автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Разработка и исследование конструкции неявнополосных двигателей постоянного тока

Московский ордена Ленина и Октябрьской революции энергетический институт.

На правах рукописи

Т И X О Н О В Андрей Илькч

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИИ КОНСТРУКЦИИ НЕЯВЮ1ШЮСНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Специальность 05.09.01 - электрические маиины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Шсква 1992

Работа выполнена в Ивановском ордена "Знак Почета" энергетическом институте имени Е И. Ленина.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Щлжалоъ XX Я.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Токарев Е Ф.,

кандидат технических наук, доцент Лазарев А. Г.

Ведущая организация - НПО "Псковэлектромаш" (г. Псков)

Защита диссертации состоится 1993 г.

на заседании Специализированного Совета К 05а 16,04 Ыосковскс го Ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетическс го института в аудитории /: Лг- в ¿"¿Г час. мин.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, прос> направлять по адресу: 105835, ГСП, Москва, Е-250, Красноказа{ менная ул., дом 14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЫЗИ.

Автореферат разослан " /У " г.

Ученый секретарь Специализированного Совета К 053.16.04 к. т. н, доцент

ЕЕСЕДШ

• V f- Г ' 1

,ч • •1 1- .

ЗИБЛЙОШи - э -

ОВДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАВОТЫ jtoyuaiHQCiíi_iei!U. В связи с роботизацией производства спрос на двигатели постоянного тога возрастает. В настояние время широко освоено производство неявнополюсных машин серии 4П, конструкция которых унифицирована с асинхронными двигателями (АД), что позволило используеть современное технологическое оборудование, созданное для производства АД.

Требование унификации наложило определенные ограничения на выбор конструкции магнитопровода. В то же время неподвижный магнитный поток, создаваемый распределенными обмотками статора имеет ряд особенностей, которые недостаточно полно учитывается в сущгствущих неявнополтеных мзаппах постоянного тока (Ш МИГ).

В зависимости от конкретных требований производства процесс дальнейшего совершенствования конструкции может Сыть реализован по различным направлениям, в числе которых одним из наиболее важных является экономия расходуемых материалов. Стоимость материалов • в себестоимости электрических машин составляет порядка 202, и это соотношение продолжает расти.

Цель работы и аадата исследования. Конкретная задача, ро-лаемая в данной работе оыла сформулирована следушадш образом. Разработка, а также качественный и количественный анализ вариантов конструкции НЛ ЮТ, позполягдих экономить расходуемые материалы в сравнении с существующими серийно выпускаемыми НП ЯГГГ серии 4ti Выработка рекомендаций по совершенствования конструкции НП МШ' с точки зрения экономии материалов. При зтом любая предлагаемая констругадая должна иметь при наличии экономии материалов характеристики по крайней мере не хука, jeM характеристики существующих машин.

Основные методы исследования. Для решения задачи исподь-ювалось моделирование магнитного поля методом конечных элементов (MIO). Система нелинейных уравнений решалась методом Ьютона-Рафсона. Для решения системы линейных уравнений на саждом шаге итерации используется версия метода Холесского фивые намагничивания представлены путем сплайновой аппрскси-*ации табличных зависимостей. Использованы также фронтальный »лгоритм генерации конечно-элементной сетки и фронтальный ая-

горитм перенумерации узлов. При оптимизации конструкции НП МП использовались методы простого и рационализированного перебо ров, метод определения значений весовых коэффициентов на осно ве анализа множества Парето, метод переменной метрики Давидов - Фле тчера-Пауэлла с выбором по Стыоарту оптимального шага чис ленного дифференцирования. При экспериментальной проверке ре зультатов использовались методы автоматизации эксперимента.

Научная новизна работы:

1. Предложены нетрадиционные конструктивные элементы : исследовано их влияние для общего случая нереверсивных машин

2. Предложена методика оптимизации конструкции неявнопо-люсных машин на основе анализа пространства решений и множест ва Парето (в частности, оптимизация распределения статорньс обмоток и поиск оптимальных параметров среза спинки статора).

3. Предложен ряд оригинальных алгоритмов взаимодействи; человека с компьютером, положенных в основу систем генераци конечно-элементной модели НП МГТГ и обработки результатов.

4. Разработан алгоритм эффективного обмена данными мевд ЭВМ и внешними накопителями при решении систем линейных уравнений методом ХЬлесского.

Практическая ценность работы:

1. Сформулированы рекомендации по совершенствованию конструкции НП ШТ.

2. Предложен ряд технических решений конструктивного исполнения НП ШТ, позволяющих получить экономив материалов.

3. Создана и доведена до уровня законченной товарной продукции система конечно-элементного моделирования магнитных полей мпг.

4. Разработана автоматизированная система экспериментальных исследований МИГ (АСЗИ).

Внедрение результатов работы. Полученные результататы i рекомендации учитываются в практике проектирования неявнопо-люскых двигателей в СПЗГГБ на Псковском электромеханическом заводе (ПЭМЗ). Система конечно-элементного исследования электротехнических объектов, созданная в процессе работы, используется в практике проектирования на ПЭМЗе, во ВНИПТИЭМ г. Владимир, в С НТВ "Полюс" г. Иваново, на Бирибиджанском заводе сило-

- б -

вых трансформаторов, а также в учебном процессе в ИЭИ. АСЗИ ■МПТ также используется в учебном процессе в ИЗИ.

Аппробация работы. Диссертационная работа в полном объеме рассматривалась на кафедре "йлектромеханикз" Ивановского энергетического института, а также в CI1KTB ПЗМЗа. Основные результаты доютдьшались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции "Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостоении" (г.Иваново, 1989 г. 1; на Всесоюзной научно-технической конференции "Электродвигатели переменного тока средней и малой мощности" (г.Суздаль, 12 -16 марта 1990г); на научно-техническом семинаре "Математическое моделирование процессов и аппаратов" (г. Иваново, 1? - 21 сентября 19Р0г. j; на республиканской научно-технической конференции "Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике" (г.Иваново, 17-20 сентября 1991г.); на областной конференции молодых ученых и специалистов по актуальным общественно-политическим и научно-техническим проблемам (г.Иваново, 11 - 12 мая 1990г.'); на 6-й всесоюзной научно-технической конференции "Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов" (Бишкек, 2- Б октября 1991г. 5; на международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (Ь -е Венардосовские чтения, г. Иваново, 1 í>-19 апреля 1991г. ).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 1,1 печатных работ, в том числе одно питерское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложения. Распределение материала по глчмнм выполнено в соответствии с этапами.решения задачи. В приложении приведены акты вн^др^ния результатов ра-5отн. Объем диссертации составляет 221 страницу, в том числе 55 страниц с иллюстрациями.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность три/, отмечены ochob-ПЛ проблемы, определившие характер работы.

Bjb_'í!L!'_.0___глаге на основе обзора литературы анализируется

современное состояние проблемы во всех ее аспектах и конкретизируется постановка задачи. В частности, показаны достоинства и недостатки существующих, серийно выпускаемых ДО ШТ. Отмечено, что унификация их конструкции с АД привела к тому, что не достаточно используются особенности неподвижного относительнс статора распределенного магнитного потока. Обзор нетрадиционных конструктивных исполнений МПТ позволил определить область возможных путей совершенствования конструкции НП МПТ.

Изменения конструкции, не характерные для традиционных ма тин, приводит иногда к непредсказуемым изменениям картины магнитного поля, анализ которой дает возможность не только оценить эффект от данного конструктивного изменения, но и выявить пути усиления полученного эффекта. Сравнение различных методов моделирования магнитного поля позволило остановиться на МКЭ.

При решении задачи определения путей совершенствования конструкции машины невозможно обойти вниманием вопрос, касающийся проблемы поиска оптимума. На основе обзора литературы для решения задачи был выбран квазиградиентный метод переменной метрики Дзвидона- Флстчсра- Пауэлла.

Опытная проверка позволяет оценить результаты, полученные с учетом сделанных при моделировании допущений. В первой главе анализируются возможности использования вычислительной техники для автоматизации эксперимента.

На основе проведенного анализа была сформулирована и детализирована конкретная задача предстоящего исследования.

Вшваиаава. посвящена разработке математического аппарата для решения поставленной задачи, в основу которого положено конечно-элементное моделирование магнитного поля. Был создан программный комплекс (рис.1), включавший препроцессор для подготовки исходных данных, процессор, осуществлявший непосредственно расчет магнитного поля, и постпроцессор для обработки полученных результатов. Система позволяет решать плоско-параллельные и плоско-мередианные вадачи с учетом граничных условий Дирихле и периодичности при наличии немагнитных материалов, токовых областей, а также ферромагнитных материалов и постоянных магнитов, заданных нелинейными характеристиками. Система адаптирована на ПЭВМ, совместимых с 1ЕМ РС АТ и позволяет ре-

МОНИТОР

Г1Р I ПРОЦГССОР ФОРМИЬЮНЛНИЬбы1лСЛИ|

аппроксимация границ!

генерация к з сетки ПЕРГЦУМГРА11ИЯ УЗЛОВ

I р о ц ь с с о р]

ЧПОСТПГ'ОЦГССОГ!

Г'ио. 1. Структура системы конечно-рлементного моделирования.

Рис. й. Конечно-элементно модель НГ1 МТГ серии 4П.

Рис.3. Распределение иилукнии магнитного пгля. сошлите юто обмотками Н11 М1!Т сории 4П в воздушном зазоре.

- а -

шать задачи на конечно-элементных сетках, имеющих до 1000 узлов и 1700 треугольных элементов.

Нелинейная система уравнений в МКЗ решается методом Ньютона Района. При этом на каждом шаге итерации методом Хо-лесского решается линейная система уравнений. При машинной реализации данного метола был разработан алгоритм оптимального взаимодействия ЭВМ с внешними накопителями. Разложение матрицы ЯКоби и рушение первой треугольной систем« уравнений происходит одновременно с вычислением элементов матрицы Якоби, в результате чего отпадает необходимость в их хранении. Результаты разложения хранятся в файле с последовательным доступом. Время решения увеличивается не более, чем на Ь7. по сравнению с вариантом хранения матрицы Якоби в оперативной памяти. В тоже время требуемый обтем оперативной памяти уменьшается на порядок.

Сходимость в метоле Ньютона-Рафсона обеспечивается использованием коэффициента релаксации, величина которого ЕЫби-раетея на каждой итерации с использованием алгоритма квадратичной интерполяции средней суммы квадратов невязок на увел.

Кривые намагничивания сталей аппроксимируются кубическими сплайнами, обеспечивающими сохранение первой производной на стыках участков.

Сервисное обслуживание конечно-элементной задачи осуществляется средствами пре- и постпроцессоров. Препроцессор отвечает за создание конечно-элементной модели, что включает в себя формализацию геометрии расчетной области , аппроксимацию границ раздела сред и разбиение расчетной области на замкнутые подобласти, триангуляцию подобластей и оптимизацию нумерации узлов конечно-элементной сетки с целью получения минимальной, ширины ленты матрицы Якоби. Сформированная модель содержит множество У узлов с номерами Ук определяемых координатами (X, У)

У - < У1.У2.....Ук,... ,Уку }, где Ук - ( X, У );

множество треугольных элементов Э, определяемых признаком среды Бт и номерами узлов Ит1, N12, МтЗ из множества У, составляющих треугольный элемент

Э-< Э1.Э2.....У1.....Экэ >, где Э1-(5,Мт1,Мт2,№гЗ).

Кроме того модель содержит информацию о граничных условиях, характеристики сред и некоторую управляющую информацию о

ходе расчетного процесса, который идет в пакетном режиме;.

При разработке препроцессора использованы оригинальные алгоритмы интерактивного взаимодействия пользователя и ЭВМ. включающего контроль и оперативное вмешательство в ход процесса. Это позволяет работать н диапазоне от "ручного" ло полностью автоматического режимов и генерировать конечо-элементные модели с заданной степенью дискретизации дли расчетных областей сколь угодно сложной конфигурации i раниц разлила сред, что дает возможность работать с нетрадиционными конструктивными решениями. Время формирования конечно-элементной модели не правыкает 0.5-3 часоь, для модификации уж^ еьине-рированной модели требуется порядка нескольких минут.

Постпроцессор служит для облегчения обработки полученных результатов и ускорения процесса принятия решений. Он позволяет выводить картину силовых линий поля, картину распределения индукции по любому плоскому или цилиндрическому сечению, перпендикулярному плоскости расчетной области, цветную диаграмму распределения индукции в плоскости расчетной области, а также числовые значения индукции и векторных магнитных потенциалов.

Дли оптимизации конструкции НИ МШ разработана методика поиска оптимального решения, основанная на анализ пространства решений, полученных путем укрупненного перебора вариантов. Положение квааиглобального экстремума многокритериальной целе вой Функции определяется из шализа миол-гьн Иш»ч-? дчнного ПрОСТРаНСТВа («»ДОНИЙ. IHJOBH»» КОЭФФИЦИЕНТЫ Oi>i'Tf«v1>'i'JtWX !!••*• вой функции, обеспечивающие данное исложини»' экстремума :од Оираются в инт'чиктивном режиме Дли заданной Це.г- ,-ой Функции оптимальное решении уточняется с ис;юльаованием метода переменной метрики Лэвидона-Флетчера-Пауэлла с корректировкой тяга по выбранному направлению в соответствии >• -ш'оситф-м imwiOo личоскпй ИНТг рПоЛНЦИИ • \'П'Чг МОМенТЫ ДЧН«'-'Г<! M-'T'Vi-i „-Сходятся путем соответствующего выбора на основе анализа пространства решений стартовой точки оптимизационного процесса.

Описанная система хорошо отлажена и доведена до уровня законченной товарной продукции.

.В третьей глнр-g в качестве оби?К"га исследование выбрана машина серии 4П неяннопелюсной конструкции. выпускаемая ■•»■р 'й

но, для которой средствами препроцессора сгенерировано несколько расчетных моделей, одна из которых представлена на рис.2. В качестве основного критерия эффективности предлагаемой конструкции был принят расход активных материалов.

Для достижения поставленной цели в рамках данной работы был принят ряд ограничений на свободу выбора конструкции. Это позволило сравненивать результаты с точки зрения свойств, не учтенных при моделировании. В первую очередь это касается якоря, конструкцию которого было решено не менять. При деформациях расчетной области сохранялась величина воздушного зазора. Изменения зубцового слоя статора ограничивались лишь теми вариантами, которые можно было получить путем реконструкции исходной машина В качестве условий сопоставимости вариантов рассматривалась также необходимость сохранения при деформациях расчетной области машины величин основного потока, индукции в зоне коммутации и плотностей тока в пазах статора. Все это позволило абстрагироваться от вопросов, связанных с анализом коммутации и теплового состояния машины.

На основе серии расчетов был сделан анализ магнитного поля исходной машины при различных комбинациях включения обмоток. В частности, на рис. 3 представлены кривые распределения индукции в воздушном зазоре исходной машины полей, создаваемых ОВ и ОЯ при протекании в них номинальных токов, а также поля в номинальном режиме (совместное включение ОЯ, ОВ и КО). Учет особенностей распределения магнитных полей позволил наметить ряд конкретных путей совершенствования конструкции НП ШТ.

1. Шиск оптимального распределения статорных обмоток.

2. Выравнивание магнитной нагрузки путем усечения спинки статора так, что внешняя поверхность статора приобретает форму, многогранника с числом граней, равным числу полюсов, со скругленными (или нет) углами (рис.4).

3. Увеличение отношения потоков Фов/Фоя путем увеличения магнитного сопротивления по поперечной оси машины с использованием традиционных и нетрадиционных конструктивных элементов.

Судить об эффективности того или того пути можно только после проведения детального исследования.

Четвертая глава посвящена вопросам анализа конструктивных изменений статора и выработке рекомендаций по соЕертенствова-

& L

ООО 00/4Ö

0O/V6

o.o/а

о. ort г _ _

О ООО/ 0 002 0003 ooov

Рис.Е. Влияние глубины среза на величину основного потока

'Не - толшина спинки статора в наиболее узком сечении).

OOS о -Oos -л/ -¿vy

Рис.6. Влияние глубины среза статора на величину индукции в воне коммутации.

ч- -------

//' ]ГГИ

**и Г /Г (j ------

Jjj -ш* „

ни» конструкции неявнопо'люсной машины.

Поиск наилучшего способа распределения статорних обмоток рассматривается как задача оптимизации целевой функции Гц « Р(Рм) * Км + ГСВак) * Кв, Р(Рм) = ( Рмс + Рмя ) * ( Фои / Фо ) Р(Взк) = аЬз ( Взк - Вэки ), где Рмс,Рмя - количество активной меди статора и якоря для текущего и исходного вариантов;

Фо,Фои - значения основного потока в текущем и исходном вариантах;

Взк.Взки - индукция в зоне коммутации в текущем и исходном вариантах;

Км, Кв - весовые коэффициенты.

Это требует включения конечно-элементной модели магнитного поля в алгоритм оптимизации. В качестве варьируемых параметров принимались полные токи пазов статора с учетом знака. Использование симметрии обмоток статора и учет шага отдельных катушек позволил сократить число варьируемых параметров.

Укрупненный перебор вариантов позволил выявить множество Парето и определиться со значениями весовых коэффициентов целевой функции и с положением стартовой точки оптимизационного процесса, оптимизация привела к выводу, что возможности совершенствования конструкции машины путем перераспределения ста-торных обмоток практически исчерпаны. Однако сама методика может быть успешно использована для подобных целей.

Исследование усеченной конструкции статора выявило неоднозначность влияния глубины среза на величины основного потока и индукции в зоне коммутации при различных углах наклона нормали среза относительно оси полюса (рис.5-6), что не допускает принятия поспешных решений. После анализа полученных зависимостей с последующей оптимизацией был получен вариант, не ухудшающий характеристики машины и дающий до 202 экономии стали за счет более рационального раскроя. Целевая функция оптимизационного процесса имела вид

Рц - Р(Фо) * Кф + Р(Взк) * Кв + Не * КЬ. где На - толщина спинки статора в наиболее узком мосте.

Кроме экономии стали такая конструкция способствует

уменьшению высоты оси варащения машины. При этом увеличивайгея отношения <&>!..Чол сч^т 7ь".'1ич^ния магнитного оопг.отинл-«нил по пенер^гаой оси. что утпытл влияние реакции якоря.

'Асимметрия магнитной цепи по продольной и поперечной сЧ'ЯМ МО.Ч-Т бНГЬ «№• <V:.I!Í'>' ув*ЛИЧ«Нч иуг-м •IvpMílí» .НЯНИН lipup^" зей в спинке статора по осям главных полюсов или со сдвигом на н*кот'ч.ый угол, заполненных немагнитным материалом, что вносит Сольна магнитит..-. <>гл:!»-тим»-н№:- нн путч поточи поп^р-чной ре акиии якоря (рис.7). Картина поля значительно усложняется так, что Щ'имснг-пи« lio становится Ktjiiux-TwHisHUM. 2 тоже время cu хеснеяие ¡юля иЯ и локализация его ь сене коммутации природит .ч тому, что наилучшим образом проявляют себя добавочные полюсу. При этом, хотя и не происходит полной компенсации реакции якоря, однако поток ОЯ ослабляется настолько, что искажения основного потока не больше, чем искажения в исходной машине от ¡юля перекомпенсации (в исходной машине для обеспечения удовлетворительной коммутации неизбежно должна иметь место некоторая пергкомпенсапия). Подобная конструкция дает возможность получить до экономии по меди .«а оч^т у миньте ни я требуемого количс'-.Tnct ьиткоь <W? < по сравнению с КО исходного варианта) и уменьшения лобовых частей.

Анализ различных вариантов на основе конечно-элементного моделирования позволил выявить ряд полезных особенностей распределения потоков в конструкции с прорезью. В частности, влияние прорези на поле добавочных полисов приводит к появлению '•Ф^кта Ш-образных добавочных полюсов, что благоприятно отражается на расходе меди ОДП. Смешение прорези с оси главного полюса приводит к появлению поперечной составляющей поля ОВ, что аналогично сдвигу шеток с геометрической нейтрали без выноса зоны коммутации из под неподвижных добавочных полюсов. При этом появляется также продольная составляющая поля ОЯ, которая может быть использована для корректировки жесткости механической характеристики.

Комбинация прорези и усечения спинки статора в одной конструкции после анализа зависимостей, полученных путем рационализированного перебора позволила выйти на конструкцию, дающую номию стали до P.OZ и меди до 0Z. При этом несколько

Рис.7. Конечно-элементная модель машины с прорезью.

— Поле ООП

Лоле ОЯ

/¡оме 0/5

Рис.8. Распределение индукции магнитного поля, создаваемого обмотками машины с прорезью в воздушном зазоре.

Опнтная машина

исходная машина

в е.з о.б из м 15 1.« г.\ и м Рис.9 Характеристики экспериментальной и исходной машин.

улучсается картина поля в воздушном зазоре (рис. 8).

Результаты проведенной работы позволили сбормулировать ряд рекомендаций, которые полезно учесть при проектировании будущих серий НП МПТ.

1. Внешняя поверхность статора мо?«вт быть выполнена в форме многогранника с числом граней, равным числу полюсов.

Е. 3 малинах малой моишос/и в прляу борьбы с поперечной реакцией якоря рекомендуется делать прорези в гланннх полюсах при наличии добавочных полюсов.

3. Наибольший я^кт наблюдается в конструкциях, где прорезь и среч спинки статора используются одновременно.

4. Смешением нормали среза и оси прорези относительно оси главного полюса на некоторый угол можно добиться большей экономии материалов за счет потери свойства реверсивности машины.

5. Конкретные параметры данных конструктивных элементов можно определить по методикам, предложенным в данной работе.

Логика дальнейших исследований приводит к идее неравномерной зубчатости статора и отказу от катушек ОВ с малым шагом, что при отсутствии необходимости размещения КО в пазах статора дает в пределе вариант, лежащий на границе явнополюс-ной и неявнополюсной конструкций, в которой на полюсном делении имеется всего два паза для размещения ОВ и ОДП, но практически отсутствует лвновыраженный сердечник полюса Бее предложенные элементы здесь присутствуют, воздушный зазор та? у АД. Экономия меди достигает 25%, стали - до 30 X.

При проектировании машин с учетом данных рекомендаций должны учитываться условия конкретного производства, в первую очередь возможность изменения технологического процесса Решении могут быть самые различные.

^^^я_глава_посвяшена вопросам экспериментальной проверю! полученных результатов. Для этого путем реконструкции исходной машины по результатам теоретического исследования был изготовлен опытный образец машины с прорезями и. усечением спинки статора С целью повышения эффективности исследований подобного рода на базе микро-ЭВМ "Мера-60" и стандартного интерфейса КА-МАК была создана АСЗИ КПТ. Использование стандартных измерительных модулей и стандартных датчиков позволяет говорить о

высокой достоверности результатов эксперимента. Данная АСЭИ позволяет снимать рабочие характеристики машины постоянного тока с выдачей управляющих воздействий для изменения момента на валу и тока возбуждения. Имеется возможность снятия динамических (в частности, пусковых) характеристик в реальном масштабе времени. Программная часть написана на языке 011А31С.

Проведенные исследования подтвердили правомерность принятых условий сопоставимости вариантов и допущений. В частности, испэтуемая машина продемонстрировала такое же качество коммутации, как и в исходной машине. Отличия в рабочих характеристиках также незначительные (рис.9). Несовпадения с расчетными харшстеристиками достигают 8Х. Однако характер еависимостей и соотношения параметров, полученные расчетным путем, повторяются в опытных характеристиках, что позволяет выявить систематическую погрешность. Относительная погрешность не превышает 1%. Это наиболее важно, так как все предложенные варианты оценивались в сравнении с исходной машиной, что позволяет исключить из рассмотрения систематическую погрешность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

. Основные результаты выполненной работы состоят в следующем:

1. Создана система теоретического исследования магнитных полей методом конечных элементов с возможностью оптимизации конструкции. При ее создании предложен ряд алгоритмов эффективной организации работы компьютера, а также методика поиска оптимального решения в случае нескольких критериев.

2. На основе конечно-элементного моделирования проведен анализ особенностей распределения магнитных полей НП МПТ серии 4П, выявлены недостатки конструкции.

3. Предложена методика оптимизации распределения статор-ннх обмоток с использованием конечно-элементной модели. Показано. что возможности совершенствования конструкции в этом направлении практически исчерпаны.

4. Предложено изменить конструкцию традиционной" НП МПТ путем усечения спинки статора. Исследовано влияние усечения. В результате оптимизации получен вариант с меньшим расходом электротехнической стали за счет Солее рационального раскроя.

5. предложено Формировать прорези в главных полюсах статора. Компенсационная обмотка заменяется при этом обмоткой до-баночных полюсов, что при соблюдении прочих условий дает экономию меди и снижение потерь в обмотках статора.

6. Усечение спинки статора в конструкции с прорезью позволяет получать в оптимальном варианте экономию как по меди, так и по стали.

7. Ланы рекомендации по совершенствованию конструкции НИ ШТ на основе проведенных исследований.

8. Для экспериментальной проверки результатов работы на б^зе микро-ЭШ и интерфейса ч стандарте И/МАК создано АСЗИ.

9. Экспериментальное исследование опытной машины, изготовленной по результатам проведенной работы, подтвердило правильность теоретических выводов,

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Казаков Ю.Б., Мостейкис Б. С., Тихонов А. И. Конечно-элементное исследование магнитных систем машин постоянного тока о неявновырааеншми полюсами // Автоматизированный анализ Физических процессов и проектирование в электромеханике.: Межвузовский сб. науч. тр.- Иваново, 1990. , с. 33 - 37,

2. Казаков Ю. Б. , Яостейкис а С. , Тихонов А. И. Система КА-МАК-ЭВМ для автоматизации исследований динамических режимов двигателей постоянного тока // Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов.: Тез, докл. б-Я воесоюз. науч.-тех. кенф. 2-5 октября 1991г.- Бишкек, 1991, - 4 2.- с. 89.

3. Казаков ¡а Е. , Тихонов А. И. Автоматизация экспериментальных исследований двигателей серии 4П /У Обл. конф. молодых ученых и специалистов 11-12 мая 1900г.: ТСЗ. докл. • Иваново, 1950. - т. 1. - с. 14.

4. Кагаков ¡й Б., Тихонов- А. И. Автоматизированный синтез усовершенствованных конструкций неявнололюсных машин постоянного тогл // Состояние и перспективы развития электротехнологии: Тез. докл. межпунар. нпуч. -тех. кенф. 25-28 мая 1992г.-Иваново. 1992. - с. 38.

5. Казаков Ю. Б. , Тихонов Л. И. Модульная КАМАК-еистема для исследования двигателя постоянного тока // Состояние к норе

* IB -

пективы развития электротехнологии: Тез. докл. междунар. науч. -тех. конф. 1Ь-Ю апреля 1991г.- Иваново,1991,- с. 89.

6. Казаков Ю. Б., Тихонов А. И. Программный комплекс конечно-элементного моделирования двухмерных магнитных полей // Математическое моделирование процессов и аппаратов: Гез. докл. науч.-тех. семинара 17-21 сентября 1990г.- Иваново, 1990. - с. 42.

7. Казаков ЦБ., Тихонов А. И. Человеко-машинная система конечно-элементного моделирования магнитных полей // Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике: Tea. докл. респуб. науч. -тех, конф. 17-20 сентября 1991г.- Иваново, 1991. - с. 42-43.

8. Статор электрической машины постоянного тока: А. с. 15180S СССР, МКИ Ю2К1/12 / Казаков К1 К , Тихонов А. И. (СССР). -4с.: ил.

9. Тихонов А. И., Казаков IX & Конечно-элементный анализ магнитных полей двигателей постоянного тока с распределенной обмоткой возбуждения // 3 обл. конф. молодых ученых и специалистов 22-23 апреля 1988г.: Тез. докл. - Иваново, 1988. -т. 1. -с. 27.

10. Тихонов А. И., Казаков К1Е., Ыостейкис а С. Интегрированная система генерации двухмерной конечно-элементной модели двигателей серии 4П // Современное состояние проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостоении: Тез. докл. Всесога. науч.-тех. конф. - Иваново, 1989. - с. 70.

11. Тихонов А. И., Казаков Ю. В., Мостейкис ЕС., Щрлыкадов С. Я Интерактивная графическая система формирования и обработки конечно-элементной модели электрической машины // Электродвигатели переменного тока средней и малой модности: Тез. докл. Всесоюз. науч. -тех. конф. 12-16 марта 1990г.- Суздаль,1990. -С. 22-24.