автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Развитие научных основ моделирования и анализа электромагнитных процессов для систем проектирования асинхронных двигателей с токопроводящим слоем ротора

На правах рукописи

АННЕНКОВ Андрей Николаевич

(

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ СИСТЕМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ТОКОПРОВОДЯЩИМ СЛОЕМ РОТОРА

Специальность 05.09.01 - Электромеханика

и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Воронеж-2005

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете

Научный консультант заслуженный деятель науки и техники

РФ, доктор технических наук, профессор Шиянов Анатолий Иванович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники

РФ, доктор технических наук, профессор Бахвалов Юрий Алексеевич;

доктор технических наук, профессор Беспалов Виктор Яковлевич;

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Гайтов Багаудин Хамидович

Ведущая организация Федеральный научно- производственный

центр ЗАО НПК(0) «Энергия», г. Воронеж

Защита состоится "23" ноября 2005 года в 10— часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.09 Воронежского государственного технического университета по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета

Автореферат разослан "_" октября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кононенко К.Е.

jt/ffffr

¿.04IS

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время сложилась тенденция расширения области применения электроприводов с асинхронными двигателями (АД), среди которых находится ряд конструкций машин с токопроводящим слоем ротора.

В двигателях с массивным ферромагнитным ротором (МФР) обеспечена высокая добротность пусковых характеристик, значительная механическая прочность и коррозионная устойчивость ротора к воздействию химически активных сред. В управляемых асинхронных двигателях (УАД) обеспечены высокое быстродействие и точность отработки сигналов управления в отсутствии самохода. Безредукторный привод на основе АД с разомкнутым магнитопро-водом (РМ) позволяет обеспечить перемещение по заданному закону без использования передаточных звеньев, транспортировать различные объекты и обрабатываемые детали путём электромагнитного воздействия непосредственно на них, за счет чего решаются задачи улучшения конструкторско - технологической подготовки производства.

Основным ограничением, накладываемым на перечисленные характеристики, является обеспечение приемлемых энергетических показателей электрической машины. При этом растёт актуальность разработки уточнённых моделей, методик расчёта, программного обеспечения, а также поиска новых конструкций АД с токопроводящим слоем ротора с улучшенными энергетическими показателями в интервале мощности от долей ватта до десятков киловатт.

АД с токопроводящим слоем ротора всегда вызывали значительный интерес: достаточно назвать работы таких учёных, как М.О.Доливо-Добровольский, Р. Рюденберг, К.И. Шенфер, И.С. Брук, Г.И. Штурман. Дальнейшее развитие теории АД с РМ, АД с МФР, а также УАД отражено в работах большого числа отечественных и зарубежных учёных: А.И. Вольдека, О.Н. Веселовского, Ф.Н.Сарапулова, А .Я. Вилтниса, Х.И. Янеса, Е.Р. Лейсвейта, С.Ямамуры, В.И. Постникова, В.М. Куцевалова, В.С.Могильникова, А.И. Лищенко, К. Криштофа, Б. Чалмерса, Б.А. Артемьева, А.И. Бертинова, Ю.С. Чечета, И.А. Вевюрко, В.В.Хрущёва, Г. Мозера, Е. Хабигера и многих других.

Данная диссертация посвящена разработке элементов единой теории асинхронных двигат с^сй слоем ротора.

БИБЛИОТЕКА СПетерб 08

2-Й«

щу

юА

Разработка оказалась бы невозможной без фундаментальной научной базы, которую создали отечественные и зарубежные учёные: А.И. Адаменко, Б. Адкинс, Г. Вудсон, А.В. Иванов - Смоленский, И.П. Копылов, Г. Крон, М.П. Костенко, В.А. Кузнецов, И.М. Постников, Р. Рихтер, Я. Туровский, Д. Уайт и другие.

Хотя АД с токопроводящим слоем ротора относятся к хорошо изученному виду асинхронных электрических машин, теоретические и экспериментальные исследования разнообразных конструкций с различными свойствами и структурой токопроводящего слоя не систематизированы. Одним из перспективных путей развития их теории является направление, связанное с уточнением математических моделей и оптимизацией алгоритмов электромагнитных расчётов, позволяющих определить рациональные варианты конструктивной реализации данных двигателей. Ещё один путь ~ поиск новых эффективных конструкций на основе анализа результатов количественного исследования параметров и характеристик базовых конструкций АД с токопроводящим слоем ротора.

Таким образом, возникла объективная необходимость в оптимизации имеющихся конструктивных решений АД с токопроводящим слоем ротора с рядом свойств, зависящих от особенностей их применения в различных технических системах, обобщении результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также повышении качества и сокращения сроков проведения проектных работ, что предполагает создание уточненных математических моделей, разработку эффективных алгоритмов и применение общих методик расчета на основе единой теоретической базы.

Исследования выполнены в рамках комплексных программ работ Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с планом ГБ и ХД НИР ВГТУ по электромеханическим системам за период 1988-2005 год, а также тематике разделов "Компьютерное моделирование" и "Мехатронные технологии" Перечня критических технологий РФ (приказ министерства промышленности, науки и техники РФ №578 от 30 марта 2002 года).

Цель работы: разработка единой теоретической базы, предназначенной для осуществления качественного и количественного анализа параметров и характеристик конструктивных модификаций АД с токопроводящим слоем ротора с учетом особенностей их применения в технических системах.

Для достижения поставленной цели решались следующие

задачи:

выработка концепции электромагнитного расчёта АД с то-копроводящим слоем ротора, обеспечивающей повышение устойчивости и снижение времени процесса проектирования;

аналитическое описание электромагнитных процессов и вывод выражений, предназначенных для определения рационального соотношения между конструктивными размерами с учётом электрических и магнитных свойств материала токопроводящего слоя ротора с целью повышения энергетических показателей двигателей;

определение структур и параметров расчётных моделей;

разработка методик, алгоритмов и программ расчета АД с токопроводящим слоем ротора;

математическое моделирование электромагнитных процессов;

численный анализ зависимостей характеристик двигателей от конструктивных размеров и режимных параметров с учётом электрических и магнитных свойств материала токопроводящего слоя ротора;

разработка новых конструкций и создание опытных образцов АД с токопроводящим слоем ротора;

проведение экспериментальных исследований с целью проверки адекватности моделей и достоверности положений методик расчета;

выработка научно обоснованных рекомендаций по проектированию ряда перспективных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора.

Методы исследования. Решение поставленных задач предполагает широкое использование уравнений математической физики, теории электромагнитного поля, электрических машин и цепей. В ходе разработки математических моделей использованы конечно-элементный метод решения линейных и нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, а также итерационные методы решения систем алгебраических уравнений. Для исследования электромагнитных процессов использовались классические методы решения дифференциальных уравнений, а также гармонического анализа. Достоверность результатов и оценка их точности

подтверждается сравнением с экспериментальными данными и результатами компьютерного моделирования, полученными в данной работе, а также исследованиями авторов других работ.

Научная новизна.

1. Разработана концепция электромагнитного расчёта АД с токопроводящим слоем ротора, отличающаяся тем, что в соответствии с ней электромагнитный расчёт чередуется с оценочным расчётом при помощи выражений, связывающих параметры двигателей с входными данными, используемыми при создании конечно-элементной модели машины, что позволяет направленно учитывать количественные результаты, полученные на предыдущем этапе расчёта методом конечных элементов (МКЭ) или на основе методов теории цепей, применяемых для таких конструкций, анализ которых связан с повышенными затратами времени создания и расчёта конечно-элементных моделей.

2. Получены выражения, позволяющие рассчитать распределение напряжённостей электрического и магнитного полей в поверхностном слое зубчатого массива с короткозамкнутой стержневой обмоткой при произвольном соотношении между конструктивными параметрами МФР.

3. Получены выражения для расчёта параметров стержней короткозамкнутой обмотки в схемах магнитных цепей с учётом влияния примыкающего к ним поверхностного слоя зубчатого МФР и проведено расчётное исследование зависимостей составляющих сопротивления стержня от конструктивных и режимных параметров двигателей.

4. Получены выражения, определяющие двумерный закон распределения плотности вихревых токов в пределах участка неферромагнитного токопроводящего слоя ротора, соответствующего зубцовому делению статора.

5. Получены выражения для расчета параметров участка неферромагнитного токопроводящего слоя ротора, соответствующего зубцовому делению статора, а также выполнены расчётные исследования, позволившие определить зависимости составляющих сопротивлений данных участков от конструктивных и режимных параметров двигателей.

6. Получены выражения, позволяющие определить рациональное соотношение между длиной вылета гильзы ротора и длиной

окон в его торцевых частях, а также их координаты относительно пакета статора УАД с перфорированным полым ротором.

7. Для моделей АД с не перестраиваемой конечно-элементной структурой предложен способ учёта механической мощности ротора, состоящий в том, что механическая мощность учитывается равной ей мощностью электрических потерь в его материале, для обеспечения которого использована возможность определения в модели удельной электрической проводимости областей токопроводящего слоя ротора (то же касается обмоток, если таковые содержатся в его конструкции) в функции скольжения.

8. Получены новые конечно-элементные модели АД с токо-проводящим слоем ротора, для которых определены граничные условия и типы конечных элементов. На основе данных моделей выполнен расчёт электромагнитного поля и получены характеристики различных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора.

9. В результате определения параметров в краевых зонах моделей АД с РМ, полученных на основе теории цепей, решена задача учета потоков рассеяния при растекании токов в сплошном неферромагнитном токопроводящем слое за пределы активной области.

10. Разработана методика расчета АД с токопроводящим слоем ротора, заключающаяся в решении ряда задач расчёта электромагнитного поля на основе теории цепей, в ходе которого параметры, полученные при решении предыдущей задачи, используются для нахождения параметров последующей.

11. В соответствии с методикой расчёта АД с токопроводящим слоем ротора на основе теории цепей разработаны алгоритмы и программы, обеспечивающие выполнение поверочного расчета и внесение изменений в исходные данные в диалоговом режиме работы.

Практическая значимость.

1. Разработаны программы, позволяющие исследовать влияние конструктивных размеров, параметров и свойств используемых материалов на характеристики и показатели АД с широкой гаммой конструкций роторов, содержащих токопроводящий слой, а также программы электромагнитного расчета таких двигателей на основе методов теории цепей.

2. Для перспективных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора выработаны научно обоснованные рекомендации по проектированию, направленные на повышение эксплуатационных и

энергетических показателей, позволяющие исходя из электромагнитных нагрузок, механических, пусковых и регулировочных характеристик определять совокупности конструктивных размеров двигателей и параметров токопроводящего слоя ротора, обеспечивающие требования технического задания.

3. Определены эффективные с точки зрения энергетики конструкции АД с зубчатым МФР, а также выработан критерий по оптимизации их параметров.

4. Разработаны конструкции двигателя двойного питания с массивным дисковым ротором и УАД с перфорированным полым ротором.

5. Созданы опытные образцы АД с различными конструкциями ротора, а также база для проведения экспериментальных исследований.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Концепция электромагнитного расчёта АД с токопроводящим слоем ротора, заключающаяся в сочетании численных методов или методов теории цепей с расчётами на основе выражений, связывающих интегральные параметры двигателей с входными данными, используемыми при создании конечно-элементной или цепной модели, с учётом полученных на предыдущем этапе численных результатов.

2. Математические модели для расчета электромагнитных процессов в АД с токопроводящим слоем ротора.

3. Результаты аналитического решения задачи распределения напряжённостей электрического и магнитного полей в поверхностном слое массивного зубчатого ротора с торцевыми короткоза-мыкающими кольцами, а также со стержневой короткозамкнутой обмоткой при произвольном соотношении между конструктивными параметрами ротора с учетом насыщения материала массива, тол-щинного эффекта и рассеяния магнитного потока в паз, а также выражения, полученные для расчёта эквивалентных параметров зубчатого МФР в схеме магнитной цепи и результаты расчётного исследования в виде зависимостей составляющих сопротивлений от основных конструктивных и режимных параметров двигателей.

4. Результаты аналитического решения двумерного распределения плотности вихревых токов в пределах участка токопроводящего слоя гладкого ротора, соответствующего одному зубцовому делению статора, а также выражения для расчета параметров этого

участка в схеме магнитной цепи и результаты расчётных исследований, полученные в виде зависимостей составляющих электрических сопротивлений участков от конструктивных и режимных параметров двигателей соответствующих исполнений.

5. Конечно-элементные модели АД с токопроводящим слоем ротора, для которых определены необходимые граничные условия и типы конечных элементов.

6. Способ учёта механической мощности ротора в моделях АД с не перестраиваемой конечно-элементной структурой, который состоит в том, что механическая мощность учитывается равной ей мощностью электрических потерь в его материале, позволяющий сократить время численного моделирования без снижения точности получаемых результатов.

7. Методика расчета АД с токопроводящим слоем ротора, заключающаяся в решении ряда задач расчёта электромагнитного поля на основе теории цепей, в ходе которого параметры, полученные при решении предыдущей задачи, используются для нахождения параметров последующей.

8. Алгоритмы и программы, обеспечивающие выполнение поверочного расчета, а также внесение изменений в набор исходных данных в диалоговом режиме работы. Данные программы позволяют проводить расчетно-теоретическое исследование влияния конструктивных размеров, режимных параметров и свойств материалов на электромагнитные нагрузки, энергетические показатели, а также механические, пусковые и регулировочные характеристики.

9. Конструкции линейного двигателя двойного питания с массивным дисковым ротором и УАД с перфорированным полым ротором.

10. Расчётные зависимости характеристик ряда перспективных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора от размеров активных частей и режимных параметров.

11. Результаты экспериментов, подтверждающие необходимую для практики точность разработанных методик расчёта.

12. Содержание рекомендаций по проектированию, направленных на повышение эксплуатационных и энергетических показателей.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы были использованы в ходе разработки и исследования АД с РМ для электроприводов устройств загрузки пресса листовыми ферро-

магнитными заготовками, а также транспортировки кассет для сборочных комплексов деталей бытовой видеотехники в НПП "ВИДЕОФОН", г. Воронеж; проектирования АД с РМ и массивным дисковым ротором для двухкоординатных электроприводов меха-тронных модулей в НИИ КМТП при МГТУ им. Баумана, г. Москва; проектирования АД с МФР для тяговых приводов бухтонамоточных станков, используемых в составе оборудования кабельных линий в ОООПКФ "Воронежкабель", г. Воронеж; проектирования УАД с перфорированным полым ротором для установок микролитографии в ОАО НИИПМ, г. Воронеж; разработки и исследования АД с токо-проводящим слоем ротора (АД с зубчатым МФР, многоэлементных АД с РМ и дисковым МФР, а также УАД с перфорированным полым ротором) для ОООНПК "ЭЛТОН-ЭНВО", г. Воронеж.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы электромеханики" (г. Москва, 1989); на 9-й Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам автоматизированного электропривода (г. Москва, 1991); на Всероссийской научной конференции "Совершенствование наземного обеспечения авиации" (г. Воронеж, 1999).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 45 печатных работах, в том числе в 2 монографиях, 5 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 6 авторских свидетельствах и патентах, а также в 32 статьях и сборниках материалов всесоюзных и всероссийских конференций.

В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателем разработаны математические модели, получены выражения, проведены и обработаны результаты расчётов, разработаны методики электромагнитного расчёта и экспериментальных исследований [1, 2]; разработаны конструкции асинхронных двигателей с токопроводящим слоем ротора [8 - 13]; определены требования к электромеханической части, рассмотрены режимы работы, составлены уравнения [3, 14, 15, 17, 18]; произведён вывод уравнений, получены математические модели и методики расчёта, выполнен анализ результатов [16, 19 - 38,43 - 45].

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 237 наименований и пяти приложений. Объём работы составляет 296 страниц, включая 111 рисунков и 2 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы основная цель и задачи исследования, определена научная новизна, показана практическая значимость, изложены основные положения диссертации, выносимые на защиту, а также показаны реализация и апробация полученных научных результатов.

В первой главе рассмотрены вопросы классификации и определения вида АД с ротором, содержащим токопроводящий слой. Хотя двигатели с токопроводящим слоем ротора относятся к хорошо изученному виду асинхронных машин, научный интерес к ним обусловлен проявлением эффектов, связанных с распределением параметров электромагнитного поля в токопроводящем слое: поперечного краевого эффекта, обусловленного растеканием вихревых токов, поверхностного эффекта, связанного с затуханием электромагнитной волны в ферромагнитном массиве, а в двигателях с разомкнутым магнитопроводом ещё и продольного краевого эффекта, обусловленного их магнитной и электрической асимметрией. Распределение поля зависит не только от геометрических размеров, электрических и магнитных свойств, но и от структуры и конструкции слоя.

К АД с токопроводящим слоем ротора относятся АД с МФР и УАД с полым ротором, а также АД с РМ: дугостаторные АД, плоские линейные АД с дисковым ротором и линейные АД с цилиндрическим или плоским бегуном (вторичной цепью), содержащим токопроводящий слой. Характерным для АД с МФР является наличие поверхностного эффекта, УАД - поперечного краевого эффекта, АД с РМ - продольного краевого эффекта.

Так как АД с МФР по сравнению с АД единых серий имеют более высокий динамический к.п.д., большие механическую прочность и коррозионную устойчивость ротора к воздействию химически активных сред, их применяют в приводах, где основные потери в электрической машине происходят во время пуска или реверса, в высокоскоростных безредукторных приводах, в приводах повышенной надёжности и в бессальниковых насосах с "мокрым" ротором.

УАД широко применяются в системах автоматики. Основные требования к ним - высокое быстродействие; линейность механических и регулировочных характеристик; отсутствие самохода. Обеспечение всех требований связано с повышением сопротивления ротора, поэтому основным ограничением на эти параметры является соответствие приемлемым энергетическим показателям.

Среди АД с РМ большой интерес вызывают многоэлементные электрические машины, в которых можно обеспечить совмещение поступательного и вращательного видов движения при одновременном регулировании скоростей конструктивных элементов электромеханической части.

Наиболее полное представление о характере протекания электромагнитных процессов в АД с токопроводящим слоем ротора дают численные методы расчета поля, в частности МКЭ. Главной проблемой, возникающей при этом, является анализ полученных результатов с точки зрения нахождения рационального варианта совокупности геометрических и прочих входных параметров конечно-элементной модели без существенных затрат времени для генерации большого числа вариантов машины.

Разработанная концепция электромагнитного расчёта АД с токопроводящим слоем ротора состоит в сочетании возможностей различных методов исследования: расчёт электромагнитного поля выполняется на основе МКЭ, при этом каждому последующему варианту конструктивной реализации двигателя предшествует оценочный расчёт, производящийся при помощи выражений, связывающих параметры рассчитанного двигателя с входными данными, необходимыми для создания его оптимизированной конечно-элементной модели, что позволяет направленно учитывать количественные результаты расчёта МКЭ (насыщение участков магнитной цепи).

Выражения, необходимые для проведения оценочных расчётов, являются результатами аналитического исследования электромагнитных процессов областей АД с токопроводящим слоем ротора, имеющих конкретные геометрические размеры и физические свойства, которые являются входными параметрами при построении конечно-элементных моделей.

Если анализ реальной конструкции на основе МКЭ связан с повышенными затратами времени создания и расчёта конечно-элементных моделей, особенно для случаев, когда необходим трёхмерный (3-0) анализ, возможно применение методики на основе теории цепей, которую- следует рассматривать как приближённый вариант МКЭ. Данный подход в части анализа сохраняет по возможностям преимущества классического подхода на основе электрических схем с сосредоточенными параметрами, а по точности приближается к численному методу конечных элементов.

Во второй главе приведены результаты аналитического исследования электромагнитных процессов базовых конструкций АД с токопроводящим слоем ротора, в ходе которого определены параметры участков токопроводящего слоя. Полученные выражения используются для нахождения входных параметров двигателей при конечно-элементных расчётах.

В ходе анализа зубчатого МФР со стержневой короткозамк-нутой обмоткой все электрические и магнитные параметры, а также геометрические размеры, входящие в расчет, определены как известные величины. Никаких соотношений между длиной зубца I, шириной b и высотой h паза МФР не устанавливается. Составляющие напряжённостей Éx и Hz определяются выражениями:

Éx = j ~' Ф(у=о)' [к • sh(py)+ chfry)], где к = ц0 -Z(1)n .¿/р ; Z(1) =ÁVy7h7; Á = 1,11 +jl,85;

P2 +

Hz »-^•¿^•[sh&yj+k.ch^y)].

H-o

Для сопротивления стержня и примыкающих к нему стенок паза МФР при произвольном соотношении h и b получаем

Z32c=Íi^ícth(a).Kn, (1)

Ьр

где: a = p h; Kn =l-k/(ch(a)-(k-ch(a)+sh(a))).

Для МДС участка поверхности зубчатого МФР со стержневой короткозамкнутой обмоткой окончательно получаем:

Fc¡=HUl.h.K0, (2)

где: К0 = ~ ; Kh =b2 -p/(ctn(a)-Kn -h).

Выражения (1), (2) используются для определения параметров АД с зубчатым МФР как с короткозамкнутой обмоткой, так и без неё. На основании (1), (2) исследуются зависимости Z32c и Fe. от конструктивных размеров с целью нахождения интервалов их рациональных значений (позволяет уменьшить объём работ при ко-

11

нечно-элементном моделировании), а также определяются параметры схемы магнитной цепи АД, относящиеся к МФР. Значения магнитной проницаемости на поверхности участков зубцового слоя МФР ц« определяются по результатам расчёта МКЭ.

При анализе токораспределения в неферромагнитном токопро-водящем слое толщиной А все электрические постоянные и геометрические размеры, входящие в расчет, предполагаются известными величинами. Определим область развёртки поверхности неферромагнитного токопроводящего слоя I, соответствующую расчетной длине Ь. Области П, Ш соответствуют вылетам ротора длиной Ь' за пределы Ь. Ось X - тангенциальная. Ось У - аксиальная.

В результате анализа получены выражения для составляющих плотности токов в активной (I) и лобовой (II) областях г'-го участка поверхности полого ротора:

_ См • [сЬ(у/кг"•«• у)- сЬ(Л')- В^Ь (Л')) 1у1 " к2.аЧс11(л')+В'5Ь(л')) ' (3) где ?0 = (10-у2-а)1/а2; а = я/т;

Л ' = д/кГ-а • Ь /2;

С1>1-дХ-8ь(л/кГ-а-у) (4)

»х! =-

•хП-

д/кГ- а • (сЬ (Л')+ В' • вЬ (Л'))'

С, , • 8Ь(Л')-(Ь'/2 - у) (5)

y|k¡■oi■(ch{A')+B'■sh(A')),

С1>ГАХ (6)

В рамках допущений, характерных для методов теории цепей, рассмотрим участок неферромагнитного токопроводящего слоя ротора. При этом шаг дискретности модели в области расчетного

зазора соответствует зубцовому делению статора.

С учетом того, что гу 1 является функцией координаты у, а

распределение тока в однородной изотропной области I, принятое симметричным относительно оси X, не зависит от координаты х на 1-1, можно определить усредненное значение напряженности составляющей магнитного поля на элементарном участке.

Усредненное значение МДС /-го участка ротора:

Кг = йса..'д. (7)

С, , • Д • 12(сЬ(л') + В' • вЬ (л') - вЬ (л')/Л') ГД6 Нс2>1= ' к2 • ос2 • 8'-(сЬ(л')+ В'• вЬ(л')) '

Магнитное сопротивление участка расчетного зазора глубиной ка А, соответствующее и, определяется выражением:

1 =К-д' ¡, (8)

где Яд, = к811д ; Яд = Д/(ц0-12Ь);

Параметр Ъ д^ является магнитным сопротивлением, определённым с учётом влияния потоков рассеяния г-го участка неферромагнитного токопроводящего слоя постоянной толщины, охватывающих лобовые части нитей тока, расположенных в пределах длины стали статора, а также электрических потерь от вихревых токов.

На основании (7), (8) с целью снижения объёма работ при построении конечно-элементных моделей исследуются зависимости Р2 1 и гд, от конструктивных размеров, а также определяются параметры схем магнитной цепи, относящиеся к неферромагнитному токопроводящему слою.

В полом роторе УАД дно гильзы играет роль сверхпроводящего короткозамыкающего кольца, поэтому коэффициент увеличения сопротивления, обусловленный поперечным краевым эффектом, зависит от распределения токов ротора в области, примыкающей к сплошному "лобовому" участку поверхности гильзы со стороны её торца, противоположного дну гильзы.

Геометрия окон перфорированного полого ротора определяется на основе полученных законов токораспределения в неферромаг-

нитном слое постоянной толщины. Приравняв выражения (3) и (4) для координаты края окна в активной зоне получаем:

- алОД О

(9)

где Р = ^.«.^ + аг<*8 .

Параметр Ах соответствует шагу дискретности модели по оси X. Если Дх= вылет ротора за пределы активной длины

(Ь'-Ь)/2 —> где Ъ, - достаточно малая величина, то на основании (9) получаем у'= Ь - Ь'/2. Для всех у, интервала у' < у, < Ь/2 выполняется соотношение ¡х] > ¡у1. Таким образом, определена часть активной области ротора, в которой преобладают составляющие тока вдоль оси X. Она выполняет функции лобовых частей эквивалентной обмотки ротора. Аксиальный размер окна Ьо = (Ь' - Ь)/2. Окна в роторе выполнены в зоне, примыкающей к сплошному "лобовому" участку поверхности ротора, со стороны её торца, противоположного дну гильзы ротора, в аксиальном направлении от окружности, соответствующей краю пакета статора, вглубь активной длины ротора на величину Ьо. При этом увеличивается активная составляющая тока ротора, пропорциональная электромагнитному моменту; повышаются максимальный момент и к.п.д.

Результаты аналитического исследования электромагнитных процессов в рассмотренных областях положены в основу анализа моделей широкой гаммы конструкций АД с токопроводящим слоем ротора, при этом за счёт увеличения доли аналитической переработки выходных данных повышается эффективность применения всех использованных методов расчёта.

В третьей главе изложены результаты исследования электромагнитного поля различных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора на основе МКЭ. Если в конечно - элементной модели в качестве нагрузки с учётом фаз и в соответствии со схемой пер-

вичной обмотки задавать плотность тока, то для каждого значения скольжения необходимо измерить эти токи на физической модели.

Для моделей с не перестраиваемой конечно-элементной структурой предложен способ учёта механической мощности, который состоит в том, что механическая мощность учитывается в моделях равной ей мощностью электрических потерь в материале ротора. При этом удельная электрическая проводимость токопроводящего слоя ротора у„2 (то же касается элементов обмоток, если таковые содержатся в конструкции) вводится в функции частоты вращения или скольжения (ум2; = у2, s).

Предложенный способ позволяет использовать в качестве вектора нагрузок напряжения, приложенные с учётом фаз и в соответствии со схемой статорной обмотки при помощи конечно-элементных моделей с не перестраиваемой структурой, то есть снизить требования к аппаратным ресурсам и сократить время генерации расчёта без снижения точности результатов.

Для моделирования на основе предложенного способа существует возможность использовать электромагнитный анализ, связанный с электрическими цепями. Для этого необходимо к электрической схеме сети подключить геометрическую модель машины. На статоре моделируются обмотки, выполненные в виде катушек. Каждая катушка соответствует половине реальной. Катушки представляют собой нелинейные индуктивности, связанные в соответствии со схемой обмотки в кату шечные группы и в фазы. В качестве нагрузки задаются напряжения питания с учётом их фазового сдвига.

Для того чтобы получить полную картину электромагнитного поля, весь слой моделируется как массив, который в двумерных моделях имеет идеализированные короткозамкнутые условия.

Результаты решения задач электромагнитного расчёта в виде картин распределения силовых линий магнитного поля для основных конструкций АД с токопроводящим слосм ротора на скольжениях, равных единице, а в ЛД с МФР и соответствующих номинальным мощностям, показаны на рис. 1 - 6. На рис. 7-9 приведены картины разбиения моделей на конечные элемешы. При моделировании использовался пакет ANSYS Multiphysics 5.7 - 7.1. Геометрия моделей постоянная, картины поля соответствуют моментам времени, определяемым значениями фаз заданных нагрузок. Нелинейные свойства учитывались заданием основных кривых намагничивания сталей.

л

Рис. 1. АД с гладким МФР база 4А100Ь4, МФР СТ-3

Рис. 2. АД с зубчатым МФР база 4А100Ь4 МФР: СТ-3 Ь2 = 12 мм

Рис. 3. АД с зубчатым МФР база 4А100Ь4 МФР: СТ-3 Ь2 = 18 мм

а б

Рис. 4. У АД: а - база ДИД-0,5; б - база ДИД-5ТА

Рис. 6. ЛДДП с МДР 17

Рис. 8. Разбиение моделей УАД

Рис. 9. Разбиение моделей: а - ЛАД: б - ЛДДП с МДР

Граничные условия прикладываются к узлам, через которые проходят соответствующие силовые линии. Для симметричных цилиндрических двигателей внешней поверхности корпуса соответствует магнитная силовая линия, на которой комплексный векторный потенциал магнитного поля А - 0. Поскольку эта же силовая линия проходит через центр, то на оси машины А- 0.

В плоских АД с РМ и токопроводящим слоем ротора поверхности ярма индуктора со стороны, противоположной зазору, соответствует силовая линия, на которой А = 0. В краевых зонах этих машин практика расчётов показывает, что если область распространения поля в модели в направлении, соответствующем длине развёртки цилиндрического аналога, ограничена величиной 1/2-т, то дальнейшее увеличение данного размера не влияет на точность конечных результатов. Если вторичная цепь содержит ферромагнитный массив, то его торцу, противоположному зазору, соответствует силовая линия, на которой А = 0. Расширение области распространения поля в моделях АД с РМ практически не сказывается на величине результирующей погрешности.

Плоские (2-0) конечно - элементные модели позволяют учитывать поверхностный и продольный краевой эффекты, поэтому наилучшие результаты имеют место при анализе таких АД с токопроводящим слоем ротора, в которых поперечный краевой эффект выражен в наименьшей степени. Это АД с зубчатым МФР с торцевыми короткозамыкающими кольцами и с зубчатым МФР с корот-козамкнутой стержневой обмоткой, УАД с перфорированным полым ротором, АД с РМ с шихтованным магнитопроводом, несущим трёхфазную обмотку, или с массивным зубчатым магнитопроводом с торцевыми короткозамыкающими кольцами, в том числе со стержневой короткозамкнутой обмоткой.

Перспективы анализа МКЭ конструкций АД с токопроводящим слоем ротора, в которых поперечный краевой эффект оказывает существенное влияние, связаны с применением З-Б конечно - элементных моделей. Вместе с этим следует подчеркнуть, что лучшими по энергетическим показателям являются те конструкции, в которых поперечный краевой эффект проявляется в наименьшей степени.

Наибольшее влияние на время расчёта при нормированной точности конечного результата, помимо наличия соответствующих нелинейностей, оказывают размеры конечных элементов и степень

соответствующих базовых аппроксимирующих функций, определяемых числом узлов (вершин конечных элементов).

Численные исследования различных конструкций АД с то-копроводящим слоем ротора показали, что главными факторами влияния на точность результатов являются следующие: применение двумерных конечно-элементных моделей для анализа объектов с выраженным поперечным краевым эффектом; погрешности, связанные с воспроизведением геометрии объекта в модели и аппроксимацией нелинейных свойств материалов его областей; число конечных элементов разбиения и степень их базовых функций.

В четвёртой главе представлена методика расчёта АД с то-копроводящим слоем ротора на основе теории цепей и дано описание разработанного программного обеспечения.

Применение моделей на основе схем магнитных цепей позволяет сократить затраты времени, связанные с созданием 34) конечно-элементных моделей машин с выраженным поперечным краевым эффектом.

В рамках решения задачи разработки единой методики расчета АД с токопроводящим слоем ротора цепные модели объединены в соответствии со структурой, построенной по иерархическому принципу в форме разветвляющегося древа в направлении от одной, базовой, к более сложным, также соответствующим реальным физическим прототипам, отдельные части которых заимствованы из базовой.

За базовое конструктивное исполнение принят УАД с неферромагнитным токопроводящим слоем Фрагмент схемы магнитной цепи УАД показан на рис. 10, а. Фрагмент схемы магнитной цепи АД с гладким МФР с учетом насыщения массива показан на рис.10, б. Фрагмент схемы магнитной цепи АД с МФР с учетом насыщения статора показан на рис. 10, в. Фрагмент схемы АД с зубчатым МФР показан на рис. 10, г.

Особенностью магнитных схем АД с РМ является наличие в краевых зонах модели магнитных сопротивлений шунтирования, а также параметров, относящихся к вторичной цепи (учитывают растекание тока в конструкциях с "длинной" вторичной цепью).

Схема магнитной цепи в. краевой зоне модели АД с РМ с неферромагнитным токопроводящим слоем показана на рис.11, а. Схема магнитной цепи АД с РМ с учетом насыщения материала ферромагнитного массива показана на рис. 11,6.

Рис. 11

Методика расчета магнитной цепи АД с РМ базируется на результатах, полученных для симметричных АД с МФР. На основе данной методики в краевых зонах АД с РМ обеспечивается возможность учета влияния вторичных токов, растекающихся в неферромагнитном токопроводящем слое и в ферромагнитном массиве.

Решение систем линейных уравнений с комплексными коэффициентами проводилось с использованием пакета прикладных программ МАТЪАВ. Разработанные программы объединены в рамках библиотеки "Электромагнитный расчет АД с токопроводящим слоем ротора". Эти программы состоят из ряда модулей: программы расчёта параметров, программы моделирования электромагнитных процессов и программы ввода-вывода.

В пятой главе приведены результаты исследования влияния геометрии и свойств токопроводящего слоя ротора на параметры и показатели ряда перспективных конструкций двигателей.

В качестве исследуемых моделей АД с МФР выбраны машины со статором серийного АД 4А100Ь4 и зубчатым МФР, изготовленным из стали СТ-3 с торцевыми короткозамыкающими кольцами из меди МЗ, а также с зубчатым МФР со стержневой короткозамк-нутой обмоткой из алюминия А7. В ходе исследования сопротивления стержня короткозамкнутой обмотки и поверхностного слоя примыкающего к нему материала МФР Ъгс получены зависимости его составляющих от высоты зубца Ь2, ширины паза Ь, длины зубца и частоты перемагничивания ротора для различных состояний насыщения магнитной цепи машины (интервал значений относительной магнитной проницаемости на поверхности массива 50(Н6000).

Зависимости модуля и фазы Ъгс от Ь2 имеют ярко выраженные экстремумы, что свидетельствует о существовании наилучшего соотношения между конструктивными параметрами зубцовой зоны орйт (Ь/Ь2) с точки зрения обеспечения минимума активной составляющей Хгс, влияющей на к.п.д. двигателя, а также минимума величины его фазы, влияющей на коэффициент мощности. Выявленная закономерность использована в качестве основного подхода к оптимизации зубцовой зоны ротора АД с МФР.

Для сокращений времени проектных расчётов УАД с перфорированным ротором важно определить рациональные области изменения входных параметров. Исследования проводились для моделей со статорами серии ДИД: ДИД-0,5 и ДИД-5ТА. За базовые зна-

чения параметров приняты их величины в двигателях ДИД-0,5 и ДИД-5ТА. При изменении в такой группе одного из параметров в заданном интервале остальные приравнивались к базовым. В ходе проведённых исследований составляющих сопротивления участков полых роторов ДИД-0,5 и ДИД-5ТА получены зависимости модуля, фазы, активной и реактивной составляющих от скольжения, длины вылета и толщины гильзы ротора, длин суммарного немагнитного зазора, пакета и зубцового деления статора, а также полюсного деления в относительных единицах. Установлены рациональные соотношения между полюсным делением, длиной пакета статора и длиной вылета гильзы ротора.

Повышенный интерес вызывают многоэлементные АД с РМ, одним из которых является линейный двигатель двойного питания (ЛДДП) с массивным дисковым ротором (МДР), содержащий индуктор статора (ИС), имеющий трехфазную обмотку управления (ОУ), подвижный индуктор (ПИ), имеющий трехфазную обмотку возбуждения (ОВ), установленный с возможностью поступательного перемещения в направляющих, а также МДР, установленный с возможностью вращения относительно жестко закреплённой на ПИ оси, которая перпендикулярна торцам диска.

Тяговые и энергетические показатели ЛДДП с МДР определялись в функциях конструктивных зазоров между ИС и ПИ, а также ПИ и МДР, толщины токопроводящего слоя МДР, полюсного деления, активной длины, частоты тока в ОВ, скольжения ПИ, угла фазового сдвига между токами ОВ и ОУ. На основе анализа полученных зависимостей разработаны рекомендации по проектированию ЛДДП с МДР.

В шестой главе приведены результаты экспериментальных исследований ряда конструкций АД с токопроводящим слоем ротора.

Испытания АД с МФР проводились на опытных образцах с тремя конструктивными исполнениями МФР: гладкий (М1), гладкий с неферромагнитным токопроводящим слоем (М2) и зубчатые (112=12 мм, Ь2=18 мм) с торцевыми короткозамыкающими кольцами (МЗ). В качестве базы использован статор серийного двигателя 4А100114. Испытательная установка и зубчатый ротор показаны на рис. 12, а.

Расчет М1 на основе МКЭ дает погрешность до 20%. Это объясняется тем, что расчетная модель данной машины была получена при идеализации ее торцевой зоны (2-Э модель).

а

Рис. 12. Испытания АД с токопроводящим слоем ротора: а - АД с МФР; б - УАД; в - линейный АД с РМ; г - ЛДЦП с МДР

24

Хорошую сходимость с экспериментом обеспечивает методика расчёта АД с гладким МФР на основе теории цепей. Результирующая погрешность в среднем 10 %.

Расчёт МКЭ АД с гладким МФР, несущим неферромагнитный токопроводящий слой, также дает сходимость порядка 20 %. Методика на основе теории цепей даёт погрешность около 10 %. Параметры участков неферромагнитного токопроводящего слоя в модели, полученной на основе теории цепей, определены с учетом поперечного краевого эффекта. Параметры массива определены с учетом насыщения, но при идеализации торцевых зон.

Расчет МЗ на основе МКЭ даёт наилучшие результаты: расхождение с экспериментом менее 5%. Методика на основе теории цепей обеспечивает точность результатов порядка (10-И 5) %, при этом для высоких скольжений расчетные механические характеристики идут выше экспериментальных, снятых в квазиустановившемся режиме работы (пренебрежение изменением на в ходе анализа на основе теории цепей снижает точность расчетов).

Испытания УАД проводились для двигателей с перфорированными полыми роторами. В качестве базы для данных УАД использованы статоры ДИД-0,5 и ДИД-5ТА, Ь0=ЬЛ, толщины гильз роторов и величины конструктивных зазоров не изменялись. Испытательный стенд показан на рис. 12, б.

Экспериментальные характеристики подтверждают, что в УАД с перфорированным полым ротором по сравнению с базовым серийным двигателем за счёт наличия окон в полом роторе, расположенных в области активной длины машины, соотношение между аксиальными составляющими вихревых токов ротора, обеспечивающими создание электромагнитного момента, и тангенциальными (лобовыми) составляющими увеличивается в пользу аксиальных токов, за счёт чего растут значения электромагнитного момента.

Данные экспериментальных исследований УАД показывают сходимость с расчётом порядка 5-40%. Применение перфорированного ротора позволяет обеспечить высокие пусковые свойства, отсутствие самохода и линейность механических и регулировочных характеристик при лучших энергетических показателях.

Линейный АД с РМ и коротким индуктором (модель М4), показан на рис. 12, в. Многоэлементный ЛДДП с МДР (М5) показан на рис. 12, г. Экспериментальные данные в целом подтверждают полученные теоретические результаты.

25

Электромагнитный расчет МКЭ (2-В модели) для М4 дает погрешность порядка 10 %. Расчёт МКЭ М5 в зазоре между индукторами обеспечивает высокую точность совпадения с экспериментом (погрешность менее 10 %). В зазоре между ПИ и МДР погрешность расчёта МКЭ существенно выше. Методика на основе теории цепей для М4 и М5 в целом даёт хорошие результаты (погрешность не превышает 10 %).

В приложениях приведены: результаты моделирования электромагнитных процессов МКЭ, структурные схемы программ электромагнитных расчётов, параметры различных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора и акты о внедрении.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

При помощи проведённых в диссертации теоретических и экспериментальных исследований на основе единой теоретической базы созданы уточненные математические модели, общая методика расчёта и разработаны алгоритмы задач проектирования различных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора с рядом свойств, зависящих от особенностей их применения в технических системах, что позволило повысить качество и сократить срок проектных разработок новых конструкций данных двигателей. Выполненные исследования позволили сформулировать следующие основные результаты.

1. Разработанная концепция электромагнитного расчёта позволяет направленно учитывать количественные результаты, полученные на предыдущем этапе выполнения электромагнитных расчётов.

2. Полученные выражения для расчёта распределения напряжён-ностей электрического и магнитного полей в поверхностном слое зубчатого МФР с короткозамкнутой стержневой обмоткой, распределения плотаости вихревых токов в пределах участка неферромагнитного токо-проводящего слоя ротора, соответствующего зубцовому делению статора, значений эквивалентных параметров участков различных конструкций токопроводящего слоя ротора, а также выражения, позволяющие определить рациональное соотношение между длиной вылета гильзы и длиной окон перфорированного полого ротора УАД позволили увеличить долю аналитически перерабатываемой информации, повысив тем самым эффективность применения МКЭ, а также методов теории цепей, использованных для моделирования электромагнитных процессов.

3. Предложенный способ учёта механической мощности ротора позволяет использовать в качестве вектора нагрузок модели напряжения первичных обмоток, что даёт возможность решать задачу проектирования

практически любой конструкции АД на основе компактных конечно-элемешных моделей с не перестраиваемой структурой, т.е. позволяет снизить требования к аппаратным ресурсам компьютера и сократить время проектирования без снижения точное™ получаемых результатов.

4. Новые конечно-элементные модели, для которых определены граничные условия, соответствующие характерным особенностям протекания электромагнитных процессов в их физических прототипах, а также типы конечных элементов позволили выполнить расчёт электромагнитного поля и получить выходные характеристики широкой гаммы конструкций АД с токопроводящим слоем ротора, обеспечили достаточную для инженерной практики точность расчёта.

5. Разработанная на базе теории цепей методика расчета магнитного поля АД с токопроводящим слоем ротора с выраженным поперечным краевым эффектом, на основании которой параметры участков магнитной цепи и значения контурных потоков в расчетном зазоре определяются в ходе решения систем уравнений, полученных для ряда расчетных моделей, объединенных в соответствии со структурой, построенной по иерархическому принципу в форме разветвляющегося древа моделей в направлении от базовой модели к более сложным, обеспечивает рациональное соотношение между объемом расчётных работ и точностью конечных результатов.

6. Алгоритмы и программы, полученные в соответствии с методикой расчёта на базе теории цепей, обеспечивающие выполнение поверочного расчета, а также внесение изменений в набор исходных данных в диалоговом режиме работы, позволяют решать задачи вариантного проектирования двигателей. Наличие методик расчета, программного обеспечения, а также моделей для пакетов объектно-ориентированных программ позволяет выполнять электромагнитные расчёты двигателей, существенно отличающихся в конструктивном отношении, что даёт возможность не только уменьшить сроки дорогостоящих проектных работ, но и решать задачи подготовки и переподготовки инженерно-технических кадров.

7. В результате определения параметров в краевых зонах моделей на основе схем магншных цепей решена задача учета потоков рассеяния АД с РМ при растекании токов в неферромашишом токопроводящем слое вторичной цепи за пределы активной облает

8. Методика расчета, разработанная на основе МКЭ и аналитических выражений, связывающих параметры двигателей с входными параметрами, необходимыми для построения конечно-элементных моделей, а

также методов теории цепей, позволяет обеспечить необходимую для инженерных расчетов точность, что подтверждено экспериментальными исследованиями широкой гаммы АД с токопроводящим слоем ротора.

9. На основе количественного исследования влияния геометрии и свойств токопроводящего слоя материала ротора на параметры и показатели АД получены практические рекомендации для проектирования, позволяющие определять предпочтительные соотношения между конструктивными параметрами перспективных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора. Разработанные рекомендации позволяют повысить эффективность определения параметров, обеспечивающих выходные характеристики.

10. Результаты проведенных исследований АД с различными вариантами реализации МФР позволили определить конструкции, наиболее эффективные с точки зрения энергетики, а также выработать и экспериментально оценить адекватность критериев по оптимизации их параметров.

11. Исследования электромагнитных процессов в УАД с полым ротором позволили определить эффективную с точки зрения энергетики конструкцию АД с перфорированным полым ротором, в которой обеспечивается подавление поперечного краевого эффекта.

12. Разработанные ЛДДП с МДР позволяют расширить функциональные возможности электропривода транспортных модулей, резательных и шлифовальных установок, а также устройств автоматической подачи, в которых без использования промежуточных передаточных звеньев требуется обеспечить совмещение поступательного и вращательного видов движения, а также раздельное регулирование скоростей элементов электромеханической части.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ Книги

1. Индукционные двигатели с массивным ротором: Монография/ А.Н. Анненков, А.И.Шиянов, Ю.С. Слепокуров, О.Д. Буйлин. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 1998.210 с.

2. Анненков А.Н., Сизиков C.B., Шиянов А.И. Асинхронные двигатели с токопроводящим слоем материала ротора: Монография. Минск: УП "Ризондис", 2004. 234 с.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

3. Анненков АН, Орлов В.В. Многоэтементный плоский двигатель с массивным дисковым ротором // Электротехника.- 2000 - № 8. С. 29- 32.

4. Анненков А.Н. Асинхронные исполнительные микродвигатели с повышенными энергетическими показателями // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2005,- № 1. С. 18 - 22.

5. Анненков А.Н. Модель линейного двигателя двойного питания с массивным дисковым ротором // Известия вузов. Электромеханика. Новочеркасск.- 2005.- № 2. С. 36-40.

6. Анненков А.Н. Аналитическое моделирование электромагнитных процессов в асинхронных двигателях с токопроводящим слоем ротора // Системы управления и информационные технологии,- 2005. - № 2 (19). С. 77-80.

7. Анненков А.Н. Моделирование электромагнитных процессов в асинхронных двигателях с токопроводящим слоем ротора методом конечных элементов // Системы управления и информационные технологии. - 2005. - №2 (19). С. 99-103.

Авторские свидетельства и патенты

8. A.c. 1588469 СССР, МКИ В 21 D 43/18, В 30 В 15/30. Устройство для отделения верхнего листа от стопы и подачи его в зону обработки/ В.А. Медведев, А.Н. Анненков, А.И. Шиянов (СССР), №4445243; Заявл. 22.06.88. Опубл.30.08.90. Бюл. № 32. 5 с.

9. A.c. 1625562 СССР, МКИ В 21 D 43/18, 45/08. Устройство для удаления ферромагнитных деталей из рабочей зоны оборудования/ Медведев В.А., Анненков А.Н., Шиянов А.И. (СССР), №4603353; Заявл. 09.11.88. Опубл. 07.02.91. Бюл. № 5. 5 с.

10. A.c. 1637913 СССР, МКИ В 21 D 43/18. Устройство для отделения от стопы и перемещения ферромагнитных листов в зону обработки/ А.Н. Анненков, В.А. Медведев, А.И. Шиянов (СССР), №4603353; Заявл. 09.11.88. Опубл. 30.03.91. Бюл. №12. 5 с.

11. A.c. 1666251 СССР, МКИ В 21 D 43/18, В 30 В 15/30. Устройство для отделения верхнего листа от стопы и подачи его в зону обработки/ А.И. Шиянов В.А. Медведев, А.Н. Анненков (СССР), №4458872; Заявл. 12.07.88. Опубл. 30.07.91. Бюл. №28. 6 с.

12. A.c. 1774816 СССР, МКИ Н02К 41/025. Линейный асинхронный двигатель / А.Н. Анненков, В.А. Медведев, А.И. Шиянов, В.А. Белов (СССР), №4801074; Заявл. 25.01.90; Опубл. 16.10.92. Бюл. №41.5 с.

13. Паг. 2232460 RU, МПГ Н 02 К 17/02,17/16. Асинхронный двигатель с полым ротором/ А.Н. Анненков, А.И. Шиянов (РФ) Воронеж, гос. техн. ун-т (РФ) 2003105570/09; Заявл. 26.02.03; Опубл. 10.07.04 //Бюл. № 17.

Статьи и материалы конференций

14. Шиянов А.И., Анненков А.Н., Медведев В.А. Линейный асинхронный частотно-токовый привод манипулятора для перемещения заготовок // Современные проблемы электромеханики (К 100-летию изобретения трехфазного асинхронного двигателя): Сб. тез. докл. Всесоюз. науч. - техн. конф.- М.: МЭИ, 1989.4 2., С. 97-98.

15. Электропривод на основе линейного асинхронного двигателя с двойным вторичным элементом / А.И. Шиянов, В.А. Медведев, А.Н. Анненков, В.А. Белов // Тез. докл. XI Всесоюз. конф. по проблемам автоматизированного электропривода.- Суздаль. 1991. - С. 49-50.

16. Анненков А.Н., Сизяков С.В., Шиянов А.И. О методике теплового расчёта асинхронных двигателей с гладким ротором // Совершенствование наземного обеспечения авиации: Сб. тез. докл. Всерос. науч. конф,-Воронеж: ВВАИИ, 1999. С. 130-131.

17. Анненков А.Н., Медведев ВА. Анализ использования линейных приводов в устройствах автоматической подачи // Системы управления и электроприводы роботов: Межвуз. сб.научлр,- Воронеж ВПИ, 1989,- С.147-150.

18. Двухкоординатный электропривод на базе многофункционального линейного асинхронного двигателя / А.И. Шиянов, А.Н. Анненков, В.А. Медведев, О.Д. Буйлин // Машиностроение, приборостроение, энергетика: Сб. науч. тр. - М.: МГУ, 1994.- С. 193-197.

19. К учету поперечного краевого эффекта в массивном зубчатом роторе индукционной машины / А.Н. Анненков, ОД Буйлин, А.И. Шиянов, В.В. Орлов // Энергия: Ежеквартальный науч. практ. вестник. № 2-3 (20-21) - Воронеж: Изд-во НПК (О) "Энергия", 1995. - С. 68-73.

20. Теоретические основы системы проектирования асинхронных двигателей с гладким ротором / А.Н. Анненков, Ю.С. Слепокуров, А.И. Шиянов, В.В. Орлов // Энергия: Ежеквартальный науч.- практ, вестник № 4-1 (23-24) - Воронеж: Изд - во НПК (О) "Энергия".-1996. С. 24-26.

21. Анненков А.Н., Буйлин О.Д., Шиянов А.И. Двигатель переменного тока повышенного быстродействия для приводов с переменной нагрузкой // Электромеханические устройства и системы: Межвуз сб. науч. тр. - Воронеж: ВГТУ, 1996.- С. 73-76.

22. Устройства загрузки пресса на базе линейного двигателя с реактивным листом / А.Н. Анненков, В.А. Медведев, Ю.С Слепокуров, А.И. Шиянов // Автоматизация и роботизация производственных процессов: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 1996. С. 4-9.

23. Транспортный модуль на основе асинхронного двигателя с гладким дисковым ротором / А.Н. Анненков, В.А. Медведев, Ю.С. Слепокуров, А.И. Шиянов // Автоматизация и роботизация производственных процессов: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: ВГТУ, 1996 - С. 25-29.

24. Анненков А.Н., Буйлйн О.Д., Слепокуров Ю.С. Сверхвысокоскоростные асинхронные двигатели приводов промышленных центрифуг // Автоматизация и роботизация производственных процессов: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: ВГТУ, 1996.- С. 56-60.

30

25. Расчет параметре» корстгкозамкнугой клетки массивного рспора/ А.Н. Анненков, О.Д Буйлин, Ю.С. Слепокуров и др. //Электромеханические устройства и системы: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: ВГТУ, 1997. С. 13-18.

26. Анализ зависимостей сопротивления стержня клетки массивного ротора от параметров двигателя / А.Н. Анненков, Ю.С. Слепокуров,

I А.И. Шиянов, О.Д. Буйлин // Электромеханические устройства и систе-

мы: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 1997. С. 27-33.

27. Шиянов А.И., Анненков А.Н., Медведев В.А. Привод транспортного модуля мобильного робота на основе индукционной машины // Автоматизация и роботизация производственных процессов: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: ВГТУ, 1998. С. 9-14.

28. Критерий эффективности использования габаритной мощности асинхронного двигателя при повышенном уровне электромагнитных нагрузок / А.Н. Анненков, Ю.С. Слепокуров, А.Н. Стукалов, А.И. Шиянов // Автоматизация и роботизация производственных процессов: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 1998. С. 56 -60.

29. Анненков А.Н., Слепокуров Ю.С., Шиянов А.И Многофункциональный транспортно - технологический модуль // Теоретические основы проектирования технологических систем оборудования автоматизированных производств: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТА, 1998. С. 110 -115.

30. Анненков А.Н., Сизиков C.B., Шиянов А.И. Пути повышения эксплуатационных и технических характеристик индукционных микромашин с полым ротором // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 1999. С. 88-91.

31. Развитие методов расчёта индукционных микромашин. / А.Н. Анненков, C.B. Сизиков, В.В. Орлов, АЛ. Шиянов // Электромеханические устройства и системы: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2000. С. 74-76.

32. К выбору конструкции ротора двухфазного исполнительного двигателя / А.Н. Анненков, C.B. Сизиков, В.В. Орлов, А.И. Шиянов // Электромеханические устройства и системы: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2000. С. 77-79.

33. Анненков А.Н., Чепрасов А.Е., Шиянов А.И. Основы теории асинхронного исполнительного двигателя с перфорированным полым ротором // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2000. С. 16-20.

34. Анненков А.Н., Чепрасов А.Е., Шиянов А.И. Распределение тока в перфорированном полом роторе асинхронного исполнительного двигателя // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2000. С. 21 -31.

31

35. Анненков А.Н., Сизиков С.В., Шиянов А.И. Влияние конструктивных параметров ротора на характеристики асинхронных исполнительных двигателей // Совершенствование наземного обеспечения авиации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВВАИИ, 2001. С. 3-5.

36. Анненков А.Н., Орлов В.В. Применение уравнений Максвелла с комплексными параметрами для анализа электромагнитных процессов в электрических машинах // Энергия - XXI век: Ежеквартальный нуч. - практ. вестник. № 2 (48) - Воронеж: Изд-во НПК (О) "Энергия", 2002.- С. 51-53.

37. Анненков А.Н., Шиянов А.И. Развитие аналитического аппарата методов расчёта стационарных электромагнитных процессов асинхронных микродвигателей систем автоматики // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2002. С. 4-8.

38. Анненков А.Н., Климентов Н.И., Орлов В.В. К определению геометрии асинхронного двигателя с перфорированным полым ротором // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2002. С. 110-115.

39. Анненков А.Н. Основы методики расчета магнитного поля асинхронного двигателя с массивным ротором со стержневой обмоткой // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 10-15.

40. Анненков А.Н. Асинхронные двигатели с токопроводящим слоем материала ротора: применение и направление развития теории // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2003. С.74-76.

41. Анненков А.Н. Методы оптимизации насыщенных несимметричных электрических машин // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: ВГТУ, 2004. С. 75-78.

42. Анненков А.Н. Асинхронный двигатель с просечкой в полом роторе // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2004. С. 99-106.

43. Анненков А.Н., Нюхин P.O. Влияние типа конечных элементов на точность решения задачи низкочастотного гармонического анализа // Электромеханические комплексы и системы управления: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2004,- С. 72-76.

44. Анненков А.Н., Нюхин P.O. Моделирование электромагнитных процессов в управляемых асинхронных микромашинах с полым ротором // Электромеханические комплексы и системы управления: Межвуз. сб. науч. тр.-Воронеж: ВГТУ, 2004.- С.201-203.

45. Анненков А.Н., Нюхин P.O. Распределение электромагнитного поля в массивном зубчатом роторе с короткозамкнутой стержневой обмоткой // Энергия - XXI век: Ежеквартальный науч.-практ. вестник. № 1 - 2 (55 - 56)- Воронеж: Изд-во НПК (О) "Энергия", 2005.- С. 25-30.

Подписано в печать 17.10.2005. Формат 60x84/1$. Бумага для множительных аппаратов.

Усл. печ. л. 2,0. Тираж 90 экз. Заказ № из Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский просп., 14

№4962 7

РНБ Русский фонд

2006-4 20415

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. КЛАССИФИКАЦИЯ, ПРИМЕНЕНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ТОКОПРОВОДЯЩИМ СЛОЕМ РОТОРА.

1.1. Базовые конструкции и классификация.

1.2. Основные области применения.

1.3. Анализ и тенденции развития теории, концепция электромагнитного расчёта.

1.4. Выводы и постановка задач исследования.

Глава 2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ДИСКРЕТНЫХ ОБЛАСТЯХ ТОКОПРОВОДЯЩЕГО СЛОЯ РОТОРА.

2.1. Распределение электромагнитного поля на зубцовом делении в пазу и в поверхностном слое массивного зубчатого ротора.

2.2. Плоско - параллельный закон распределения плотности тока на участках сплошного неферромагнитного токопроводящего слоя постоянной толщины.

2.3. Соотношения между составляющими плотности токов и геометрия перфорированного полого ротора.

2.4. Выводы.

Глава 3. РАСЧЁТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

3.1. Содержание и возможности метода, особенности исследования асинхронных двигателей с токопроводящим слоем ротора.

3.2. Допущения и математический аппарат анализа, программное средства, способ учёта механической мощности и описание моделей.

3.3. Выбор конечных элементов, оценка точности результатов.

3.4. Выводы.

Глава 4. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАСЧЁТА И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ.

4.1. Параметры и структуры моделей, содержание методики электромагнитного расчёта на основе методов теории цепей.

4.2. Программная реализация методики электромагнитного расчёта на основе методов теории цепей.

4.3. Особенности применения программных средств обеспечения расчётов методом конечных элементов.

4.4. Выводы.

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИИ И СВОЙСТВ ТОКОПРОВОДЯЩЕГО СЛОЯ РОТОРА НА ПАРАМЕТРЫ И ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЕЙ.

5.1. Анализ зависимостей составляющих результирующего сопротивления поверхностного слоя ферромагнитного массива зубчатого ротора от конструктивных и режимных параметров.

5.2. Связь конструктивных размеров и свойств неферромагнитного токопроводящего слоя с напряжённостью поля и электрическим сопротивлением его участков.

5.3. Влияние конструктивных и режимных параметров на тягово-энергетические показатели двигателей с разомкнутым магнитопроводом.

Актуальность проблемы.

В настоящее время сложилась тенденция расширения области применения электроприводов с асинхронными двигателями (АД), среди которых находится ряд конструкций машин с токопроводящим слоем ротора. В двигателях с массивным ферромагнитным ротором (МФР) обеспечена высокая добротность пусковых характеристик, значительная механическая прочность и коррозионная устойчивость ротора к воздействию химически активных сред, что особенно важно при частых реверсах, тяжелых условиях пуска, работе на повышенных скоростях, а также в бессальниковых насосах с "мокрым" ротором. В управляемых асинхронных двигателях (УАД) обеспечены высокое быстродействие, точность отработки сигналов управления в отсутствии самохода. Безре-дукторный привод на основе АД с разомкнутым магнитопроводом (РМ) позволяет обеспечить перемещение по заданному закону без использования передаточных звеньев, транспортировать различные объекты и обрабатываемые детали путём электромагнитного воздействия непосредственно на них, за счет чего решаются задачи улучшения конструкторско - технологической подготовки производства.

Основным ограничением для перечисленных характеристик является обеспечение приемлемых энергетических показателей электрической машины. При этом растёт актуальность разработки уточнённых моделей, методик расчёта, программного обеспечения, а также поиска новых конструкций АД с токопроводящим слоем ротора с улучшенными энергетическими показателями в интервале мощности от долей ватта до десятков киловатт.

АД с токопроводящим слоем ротора всегда вызывали значительный интерес: достаточно назвать работы таких учёных как М.О.Доливо-Добровольский, Р. Рюденберг, К.И. Шенфер, И.С. Брук, Г.И. Штурман. Дальнейшее развитие теории АД с РМ, АД с МФР, а также УАД отражено в работах большого числа отечественных и зарубежных учёных: А.И. Вольдека, О.Н. Beселовского, Ф.Н. Сарапулова, А.Я. Вилтниса, Х.И. Янеса, Е.Р. Лейсвейта, С.Ямамуры, В.М. Куцевалова, B.C. Могильникова, А.И. Лищенко, В.И. Постникова, К. Криштофа, Б. Чалмерса, Б.А. Артемьева, А.И. Бертинова, И.А. Ве-вюрко, Ю.С. Чечета, В.В.Хрущёва, Г. Мозера, Е. Хабигера и многих других.

Данная диссертация посвящена разработке элементов единой теории асинхронных двигателей с токопроводящим слоем ротора. Разработка оказалась бы невозможной без фундаментальной научной базы, которую создали отечественные и зарубежные учёные: А.И. Адаменко, Б. Адкинс, Г. Вудсон, А.В. Иванов - Смоленский, И.П. Копылов, Г. Крон, М.П. Костенко, В.А. Кузнецов, И.М. Постников, Р. Рихтер, Я. Туровский, Д. Уайт и другие.

Хотя АД с токопроводящим сдоем ротора относятся к хорошо изученному виду асинхронных электрических машин, теоретические и экспериментальные исследования разнообразных конструкций с различными свойствами и структурой токопроводящего слоя не систематизированы. Одним из перспективных путей развития их теории является направление, связанное с уточнением математических моделей и оптимизацией алгоритмов электромагнитных расчётов, позволяющих определить рациональные варианты конструктивной реализации данных двигателей. Ещё один путь - поиск новых эффективных конструкций на основе анализа результатов количественного исследования параметров и характеристик базовых конструкций АД с токопроводящим слоем ротора.

Таким образом, возникла объективная необходимость в оптимизации имеющихся конструктивных решений АД с токопроводящим слоем ротора с рядом свойств, зависящих от особенностей их применения в различных технических системах, обобщении результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также повышении качества и сокращения сроков проектных разработок, что предполагает создание уточненных математических моделей, разработку эффективных алгоритмов и применение общих методик расчета на основе единой теоретической базы.

Исследования выполнены в рамках комплексных программ работ Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с планом ГБ и ХД НИР ВГТУ по электромеханическим системам за период 1988-2005 г., а также тематике разделов "Компьютерное моделирование" и "Мехатронные технологии" Перечня критических технологий РФ (приказ министерства промышленности, науки и техники РФ №578 от 30 марта 2002 г.).

Цель работы: разработка единой теоретической базы, предназначенной для осуществления качественного и количественного анализа параметров и характеристик конструктивных модификаций АД с токопроводящим слоем ротора с учетом особенностей их применения в технических системах.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- выработка концепции электромагнитного расчёта АД с токопроводящим слоем ротора, обеспечивающей повышение устойчивости и снижение времени процесса проектирования;

- аналитическое описание электромагнитных процессов и вывод выражений, предназначенных для определения рационального соотношения между конструктивными размерами с учётом электрических и магнитных свойств материала токопроводящего слоя ротора с целью повышения энергетических показателей двигателей;

- определение структур и параметров расчётных моделей;

- разработка методик, алгоритмов и программ расчета АД с токопроводящим слоем ротора;

- математическое моделирование электромагнитных процессов;

- анализ зависимостей характеристик двигателей от конструктивных размеров и режимных параметров с учётом электрических и магнитных свойств материала токопроводящего слоя ротора;

- разработка новых конструкций и создание опытных образцов АД с токопроводящим слоем ротора;

- проведение экспериментальных исследований с целью проверки адекватности моделей и достоверности положений методик расчета;

- выработка научно обоснованных рекомендаций по проектированию ряда перспективных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора.

Методы исследования. Решение поставленных задач предполагает широкое использование уравнений математической физики, теории электромагнитного поля, электрических машин и цепей. В ходе разработки математических моделей применены конечно-элементный метод решения линейных и нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, а также итерационные методы решения систем алгебраических уравнений. Для исследования электромагнитных процессов использовались классические методы решения дифференциальных уравнений, а также гармонического анализа. Достоверность результатов и оценка их точности подтверждается сравнением с экспериментальными данными и результатами компьютерного моделирования, полученными в данной работе, а также исследованиями авторов других работ.

Научная новизна.

1. Разработана концепция электромагнитного расчёта АД с токопроводящим слоем ротора, отличающаяся тем, что в соответствии с ней электромагнитный расчёт чередуется с оценочным расчётом при помощи выражений, связывающих параметры двигателей с входными данными, используемыми при создании конечно-элементной модели машины, что позволяет направленно учитывать количественные результаты, полученные на предыдущем этапе расчёта методом конечных элементов (МКЭ) или на основе методов теории цепей, применяемых для таких конструкций, анализ которых связан с повышенными затратами времени создания и расчёта конечно-элементных моделей.

2. Получены выражения, позволяющие рассчитать распределение напря-жённостей электрического и магнитного полей в поверхностном слое зубчатого массива, в том числе с короткозамкнутой стержневой обмоткой при произвольном соотношении между конструктивными параметрами МФР.

3. Получены выражения для расчёта электрических параметров контура зубцового слоя МФР: стержней короткозамкнутой обмотки с учётом влияния примыкающего к ним поверхностного слоя зубчатого МФР и проведено расчётное исследование зависимостей составляющих сопротивления контура от конструктивных и режимных параметров двигателей.

4. Получены выражения, определяющие двумерный закон распределения плотности вихревых токов в пределах участка неферромагнитного токопрово-дящего слоя ротора, соответствующего зубцовому делению статора.

5. Получены выражения для расчета параметров участка неферромагнитного токопроводящего слоя ротора, соответствующего зубцовому делению статора, а также выполнены расчётные исследования, позволившие определить зависимости составляющих сопротивлений данных участков от конструктивных и режимных параметров двигателей.

6. Получены выражения, позволяющие определить рациональное соотношение между длиной вылета гильзы ротора и длиной окон в его торцевых частях, а также их положением относительно пакета статора УАД с перфорированным полым ротором.

7. Для моделей УАД с не перестраиваемой конечно-элементной структурой предложен способ учёта механической мощности ротора, который состоит в том, что механическая мощность учитывается равной ей мощностью электрических потерь в материале ротора, для чего использована возможность определения в модели удельной электрической проводимости полого ротора в функции скольжения.

8. Получены новые конечно-элементные модели АД с токопроводящим слоем ротора, для которых определены необходимые граничные условия и типы конечных элементов. На основе данных моделей выполнен расчёт электромагнитного поля и получены выходные характеристики различных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора.

9. В результате определения параметров в краевых зонах моделей АД с РМ, полученных на основе теории цепей, решена задача учета потоков рассеяния при растекании токов в сплошном неферромагнитном токопроводящем слое за пределы активной области.

10. Разработана методика расчета АД с токопроводящим слоем ротора, заключающаяся в решении ряда задач расчёта электромагнитного поля на основе теории цепей, в ходе которого параметры, полученные при решении предыдущей задачи, используются для нахождения параметров последующей.

11. В соответствии с методикой расчёта АД с токопроводящим слоем ротора на основе теории цепей разработаны алгоритмы и программы, обеспечивающие выполнение поверочного расчета и внесение изменений в исходные данные в диалоговом режиме работы.

Практическая значимость.

1. Разработаны программы, позволяющие исследовать влияние конструктивных размеров, параметров и свойств используемых материалов на характеристики и показатели АД с широкой гаммой конструкций роторов, содержащих токопроводящий слой, а также программы электромагнитного расчета таких двигателей на основе методов теории цепей.

2. Для перспективных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора выработаны научно обоснованные рекомендации по проектированию, направленные на повышение эксплуатационных и энергетических показателей, позволяющие исходя из электромагнитных нагрузок, механических, пусковых и регулировочных характеристик определять совокупности конструктивных размеров двигателей и параметров токопроводящего слоя ротора, обеспечивающие требования технического задания.

3. Определены эффективные с точки зрения энергетики конструкции АД с зубчатым МФР, а также выработан критерий по оптимизации их параметров.

4. Разработаны конструкции УАД с перфорированным полым ротором и двигателя двойного питания с массивным дисковым ротором.

5. Созданы опытные образцы АД с различными конструкциями ротора, а также база для проведения экспериментальных исследований.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Концепция электромагнитного расчёта АД с токопроводящим слоем ротора, заключающаяся в сочетании численных методов или методов теории цепей с расчётами на основе выражений, связывающих интегральные параметры двигателей с входными данными, используемыми при создании конечно-элементной или цепной модели, с учётом полученных на предыдущем этапе численных результатов.

2. Математические модели для расчета электромагнитных процессов в АД с токопроводящим слоем ротора.

3. Результаты аналитического решения задачи распределения напряжён-ностей электрического и магнитного полей в пазах и в поверхностном слое массивного зубчатого ротора, в том числе со стержневой короткозамкнутой обмоткой при произвольном соотношении между конструктивными параметрами ротора с учетом насыщения материала массива, толщинного эффекта и рассеяния магнитного потока в паз, а также выражения, полученные для расчёта эквивалентных электрических параметров контура массивного зубчатого ротора и результаты расчётного исследования в виде зависимостей составляющих сопротивлений контура от основных конструктивных и режимных параметров двигателей.

4. Результаты аналитического решения двумерного распределения плотности вихревых токов в пределах участка токопроводящего слоя гладкого ротора, соответствующего одному зубцовому делению статора, а также выражения, для расчета электрических параметров этого участка и результаты расчётных исследований, полученные в виде зависимостей составляющих электрических сопротивлений участков от конструктивных и режимных параметров двигателей соответствующих исполнений.

5. Конечно-элементные модели АД с токопроводящим слоем ротора, для которых определены необходимые граничные условия и типы конечных элементов.

6. Способ учёта механической мощности ротора в моделях УАД с не перестраиваемой конечно-элементной структурой, который состоит в том, что механическая мощность учитывается равной ей мощностью электрических потерь в его материале, позволяющий сократить время численного моделирования без снижения точности получаемых результатов.

7. Методика расчета АД с токопроводящим слоем ротора, заключающаяся в решении ряда задач расчёта электромагнитного поля на основе теории цепей, в ходе которого эквивалентные параметры, полученные при решении предыдущей задачи, используются для нахождения параметров последующей.

8. Алгоритмы и программы, разработанные в соответствии с методикой расчёта электромагнитного поля на основе теории цепей, обеспечивающие выполнение поверочного расчета, а также внесение изменений в набор исходных данных в диалоговом режиме работы. Данные программы позволяют проводить расчетно-теоретическое исследование влияния конструктивных размеров, режимных параметров и свойств материалов на электромагнитные нагрузки, энергетические показатели, а также механические, пусковые и регулировочные характеристики.

9. Конструкции УАД с перфорированным полым ротором и линейного двигателя двойного питания с массивным дисковым ротором.

10. Расчётные зависимости характеристик ряда перспективных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора от размеров активных частей и режимных параметров.

11. Результаты экспериментов, подтверждающие необходимую для практики точность разработанных методик расчёта.

12. Содержание рекомендаций по проектированию, направленных на повышение эксплуатационных и энергетических показателей.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы были использованы в ходе разработки и исследования АД с РМ для электроприводов устройств загрузки пресса листовыми ферромагнитными заготовками, а также транспортировки кассет для сборочных комплексов деталей бытовой видеотехники в НПП "ВИДЕОФОН", г. Воронеж; проектирования АД с РМ и массивным дисковым ротором для двухкоординатных электроприводов мехатрон-ных модулей в НИИ КМТП при МГТУ им. Баумана, г. Москва; проектирования АД с МФР для тяговых приводов бухтонамоточных станков, используемых в составе оборудования кабельных линий в ОООГЖФ "Воронежкабель", г. Воронеж; проектирования УАД с перфорированным полым ротором для установок микролитографии в ОАО НИИПМ, г. Воронеж; разработки и исследования АД с токопроводящим слоем ротора (АД с зубчатым МФР, многоэлементных АД с РМ и дисковым МФР, а также УАД с перфорированным полым ротором) для ОООНПК "ЭЛТОН-ЭНВО", г. Воронеж.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы электромеханики" (г. Москва, 1989); на 9-й Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам автоматизированного электропривода (г. Москва, 1991); на Всероссийской научной конференции "Совершенствование наземного обеспечения авиации" (г. Воронеж, 1999).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 45 печатных работах, в том числе в 2 монографиях, 5 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 6 авторских свидетельствах и патентах, а также в 32 статьях и сборниках материалов всесоюзных и всероссийских конференций.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 237 наименований и пяти приложений. Общий объем работы составляет 296 страниц, включая 111 рисунков и 2 таблицы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При помощи проведённых в диссертации теоретических и экспериментальных исследований на основе единой теоретической базы созданы уточненные математические модели, общая методика расчёта и разработаны алгоритмы задач проектирования АД с токопроводящим слоем ротора с рядом свойств, зависящих от особенностей их применения в современных технических системах, что позволило повысить качество и сократить срок проектных разработок новых конструкций данных двигателей. Выполненные в диссертации исследования позволили сформулировать следующие основные результаты.

1. Разработанная концепция электромагнитного расчёта позволяет направленно учитывать количественные результаты, полученные на предыдущем этапе выполнения электромагнитных расчётов.

2. Полученные выражения для расчёта распределения напряжённостей электрического и магнитного полей в поверхностном слое зубчатого МФР с короткозамкнутой стержневой обмоткой, распределения плотности вихревых токов в пределах участка неферромагнитного токопроводящего слоя ротора, соответствующего зубцовому делению статора, значений эквивалентных параметров участков различных конструкций токопроводящего слоя ротора, а также выражения, позволяющие определить рациональное соотношение между длиной вылета гильзы и длиной окон перфорированного полого ротора УАД, позволили увеличить долю аналитически перерабатываемой информации, повысив тем самым эффективность применения МКЭ, а также методов теории цепей, использованных для моделирования электромагнитных процессов.

3. Предложенный способ учёта механической мощности ротора позволяет использовать в качестве вектора нагрузок модели напряжения первичных обмоток, что даёт возможность решать задачу проектирования практически любой конструкции УАД на основе компактных конечно-элементных моделей с не перестраиваемой структурой, т.е. позволяет снизить требования к аппаратным ресурсам компьютера и сократить время проектирования без снижения точности получаемых результатов.

4. Новые конечно-элементные модели, для которых определены граничные условия, а также типы конечных элементов, позволили выполнить расчёт электромагнитного поля и получить выходные характеристики широкой гаммы конструкций АД с токопроводящим слоем ротора, обеспечивают достаточную для инженерной практики точность расчёта.

5. Разработанная методика расчета магнитного поля АД с токопроводящим слоем ротора с выраженным поперечным краевым эффектом, на основании которой параметры участков магнитной цепи и значения контурных потоков в расчетном зазоре определяются в ходе решения систем уравнений, полученных для ряда расчетных моделей, объединенных в соответствии со структурой, построенной по иерархическому принципу в форме разветвляющегося древа моделей в направлении от базовой модели к более сложным, обеспечивает рациональное соотношение между объемом расчётных работ и точностью конечных результатов.

6. Алгоритмы и программы, полученные в соответствии с методикой расчёта на базе теории цепей, обеспечивающие выполнение поверочного расчета, а также внесение изменений в набор исходных данных в диалоговом режиме работы, позволяют решать задачи вариантного проектирования двигателей. Наличие методик расчета, программного обеспечения, а также моделей для пакетов объектно-ориентированных программ позволяет выполнять электромагнитные расчёты двигателей, существенно отличающихся в конструктивном отношении, что даёт возможность не только уменьшить сроки дорогостоящих проектных работ, но и решать задачи подготовки и переподготовки инженерно-технических кадров.

7. В результате определения параметров в краевых зонах моделей на основе схем магнитных цепей решена задача учета потоков рассеяния АД с РМ при двумерном распределении токов в неферромагнитном токопроводящем слое вторичной цепи за пределы активной области.

8. Методика расчета, разработанная на основе МКЭ и аналитических выражений, связывающих параметры двигателей с входными параметрами, необходимыми для построения конечно-элементных моделей, а также моделей, полученных на основе методов теории цепей, позволяет обеспечить необходимую для инженерных расчетов точность,1 что подТйерясДёно экспериментальными исследованиями широкой гаммы АД с токопроводящим слоем ротора.

9. На основе количественного исследования влияния геометрии и свойств токопроводящего слоя материала ротора на параметры и показатели АД получены практические рекомендации для проектирования, позволяющие определять предпочтительные соотношения между конструктивными параметрами перспективных конструкций АД с токопроводящим слоем ротора. Разработанные рекомендации позволяют повысить эффективность определения параметров, обеспечивающих выходные характеристики.

10. Результаты проведенных исследований АД с различными вариантами реализации МФР позволили определить конструкции, наиболее эффективные с точки зрения энергетики, а также выработать и экспериментально оценить адекватность критериев по оптимизации их параметров.

11. Исследования электромагнитных процессов в УАД с полым ротором позволили определить эффективную сточки зрения энергетики конструкцию АД с перфорированным полым ротором, в которой обеспечивается подавление поперечного краевого эффекта.

12. Разработанные ЛДДП с МДР позволяют расширить функциональные возможности электропривода транспортных модулей, резательных и шлифовальных установок, а также устройств автоматической подачи, в которых без использования промежуточных передаточных звеньев требуется обеспечить совмещение поступательного и вращательного видов движения, а также раздельное регулирование скоростей элементов электромеханической части.

1. А.с. 1588469 СССР, МКИ В 21D 43/18, В 30 В 15/30. Устройство для отделения верхнего листа от стопы и подачи его в зону обработки/ В. А. Медведев, А.Н. Анненков, А.И Шиянов (СССР), № 4445243; Заявл. 22.06.88.0публ.30.08.90. Бюл. № 32.5 с.

2. А.С. 1625562 СССР, МКИ В 21 D 43/18, 45/08. Устройство для удаления ферромагнитных деталей из рабочей зоны оборудования/ Медведев В.А., Анненков А.Н., Шиянов А.И. (СССР), № 4603353; Заявл. 09.11.88. Опубл. 07.02.91. Бюл. № 5.5 с.

3. А.с. 1637913 СССР, МКИ В 21 D 43/18. Устройство для отделения от стопы и перемещения ферромагнитных листов в зону обработки/ АН. Анненков, В А. Медведев, А.И. Шиянов (СССР), № 4603353; Заявл. 09.11.88. Опубл. 30.03.91. Бюл. №12.5 с.

4. А.С. 1666251 СССР, МКИВ 21 D 43/18, В 30 В 15/30. Устройство для отделения верхнего листа от стопы и подачи его в зону обработки/ А.И. Шиянов В.А. Медведев,

5. A.Н. Анненков (СССР), №4458872; Заявл. 12.07.88. Опубл. 30.07.91. Бюл. №28.6 с.

6. А.С. 1774816 СССР, МКИ Н02К 41/025. Линейный асинхронный двигатель / А.Н. Анненков, В.А. Медведев, А.И. Шиянов, В.А. Белов (СССР), № 4801074; Заявл. 25.01.90; Опубл. 16.10.92. Бюл. №41. 5 с.

7. А. с. 240262 СССР. Литой сплав на основе железа /А.Н. Стрельников,

8. B.А. Михайлиди. (СССР), Опубл. 26.03.69. Бюл. № 12.

9. Абрамов С.П. Приведённые сопротивления, намагничивающий ток и рабочие характеристики высокоскоростного асинхронного двигателя с массивным маломагнитным ротором // Электричество.- 1978. № 3.- С. 54-57.

10. Адкинс Б.А Общая теория электрических машин. М.: Госэнэргоиздат, 1960. - 272 с.

11. Анализ зависимостей сопротивления стержня клетки массивного ротора от параметров двигателя / А.Н. Анненков, Ю.С. Слепокуров, А.И. Шиянов, О.Д.Буйлин // Электромеханические устройства и системы: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 1997.- С. 27-33.

12. Ю.Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров: Пер. с франц. -М.: ГИФМлит., 1967. 780 с.

13. Н.Анненков А.Н. Аналитическое моделирование электромагнитных процессов в асинхронных двигателях с токопроводящим слоем ротора // Системы управления и информационные технологии 2005. - № 2 (19). С. 77-80.

14. Анненков А.Н. Асинхронные двигатели с токопроводящим слоем материала ротора: применение и направление развития теории // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.-Воронеж: ВГТУ, 2003. С.74-76.

15. Анненков А.Н. Асинхронные исполнительные микродвигатели с повышенными энергетическими показателями // Мехатроника, автоматизация, управление. 2005.- № 1. С. 18-22.

16. Анненков А.Н. Асинхронный двигатель с просечкой в полом роторе // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 99-105.

17. Анненков А.Н. Методы оптимизации насыщенных несимметричных электрических машин // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 75-78.

18. Анненков А.Н. Моделирование электромагнитных процессов в асинхронных двигателях с токопроводящим слоем ротора методом конечных элементов // Системы управления и информационные технологии. 2005. - №2 (19). С. 99-103.

19. Анненков А.Н. Модель линейного двигателя двойного питания с массивным дисковым ротором // Известия вузов. Электромеханика. 2005.- № 2. С. 36-40.

20. Анненков А.Н. Основы методики расчета магнитного поля асинхронного двигателя с массивным ротором со стержневой обмоткой // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 10-15.

21. Анненков А.Н., Буйлин О.Д., Слепокуров Ю.С. Сверхвысокоскоростные асинхронные двигатели приводов промышленных центрифуг // Автоматизация и роботизация производственных процессов: Межвуз. сб. науч. тр. -Воронеж: ВГТУ, 1996.- С. 56-60.

22. Анненков А.Н., Буйлин О.Д., Шиянов А.И. Двигатель переменного тока повышенного быстродействия для приводов с переменной нагрузкой // Электромеханические устройства и системы: Межвуз сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1996.- С. 73-76.

23. Анненков А.Н., Буйлин О.Д., Шиянов А.И. К учету распределения плотности токов в токопроводящей оболочке ротора индукционной машины // Проблемы информатизации и управления: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 1996.- С. 121-128.

24. Анненков А.Н., Климентов Н.И., Орлов В.В. К определению геометрии асинхронного двигателя с перфорированным полым ротором // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2002. С. 110-115.

25. Анненков А.Н., Медведев В.А. Анализ использования линейных приводов в устройствах автоматической подачи // Системы управления и электроприводы роботов: Межвуз. сб.науч.тр.- Воронеж: ВПИ, 1989.-С. 147-150.

26. Анненков А.Н., Нюхин P.O. Моделирование электромагнитных процессов в управляемых асинхронных микромашинах с полым ротором // Электромеханические комплексы и системы управления: Межвуз. сб. науч. тр.-Воронеж: ВГТУ, 2004.- С.201-203.

27. Анненков А.Н., Нюхин P.O. Влияние типа конечных элементов на точность решения задачи низкочастотного гармонического анализа // Электромеханические комплексы и системы управления: Межвуз. сб. науч. тр.-Воронеж: ВГТУ, 2004.- С. 72-76.

28. Анненков А.Н., Орлов В.В. Многоэлементный плоский двигатель с массивным дисковым ротором // Электротехника.- 2000.- № 8. С. 29- 32.

29. Анненков А.Н., Сизиков С.В., Шиянов А.И. Асинхронные двигатели с токопроводящим слоем материала ротора: Монография. Минск: УП "Ризондис", 2004. 234 с.

30. Анненков А.Н., Сизиков С.В., Шиянов А.И. Влияние конструктивных параметров ротора на характеристики асинхронных исполнительных двигателей // Совершенствование наземного обеспечения авиации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВВАИИ, 2001. С. 3-5.

31. Анненков А.Н., Сизиков С.В., Шиянов А.И. О методике теплового расчёта асинхронных двигателей с гладким ротором // Совершенствование наземного обеспечения авиации: Сб. тез. докл. Всероссийской науч. конф.-Воронеж: ВВАИИ, 1999. С. 130-131.

32. Анненков А.Н., Чепрасов А.Е., Шиянов А.И. Основы теории асинхронного исполнительного двигателя с перфорированным полым ротором // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2000. С. 16-20.

33. Анненков Д.Н., Чепрасов А.Е., Шиянов А.И. Распределение тока в перфорированном полом роторе асинхроного исполнительного двигателя // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: ВГТУ, 2000. С. 21-31.

34. Артемьев Б.А. Обобщенная теория электрической машины со сплошным ротором. Л.: ЛГУ, 1980. - 188 с.

35. Арусоо А.К. О методике экспериментального определения механической характеристики линейного привода // Тр. Таллинск. политехи, ин.-та. № 589. Таллин: ТПИ, 1984. - С. 29-35.

36. Асинхронные двигатели общего назначения / Е.П. Бойко, Ю.В. Гаин-цев, Ю.М. Ковалев и др. М.: Энергия, 1980. - 488 с.

37. Асинхронные двигатели с двухслойными роторами в промышленном и судовом электроприводах / A.M. Бабаев, А.П. Баранов, Б.И. Конторович и др.// ЦБНТИ ММФ СССР. Экспресс информация. Сер. Техническая эксплуатация флота. № 19 (431).- М.: 1977. - С. 3-25.

38. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин и др. М.: Энергоиздат, 1982 - 504 с.у

39. Асинхронный двигатель с полым ротором. Пат. 2232460 RU, МПК' Н 02 К 17/02, 17/16. / А.Н. Анненков, А.И. Шиянов (РФ) Воронеж, гос. техн. ун-т (РФ) 2003105570/09; Заявл. 26.02.03; Опубл. 10.07.04 // Бюл. № 17.

40. Батовирин А.А. К расчету параметров полых роторов // Вопросы радиоэлектроники. 1963. № 4.- С. 24-39.

41. Бертинов А.И., Синева Н.В. Индукционные трехфазные двигатели с различными роторами. М.: МЭИ, 1967. - 72 с.

42. Ботвинник М.М. Асинхронизированная синхронная машина. Основы теории. M.-JL: Госэнергоиздат, 1981. - 70 с.

43. Ботвинник М.М., Шакарян Ю.Г. Управляемая машина переменного тока. М.: Наука, 1969. - 140 с.

44. Брук И.С. Теория асинхронного двигателя с массивным ротором (4.1)// Вестн. эксперим. и теорет. электротехники.- 1928. № 2.- С. 58-67.

45. Брук И.С. Теория асинхронного двигателя с массивным ротором (4.2)// Вестн. эксперим. и теорет. электротехники.- 1929. № 5.- С. 175-193.

46. Брынский Е.А., Данилевич Я.Б., Яковлев В.И. Электромагнитные поля в электрических машинах. JL: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1979.- 176 с.

47. Брябин В.М. Программное обеспечение персональных ЭВМ.- М.: Наука, 1990. 272 с.

48. Булгаков Г.А. Частотное управление асинхронными двигателями. М.: Энергоатомиздат, 1982. - 216 с.

49. Бут Д.А. Анализ и расчет асинхронных машин на основе одномерных уравнений электромагнитного поля // Электричество 1986. № 3 .-С. 18-23.

50. Вевюрко И.А. К расчету характеристик двухфазной индукционной машины с полым ротором // ВЭП.- 1957. № в.- С. 34-39.

51. Вевюрко И.А. О расчете асинхронной машины с полым ротором методом симметричных составляющих // ВЭП.- 1958. № 4. С. 11-15.

52. Веселовский О.Н. Расчет характеристик низкоскоростных линейных асинхронных двигателей // Электричество.- 1980. № 5. С.26-31.

53. Веселовский О.Н., Коняев А.Ю., Сарапулов Ф.Н. Линейные асинхронные двигатели. М.: Энергоатомиздат, 1991.-255 с.

54. Вилтнис А .Я., Дриц М.С. Концевой эффект в линейных асинхронных двигателях. Задачи и методы решения. Рига: Зинатне, 1981. - 258 с.

55. Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. Л.: Энергия, 1970. - 72 с.

56. Вольдек А.И. Электромагнитные процессы в торцевых частях электрических машин. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983.- 216 с.

57. Вольдек А.И., Вяльямяэ Г.Х., Силламаа Х.В. Экспериментальное исследование магнитных полей в индукционных машинах и насосах для жидких металлов с разомкнутым магнитопроводом // Тр. Таллинск. политехи, ин.-та. №131.- Таллин: ТПИ, 1958. 20 с.

58. Вольдек А.И., Толвинская Е.В. Метод расчета характеристик линейных и дуговых индукционных машин с учетом влияния продольного краевого эффекта // Магнитная гидродинамика.- 1971, № 1. С. 32-36.

59. Вольдек А.И., Толвинская Е.В. Основы теории и методики расчета характеристик линейных асинхронных машин // Электричество -1975, № 9. С.29 - 36.

60. Вольдек А.И., Янес Х.И. Поперечный краевой эффект в плоском индукционном насосе с электропроводящим каналом // Тр. Таллинск. политехи, ин.-та. № 197. Таллин: ТПИ, 1962. - С. 23-35.

61. Геллер Б., Гамата В. Высшие гармоники в асинхронных машинах.- М.: Энергия, 1981.-352 с.

62. Глухов Ю.Е. Применение асинхронных электродвигателей с двухслойным ротором на судах // Судостроение,- 1971. № 7.- С. 41-43.

63. Гречихин В.В., Юфанова Ю.В. Моделирование магнитных полей разомкнутых магнитных систем с малыми воздушными зазорами модифицированным методом интегральных уравнений // Известия вузов. Электромеханика. 2001.- № 4-5. С. 5-8.

64. Грюнер А. И., Инкин А.И., Шейнин A.M. Расчёт параметров стержней массивного ротора с короткозамкнутой клеткой // Асинхронные электромикромашины.: Материалы межвуз. научн. техн. конф. - Каунас, 1969.-С. 140- 144.

65. Гурин Я.С., Кузнецов Б.И. Проектирование серий электрических машин. М.: Энергия, 1978. - 480 с.

66. Дансмур М., Дейвис Г. Операционная система UNIX и программирование на языке СИ : Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1989. - 192 с.

67. Двухкоординатный электропривод на базе многофункционального линейного асинхронного двигателя / А.И. Шиянов, А.Н. Анненков, В.А. Медведев, О.Д. Буйлин // Машиностроение, приборостроение, энергетика: Сб. научн. тр. М.: МГУ, 1994.- С. 193-197.

68. Домбровский В.В. Справочное пособие по расчёту электромагнитного поля в электрических машинах. JI: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1983- 256 с.

69. Дьяконов В.П. Справочник по применению системы PC MATLAB. (Работа с ПК). М.: Физматлит, 1993.- 112 с.

70. Иванов Смоленский А.В. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и их физическое моделирование. - М.: Энергия, 1969.- 304 с.

71. Иванов В.В. Экспериментальные исследования асинхронного двигателя с двухслойным анизотропным ротором // Электротехническая промышленность. Электрические машины.- 1982. № 4 (134).- С. 17-19.

72. Иванов В.В., Путилин К.П. Энергетические показатели двигателей с двухслойными анизотропными роторами //Электротехника.-1983. № 5.-С.17-19.

73. Исследование параметров линейного асинхронного двигателя методом проводимостей зубцовых контуров / В.Я. Бескалов, В.В. Кузнецов, Е.М. Соколова и др. // Электричество. 1985. № 7. - С. 62-65.

74. Исследование электромагнитных процессов в линейных асинхронных двигателях с обмотанной вторичной частью/ Ф.Н. Сарапулов, В.А. Бегалов, А.Ю. Коняев и др. // Электричество.- 1979. № 4. С. 53-56.

75. К выбору конструкции ротора двухфазного исполнительного двигателя. / А.Н. Анненков, С.В. Сизиков, В.В. Орлов, А.И. Шиянов // Электромеханические устройства и системы: Межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж:: ВГТУ, 2000. С. 77-79.

76. Калинь Т.К. Линейные индукционные машины с поперечным магнитным потоком. Рига: Зинатне, 1980.- 170 с.

77. Карасев А. В. Поперечный краевой эффект в индукционных МГД -машинах с боковыми шинами // Электромагнитные процессы в энергетических установках: Сб. науч. тр. / Л.: ЛПИ, 1971. С. 23-28.

78. Кашарский Э.Г. Специальные вопросы расчета и исследования асинхронных машин с массивным ротором. М. - Л.: Наука, 1965. - 104 с.

79. Кашарский Э.Г. Экспериментальное исследование параметров электрических машин с массивным ротором // Изв. вузов. Сер. Электромеханика.-1962. № 10.-С. 1181-1185.

80. Кашарский Э.Г., Могильников B.C. Некоторые вопросы выбора материалов для двухслойных массивных роторов машин переменного тока // Техническая электродинамика.- 1981. № 6.- С. 42-47.

81. Кобзистый С.Ю., Кононенко К.Е., Тонн Д.А. Расчёт электромагнитных сил и моментов в электромеханических системах // Энергия XXI век: Ежеквартальный нуч. -пракг. вестник № 2 (50) - Воронеж: Изд-во НПК (О) "Энергия", 2003.- С. 49-55.

82. Ковалёв О.Ф. Расчёт магнитных полей комбинированным методом конечных элементов и вторичных источников // Известия вузов. Электромеханика. 2000.- № 4. С. 14-16.

83. Коник Б.Е., Абрамов С.П., Михайлиди В.А. Высокоскоростные асинхронные двигатели с массивным ротором из маломагнитных сплавов / Электротехника. 1974. № 3. - С. 20-24.

84. Конторович Б.И. Асинхронный электродвигатель с двухслойным ротором // Судостроение.- 1977. № 5.- С. 32-36.

85. Коняев А.Ю., Мурджикян М.Г., Сарапулов Ф.Н. К учету шунтирующих потоков при расчете магнитной цепи индукционной машины // Магнитная гидродинамика.- 1974. № 4. С. 82-86.

86. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высш. шк., 1987. - 248 с.

87. Копылов И.П. Электромеханические преобразователи энергии. М.: Энергия, 1973.- 400 с.

88. ЮО.Корн Г., Корн Т. Справочник по математике.- М.: Наука, 1977.- 832 с.

89. Коротаев А.Д., Огарков Е.М. Метод расчета электромагнитного поля по ширине линейного асинхронного двигателя // Специальные электрические машины и электромашинные устройства: Межвузовск. сб. науч. тр. Пермь: ППИ, 1978.-С. 15-20.

90. Ю4.Крон Г. Применение тензорного анализа в электромеханике. М.: Госэнергоиздат, 1956. - 720 с.

91. Юб.Курант Р., Гильберт Д. Методы математической физики. Пер. с англ. М. JI. : Гостех-теориздат, 1951.- 476 с.

92. Куцевалов В.М. Асинхронные и синхронные машины с массивным ротором. М.: Энергия, 1979.- 160 с.

93. Куцевалов В.М. Вопросы теории и расчета асинхронных машин с массивными роторами. М.: Энергия, 1966.- 302 с.

94. Куцевалов В.М. Схемы замещения насыщенных асинхронных и синхронных машин // Современные проблемы электромеханики (к 100-летию изобретения трехфазного асинхронного двигателя): Тез. докл. Всесоюзн. научн.-техн. конф. М., 1989.- 4.1.-С. 128-129.

95. ПО.Куцевалов В.М., Могильников B.C. Об учете краевого эффекта в индукционных машинах с распределенными вторичными параметрами // Бесконтактные электрические машины. Вып. 6.- Рига: Зинатне, 1964. С. 169-180.

96. Ш.Куцевалов В.М., Могильников B.C., Олейников A.M. Применение асинхронных двигателей с массивными роторами на судах.- Киев: Знание, 1979.-22 с.

97. Лейтвейт Е.Р. Линейные электрические машины личная точка зрения // ТИИЭР.- 1975.- Т. 63. № 5. - С. 62-112.

98. Лесник В.А, Лищенко А.И. Расчет электромагнитного поля и определение эквивалентных параметров ярма зубчатого ферромагнитного ротора // Расчет электромагнитных процессов в роторе АТГ.- Киев: Наук, думка, 1981.-С. 67-73.

99. Лиеллетер Я.Я. Жидкометаллические индукционные МГД-машины. -Рига: Зинатне, 1969. 180 с

100. Лищенко А.И. Оптимальные конструктивные параметры массивного ротора асинхронных машин различной мощности // Электротехника-1983. № 1 -С.4-7.

101. Лищенко А.И., Лесник В.А. Асинхронная машина с массивным ферромагнитным ротором оптимальной геометрии.- Киев: Изд-во АН УССР, 1978. № 175.- 54 с.

102. Лищенко А.И., Лесник В.А. Асинхронные машины с массивным ферромагнитным ротором. Киев: Наук, думка, 1984.-168 с.

103. Лищенко А.И., Лесник В.А. Расчет поля рассеяния в зубцовой зоне ферромагнитного массива от токов ярма и определение эквивалентных параметров // Расчет электромагнитных процессов в роторе АТГ.- Киев: Наук, думка, 1981,- С. 60-67.

104. Лищенко А.И., Лесник В.А., Фаренюк А.П. Расчет поля рассеяния и определение параметров ферромагнитного стержня прямоугольного сечения при различной частоте тока // Техн. электродинамика.- 1980. № 2.- С. 50-56.

105. Лопухина Е.М. Аналитическое исследование асинхронного двигателя с ротором в виде полого немагнитного цилиндра// Электричество.-1950. №5.- С. 28-32.

106. Лопухина Е.М., Ефименко Е.И. К анализу работы двухфазных асинхронных машин с пространственной и магнитной асимметрией // Асинхронные электромикромашины.: Материалы межвуз. научн. техн. конф. -Каунас, 1969.- С. 343-351.

107. Лопухина Е.М., Сомихина Г.С. Асинхронные микромашины с полым ротором. М.: Энергия, 1967.- 488 с.

108. Математическое моделирование линейных индукционных машин / Ф.Н. Сарапулов, С.В. Иваницкий, С.В. Карась и др. Свердловск: УПИ, 1980.- 100 с.

109. Методы исследования линейных асинхронных машин / А.Л. Кис-лицин, Н.И. Солнышкин, A.M. Крицштейн и др. Саратов: СГТУ, 1980.-174 с.

110. Могильников В. С. Асинхронный электродвигатель с двухслойным ротором //Бесконтактные электрические машины.- Рига: Зинатне, 1969. Вып.8.- С. 215-216.

111. Могильников B.C., Жуков А.А. Асинхронные электродвигатели с массивными и двухслойными роторами. (Физические процессы и методы расчета).- Николаев: НКИ, 1977.- 52 с.

112. Могильников B.C., Олейников A.M., Стрельников А.Н. Асинхронные двигатели с двухслойным ротором и их применение. М.: Энергоатомиздат, 1983.- 120 с.

113. Могильников B.C., Олейников A.M. Определение эквивалентных параметров массивного и двухслойного роторов асинхронного двигателя без учета вытеснения тока в короткозамыкающем кольце // Известия вузов. Электромеханика.- 1982. №10.- С. 1179-1183.

114. Могильников B.C., Олейников A.M. Расчет параметров двухслойного ротора при малых скольжениях // Электротехника.- 1983. №5.- С. 28-30.

115. Мосевицкий И.С., Элюкин С.Б. Об одной задаче нелинейного программирования. Изд. АН СССР: Техническая кибернетика, 1965. №4.- С. 32-45.

116. Насар С.А., Дел Сид А. Тяговые и подъемные усилия, развиваемые односторонним линейным двигателем для высокоскоростного наземного транспорта // Наземный транспорт 80-х годов. М.: Мир, 1974. - С. 163-170.

117. Нейман JI.P, Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники.: В 3 т. М.-Л.: Энергия, 1966. Т. 2. - 407 с.

118. Олейников A.M. Анализ характеристик и свойств асинхронных двигателей с массивными роторами // Электротехника,- 1974, №3.- С. 6-8.

119. Олейников A.M. Исследование добавочных потерь от высших гармонических Н.С. статора в массивном роторе асинхронного двигателя // Изв. вузов. Электромеханика, 1975. № 1.- С. 25-30.

120. Олейников A.M., Путилин К.П., Порхунов М.С. Регулируемый асинхронный двигатель с двухслойным ротором //. Бесконтактные электрические машины. Рига: Зинатне.- 1974. № 13.- С. 234-239.

121. Олейников A.M., Стрельников А.Н. Практические рекомендации к изготовлению двухслойных роторов из маломагнитных сплавов // Электротехника.- 1975. № 10.- С. 27-30.

122. Партс И. Теоретическое и экспериментальное исследование индукционных машин с разомкнутым магнитопроводом.- Таллин: Валгус, 1972 276 с.

123. Петленко Б.И., Баймуханов Ж.С. Измерение характеристик линейных электродвигателей по статическим режимам // Энергетика и транспорт.- 1983. № 1,-С. 167-171.

124. Попков B.C., Титаренко В.П., Руденко П.П. Построение рабочих характеристик линейных асинхронных двигателей по результатам статических испытаний //Изв. вузов. Сер. Электромеханика.- 1979. № 11.- С. 1018-1022.

125. Постников И.М. Вихревые токи в синхронных и асинхронных машинах с массивным ротором // Электричество.- 1958. № 10.- С. 7-14.

126. Постников И.М. Проектирование электрических машин. Киев: Гос-энергоиздат, I960.- 910 с.

127. Постников И.М., Безусый Л.Г. Расчет бегущего электромагнитного поля в многослойных средах // Изв. АН СССР. Сер. Энергетика и транспорт.-1970. № 6.- С. 42-49.

128. Постников И.М., Киричек Г,М, Схема замещения многофазной симметричной машины с массивным ротором // Электричество.-1959. №11- С.44-48.

129. Постников И.М., Майергойз И.Д., Постников В.И. Магнитное поле и параметры схемы замещения массивнороторной машины при малых скольжениях // Электричество.- 1977. № 4.- С. 35-39.

130. Пульер Ю.М. Индукционные электромеханические элементы вычислительных и дистанционно следящих систем. - М.: Машиностроение, 1964. - 256 с.

131. Путилин К.П. Асинхронный двигатель с двухслойным анизотропным ротором // Изв. АН Латв. ССР.- 1979. № 6.- С. 101-107.

132. Путилин К.П. Расчет характеристик и исследование номинального режима асинхронного двигателя с массивным ротором // Бесконтактные электрические машины. Рига: Зинатне.- 1976. № 15.- С. 279-287.

133. Расчет параметров короткозамкнутой клетки массивного ротора / А.Н. Анненков, О.Д. Буйлин, Ю.С. Слепокуров и др. //Электромеханические устройства и системы: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1997. С. 13-18.

134. Резин М.Г., Мурджикян М.Г., Сарапулов Ф.Н. Асинхронный двигатель с разомкнутым магнитопроводом и изолированной петлевой короткозамкнутой обмоткой ротора // Электричество, 1975. № 7. - С. 68-69.

135. Сабоннадьер Ж.-К., Кулон Ж.-JT. Метод конечных элементов и САПР. Пер. с франц. М.: Мир, 1989. - 190 с.

136. Сарапулов Ф.Н. Расчет режима короткого замыкания индукционного двигателя на основе магнитной схемы замещения // Электричество, 1976.- № 6.-С.54-58.

137. Сарапулов Ф.Н., Бегалов В.А., Барышников Ю.В. Стационарный режим динамического торможения короткозамкнутых линейных асинхронных двигателей // Электротехника, 1983.- № 5.- С. 34-37.

138. Сарапулов Ф.Н., Пирумян Н.М., Барышников Ю.В. Расчет характеристик холостого хода индукционных двигателей на основе магнитных схем замещения // Электричество, 1973. № 2. - С. 15-18.

139. Свечарник Д.В. Линейный электропривод.- М.: Энергия, 1979.- 120 с.

140. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. Пер. с англ. — М.: Мир, 1979.-392 с.

141. Сильвестр П.П., Феррари Р.Л. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков. Пер. с англ. под ред. Ф.Ф. Дубровки. М.: Мир, 1986-229 с.

142. Синев Н.М., Удовиченко П.М. Герметические водяные насосы атомных энергетических установок. М.: Атомиздат, 1967.- 375 с.

143. Соколов М.М., Сорокин Л.К. Электропривод с линейными асинхронными двигателями. М.: Энергия, 1974.- 136 с.

144. Справочник по электрическим машинам. В 2-х томах. / Под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. -М.: Энергоатомиздат, 1988. 456 с.

145. Стрельников А.Н. Влияние магнитной проницаемости массивного ротора на характеристики асинхронных электродвигателей // Электричество.-1996. № 7.- С. 78-90.

146. Стрельников А.Н. Определение оптимальной длины двухслойного массивного ротора // Электротехника.- 1974. № 3- С. 12-15.

147. Стрельников А.Н., Лисицкий Е.Л. Асинхронные электродвигатели с массивными роторами для судовых электроприводов // Судостроение.- 1970. №3.- С. 41-43.

148. Стрельников А.Н., Лисицкий Б.Л., Михайлиди В.А. Влияние магнитной проницаемости и конструкции массивного ротора на характеристики асинхронного двигателя // Электричество.- 1969. № 8.- С. 82-83.

149. Стренг Г., Фикс Д. Теория метода конечных элементов.: Пер. с англ. М. : Мир, 1977.-349 с.

150. Тазов Г.В., Хрущев В.В. Математическая модель асимметричной асинхронной машины // Электричество.- 1989. № 1.- С. 41- 49.

151. Таранов И.Н. Применение интерполяционного метода к решению задач магнитного поля // Известия вузов. Электромеханика.-2001.-№ 3. С. 11-14.

152. Титов В.К. Вибрация и шум кранового двухскоростного асинхронного двигателя с двухслойным ротором // Электротехническая промышленность. Тяговое и подъёмно-транспортное электрооборудование.- 1975, №5 (38).-С. 13-15.

153. Уайт Д., Вудсон Г. Электромеханическое преобразование энергии. -М.-Л.: Энергия, 1964. 528 с.

154. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах / А.В. Иванов-Смоленский, Ю.В. Абрамкин, А.И. Власов и др. Под ред. А.В.Иванова-Смоленского.-М.:Энергоатомиздат, 1986.-216 с.

155. Устройства загрузки пресса на базе линейного двигателя с реактивным листом / А.Н. Анненков, В.А. Медведев, Ю.С Слепокуров, А.И.Шиянов // Автоматизация и роботизация производственных процессов: Межвуз. сб. науч. тр,- Воронеж: ВГТУ, 1996, С. 4-9.

156. Характеристики и пути совершенствования линейных асинхронных двигателей / В.А. Винокуров, Е.Б. Козаченко, В.А. Власов и др.// Изв. вузов. Электромеханика .- 1979. № 11. С. 1014-1019.

157. Хемминг Р.В. Численные методы для научных работников и инженеров. Пер. с англ.- М.: "Наука", 1976 г. 400 с.

158. Чечет Ю.С. Электрические микромашины автоматических устройств.- М.- Л.: Энергия, 1964. 224 с.

159. Численное моделирование стационарных магнитных полей магнитоэлектрических систем методом конечных элементов. / Ю.А. Бахвалов, А.Г. Никитенко, В.П. Гринченков, М.Ю. Косиченко // Электротехника. 1999. -№1. С. 29-32.

160. Шенфер К.И. Ротор асинхронного двигателя в виде массивного железного цилиндра // Электричество. 1926. № 2.- С.86-89.

161. Шимони К. Теоретическая электротехника.- М.: Энергия, 1964.- 774 с.

162. Шиянов А.И, Анненков А.Н, Медведев В.А. Привод транспортного модуля мобильного робота на основе индукционной машины // Автоматизация и роботизация производственных процессов: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1998. С. 9-14.

163. Штерн Г.М, Ересько И.Г. Расчет вытеснения тока в короткозамыкающих кольцах ротора асинхронного двигателя / Электротехника.- 1978. № 1.-С. 18-20.

164. Штурман Г.И. Индукционные машины с разомкнутым магнитопро-водом // Электричество.- 1946. № 10.- С. 43-50.

165. Штурман Г.И., Аронов P.JT. Краевой эффект в индукционной машине с разомкнутым магнитопроводом // Электричество.- 1947. № 2. С. 54-59.

166. Шумилин Г.Д. Исследование показателей использования габаритной мощности асинхронной машины с массивным ротором // Сб. тр. 3-й Всесоюзной конф. по бесконтакт, электр. машинам.- Рига: Зинатне, 1966.- Т.2.- С. 257-263.

167. Шумилин Г.Д. О применении асинхронного двигателя с массивным удлиненным ротором // Изв. вузов. Электромеханика.- 1962. № 5.- С. 566-569.

168. Экспериментальное исследование магнитного поля некоторых типов асинхронных машин со сплошным ротором / Б.А. Артемьев, В.Я. Лавров, Ю.А. Розовский и др. // Тр. Ленингр. ин-та авиац. приборостр. № 57. Л.: ЛИАП, 1968.-С. 215-225.

169. Электропривод на основе линейного асинхронного двигателя с двойным вторичным элементом / А.И. Шиянов, В.А. Медведев, А.Н. Анненков, В.А. Белов // Тез. докл. XI Всесоюзн. конф. по проблемам автоматизированного электропривода.- Суздаль, 1991. С. 49-50.

170. Эфрос A.M. Некоторые соотношения в асинхронном двигателе с медным покрытием на роторе // Вестник электропромышленности.- 1946. № 10-11,-С. 33-38.

171. Ямамура С. Спирально векторная теория электрических машин переменного тока // Электротехника. 1996. - № 10. - С. 7 - 15.

172. Ямамура С. Теория линейных асинхронных двигателей: Пер. с англ. -Л.: Энергоатомиздат, 1983. -160 с.

173. Янес Х.И. Об определении мощностей магнитных потерь по фазам трехфазного линейного индуктора // Тр. Таллинск. политехи, ин.-та.- №398. -Таллин: ТПИ, 1976. С. 25-48.

174. Analysis of torsional torques in starting of large squirrel-cage induction motors / Shaltout Adel A. // IEEE Trans. Energy Convers.- 1994.- 9, № 1.- P. 135-141.

175. ANSYS Basic Analysis Procedures Guide. ANSYS Release 5.6. ANSYS Inc., 1998.

176. O.Chalmers B.J., Woodlley J. General theory of solid rotor induction machines.- Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, 1972.- V.l 19. № 9.-P. 1301-1308.

177. Coupled axisymmetric analytical and finite element analysis for induction devices having moving parts / Mohellebi H., Latreche M.E., Feliachi M. // IEEE• Trans. Magn. 1998.- 34, № 5, Pt 1. - P. 3308 - 3310.

178. Courant R. L. Variational method for the solution of problems of equilibrium and vibration. Bulletin of the American Mathematical Society, 49, 1-23, 1943.

179. Dolivo-Dobrovolsky M.O. Uber Anker aus Eisen bei Drehstrommotoren.-ETZ, 1905,26. S. 445-446.

180. Dorairaj K.R., Krislmamurthy M.R. Polyphase induction machine with slitted ferromagnetic rotor // IEEE Trans (PAS).- 1967. № 7 (86).- P. 835-856.

181. Finite element analysis of induction motors based on computing detailed• equivalent circuit parameters: Selec. Pap. 11th Conf. Comput. Electromagn. Fields

182. COMPUMAG 97), Rio de Janiero, Nov. 3-6, 1997 /Zhou P., Grilmore J., Badics Z., Cendes Z. J. // IEEE Trans. Magn. 1998. - 34, № 5, Pt 1 - P. 3499-3502.

183. Fuller B.L., Trichey P.H. Equivalent drag cup resistance // AIEE Power Appar. And Syst.- 1962. № 8. P. 1544-1551.

184. Generation and rotation of 3-D finite element mesh for skewed rotor induction motors using extrusion technique / Ho S.L., Fu W.N., Wong H.C. // IEEE Trans. Magn. 1999, - 35, № 3. -P.12696-12697

185. Gibbs W.J. Indaction and synchronons motors with unlaminated rotors.-Proc. IEE. 1948. - V. 95. № 10.- P. 1115-1121.

186. Gieras J.F., Eastham A.R., Dawson G.E. Performance calculation for single sided linear induction motors with a solid steel reaction plate under constant current excitation // Proc. IEE. 1985. - V. 132. № 4. - P. 185 - 194.

187. Induction motor modelling using finite elements: Papp. Conf. int. Mach. Elec. (ICEM), Paris, Sept., 1994 / Williamson S. // Rev.gen.elec.-1994.-№ 8. P. 2-8.

188. Jamieson R.A. Eddi-current effects in solid iron rotors.- Proc. IEE 1968.-V.l 15. № 6. - P. 813-820.

189. Laithwaite E.R. Rotor windings for induction motors with are-shured stators // Proc. IEE.- 1985. V. 132. № 4. - P. 185-194.

190. Livint G.H., Botez Claudia, Ciobanu L., Study on the trensient duties of electric drives based on asynchronous linear motors in response to changes in the supply frequency //3Nat.Conf.Electr.Drives.May.-Brasov.-1982.-V. 1 .-P.A-103- A-108.

191. Mc-Lean G.W. Review of recent progress in linear motors // Proc. IEE.-1988.-V. 135. №6. -P. 380-416.

192. Modelling of induction machines with skewed rotor slots. Tenhunen A., Arkkio A. IEE Proc. Elec. Power Appl. 2001. 148, № 1, P. 45-50.

193. Modelling skewed rotor slots within two-dimensional finite element analysis of induction machines. Tenhunen Asmo. Acta polytectn. scand. Elec. Eng. Ser. 2000, №102, P. 1-70.

194. Moser H. Gerauschunter suchunden und elektrischen maschienen // SEV.-1935. № i2. -S.20.

195. Moser H. Gerauschunter suchunden und elektrischen maschienen // SEV.-1938. № 6. S. 7.

196. On the domain decomposition and transmission line modelling finite element method for time-domain induction motor analysis / Flack Tim J., Knight Rachel J. // IEEE Trans. Magn. 1999. 35, № 3, P. 1290-1293.

197. Polyphase induction motor performance computed directly by finite elements/ Brauer J., Sadeghi H., Osterlei R. // IEEE Trans. Energy Convers. -1999. -14, №3. P. 583-588.

198. Rajagopalan P.K., Murthy R.B. Effects of axial stils on the performance of induction machines with solid iron rotors.- IEEE, Trans. (PAS).- 1969.- V. 88. № 11.-P. 1350-1357.

199. Rodrigez Pozuefa Miguel A., Sans Feito Javier C. Finite-elements study of liner induction motors with discreate windind and slotted stator //Acta techn. Acad. Sci. Hung.- 1987. V.100. № 3-4. - P. 239-258.

200. Rudenberg R. Wirbelstromverluste in massiven Polschunen // ETZ.-1905.-V.26.-S. 181.

201. Toshiaki Y., Daiki E. An optimal design technique for high speed single-sided linear induction motors using mathematical programming method // IEEE Trans.- 1989. V. 25. №5. - P. 3596-3598.