автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Полюсопереключаемые обмотки для однофазных двухскоростных конденсаторных асинхронных двигателей

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ 1ШСТНТУТ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

РГБ ОД

ПЕДРУ КУМА ДИАТИЛУ

* 1 А ПР тм

УДК 621.3.045.5:621.313.333

ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМЫЕ ОБМОТКИ ДЛЯ ОДНОФАЗНЫХ ДВУХСКОРОСТНЫХ КОНДЕНСАТОРНЫХ АСИНХРОННЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность: 05.09.01 - электрические машины и аппараты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1999

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Одесском государственном политехническом университете, Министерство образования Украины.

Шумный руководитель: доктор технических наук, профессор Захаров Михаил Константинович, Одесский государственный политехнический университет,

профессор кафедры электрических машин.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Войтех Александр Арсеньевич,

Национальная академия наук Украины,

Институт электродинамики, ведущий научный

сотрудник отдела электромеханических систем;

- кандидат технических наук

Примаченко Дмитрий Владимирович,

Украинский научно-исследовательский институт

электробытовых машин "ВЕСТА", начальник

отдела электропривода.

Ведущая организация - Национальный технический университет Украины

"Киевский политехнический институт"

Министерства образования Украины,

кафедра электромеханики.

Защита состоится и С'1. 2000 г. в ^ час. £¿2 мин. на заседании специализированного ученого совета Д 26.187.03 в Институте электродинамики Национальной академии наук Украины, по адресу: 252680, г. Киев-57, просп. Победы, 56, тел. 446-91-15.

С диссертационной работой можна ознакомиться в библиотеке Института электродинамики Национальной академии наук Украины (252680, Киев-57, просп. Победы, 56)..

Автореферат разослан "/¿У " 01 2000 г.

Ученый секретарь ¿р.

специализированного ученого совета (ли ¿мллЛ^ ТиткоА. И.

£ ¿¿/.МЛ.^-ОГУ.*?

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Модернизация многоскоростных (двухскоростных) одно- и двухфазных асинхронных электродвигателей, расширение их номенклатуры с тем, чтобы повысить конкурентоспособность данных машин на основе улучшения потребительских качеств, является задачей неоднозначной. Ей можно решать только с использованием нового поколения ЭВМ, обладающего высоким быстродействием и значительным объёмом оперативной памяти. Это позволяет осуществлять системный подход к автоматизации проектирования таких машин, что включает создание сложных программно-технических средств, позволяющих осуществлять решения задач изучения физических процессов, существующих при работе асинхронных конденсаторных двигателей (АКД). Это позволяет оценивать свойства и характеристики машины в любом режиме работы с достаточной точностью.

На основе физико-математической модели АД на кафедре электрических машин ОГПУ (г. Одесса) разработана программа «ОКАД» поверочного расчета, на основе которой в настоящей работе созданы система и оптимизация обмоточных данных как оДноскоростных, так и двухскоростных конденсаторных электродвигателей.

Известна расчетная программа для односкоростных электродвигателей. В отличие от неё в программе, разработанной в этой работе, рассчитываются и исследуются двухскоростные АКД. При этом учитывается, что здесь состав гармонических МДС не является заранее заданным, а определяется по результатам гармонического анализа МДС обмотки.

Работа по созданию методики алгоритмов программы анализа свойств двухскоростных двухфазных обмоток АД является актуальной задачей.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Тема диссертационой работы "Полюсопереключаемые обмотки для однофазных двухскоростных конденсаторных асинхронных двигателей" выполнялась в соответствии с планами Одесского государственного политехнического университета, программами ГКНТ Украины.

Целью работы является создание математических моделей и алгоритмов программ формирования и анализа двухскоростных (симметричных) двухфазных полюсопереключаемых обмоток (ДЦППО) переменного тока с учетом добавочных гармоник магнитного поля при любых скольжениях, удобных для реализации на современных ЭВМ. Базой для этого направления исследований выбран АКД.

Основные задачи диссертационной работы:

1. Разработка алгоритма компьютерного (автоматизированного) формирования ДЦППО;

2. Создание подсистемы автоматизированного проектирования АКД с использованием разработанных ДДППО;

3. Исследование гармонического состава ДЦППО и выбор шага при двухслойном исполнении;

4. Рассмотрение для упрощения технологии изготовления ДДППО за счет однослойного и одно-двухслойного исполнения;

5. Оптимизация обмоточных данных АКД с учетом требований технического задания.

Научная новизна полученных результатов:

1. Разработана н предложена методика формирования симметричных двухфазны* двухскоростных ППО с нечетными числами пар полюсов при двухскоростной комбинации, позволившей получать новые оригинальные и высокоэффективные схемы ППО;

2. Разработан способ построения обмоток с новой схемой коммутации, . позволивший получить алгоритм для автоматизации процесса формирования ППО;

3. Разработана новая схема коммутации для двухскоростных ППО, дающая возможность получить обмотки с коэффициентами распределения, соизмеримыми с односкоростными обмотками на двух числах пар полюсов;

4. Разр. лтаны алгоритм и программа автоматизированного формирования симметричных по рабочим гармоникам двухфазных двухскоростных обмоток, реализованные с помощью программ EXCEL;

5. Разработаны алгоритм и программа оптимизации обмоточных данных;

6. На базе данных алгоритмов реализованы подсистемы автоматизированного анализа свойств двухфазных двухскоростных обмоток.

Практическая ценность. Практическая ценность работы состоит: в повышении эффективности процесса проектирования и ускорения разработки требуемых схем ППО; расширении функциональных свойств и внедрении новых конструкций машин; в использовании подсистемы автоматизированного анализа двухфазных двухскоростных обмоток.

Результаты внедрення. Разработаны алгоритм и программы поверочного расчета для двухскоростных конденсаторных асинхронных двигателей; использован и модернизирован алгоритм векгорно-табличного способа для формирования двухфазных двухскоростных ППО, на основе. которого с помощью программ EXCEL разработана подпрограмма автоматизированного формирования,симметричного по рабочим гармоникам; на базе разработанных алгоритмов в работе также реализованы подсистемы автоматизированного синтеза и анализа свойств двухскоростных двухфазных обмоток; разработана оригинальная методика формирования симметричных ДДППО с нечётными числами пар полюсов при двухскоростной комбинации, позволившей получать новые, высокоэффективные схемы полюсопереклю-чаемых обмоток.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях молодых исследователей факультета автоматизации и электрификации промышленности ОГПУ (Одесса- 1994г.); на научном семинаре научного совета HAH Украины по комплексным проблемам "Научные основы электроэнергетики", на кафедре электрических машин ОГПУ (март, 1999г.);

на научном семинаре научного совета НАН Украины по комплексным проблемам "Научные основы электроэнергетики", нарасширеннэм научном семинаре отдела электромеханических систем Института электродинамики НАН Украины (ноябрь, 1999г.).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 6 публикациях в научных специальных изданиях.

Структура н обт>ём работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав текста, выводов по главам, заключения, списка литературы, вклюшающего 147 наименований, приложения. Работа в общем объеме составляет 199 страниц. Содержит 101 страницу основного текста, 35 таблиц, 58 рисунков и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены основные положения, выносимые на защиту, и приведено краткое описание содержания работы.

В первой главе осуществлены обзор и анализ литературных источников (включая патентную литературу) по теме диссертации. Проанализированы известные методы построения схем трехфазных ППО, а также одно- и двухфазных ППО. Проанализированы задачи расчетов и оптимизации однофазных асинхронных двигателей. По результатам анализа сформулированы цели, основные направления и задзчи настоящей работы.

Вторая глава посвящена построению двухскоростных двухфазных ППО.

Для построения ДДППО применены существующий метод и способ построения трехфазных ППО (векторно-габличиый способ при соответствующих его корректировках).

Формирование ДДППО позволяет получать симметричные двухфазные ППО с любыми соотношениями чисел полюсов при выполнении следующих условий:

1.0бмоточные коэффициенты фаз А и В должны быть равными

2.Число активных катушечных сторон (АКС) в фазах А и В должно был. одинаковым (Л^ = Лд).

З.Пространственный угол сдвига между осями фаз должен быть равен 90 электрическим градусам.

Третье условие выполняется всегда при целом числе пазов на полюс и фазу (ц). При дробном д знаменатель дробиости (</) не должен быть кратным числу фаз, т.е. двум:

Ч = г/2р.т = 2,/2р.2 = А(сЩ =- (АЖс)/<1

Исходя из этого видно, что числа пазов статора зависят от чисел пар полюсов обмотки (р). В данном случае, они должны быть кратны четырем

- Ц.ч ). При обоих, нечетных числах пар полюсов необходимо, чтобы было числом целым и четным, а в параллельных ветвях числа катушек должны быть одинаковыми.

Эти условия должны выполняться для каждого числа полюсов. Векторно-табличный Способ (ВТС) основан на преобразовании векторных диаграмм пазовых ЭДС в таблицы АКС обмоток.

Рис. 2,1,Векторные диаграммы пазовых ЭДС для двухфазной обмотки р=2у Z/=24 Номера АКС обмотки необходимо записывать в границах 180 градусных фазных зон. Сдвиг между номерами АКС аналогичных столбцов А и В составляет 90 градусов. Число горизонтальных строк с положительными номерами АКС в каждой фазе равно р. Такое же число строк АКС и с отрицательными знаками.

Пример: для 2\ = 24 и 2р = 6. Вычисляем угол сдвига между векторами ЭДС: а = 360. p/Z, = 360 . 3 / 24 = 45эл. градусов.

Номер возле вектора ЭДС - это номер паза или АКС обмотки, А, В, А', В' -фазные зоны.

Если разрезать диаграмму по вертикальной оси, совпадающей с номером первого паза и развернуть на плоскость, получим векторную диаграмму на плоскости. Переместим под первую вторую половину плоской диаграммы для совмещения зон А с А' и В с В', т.е. изменим направления векторов ЭДС на 180 град.

Цифры, находящиеся в одной колонке, совпадают по фазе (+) или находятся в противофазе (-). Для числа полюсов р = 3 табличная запись АКС имеет следующий вид:

Фаза А Фаза В

1 2 3 3 4 5.

9 10 11 11 12 -1

-5-6-7 -7-8-9

Можно получать номера АКС для расширенной зоны фазы А с помошью следующего выражения.

Номера АКС для расширенной зоны фазы А

1-я строка: 1, 2,...,

2-я строка: -(l-Hfj), -(2-Нг,),..., -[fe"1"1)4"^]

3-я строка: (1+2хк,), (2+2хк,),..., £(Л2+1)+2х£, J р-я: ±[1+(р-1)хк,], ±[2ф-1)х/с,]...,

~ ± [(*,'+!Мр-1)**,]. (21)

. где Ki, кг - коэффициенты, определяемые из выражений:

к — Ц.ч. (2.2)

У 2р 4/?

Применяем симметрирование чисел, выражающих АКС относительно горизонтальной оси таблицы, дня распределения двухфазной обмотки.

Аналогичным образом можно сформировать таблицы АКС для любого числа полюсов в заданном числе пазов.

Путем объединения АКС для разных чисел полюсов в общую таблицу получаем распределения двухскоростных ППО.

Для примера: 2pi : 2pj = 6:4 в Zi / 2 ~ 12, формирование обмотки показано в табл.2.1.

)

Таблица 2.1

Формирование ППО с 2р] : 2рг = 6:4

А 1 2 3 -5 -6 -7 -8 9 10 11 1 г_з, 4 .7 -8 -9 -10

У 3 4 5 6 4 5 6 7

-7 -8 -9 11 12 -1 -10 -11 -12 -1

Для получения симметричной двухфазной ППО в каждой фазе выделяем по 12 АКС, занимающих идентичное положение относительно границ фазных зон (см. табл. 2.1).

Таблица 2.2

Формирование одно-двухслойной ДЦППО с 2р1: 2р2 = 6:4

Фаза 1р=6 2р=4

А 12 3 4 -5 -6 -7 -8 9 10 И 12 И 12 1 2 3 4 -5 -6 -7 -8 -9 -10

В 3 4 5 6 -7 -8 -9 -10 П 12-1 -2 2 3 4 5 6 7 -8 -9 -10 -11 -12 -1

' 1 21 3 1 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13|14|15|16 17[18|19|20 21 22 23 24

АД В А' А В' В' А_ А'Я в-ЦА А' В В

а

Ц2|3|4 5 6 7| 8 9 10 11 12 13|14|15|16 17| 18| 19 20 21 22 23 24

V. В А' А' В' В' А Г» вЦА' А' В' В' А

б

Рис.2.2.Торцевая схема ППО с распределениями АКС по фазам [а, б] одно-двухслойной ППО с 2р1: 2р2 = 6:4

~и

6С1

И'КХ II I < К К II

-}|—|_13,4,-23,-24 | I |П,12,-15,-^1_121,22,-) 7,-1^_

6С2

О

Рис.2.2. Схема коммутации [в] одно-двухслойной ППО с 2р1 : 2р2 = 6:4

На рис. 2.3 и 2.4 приведены новые схемы коммутации с 10 выводными концами, позволяющие переключать обмотку путем изменения числа параллельных ветвей в фазах и при этом получать высокие коэффициенты

распределения для р/ и р3.

-:--у--

!

р1С1

,. р2С1

О

О71

р2С1*

С4

сз

■О - - - •• " III "III

Ср С5 Ов

1

р1С2

8

Т

£ р2С2 ' Т~р2С2'

Рис.2.3. Схема коммутации двухфазной двухскороетной обмотки с соотношением полюсов 2р{1рг при работе на 2р1

Схема имеет 8 ветвей переключения. В каждой фазе катушечные группы соединяются последовательно. Стрелками на схеме (рис. 2.3) показано направление тока в фазах при включении обмотки на 2р¡.

Для работы обмотки на 2ру каждая фаза соединяется в две параллельные ветви. Направление тока для этого случая изображено пунктирными стрелками ( рис. 2.4).

При изменении числа пар полюсов в ветвях переключения меняются направление и фаза тока.

р2С1 р2СГ

Ср

Рис.2.4.Включение обмотки на 2рг

Третья глава посвящена формированию и анализу ДДППО с помощью программы EXCEL.

EXCEL - одна из систем электронных таблиц (программа электронных таблиц). Она представляет интерактивную среду, позволяющую работать с числами и текстами, расположенными в табличных ячейках.

Автоматизирование построения ДЦППО со схемой коммутации U/UU на основе алгоритма, приведенного во. второй главе, происходит в 17 этапов. Исходными данными здесь являются числа пазов статора (Z/) и соотношения чисел пар полюсов (р/ : рз). Алгоритм заполнения ячеек столбцов таблицы следующий:

1-й столбец - (Zj_VnoMepa пазов статора от 1 до Z//2;

2-й столбец - (Aj)- номера АКС, входящие в зону фазы А, при первом числе пар полюсов, т.е. при pi= 3;

3-й столбеи-(ВЛ- номера АКС, входящие в зону фазы В, при первом числе пар полюсов, т.е. при pi- 3;

4-й стол беи/А^У номера АКС, входящие в зону фазы А, при втором числе пар полюсов, т.е. при pi = 2;

5-й столбец-(ВгУ номера АКС, входящие в зону фазы В, при втором числе пар полюсов, т.е. при рг-2.

Данные для заполнения ячеек 2-, 3-, 4- и 5-го столбцов рассчитываются по формулам (2.1). При отсутствии значения в диапазоне цифр от I до Z//2, ячейкам присваивается «нуль».

6-й столбец - (А^У номера АКС, одинаковые по абсолютному значению для фаз А. при первом и втором числах пар полюсов, т.е. при pt= 3 и рз = 2, получаются в результате сравнения значений ячеек 2-го и 4-го столбцов.

7-й столбец - (B<g)- номера АКС, одинаковые по абсолютному значению для фаз В при первом и втором числах пар полюсов, т.е. при pf= Ъ\\р2- 2,

получаются в результате сравнения значений ячеек 3-го и 5-го столбцов,

8-й столбеи-(А)- номера АКС, которые при формировании обмотки будут включены в фазу А во всех вариантах, определяются по данным ячеек одноименных строк 6-го и 7-го столбцов. Если в ячейке 6-го столбца значащая цифра, а 7-го -«нуль», то в ячейку 8-го столбца записывается значение ячейки 6-го столбца и, наоборот, при одинаковых зна"ениях в ячейках 6-го и 7-го столбцов в ячейку 8-го столбца записывается «нуль».

9-й столбец -(ВУ представляет номера АКС, которые при формировании обмотки будут включены в фазу В во всех вариантах.

Это получается аналогично сравнению значений одинаковых строк ячеек 6-го и 7-го столбцов. Только теперь числовые значения ячейкам 7-го столбца присваиваются при нулевом значении в ячейках 6-го столбца.

10-й сто л бе tH1 ДПР- дает номера АКС, которые будут дополнять фазы А и В в различных вариантах обмоток.

Если в ячейках одноименных строк 6-го и 7-го столбцов одинаковые цифры, то ячейкам 10-го столбца присваиваются номера строки.

Например, в ячейках 1-й строки 6-го и 7-го столбцов цифры 1;1. Следовательно, ячейке 10-го столбца присваивается цифра 1.

Если в ячейках 6-й строки - 0;0 , следовательно, ячейке 10-го столбца присваивается цифра 6; если в ячейках 7-й строки - 7;7, следовательно, в ячейке 10-го столбца - 7; если в ячейках 8-й строки - 0;0, следовательно, в ячейке 10-го столбца - 8 и т.д.

11-й столбеЫФАУ номера АКС фазы А из 8-го столбца с добавлением номеров взаимосвязанных АКС (если они имеются).

Проверка наличия взаимосвязанных номеров АКС проводится в специальной таблице программы Excel. Она необходима для получения вариантов симметричных двухскоростных обмоток на обоих числах полюсов.

12-й столбец-(ФВ)- номера АКС фазы В из 9-го столбца с добавлением номеров взаимосвязанных АКС.

13-й столбец - (ДПУ номера АКС 10-го столбца за исключением взаимосвязанных номеров АКС.

14-й столбец-^ 1-й вар. А)- номера АКС (по абсолютному значению) фазы А для pi=3 и рг=2 первого варианта обмотки.

15-й столбец-( 1-й вар. В1- номера АКС ( по абсолютному значению) фазы В для р,-3 и pf= 2 первого варианта обмотки.

16-й столбец- ( 2-й вар. АУ номера АКС ( по абсолютному значению) фазы А для р!=Ъ и дг=2 второго варианта обмотки.

17-й столбец- (2-й вар. ВУ номера АКС ( по абсолютному значению) фазы В для р/=3 и рз- Т. второго варианта обмотки.

Программа в EXCEL автоматизированного формирования двухскоростных обмоток позволила получать новые симметричные варианты двухскоростных обмоток.

Таблицы в EXCEL позволяют анализировать следующие свойства: - симметрию обмотки по рабочей и добавочным гармоникам для двух чисел

пар полюсов;

- влияние шага обмоток на гармонический состав и на соотношения индукций в воздушном зазоре двухскоростной обмотки;

- проверку отсутствия разностных ЭДС в параллельных ветвях обмоток в схемах с двумя параллельными ветвями.

Программа в EXCEL также выполняет расчеты коэффициентов распределения, обмоточных коэффициентов фаз Л, В при выбранном шаге обмотки, определяет углы сдвига осей фаз по отношению к оси ординат, а также обмоточные коэффициенты для прямых и обратных гармоник магнитного поля. При разработке программы гармонического анализа написаны специальные пользовательские функции в модульных листах на языке Visual Basic, с помощью которых устанавливаются зависимости, позволяющие выбрать схему обмотки и рекомендовать шаг, а также проводить графическую иллюстрацию результатов гармонического анализа двухскоростной обмотки для МДС v-x гармоник.

Формирование и анализ ДДППО с помощью программ EXCEL позволяют всесторонне проанализировать варианты обмоток и выбрать вариант, благоприятный по уровню обмоточных коэффициентов и по амплитуде рабочих и v-x гармоник МДС.

Четвертая глава посвящена вопросам оптимизации обмоточных данных при проектировании двухфазных двухскоростных АД.

При этом определяются числа витков обмоток (Wa, Ид) и емкость конденсатора (Ср) двухскоростного асинхронного конденсаторного двигателя (АКД). Это осуществляется на основе решения оптимизационной задачи в интерактивном режиме с ПЭВМ при двухмерном отображении технико-экономических характеристик АКД в виде линий равного уровня на экране дисплея.

Создание двухфазных двухскоростных АКД с требуемыми рабочими свойствами возможно при использовании геометрии односкоросгных машин путем проектирования их на две частоты вращения при оптимизации обмоточных данных.

Задача решается на основе принципа декомпозиции, т.е. путем разбиения её на две независимые друг от друга частные задачи. Одна из них - это определение схемы двухскоростной обмотки, которая зависит в основном от числа полюсов и пазов, а вторая - определение оптимального числа витков фаз А и В и емкости конденсатора при заданных технических требованиях.

При этом основными техническими требованиями являются: кратности пускового (Кп) и максимального (/Си) моментов, а также величина напряжения на конденсаторе при холостом ходе (Uko). В качестве критерия оптимизации принимаются cosq> и величина обратного поля, которое должно быть минимальным, чему соответствует максимально возможный КПД. За управляемые переменные .(УП) принимаются числа витков в фазах А и В обмоток. В качестве УП здесь приняты Wa и Кт = а также величина

емкости конденсатора (Ср).

В двухскоростных АКД задача оптимизации еще более осложняется и может быть определена как многокритериальная, так как имеются две частоты вращения, на каждой из которых должен быть обеспечен максимально возможный КПД. Поэтому требования формулируются в следующем виде: найти Кт, Ср, которые доставляют критериям (см. рис. 4.1,4.2)

Фл. Кт, СР ) е Б;

к,{ Кт, сР) -г К,Г, КкО^КьСр) а Ям;

\УЛ > 0, Кт > 0,Ср> о, где 7, - КПД при данной частоте вращения.

Принципиальным в таких задачах является характер допустимой области (ДО), так как он определяет однозначность решения и возможность его получения. Исходя из этих соображений, нормализация алгоритмов синтеза и оптимизации АКД значительно усложняется.

Современные ПЭВМ позволяют успешно решать данную задачу в интерактивном режиме при двухмерном отображении технико-экономических характеристик АКД на экране дисплея в виде линий равного уровня для двух режимов.

Следует отметить весьма важный аспект. ПЭВМ выполняет расчеты в определенном экспериментальном поле изменения УП и обрабатывает результаты экспериментов (этих расчетов), а конструктор, анализируя эти данные, принимает соответствующие решения.

В нашем случае для двухскоростных АКД задача решается на основе принципа суперпозиции, т.е. путем наложения двух независимых решений оптимизационных задач для двух разных частот вращения. Получаются две зависимости 1Уа (Кт) и их допустимые области, каждая из которых образуется пересеченем линий равного уровня характеристик: Кп, Юм и Ико. (см. рис.4.3)

Для решения задачи на основе принципа суперпозиции, сначала в интерактивном режиме решается первая часть задачи синтеза, т.е. задача обеспечения непустых ДО и их совмещения для двух частот вращения при одинаковых значениях коэффициентов трансформации. С заданными ограничениями из технического задания определяются общие управляемые переменные. Затем находится общая допустимая область из пересечения ДО для двух частот вращения, по которой принимается оптимальное решение.

КПД 0.72 0 63 0.64_Ц

Кп=0.-15 /Км=2.1 Г \ Ж^.Ш

1.2 1.3 1.4 1.3 1.« 1.7

Рис 4.1. Линии равного уровня критерия, ограничений и допустимая область обмоточных данных при 2р=4 и Ср=30 мкФ

КПД 0.48 0.44 1 0.4

0.36

Уа 2р=б

1.2 1.3 1.» 1.5 1.6 1.7

1.8 КТ

Рис. 42. Линии равного уровня критерия, ограничений и допустимая область обмоточных данных при 2р=6 и Ср=02 ыкФ

1.1

1.3 1.4 1,5 1.6 1.7 1.8 Кт

Рис.4.3. Линии равного уровня критерия, ограничений и допустимая область обмоточных данных двухскоростного АКД 6/4, С/КЮмкФ при 2/>=4 и Ог=22мкФ при 2р=6

Решения оптимизационных задач на основе двухмерной интерактивности позволяет:

- уменьшить размерность оптимизационной задачи и свести её к вариации только величины емкости конденсатора;

- иметь оптимизационную систему, инвариантную к изменению технике; экономических требований;

- проектировать двухскоросгные АКД с достаточно высоким КПД на обеих частотах вращения.

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям и испытаниям макетного образца электродвигателя, спроектированного на базе серийной машины АИМ-71-4. При этом производится:

- проверка работоспособности двухскоростного АКД;

- исследование влияния величины рабочего конденсатора на электромагнитные и электромеханические свойства машины;

- снятие рабочих характеристик АКД. Исследования состояли из нескольких этапов:

1. С использованием разработанных программ поверочного расчета и оптимизации обмоточных данных (см.гл.4.), а также автоматизированного построения ДДППО (см.гл.З.) при проектировании двухскоростных АКД предварительно были проведены электромагнитные расчеты вариантов АКД

при р=2 и р 'З с различными обмоточными данными и различными величинами конденсаторов; осуществлялся поиск оптимального варианта обмотки. По полученным данным был изготовлен макетный образец двухскоростного АКД.

2. Экспериментальные исследования макетного образца состояли в осуществлении:

2.1. Опыта холостого хода, который проводился при постоянной величине конденсатора и переменной величине питающего напряжения. По полученным результатам были построены зависимости А» Ро. cos<pa =J( U„ ), а также находились потери }\„ + }\wx = f( U„). Здесь характер магнитного поля АКД зависел от величины конденсатора.

2.2. Исследования рабочих характеристик двигателя. Для этого в качестве нагрузки был использован электромагнитный тормоз. С помощью стробоскопа определялась частота вращения двигателя. Потери и КПД устанавливались по методу разделения потерь.

Характеристики снимались при разных напряжениях и при различных емкостях рабочих конденсаторов.

Пулученные результаты с достаточной точностью подтверждают данные расчетов и требуемые свойства двухскоростного конденсаторного двигателя.

В приложениях содержатся: А). Пользовательские функции к программам Excel; Б). Исходный код программы поверочного расчёта АКД и оптимизации обмоточных данных;' В). Примеры фрагментных листов на базе пограммы Excel для' автоматизированного построения и анализа свойств схем двухфазных обмоток.

ВЫВОДЫ

1. Применение векторно-табличного способа, разработанного автором, для построения двухфазных, одно-двухслойных ППО позволит значительно упростить процесс разработки и изготовления двухскоростных обмоток.

2. Предложена методика эффективного проектного формирования симметричных двухфазных двухскоростных ППО с нечетными числами пар полюсов в двухскоростной комбинации.

3. Исследована новая схема коммутации для двухфазных ППО, дающая возможность получать обмотки с высокими коэффициентами распределения, близкими к аналогичным коэффициентам односкоростных обмоток на обоих числах пар полюсов.

4. Разработан оригинальный способ построения обмоток с новой схемой коммутации для определённых соотношений чисел пар полюсов, позволивший создать эффективный алгоритм дня автоматизации процесса формирования ППО.

5. Построенные с помощью разработанных способов двухскоростные I обмотки по величинам обмоточных коэффициентов превышают на 7-15 % известные обмотки.

6. Разработан алгоритм автоматизированного формирования симметричных по рабочим гармоникам двухфазных двухскоростных обмоток, реализо-

ванный на базе программ EXCEL,позволяет уменьшить трудовые затраты разработчика обмоток.

7. Предложен алгоритм решения частной оптимизационной задачи определения обмоточных данных ПГ10 АКД на основе двухмерной интерактивности, который позволяет:

уменьшить размерность оптимизационной задачи и свести её к вариации только величины емкости конденсатора; иметь оптимизационную систем)', инвариантную к изменению технико-экономических требований; проектировать двухскоростные АКД с высокими КПД на обеих частотах вращения.

8. Показана возможность создания высокоэффективных двухскоростных АКД с ППО при сопряжении фаз U/UU, минимальном уровне (как правило, отсутствии) разностных ЭДС в параллельных ветвях.

9. Осуществлено проектирование ряда оригинальных схем двухфазных полюсопереключасмых обмоток, подтверждающих эффективность разработанных способов.

10. Получены новые варианты схем двухскоростных ППО с высокими значениями обмоточных коэффициентов, которые могут быть рекомендованы для использования в конденсаторных двигателях в целях расширения их эксплуатационных возможностей.

11. Результаты исследований и испытаний макетных образцов двухскоростных АКД подтвердили основные теоретические положения и расчетные соотношения, содержащиеся в работе.

12. Разработанная на языке СИ программа расчетов АКД используется в учебном процессе на кафедре электрических машин ОПУ при решении задач научно-исследовательского характера, в курсовом и дипломном проектированиях для поверочного расчета и оптимизации обмоточных данных, разработке новых и анализе известных схем как односкоростных, так и двухскоростных обмоток асинхронных конденсаторных электродвигателей.

Основное содержание диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Беликова Л. Я., Диатилу Педру Кума. Построение двухфазных полюсо-переключаемых обмоток.// Электромашиностроение и электрооборудование: Респ. межвед. науч.- техн. сб.- Киев: Техника.- 1995.- №.47.- С. 83-86.

2. Беликова Л. Я., Чайковский В. П., Диатилу Педру Кума. Оптимизация обмоточных данных двухскоростных асинхронных конденсаторных двигателей.// Електромашинобудуванкя та електрообладнання: Респ. м)жв!д. наук,-техн. зб.- КиТв: Техшка.-1997.- №. 49.- С. 79-82.

3. Захаров М. К., Беликова Л. Я., Диатилу Педру Кума. Автоматизированное формирование двухскоростных двухфазных обмоток с применением Excel.// Електромашинобудуваиня та електрообладнання: Респ. г.пжвщ. наук,-техн. зб.- Кшв: Техшка.-1998.- №. 50,- С. 87-91.

4. Диатилу Педру Кума. Анализ свойств двухскоростных двухфазных обмоток с по.мошью Елее! // Елевомашщюбудуванпя та електрообладнання: Респ. мисв10. наук-техн. зб.-Киш: Техшка,- 1998,-№. 51.- С. 54-57.

5. Захаров М. К., Беликова Л. Я., Чайковский В. П., Диатилу Педру Кума. Оптимизационные задачи при проектировании двухскоростных однофазных асинхронных электродвигателей // Епеетромашинобудувания та електрообладнання: Респ. дпжвцц. наук.- техн. зб,- Кш'в: Технша,- 1998,- №. 51.-С. 30-33.

6. Беликова Л. Я., Диатилу Педру Кума. Двухскоростные двухфазные обмотки с новой схемой коммутации // Науч. и произв. пракг. Сб.- Одесса: Труды Одесского Политехнического Университета.- 1998.- Вып. 1(5).-1998.-С. 228-230.

АННОТАЦИИ

Педру Кума Диатилу. Полюсопереключаемые обмотки для однофазных двухскоростных конденсаторных асинхронных двигателей.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.01 - электрические машины и аппараты - Институт электродинамики HAH Украины, Киев, 1999.

Настоящая диссертационная работа представляет собой теоретические, экспериментальные исследования в целях модернизации асинхронных конденсаторных, двигателей. Рассматриваются: анализ и формирование схем двухфазных двухскоростных полюсопереключаемых обмоток (ДЦППО); анализ свойств данных обмоток с помощью программ EXCEL; анализ типов оптимизационных задач при проектировании одно- и двухфазных двухскоростных электродвигателей. Разработаны и апробированы новая схема коммутации для двухфазных ППО и способ построения обмоток с новой схемой коммутации. Разработаны на языке СИ программа и подпрограммы на языке VISUAL BASIC для решения задач научного и исследовательского характера, поверочного расчета, оптимизации обмоточных данных и анализа свойств обмоток при проектировании новых и. известных схем как односкоростных, так и двухскоростных обмоток АКД.

Ключевые слова: двухскоростные, двухфазные, полюсопереключаемые обмотки, аюгивные катушечные стороны, число пар полюсов, критерии, ограничения, управляемые переменные,допустимые.области, схема коммутации, анализ, оптимизация.

Педру Куш Д1атту. Обмотки з полюсами, що перемикаються для однофазних двоншцдосних ковденсаторннх асинхрошшх двигушв - Рукопнс.

Дисертащя на здобута вченого ступеня кандидата техшчних наук за спешалынстю 05.09.01електричш машшш i апарати. - Incrmyr елеетродина-мш! HAH Украиш, Knie, 1999. -

Дана дисертацшна робота е теоретичним та експерименталышм досш'д-женням з метою модершзацп асинхронних конденсаторних двигушв. Розглядаю-ться: синтез i формування схем двофазних двошвидюсних обмоток з полюсами, що перемикаються (ДДОПП); аиал13 властивостей даних обмоток за допомогою програм EXCEL; анализ тишв оптим1зац,шних завдань при проектуванш одно- i двофазних двошвидюсних електродвигушв. Розроблеш i внпробуваш нова схема комутацн для двофазних ОПП i cnoci6 побудови обмоток за новою схемою комутацп. Розроблеш мовою CI програма i шдпрограми мовою VISUAL BASIC для вир1'шення завдань наукового i дослщницького характеру, перешрочного розрахунку, оптим»зацн обмоткових даних i анал1зу властивостей обмоток при проектуванш нових i вщомих схем як одношвидюсних, так i двошвидюсних обмоток АКД.

Ключов! слова: двошвидюсш, двофазн!, обмотки з полюсами, що перемикаються, активш котушков1 сторонн, число пар полюав, KpiiTepii, обмеження, кероваш 3MiHHi, допустим! облает, схема комутацн, анал!з, оптимоац1'я.

Pedro Kuma Diatilo, Pole-changing windings of single-phase, double-speed condenser-type asynchronous induciion motors.- Manuscript.

Thesis for the doctor's degree by speciality 05.09.01,- Electrical machines and apparatus.- The Institute of electrodynamics of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1999.

The present thesis represents theoretical, experimental researches with the purposes of modernization of asynchronous condenser-type motors. Considered are: analysis and formation of two-phase double-speed pole-changing windings (TDPCW) circuits (schemes); analysis of properties of datas of windings with the help of the program EXCEL; analysis of types of optimizations of problems at designing one and two-phase double-speed induction motors. The new switching chart for two-phase PCW and way of build-up of windings with a new switching chart designed and approved.

The techniques of designing on single-speed and double-speed condenser-type induction motors with the usage of computer programing language С "«ОКАД»" are created.

The types of optimizations problems are stated at designing one and two-phase, double-speed induction motors. The theoretical fundamentals and program of optimization of wildings of datas of examined machines, are set up.

On using Visual Basic language, algorithm and program of fonnation of the automizicd symmetries oa working harmonics of two-phase, double-speed windings, was designed, implemented with the help of the program Excel and a subsystem, permitting to cany out: - analysis of a symmetry of a winding on working and nius (v) hannonics for two pairs of poles; - analysis of influence of step of spools on the harmonical composition MMF and on a relation of induction in an air gap of a

J8

double-speed windinp; - check of absence in the difference of EMF at switching a winding willi a connecting circuit of phases in two parallel branches.

Designed with the program language C program and subsystems on the language Visual Basic for problem solving of scientific and exploratory character, proven calculation, optimization of windings of datas and analysis of properties of windings at designing the new and known circuits (schemes) both single-speed, and doublespeed windings ACM. Their application is effective at a stage of formation and choice of variants two-phase PCW depending on the requirements shown to designed condenser-type motor.

This thesis (work) can be utilised also in an electric machine industry at development of new types of machines and in the educational process, in course and degree designing at preparation of the engineers for electromechanics.

Keywords: double-speed, two-pliase, pole-changing of a winding, active bobbin sides, number pair of poles, criterion, limitations controlled variables, valid areas, switching chart, analysis, format'on, optimization.

ilonnaot-ro k newM 21.12. »Sr. SopMsr 60x90/16 Eyuara ofceTHa«. Copy.aT c3uaH»a I45i2I5 uh. ycJi.-neH.ancT to. . yq.-H3E.jKCt <0 Tnpsa 100 . Ssx£3 3tt

IToMrDafi. yc.-K liHCTETyra aisMpMSHS-MSKS KJlH XKpaasK 25335?, K!)f3-57, npocneitr nodes«,55