденсаторного ТАД мощностью 0,18 кВт при различных включениях фазосдвигающих емкостей. Относительные погрешности экспериментальных и расчетных величин ударного момента составляют в зависимости от величины емкости от 0,041 до 0,133.

В случае замены ротора ТАД ротором измельчителя экономия металла составляет 2,75 кг, а удельная металлоемкость - 0,034 кг/кг, если принять объем производства 0,08 т/ч для измельчителей Д - Т - Л, ДЗК - 1. Общие выводы.

1. Рассмотрены различные схемные решения сочленения ТАД с рабочим органом измельчителя кормов: пристроенная (классическая) конструкция; частично - встроенная конструкция с использованием ротора измельчителя в качестве ротора ТАД; встроенная конструкция (электромеханический измельчитель кормов).

2. Предложен способ улучшения пусковых свойств ТАД путем нового конструктивного решения (патент № 2125759).

3. Проведено обоснование конструктивной совместимости ТАД с ротором измельчителя кормов. Найдены соотношение объемов роторов ТАД и измельчителя кормов на основе анализа закономерностей изменения мощностей, расходуемых на измельчение кормов и машинной постоянной Арнольда.

4. Выявлены закономерности изменения электромагнитных параметров электродвигателей мощностью от 0,27 до 160 кВт и параметров измельчителей кормов. Установлены оптимальные пределы изменения мощностей при которых использование ТАД с частично - встроенной конструкцией оправдано

(мощность примерно до 2 кВт для измельчителей кормов, применяемых в личных подсобных хозяйствах).

5. Методом планирования эксперимента найдены полиномиальные зависимости соотношения объемов в функции от мощности, удельной энергоемкости, плотности измельчаемого материала, линейной токовой нагрузки и индукции в воздушном зазоре машины.

6. Разработана новая конструкция двухстаторно - двухроторного встроенного электромеханического измельчителя кормов (патент №2125363), позволяющая получить новые качества, которые затруднительно иметь при традиционной цилиндрической конструкции, а именно: возможность осуществления однонаправленного, или разнонаправленного вращения двух роторов.

7. Разработаны электромагнитные и электрические схемы различных типов ТАД, которые легли в основу создания математической модели рассматриваемых конструктивных исполнений двигателей. На основе классической теории электромеханического преобразования энергии впервые разработаны математические модели системы ТАД - измельчитель кормов, позволяющие определить состояние системы не прибегая при этом к трудноосушествимым экспериментам, и целесообразные при широкой вариации параметров, особенно на стадии проектных разработок.

8. Разработаны схемы замещения ТАД трехфазного и однофазного напряжения питания с одним и двумя роторами короткозамкнутой и массивной конструкции. Выведены уравнения для различных схемных включений конденсаторных ТАД на базе • существующих, но отличающихся многороторностью и массивностью роторов. Представлена векторная диаграмма двухроторного ТАД при трехфазном напряжении питания.

9. Показана возможность использования преобразования Эйлера - Фурье для имитации нагрузки измельчителя кормов, позволяющие наиболее просто, меняя амплитуду, скважность, интервал, начало действия импульса и фазу сдвига соответствующих гармоник, получить наиболее полную картину изменения нагрузочного момента.

10. Сравнение динамических показателей АД и ТАД, показывает существенное преимущество использования последних в качестве привода измельчителей кормов, особенно при повышенных амплитудах импульса нагрузки. Найдены значения ударных моментов, токов, производительности в зависимости от амплитуды, скважности и длительности импульса нагрузки для системы АД - измельчитель, ТАД - измельчитель для ИК - 100, ДЗ - Т - 1. Показано, что применение ТАД повышает производительность. Так, например, для измельчителя корнеклубнеплодов ИК - 100 при применении ТАД производительность повышается на 2 кг/ч при МСА = 1 o.e. и q = 3; на 6 кг/ч при Ма = 2 и q = 2 при прямоугольных импульсах нагрузки; на 8 кг/ч при Мса = 3 и q = 2 при треугольном импульсе нагрузки. Производительность ИК с ТАД возрастает при больших нагрузках и уменьшается, начиная с q = 3.

11. Проведен выбор оптимального метода экспериментального определения нагрузочной диаграммы, основанный на использовании электромагнитных свойств самого двигателя, путем частичного счета уравнений электромеханического преобразования энергии. Представлен экспериментальный образец дробилки Д - Т - Л с органически соединенным ТАД и с уменьшенными массо - габаритными показателями по сравнению с использованием АД. Относительная погрешность экспериментально полученных кривых момента от расчетных для конденсаторного ТАД, в зависимости от величины включаемой емкости составляет 0,041 - 0,133. Экономия металла для случая применения ТАД в дробилках Д - Т - Л при частично встроенной конструкции составляет 2,75 кг.

Основное содержание работы опубликовано в следующих работах;

1. Патент РФ №2125759 по заявке №98106152, 1998 г. Асинхронный торцевой двигатель - с.8 (в соавторстве);

2. Патент РФ №2125363 по заявке №98106160, 1998 г. Измельчитель материалов - с. 7 (в соавторстве);

3. Измельчитель кормов со встроенным электроприводом. Механизация и электрификация сельского хозяйства №12 1998. с. 10 — 11 (в соавторстве);

4. Математическое моделирование асинхронного двигателя привода измельчителя кормов. / Тез. докладов 1П Международной конференции. Электромеханика и электротехнология. Россия, Клязьма, 1998 с. 206 - 207;

5. Электромеханический измельчитель кормов. / Тез. докладов III Международной конференции. Электромеханика и электротехнология. Россия, Клязьма, 1998 с. 217 - 218 (в соавторстве);

6. Обоснование конструктивной совместимости торцевого асинхронного двигателя с механизмом измельчения кормов. Механизация и электрификация сельского хозяйства №4, 1999 (в соавторстве)

7. Анализ аварийных режимов с учетом волновых, электромагнитных и механических процессов. Рекламно-техническое описание № гос. регистрации 01970000764, Балашиха, 1998 - с.6.

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ЗАОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Хатунов Юрий Михайлович

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТОРЦЕВЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ КОРМОВ

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного производства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: д.т.н., профессор Коломиец А.П. д.т.н., профессор Мамедов Ф А.

Москва 1999

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 11

1.1. Общие сведения 11

1.2. Применение торцевых асинхронных двигателей 13

1.3. Торцевые асинхронные двигатели, встраиваемые в механизм 15

1.4. Математическое моделирование поведения двигателя при 21. резко - переменной нагрузке

.5. Цели и задачи исследования 28

2. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА 30 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ КОРМОВ

2.1. Конструктивные схемы сочленения ТАД с измельчающим 30 органом

2.2. Торцевой АД с улучшенными пусковыми свойствами 38

2.3. Обоснование конструктивной совместимости ТАД с 45 механизмом измельчения кормов

2.4. Применение метода планирования эксперимента 54

2.5. Встроенный электромеханический измельчитель кормов 61

2.6. Выводы 67

3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТАД, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ 69 ДЛЯ ПРИВОДА ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ КОРМОВ

3.1. Основные положения 69

3.2. Трехфазный торцевой асинхронный двигатель с двумя 74 статорами и роторами

3.3. Трехфазный торцевой двигатель с одним статором и двумя 78 р эторами

3.4. Однофазный торцевой асинхронный двигатель с двумя 81 статорами и двумя роторами

3.5. Однофазный торцевой двигатель с одним статором и двумя 89 роторами

3.5.1. Двухфазная схема включения 89

3.5.2. Трехфазная схема включения 91

3.6. Электрические схемы замещения электромеханического 96 измельчителя кормов

3.6.1. Трехфазный торцевой АД с двумя статорами и двумя 96 массивными или обычными роторами

3.6.2. Схема замещения трехфазного ТАД с одним статором 99 и двумя роторами

3.6.3. Схема замещения однофазного ТАД с одним статором 102

\

и двумя роторами

3.7. Выводы 105

4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО 107 МОДЕЛИРОВАНИЯ

ь. 1. Выбор основных параметров при математическом 107 моделировании ТАД

4.2. Влияние амплитуды импульсной нагрузки 118

4.3. Динамические показатели АД и ТАД при прямоугольных и 129 треугольных импульсных нагрузках

4.4. Однофазный конденсаторный ТАД 153

4.5. Выводы 155

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 157

5.1. Методика экспериментальных исследований 15 7

5.2. Принцип действия устройства для определения 159 электромагнитного момента

5.3. Описание устройства 162

5.4. Результаты экспериментальных исследований 164

5.5. Расчет экономической эффективности 167

5.6. Выводы 170 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 171 ЛИТЕРАТУРА 175 Приложение 1 184 Приложение 2 187 Приложение 3 198

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность т е м ы в настоящее время более 60 % вырабатываемой в мире электроэнергии преобразуется в механическую посредством асинхронных двигателей (АД), первый прототип которых был предложен русским электротехником М.О. Доливо - Добровольским в 1889 году. Несмотря на то, что прошло уже 110 лет со дня создания АД, эти машины не претерпели каких - либо существенных изменений. Многочисленные проводимые во всем мире научные исследования по совершенствованию АД осуществлялись в основном в направлениях повышения качества, использования более совершенных электротехнических материалов и отработки конструкции с целью снижения массогабаритных показателей, повышения надежности и уменьшения технологической трудоемкости. Однако порой требования снижения удельной материалоемкости и повышение удельной энергоемкости, КПД, cos ср, разрабатываемых новых серий АД бывают противоречивы и могут быть разрешены на основе разумного компромисса автоматизированного (оптимального проектирования). Использование активных конструктивных материалов в современных АД серии 4А, АИ, РА достигло уровня близкого к оптимальному. Дальнейшее снижение массогабаритных показателей существующих конструктивных показателей не представляется возможным. На нагрев АД значительные влияния оказывает величина площади поверхности контакта магнитопровода с внешней средой. Недостатком АД является закрытое пространство обусловленное малым воздушным зазором. В связи с тем, что АД единой серии в составе ряда механизмов и приборов не всегда удовлетворяют современным требованиям, дополнительно к

указанным АД применяют торцевые асинхронные двигатели (ТАД), которые

\

можно специально приспосабливать для конкретных типов механизмов. Важным направлением развития электромеханических систем является

совмещение электрической машины с приводным механизмом, что позволяет исключить промежуточные, конструктивные и кинематические звенья, улучшить массогабаритные показатели, уменьшить затраты на изготовление, повысить производительность и КПД.

В 1821 году Фарадей впервые предложил конструкцию торцевого двигателя, а первый двигатель построенный Б.С. Якоби в 1834 году также был торцевым. Как известно асинхронные электродвигатели широко применяются в сельскохозяйственном производстве, являясь основой привода большинства сельскохозяйственных механизмов. Однако ТАД по сравнению с традиционными цилиндрическими асинхронными двигателями имеют ряд преимуществ:

1. Меньшая масса и габариты.

2. Улучшенные условия теплоотдачи, охлаждения и вентиляции.

3. Малоотходное использование магнитных материалов.

4. Удобство сочленения и упрощения кинематики сочленения с механизмом.

5. Упрощение обмоточных работ из-за открытой и плоской зубцовой зоны.

6. Улучшенные динамические показатели при резко-переменной нагрузке Не валу двигателя из-за большого момента инерции.

7. Относительно простая эксплуатация и ремонт.

8. Возможность выполнения магнитопровода более сложной конфигурации, например методом порошковой металлургии, а так же беспазовое исполнение, например, с печатными обмотками и беспазовым ротором.

9. Возможность различной компоновки ТАД; с одним статором и ротором, с дг умя статорами и двумя роторами, с одним статором и двумя роторами, много пакетное исполнение.

10. Конструктивная приспособляемость к приводному механизму и непосредственное встраивание ротора в рабочий механизм.

Перечисленные положительные качества ТАД легли в основу обоснования возможности использования их в качестве приводов ряда измельчителей кормов. При этом наиболее предпочтительными оказались на наш взгляд улучшенные динамические свойства, так как измельчитель кормов подвержен частым резко-переменным нагрузкам, а так же плоская форма ТАД, позволяющая органически соединять его с измельчаемым органом и улучшенные тепловые и вентиляционные процессы. В этой связи актуальным является обоснование возможности использования ТАД в качестве привода измельчителя кормов, разработка конструктивных схем электромеханических измельчителей кормов и анализ их поведения с помоцью математических моделей. Особый интерес представляют исследования поведения измельчителей с ТАД которые являются мало, или совсем не изученными в том числе в однофазном исполнении с фазосдвигающими емкостями и резкопеременной импульсной нагрузкой.

Одной из важных задач является обоснование применения ТАД для измельчения кормов в зависимости от вида измельчаемого продукта и оптимальной мощности, существенно обеспечивающей экономичность. Чтобь решение задачи было объективно при обосновании возможности использования ТАД, принималось условие равенства объемов АД и ТАД, несмо гря на то, что в ряде случаев массогабаритные показатели ТАД ниже аналогичных показателей АД.

Цель работы. Обосновать возможность использования ТАД в качестве привода рабочего органа измельчителя кормов; разработать новое конструктивное решение, повышающее электромагнитный момент ТАД и вращающий момент электромеханического измельчителя кормов; обосновать возможность использования ротора измельчителя в качестве ротора двигателя, разработать математические модели электромеханических измельчителей на базе ТАД и провести их анализ.

Научная новизна:

- найдено соотношение между объемом ротора двигателя и ротора измельчителя;

- определено оптимальное соотношение мощностей при которых использование ТАД целесообразно;

- разработано новое конструктивное решение электромеханических измельчителей, на которые получены патенты РФ;

- разработаны математические модели, схемы замещения для одностаторно - двухроторных трехфазных и однофазных ТАД с короткозамкнутым и массивным роторами;

- предложен способ задания нагрузки на валу двигателя путем математического моделирования, с помощью разложения функции в ряд Фурье;

- проведен анализ работы ТАД совместно с измельчителем кормов с помощью математического моделирования.

Практическая ценность. Предложенные аналитические выражения соотношений объемов роторов АД и измельчителя, позволяют определить объем ротора измельчителя по заданному объему ротора АД с помощью простых формул, а конструктивные решения новых электромеханических измельчителей на основе ТАД могут быть использованы особенно для измельчителей кормов малой мощности, применяемых в личных подсобных хозяйствах.

Реализация результатов исследования. Измельчители кормов на базе ТАД внедрены во Всероссийском научно -исследовательском институте электрификации сельского хозяйства на дробилках зерна Д - Т - Л; а ТАД с повышенным моментом приняты к использованию при модернизации вентиляционных систем в АООТ ПО «Искра» и в НПО «Регион».

Достоверность и обоснованность результатов и сследования подтверждается тем, что в работе использована фундаментальная теория расчета объема двигателей на основе машинной постоянной, широко применяемой при проектировании электромеханических преобразователей энергии. Предложенные конструктивные решения электромеханических измельчителей одобрены комитетом российской федерации по патентам и товарным знакам, а результаты математического моделирования основанные на классической теории электромеханического преобразовании энергии, совпадают с экспериментальными, снятыми для установившихся режимов.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на III международной конференции «Электромеханика и электротехнология» 1СЕЕ - 98 Клязьма, 1998 г., на кафедре электротехники, электрификации и информатизации Российского государственного аграрного университета (1999г.) во Всероссийском институте электрификации сельского хозяйства (1999г.).

Публикация. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 4 статьях, в двух свидетельствах на патент РФ, одном рекламно-техническом описании и учебном пособии по лабораторным работам.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и преложений.

На защиту выносится:

- доказательство возможности использования ТАД в качестве привода измельчителя кормов;

- аналитические соотношения между объемами роторов двигателя и измельчителя в функции производительности, мощности, модуля измельчения и электромагнитных нагрузок - индукции и линейной токовой нагрузки;

- устройство ТАД с повышенным пусковым моментом и электромеханический измельчитель кормов на базе дисковых двигателей;

- математические модели позволяющие исследовать статические и динамические режимы измельчителей кормов с ТАД при резкопеременной нагрузке;

- методика задания резкопеременной нагрузки, удовлетворяющих условию разложения, рассмотренных функций в ряд Фурье.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Общие сведения

7<ак указано в [1,2,3,4], основным приводом измельчителей кормов являются асинхронные двигатели мощностью от 0,18 кВт до 160 кВт в трехфазном и однофазном исполнениях. Последние применяются в основном для механизации переработки и приготовления кормов в личных подсобных и фермерских хозяйствах [4]. Независимо от вида измельчаемого продукта (зерно, грубые корма, комбинированные, корне клубнеплода), способа измельчения (раздавливание, раскалывание, разламывание, резание, истирание, удар), схем измельчающих рабочих органов (рубящие - КПИ,

ИКМ - 5, разрушающие ударом - штифтовые и молотковые - ИКС - 5, ИКС

\

- 5М; комбинированные - рубящие и режущие - «Волгарь - 5», разрушающие ударом и перетиранием - ДБ - 5, ДКМ - 5 и другие молотковые дробилки) основным параметром рабочего органа является вращающийся ротор, находящийся, как правило на валу ротора АД. В [1] также; указано, что рассмотренный баланс расхода энергии на всех участках работы дробилки подтверждает преимущество тех конструкций, где из технологической схемы исключен вентилятор, упрощена кинематика, максимально используется энергия воздушного потока ротора, причем, расчетная производительность дробилки пропорциональна площади диаметрального сечения ротора.

= кизм - о ь

V с;

(1.1)

где Кшм =71ЬСЛ-р-ц,3Д - коэффициент пропорциональности, характеризующий выход готового продукта с 1 м площади диаметрального сечения дробильной камеры, (кг-с-м2), П - диаметр, Ь - длина ротора (м), Ь -

толщина воздушно - продуктового слоя (м), р - плотность измельчаемого материала (кг/м3), р3 - массовая доля частиц материала в слое (кг/кг), I -время пребывания частиц материала в слое.

Производительность дробилки О1 согласно [1] будет пропорциональна объему статора:

(^02ЫУдр (Т/ч) (1.2)

3 то же время мощность, расходуемая на работу дробилки будет

пропорциональна удельной энергоемкости W (кВт-ч/Т) и степени измельчения X, то есть

Р = = = (кВт) (13)

Уравнение (1.1) и тождества (1.2) и (1.3), полученные на основе [1,2,3,4] указывают на то, что мощность, необходимая для измельчения продукта прямо пропорциональна объему ротора измельчителя.

В электрических машинах из формулы для машинной постоянной Арнольда [5,6,7] следует зависимость между объемом и габаритной мощностью:

\

Р'гЬ3=У (1.4)

где Ь - линейный размер (м); Р' - расчетная мощность (кВт); V - объем ротора АД.

Из тождества (1.4) следует, что расчетная мощность АД так же зависит от объема ротора. Таким образом (1.3) и (1.4) позволяют найти соотношение между объемами ротора АД и измельчителя, природа изменения которых как видно подчиняются одним и тем же закономерностям изменения.

1.2. Применение торцевых асинхронных двигателей

'ГАД относится к нетрадиционным электрическим машинам, в которых получается существенный выигрыш по занимаемому пространству за счет приближения двигателя к рабочему механизму, или при объединении (совмещении) конструктивных схем механизма и приводного электродвигателя. Все это становится возможным из-за малой осевой длины торцевых двигателей (см. рис. 1.1).

Первые торцевые двигатели стали находить применение в 1930 году [6,7,15] в качестве дисковых центрифуг магнито - фугальных машин, затем лет тридцать они были незаслуженно забыты и начиная с 1965 - 1970 годов вновь возродили свое существование, так как потребовались качественно новые характеристики и конструктивные решения, где двигатели цилиндрического исполнения не достаточно полно удовлетворяли этим условиям.

За последние 25 - 30 лет предложены [6, 20, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31], разработаны [6, 32, 33, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49], теоретически исследованы и внедрены [6, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56] различные типы торцевых электродвигателей. В большом количестве опубликованных работ в отечественной и зарубежной литературе за указанные годы особое место занимают работы Игнатова В. А. и Вильданова К.Я., которые систематизированы в виде монографии [6]. За рубежом ТАД занялись несколько позже [16, 17, 18] с 1947 года. Французские фирмы [8] с 1977 года и до настоящего времени применяют ТАД для бытовых и промышленных вентиля :оров, кондиционеров, устройств, работающих в агрессивных средах, прожекторов батискафов, исполнительных машин, в качестве управляющих и исполнительных двигателей радиоэлектронных устройств, \ ЭВМ и авиационных приборов. ТАД выпускают фирмы 8МС (Великобритания) и

ABGmBN (Германия) для привода вентиляторов, насосов, компрессоров [16, 30].

ТАД были применены в станкостроении в США в 1947 году [16], а в Чехословакии [17] были опубликованы работы, направленные на совершенствование конструктивного исполнения двигателя.

Фирма Micro - Electric (Швейцария) в 1961 году выпустила серию встраиваемых ТАД мощностью до 1,1 кВт, [31], а фирма Ferdenks, Morse и К° (США), мощностью до 15 кВт [26, 27]. В указанных работах были подтверждены важные преимущества по сравнению с аналогичными двигагелями с цилиндрической расточкой, а именно: меньшие масса и габарлты, благоприятные условия теплоотдачи, охлаждения и вентиляции, так как тепловые (греющие) потери выделяются в узлах, расположенных вблизи периферии машин, что позволяет повысить использование машины в целом, а так же улучшить эксплуатационные характеристики; практиче