автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Разработка методики расчета магнитных вибраций многоскоростных асинхронных двигателей в динамических режимах работы

МОСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА МАГНИТНЫХ ВИБРАЦИЙ ЫШГОСКОРОСГШХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ДОШШЕСКИХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

(Специальность 05.09.01 - Электрические машины)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

РЬЦШХ Игорь Владимирович

Москва 1391

Работа выполнена не кафедре Электромеханики Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Медведев В.Т.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Кравчик А.Э. - кандидат технических наук, Титов В.К.

Ведущая организация - Всесоюзный научно-исследовательский

институт электромеханики (ШЖОМ) г.Ыосква.

Защита диссертации состоится "_"_______ 1991 г.

в аудитории Л_ в_час. _мин. на заседании Специализированного Совета К 053.16.04 Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ЮИ.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью) г. рос км направлять по адресу: 105835 ГСП, Москва, Е-250, Красноказарменная ул., 14, Ученый Совет МЗИ.

Автореферат разослан "_* _______ 1991 г.

Ученый секретарь Специализированного совета К 053.16.04

кандидат технических наук / ^ Я

доцент И.Н.ЕЗСЕДИН

- з -

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТН

Акту ал ьност ь_т««1. Электрические машины являются существенным источником шума и вибрации в современном промышленном производстве, что отрицательно сказывается на условиях производительности труда, долговечности и качестве оборудования. В настоящее время, в связи с повшенияш! требований к санитарно-гигиеническим условиям труда, с одной стороны, и непрерывным ростом количества используемых электрических малин, с другой, можно утверздать, что требования, предъявляемые к уменьшению вибрации и шума электрических машин будут возрастать. Следует подчеркнуть, что наряду с энергетическими и массогабаритньат характеристиками, уровень вибрации и шума стал одним из определяющее показателей качества АД. Это утверждение относится и к шогоскоростным асинхронным двигателям (АД), которые нашли широкое распространение в промышленности, лифтовой технике, а также используются в специальных механизмах и устройствах. Поэтому перед электромашиностроением стоит' задача улучшения технико-экономических, в том числе и виброакустических параметров многоскоростных АД.

Используемые в производственных механизмах и лифтовой технике шогоскоростные АД, как правило, лодвэргавтея в процессе эксплуатации разнообразным динамическим воздействиям: многократным включениям, переключениям числа полюсов двигателя, набросам и сбросам нагрузки, реверсирования, а также различным видам торможения.Возникающие при таких динамических режимах переходные процессы оказывают большое влияние как на энергетические, так и на вибрационные процессы двигателя. Виброактивность шогоскоростньк АД в динамических режимах работы, по сравнения с установившимися, значительно увеличивается. Это, главным образом, обусловлено изменением вибровозмущающих приоритетов в переходных режимах, по сравнению со стационарны:«!.

Однако, в технической литературе анализу влияния динамических режимов на виброакустические характеристики многоскоростных АД практически не уделялось внимания. Существующие работы, рассматривайте односкоростные АД, касаются только режима' пуска двигателя при холостом ходе, без учета характера нагрузки. Отсутствуют конкретные рекомендации по снижению виброактивности АД при переходных процессах. Поэтому исследование особенностей возникновения и распространения магнитных вибраций многоскоростных АД в ди-

намических режимах работы - весьма актуально. Актуальность проблемы подтверждается и тем, что кратковременное, но вместе с тем многократное увеличение виброактивности электродвигателя в динамических режимах, является одной из главных причин уменьшения их срока службы по сравнении с АД, р&ботаздими в установи наемся режиме.

Цель_работы._ Основной цель» диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование магнитной вибрации многоскоростного асинхронного двигателя в динамических режимах работы, разработка соответствующих методик расчета и применение их при проектировании многоскоростных АД.

Основные_задачи._ Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

- исследование электромагнитного динамического момента и магнитной индукции в воздудном зазоре многоскоростного АД в динамических режимах работы, с учетом незатухающего магнитного поля в режимах изменения числа полюсов двигателя;

- определение основных вибровозмущавщих приоритетов, на основании анализа электромагнитного момента и индукции в зазоре двигателя при переходных процессах;

- разработка методики расчета вибрации шогоскоростных АД в динамических режимах;

- экспериментальное исследование влияния реасииов работы на электромагнитные, электромеханические и вибрационные характеристики иного скоростных АД, проверка основных теоретически положений я выводов работы.

Цета£ы_кссяе&ОЕанк£._ Исследование электромагнитных характеристик шогоскоростных АД при переходных процессах проводилось с помочь» методов проводимостей оубцовых контуров (1Ш) и обобщенной электрической калины (ОЗМ). Комбинированное использование этих методов позволяет, с одной стороны, детально проанализировать изменение электромагнитного кокента и магнитной индукции в воздушном зазоре двигателя при различных реаиыах работы (метод ПЗК), и с другой, исследовать большое количество вариантов переходных процессов при различных соотношениях параметров двигателя (метод ОЭШ.

Исследование виброповедения двигателя в переходных режимах осуществлялось на основе теории нестационарных случайных процес-

сов, что позволило получить дополнительную информацию о процессе возникновения и распространения вибрации. Бри анализе расчетных и опытных результатов применялись ыетоды статической обработки информации.

Экспериментальные исследования выполнены на базе аналого-цифрового виброизыеритольного комплекса. Благодаря использовании специализированных анализаторов, которые являются составной частью измерительного комплекса, осуществлено изучение как длительных, так и кратковременных вибрационных сигналов.

Недодал новизна._ Проведены исследования влияния динамических режимов работы на вибрации многоскоростных АД. Разработана математическая модель расчета вибраций многоскоростных АД в переходных режимах работы, на основе анализа вибровозмущахяцих факторов в динамических режимах работы. Проведены комплексные экспериментальные исследования электромагнитных, электромеханических характеристик, магнитных вибровозмуцакцих сил и вибрации шогоскоростных ДД при различных режимах работы. С помощью статистических методов обработки информации подтверждена связь мевду электромагнитным моментом и низкочастотными вибрациями,кмекци.я максимальную амплитуду. Выработали конкретные рекомендации по выбору электромагнитных и •конструктивных параметров многоскоростных АД.

Практическая_ценност^. Разработанная математическая модель и методика расчета позволяет исследовать вибрационные процессы многоскоростных ДД, а также на стадии проектирования определить во-личину магнитной вибрации двигателя при переходных режимах. Использование предложенной методики дает возможность определить влияние электромагнитных и конструктивных параметров двигателя на ого виброактивность и выработать конкретные рекомендации для снижения вибрации в динамических режимах ргботы. Разработанная методика расчета частот собственных колебаний позволяет рекомендовать изменение конструкции двигателя с целью отстройки частот собственных колебаний от частот вибровозмущающих сил.

Разработанные математические модели являются составной частью программно-вычислительного комплекса для проектирования электрических машин с пониженным уровнем вибрации.

Реализацип_резхльтатов_работы._ Проведенные исследования являются составной частью научно-исследовательской работы, выполняемой в отраслевой лаборатории электротехники кафедры алектромеха-

ники Московского энергетического, института. Созданные методики расчета переданы предприятиям и используются при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по улучшении виброакустических характеристик АД.

Результаты работы используются для проектирования двигателей с пониженным уровнем вибрации во ВсШЗМ г. Иосква, а также при создании малощумных лифтовых двигателей во ВНШГПШ г.Владимир.

Апробация результатов даботы^ Основные положения диссертационной работа докладывались, обсуждались и получили одобрение на Всесоюзном научно-техническом совещании "Вопросы проектирования, исследования и производства коцных турбо-, гидрогенераторов и крупных электрических машин" (г.Ленинград, 1983 г.), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Пути повьшения эффективности и надежности электрических машин переменного тока (г.Киев, 1989 г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Автоматизация проектирования и производства в электромашиностроении" (г.Суздаль, 1989 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы электромеханики" (г.Москва, 1989 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Электродвигатели переменного тока средней и • малой мощности" (г.Суздаль, 1990 г.), на Юбилейной научной сессии "30 лет ИЭП", "Электрические машины" (РЗ, София, 1990 г.), на международном научно-техническом совещании "Электрические машины" (РП, Варшава, 1990 г.).

Публикации^ Материалы, отражающие основное содержание диссертации, опубликованы в 7 печатных трудах, 3 отчетах по научно-иссле-довательскор. работе.

Объем £аботыд Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (97 наименований), изложенных на 140 страницах машинописного текста, иллюстрированных 76 рисунками, 7 таблицами.

СОДЕШНЖ РАБОТЫ

Во_введении показана актуальность проведенных теоретических и экспериментальных исследований, сформулированы цель и основные задачи, в виде краткой аннотации изложены основные положения диссертации.

В педвой_главе_ проведен анализ технической литературы по проблеме исследования электромагнитных, электромеханических и виб-

рационных характеристик АД в различных режимах работы.

Отмечается, что постоянно совершенствуются и углубляются исследования в области образования магнитных вибраций электрических калин в установишяхся резинах работы. Разработаны методики расчета с учетом различных факторов п выработаны конкретные рекомендации по снижению уровней магнитных иумов и вибраций. Это работы Астахова Н.В., Мариночкина 2.И., Трифоновой Н.П., Дспшко О.М., Каплина А.И., Иалиаева B.C., Медведева В.Г., Олейникова A.M., Титова В.К., Шубова И.Г., Путилова D.A. и других.

Отличительная особенность вибрационных процессов АД в динамических режимах работы - это перераспределение вибровознудащих факторов. В стационарных режимах работы основным вибровознущшсци': фактором являются радиальные вибровозиуцашцие силы (ВВС). В динамических регхкмах работы также кмеат место радиальные ВВС, и выэ~ важые ими деформации. Необходимо отметить, что амплитуды радиальных сил и деформаций при переходных процессах малы, по сравнения с тангенциальными, поэтому их следует считать второстеп.эннкм внб-ровозмухцаэцим фыстором.

В дина.млческих ратсиыах работы, в отличие от стационарных pe.ni-мов, основным виброЕОзмущавщим фактором являются низкочастотные знакопеременные тангенциальные силы, образующие динамический электромагнитный момент. Особенностями вибрационного процесса ДД э динамических режимах работы яатяятся ограничении во времени колебания больной амплитуды под воздействием динамического момента, И"з-ющнз ярко Еыраяеыный поворотный характер. Вследствие ударного ха-разстера воздействия, возникающие вибрации имеют широкий спектр, в котором наиболее вьгра.1енным1 являются вибрации на собственных частотах.

Кроме этого, в динамических режмах работы возникают аксиальные знакопеременные силы, представлявшие собой проекцию в аксиальном направлении вибровозмущающих сил, возникавшие при скосе пазоэ на статоре или роторо. Каждой составлявшей электромагнитного динамического момента соответствует, действующая с той жз частотой,переметая осевая сила.

Главная отличительная особенность многоскоростных АД по сравнению с односкоростными состоит з том, что асинхронные однообмо-точяке многоскоростныз двигатели, которые наали наибольшее распространение, являются несга-шзтричнъгет по своей природе. Можно рас-

- 8 -

сматривать два типа несимметрии:

- внутренняя несимметрия обмоток, которая получается в случае, когда оба числа пар полюсов и - нечетные;

- внешняя несимметрия, характеризуемая неодинаковыми величинам« обмоточных коэффициентов фаз обмотки (амплитудная несимметрия) и сдвигом их осей от симметричного положения (угловая несимметрия). В этом случае при симметричной системе питающего напряжения по фазам обмотки протекают несимметричные токи, и поле в зазоре ЭМ отличается от кругового.

Для изучения динамических режимов многоскоростных АД необходимо исследование и анализ стационарных рекимов, поскольку стационарный режим, предшествующий переключению обыотки определяет на чальные условия переходного процесса изменения скорости двигателя, и характер самого процесса. Необходимо отметить, что до настоящего времени, проблема исследования виброактивности многоскоростных ДЦ в технической литературе не освещалась, что прежде всего объясняется ее сложностью как теоретического, так и экспериментального плана.

Для расчета вибровозмущающих сил в АД необходимо определить электромагнитные и электромеханические характеристики. В зависимости от поставленных задач необходимы методы, которые способны подробно описывать физические процессы в электрической машине, а также потреблять малое количество счетного времени и предоставлять возможность просчета большого количества вариантов. 3 этом случае желательно использовать несколько методов расчета электромагнитных и электромеханических характеристик АД. Поэтому, в настоящей работе исследования проведены fia основе методов ПЗК и СШ. Использование метода O&ii, позволяет с достаточной точностью провести моделирование переходных процессов и оценить влияние различных параметров, без существенных затрат малинного времени.Применение метода ПЗК предпочтительно для подтверждения полученных результатов.

Проведенный научно-технический обзор и предварительный анализ поставленной, проблемы помогли обосновать основные теоретические, экспериментальные и прикладные задачи диссертационной работы.

Вторая_глава_ посвящена исследованию электромагнитных и электромеханических характеристик многоскоростных АД в динамических режимах работы.

Отмечается, что удовлетворительная точность расчетов переходных процессов многоскоростных ¿Д может быть получена при использовании метода СЭМ. При моделировании динамических режимов были приняты следующие допущения: АД приводился к обобщенной электрической машине - доухполвснок, трехфазной, симметричной, имеющей три пары обмоток на роторе и статоре. Рассматривается машина с гладким воздуаным зазором без пазов на роторе и статоре, не насыщенная, которая описывается известной системой нелинегмых однородных дифференциальных уравнений.

Отмеченные выае допущения о постоянстве параметров двигателя значительно упрощают исследования, однако могут привести к результатам; не соответствующим реальным процессам. В динамических режимах параметры двигателя изменяются за счет вытеснения тока, насыщения магнитной цепи, нагрева.

Для учета вытеснения тока в уравнениях произведена замена постоянных коэффициентов на нелинейные, зависящие в общем случае от времени.

Решение системы уравнений известными численными методами позволяет исследовать динамические режимы АД-

Чтобы осуществить более подробное сравнение и анализ рассчитанного электромагнитного момента, целесообразно перейти к его спектральному представлению, полученному при помощи операции прямого преобразования Фурье. На рис. I в качестве примера приведены амплитудно-временные и спектральные зависимости динамического момента двигателя при пуске, определенные расчетным и экспериментальным путем.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования магнитного поля многоскоростных АД показали, что незатухпее магнитное поле в воздупном зазоре оказывает существенное влияние на характер электромагнитных, электромеханических переходных процессов и виброактивносгь шогоскоростных АД в динамических режимах работы. Учет неэатухшего магнитного поля в воздушном зазоре производится ненулевыми начальными условиями потокосцеплений в системе дифференциальных уравнений. Начальные, значения потокосцеплений задаются исходя из принципа равенства потокосцеплений до и после переходного процесса, и определяются при расчете стационарного режима, предшествующего режиму изменения числа полюсов двигателя.

пуска; I - эксперимент,; 2 - расчет методом ПЗК;

3 - расчет методом ОЗй.

Необходимо заметить, что в реальных условиях, подключение обмотки статора с новым значением ■числа полюсов происходит чзрез некоторый промежуток времени, который определяется временем срабатывания коммутирующей аппаратуры* Для определения начальных условий, соответствующих реальному переходкому процессу, определяется закон изменения амплитуд потокосцеплений фаз статора к ротора от времени, после отключения обмотки статора АД от сети. Известный закон изменения начальных условий во времени, а также задержка времени подключения обмотки позволяет определить реальные начальные значения потокосцеплений фаз статора и ротора.

В отличие от проведенных ранее исследований получены зави-

скмости влияния характера нагрузки на виброактивность многоскоростных АД в режимах пуска и изменения числа полюсов.

Влияние нагрузки сказывается на изменении характера спектра динамического момента, в спектральной характеристике появляются ярко выраженные пикообразные составляющие. Изменение спектров момента под влиянием нагрузки является следствием изменения характера временного сигнала динамического момента, связанного с изменением соотнопений электромагнитной и электромеханической постоянных электрической кааины. Изменение временной зависимости приводит к изменения частотных характеристик..

Тр£Т£я_глава_ посвякена теоретическому анализу вибраций многоскоростных ДД в динамических режимах работы.-

Существующие математические модели расчета вибраций электрических машин, основаны на представлении двигателя кольцом,жестко закрепленным на двух опорах. 3 качестве основного влбровозму^аю-щего фактора рассматривается радиальная ЗЗС. Однако, как указывалось выше, в,переходных режимах имеет место перераспределение вибровозмущакдах приоритетов. Поэтому, наряду о определением основных вибровозмудактах факторов, необходимо создать математическую модель расчета вибраций АД в динамических режимах, адекватно отражаюшув физический процесс.

Наиболее адекватной по качеству моделирования, сочетаемой с относительной простотой и наглядность» следует считать представление двигателя одномассовой механической системой с одной сте-пеныэ свободы (рис. 2). В случае воздействия на систему единичной импульсной силы, перемещение равно передаточнс.й функции системы, т.е. представляет собой отображение реакции системы на единичное импульсное воздействие. Передаточная функция системы может быть определена как экспериментально, так и расчетным путем по следующей формуле:

ЙШ-_Г ,/ 1 (1)

где Л - коэффициент демпфирования;

А - частота собственных колебаний системы;

3 - момент инерции вранахвдхся масс;

т - касса корпуса двигателя;

Ъ - расстояние между геометрическим центром двигателя и плоскостью амортизаторов;

и

-12 -

- расстояние между вибропреобразователями. Известная передаточная функция системы-и амплитуда спектра момента на заданной частоте, позволяют определить величину виброускорения двигателя.

ШМШ-мШ. (2)

Предложенная методика позволяет определить влияние конструктивных и электромагнитных параметров ДД на виброактивность последнего в переходных режимах и выработать рекомендации по их выбору. К этим параметрам относятся активные сопротивления обмоток статора и ротора, собственные индуктивности и взаимная индуктивность обмоток статора и ротора, момент инерции вращающихся масс, расстояние между амортизаторами, угол расположения опор.

Необходимо отметить, что реальная электрическая машина при переходных процессах имеет сложную форму колебаний. Ограниченность предложенной модели не позволяет определить колебания по ортогональным осям, учесть дисбаланс статора и ротора относительно геометрического центра АД. От этих недостатков свободна математическая модель расчета вибраций, на основе многомассовоП механической системы с измененным характером вязкоупругих связей (рис.3). Колебания электрической машины представленной двухмассовоД системой (статор-ротор), описываются следующими дифференциальными уравнениями: .

ру(Р-СХ-ЬУ); рХ = V ,

- матрицы-столбцы,

ё ггг* ¿V Ь04у„

- Ме - ПЛе. иУч СМ Ив-Мс

Здесь ТГ^ - скорость движения центра масс статора по осям X и У;

и0% , идл- угловые скорости вращения статора и ротора в направлении координат у* и • МI - электромагнитный момент.

Подробное описание матриц М,В,С приведено в диссертации.

Совместное решение систем дифференциальных уравнений, описы-

(3)

X ■ -с

; V- II и.

} 1

(4)

О \М( )

•-Л

О......... ......п.

/ 111 / / I I / J U I 1 t г i I /i / / ^ V / t ? 1 f I

рис.'2 Конструктивная и расчетная схемы электрической машины.

рис. 3 Расчетная схема механической части электрической мзгсикы.

вающ;:х переходное процессы АД и (3 > позволяет получить болыпо информации о вибрационном процеосе двигателя в динамических режимах работы.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования ряда ДД в переходных режимах, показали, что частота максимальной составляющей спектра момента (которая определяет амплитуду максимальной составляющей спектра вибрации) не постоянна, а меняется .в частотном диапазоне от 25 до 50 Гц, зависит от параметров двигателя, момента инерции вращающихся масс и определяется распределением составляющих в спектре тока ротора в соответствующем дин? мическом режиме.

Программа, составленная на'языке РОЯТ Я А N позволяет определить вибровозмущакщие фактора и вибрации ыногоскоростных ДЦ в динамических режимах работы, исследовать влияние перечисленных параметров и выработать рекомендации по выбору последних.

Следует отметить, что рекомендуемые величины электромагнитных параметров не всегда приемлемы при наложенных ограничениях на пусковые и энергетические характеристики. В этом случае снижения би5реактивности двигателя целесообразно использовать настроенный демпфер колебаний. Полученные выражения позволяют определить параметры демпфера, и его влияние на виброактквность многоскоростных АД в динамических режимах работы (рис. 4).

Большое влияние на виброактивность двигателя оказывают частоты собстьзкных колебаний его конструкции. Разработанная методика позволяет определить частоты собственных колебаний двигатегя нз основе энергетического представления колебаний. При изьестжг силовых возмущениях и упругих перемещениях элементов нонструкии;; двигателя составляются уравнения, описывающие изменение ккиет.»-^-~ ской и потенциальной энергии двигателя.4Неизвестными коэффициентами в этих уравнениях являются частоты собственных колебаний,ьо торые определяются при реаении системы уравнений известными »деленными методами. Использование предложенной методики позволяет выбрать конструкцию двигателя таким образом, чтобы отстроить частоты собственных колебаний системы от частот ВВС.

В четвертой главе приведены результаты экспериментального Исследования вибрационных характеристик многоскоростных АД в динамических режимах работы, проведенных с целы подтверждения теоретических исследований.

Вибрации измерялись согласно ГОСТ 16921-83 на лапах и корпусе электродвигателя в радиальном, тангенциальном и аксиальном направлениях.

Эксперименты выполнялись на образцах серийно выпускаемых двигателей серии 4А, АИР, А® с высотой оси вращения от 112 до 250 мм.

Особенность проведенных исследований состоит в том, что каждый этап теоретических исследований подтверждался экспериментально, Это касается расчета и измерения динамического момента,вибраций двигателя в динамических режимах, а такде определения частот собственных колебаний. Комплексный характер экспериментов позволяет анализировать влияние различных режимоз работы многоскоростных АД на электромагнитные процессы, вкбровозмуЕающие факторы и вибрационные характеристики.

С помощью установленных на зубцах статора преобразователей Холла изучалось изменение магнитной индукции в воздушном зазоре двигателя, анализировался ее спектральный состав.

Применение специального устройства дало возможность определить амплитудно-временные и амплитудно-частотные характеристики электромагнитной радиальной ВВС в воздупноы зазоре АД.

Измерение электромагнитного динамического момента проводилось при помощи кварцевой многокомпонентной измерительной плат-форт 928IBI2 фирмы Kist tei-ШвеЯиария), а также путем дифференцирования сигнала, полученного с тахогенератора.

В программу эксперимента были включены исследования следующих динамических режимов двигателя АИР18СМ8/4: пуск на 2р=4,переключение обмоток с 2р=4 на 2p*Q (генераторное торможение), переключение обмоток с 2р=8 на 2р=4 (увеличение скорости вращения) и отключение двигателя при 2р=8.

Результаты анализа вибрационных сигналов полученных с датчиков, установленных на противоположных лапах двигателя, показы- • вают, что вибрации при пуске отличаются от вибраций при переключении полюсов только амплитудой и длительностью, а характер процесса нз изменяется. Кроме того подтверскдается утверждение о крутильном характере колебаний в динамических режимах работы.

Сопоставление спектральных характеристик вибраций и амплитудно-частотных характеристик радиальной ВВС, позволяет утверждать, что максимальные уровни вибраций при переходных процессах двигателя, которые располагаются в частотной диапазона от 5 до

рис. 4 Виброускорение двигателя ■АИР18Ш8/4 при пуске (а) и генераторном торможении (б); 1 - эксперимент; 2 - расчет; 3 - расчет с учетом демпфирования колебаний.

150 Гц не обусловлены радиальными ВВС, а являются следствие:,; воздействия электромагнитного динамического момента. Частоты значимых составляющих спектра динамического момента лежат в диапазоне до 150 Гц. Кроме того, возникает резонансное явление з результате совпадения частот составляющих спектра динамического момента и собственных частот механической системы "двигатель-амортизатор" Поэтому дополнительные требования предъявляются к выбору амортизаторов.

Экспериментальные исследования электромагнитных, элэктрсме-ханическях и вибрационных процессов проводились-с псмсхьэ аналого-цифрового измерительного комплекса, позволяете го вести о5ра-ботку информации в реальном маептабе времени.-Комплекс состоит из двух систем: первичной и вторичной. Первичная система предназначена для сбора информации и регистрации ее на магнитную ленту, вторичная система предназначена для ззода данных, -их обработки и анализа с последующим выводом реэультатоз в виде графикоз,осциллограмм, спектрограмм.

Сравнение расчетных и экспериментальных зависимостей (рис. 4) дает удовлетворительную сходимость результатов, и позволяет сделать вывод о правильности теоретических положений и адекватности разработанных математических моделей реальны.) физическим процессам.

В заклячении_ сформулированы основные выводы по диссертационной работе.

- ВЫВОДИ ПО ДИССЕРТАЦИИ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1, Установлено, что вибрационные характеристики многоскоростных двигателей в динамических режимах работы существенно отличаются от вибрационных характеристик в стационарных режимах. 3 динамических режимах работы, по сравнению со стационарными режимами, имеет место перераспределение виброзозмуцакздх приоритетов основным вибровозмущажжим фактором являются низкочастотные тангенциальные знакопеременные силы (динамический момент).

2. В результате анализа различных моделей расчета электромагнитных и электромеханических характеристик электрических из-пин обоснован выбор метода расчета динамического момента основного вибровозыудакцего фактора при переходных процессах асинхронных двигателей. Достаточно точную информацию о электромагнит-

ных и электромеханических процессах при различных режимах работы многоскоростных асинхронных двигателей'для последующего определения вибрационных параметров позволяет получить метод обобщенной электрической машины.

3. В результате теоретических исследований, определено влияние нагрузки на виброактивность многоскоростных асинхронных двигателей в динамических режимах работы. Воздействие нагрузки ска-

• зываегся на появлении пикообразных составляющих в спектрах динамического момента и вибрации двигателя.

4. Разработана методика расчета вибрации, которая позволяет на стадии проектирования определить величины магнитной составляющей вибрации многоскоростных асинхронных двигателей в динамических режимах работы. Использование методики дает возможность исследовать влияние электромагнитных параметров и конструктивных особенностей многоскоростного АД на его виброактивкость при переходных режимах. •

5. Получена возможность анализа влияния смещения центра маге статора и ротора относительно геометрической оси двигателя на виброактивность последнего в динамических режимах работы.

6. Разработан метод расчета частот собственных колебаний при помощи энергетического представления колебаний системы статор-корпус, основанный ка математическом описании зависимостей кинетической и потенциальной энергии элементов двигателя с учетом конструктивных особенностей.

7. На основе теоретических исследований, включающих исследование влияния массы.демпфера колебаний и параметров его вязко-упругих связей на виброактивность конструкции, получены аналитические выражения для определения указанных параметров, а также установлен характер изменения виброактивности иногоскоростного асинхронного двигателя в динамических режимах работы при использовании демпфера колебаний.

8. Теоретический и экспериментальный анализ спектров вкбро-ускорений установил, что максимальные составляющие спектров виброускорения в динамических режимах многоскоростных асинхронных двигателей сосредоточены в области частот до 200 Гц. Экспериментально подтверждена связь между вибровозмущаюцим фактором (динамическим моментом) и поворотными колебаниями.

9. Проведены комплексные экспериментальные исследования

магнитных вибровозмуа;авдих сил и вибрации ккогосксростнгх асинхронных двигателей в динамических режимах работ'!. Сравнение расчетных и экспериментальных результатов показало удовлетворительную точность расчетных моделей и подтвердило правильность теоретических выводов.

10. .Методика расчета вибраций передана предприятий и используется при проведении научно-исследовательских и огд/тио-ксн^трук-торских работ по улучшению зиброакустическях характеристик многоскоростных асинхронных двигателей,

11. На стадии проектирования получена возможность оценить исследования, направленные на снижение виброактизнссти двигателя, и определить количественно влияние принятого решения на изменение вибрации двигателя в динамических режимах работы. Леи этом несб-ходимо учитывать следушие факторы: увеличение активного сопротивления фазы статора в два раза приводит к снижении виброактивности двигателя в режиме пуска на 4-6 дЗ, в режиме генераторного торможения на 3 дБ и в режиме увеличения скорости на 3-5 дБ. Как показали расчеты, снижение активного сопротивления обмотки ротора приводит к увеличению виброактивкостк двигателя, а узеличен/.е сопротивления существенно на уровень вибрации не влияет. Увглнчэ-ние индуктивности обмотки статора или ротора приводит к снижения виброактивности двигателя в динамически режимах работы. Улучшение вибрационных характеристик возможно при уменьшении ззпимкей индуктивности обмоток статора к ротора. Например, уменьзение взаимной индуктивности на 20Z приводит к снижении вибраций з динамических режимах на величину от 4 до 12 дЕ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Зубренков Б.И., Титюхин Н.Ф., Рыжих И.В. Применение энер-етического метода при расчете собственных частот колебаний асинхрон-эго двигателя закрытого исполнения/УСборник научных трудов/ ЫЗй,-Э89.-Вкп. 155.-С. 85-38.

2. Малышев B.C., Медведев В.Г., Рьгких И.В. Модель процесса зреключения числа полюсов многоскорсстного электродвигателя// Пути эвышения эффективности и надежности электрических мапин переменного эка: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. 12-14 сентября 1539г.-Киев, Э89.-С. 51.

3. Малышев B.C., Ыанюков Ы.®., Медведев В.Т., Рыжих И.В. Влиянее динамического момента на виброактивность асинхронного двигателя/Автоматизация проектирования и производства в электромашиностроении: Тез. докл. Всесоюз. научн.-техн. совещание 9-13 октября 1989г.-Суздаль, 1989.-С. 27.

4. Малышев B.C., Мзноков M.S., Медведев В.Т., Рыжих И.В. Анализ виброакустических характеристик многоскоростных электродвигателей в динамических режимах работы//Современные проблемы электромеханики: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. 4-8 декабря I989i . -М., 1989.-С. 236.

5. Зубренков Б.И., Ыанюков М.Ф., Каплин А.И., Рыжих И.В. Методика расчета вибраций отрезка серии асинхронных двигателей в режиме пуска//Электродвигатели переменного тока средней и малой мощности: Тез. докл. Всесооз. науч.-техн. конф. 18-22 апреля IS9C;,-Суздаль, 1990.-С. 41.

6. Ыанюков M.S., Медведев В.Т., Рыжих И.В. Программа расчет.) спектра магнитных вибраций асинхронных короткозамкнутых электрода гателей в динамических режимах работы//ГвАГ1 СССР, Инв. № 50890000555, 1989.

7. Малышев B.C., Медведев В.Т., Рьиих И.В., Титюхил Н.Ф. Программа расчета собственных частот колебений электрических машин энергетическим методом//Г®АП СССР, Инв. № 50890001299, 1989.

Подписано к печати Л— /' ^

Псч. л. Тираж /ОО Заказ

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.