автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Реактивный индукторный двигатель мотор - колеса легкого транспортного средства

Содержание.

Введение.

1. Состояние вопроса и постановка задачи исследований.

1.1 Обоснование выбора РИД для обеспечения тяги легкого транспортного средства.

1.1.1 Реактивный индукторный двигатель как новое высококачественное звено электропривода.

1.2 Устройство и принцип действия РИД.

1.2.1 Общая структура электропривода.

1.2.2 Устройство РИД.

• 1.2.3 Принцип действия РИД.

1.3 Конструктивные исполнения мотор - колес с использованием РИД.

1.3.1 Мотор - колесо без механического преобразователя энергии.

1.3.2 Мотор - колесо с механическим преобразователем энергии.

1.4 Обзор работ по электромагнитному расчету РИД.

1.5 К выбору алгоритма оптимизации РИД.

2. Поверочный электромагнитный расчет РИД,.

2.1 Соотношение геометрических размеров и закон управления.

2.2 Расчет электромеханических параметров.

2.3 Расчет индукций.

2.4 Расчет потерь в стали и КПД.

2.5 Расчет пускового момента и оценка перегрузочной способности двигателя.

2.6 Сопоставление расчетных и экспериментальных данных.

2.7 Класс поверочного электромагнитного расчета РИД.

3. Оптимизация РИД мотор - колеса ЛТС.

3.1 Системная оптимизация.

3.2 Оптимизация РИД по обобщенному критерию.

3.2 Алгоритм оптимизации.

4. Рекомендации по проектированию РИД для мотор - колес ЛТС.

4.1 Выбор конструкции РИД.

4.1.1 Мотор - колесо с однофазным РИД.

-34.1.2 Мотор - колесо с трехфазным РИД.:.

4.2 Численные эксперименты по оптимизации.

4.2.1 Оптимизации РИД мотор - колеса без использования редуктора.

4.2.2 Оптимизация РИД мотор - колеса с использованием редуктора.

4.2.3 Анализ результатов решения задач оптимизаций.

4.3 Рекомендации по выбору основных параметров двигателя.

4.3.1 Определение главных размеров.

4.3.2 Выбор дискретных параметров РИД.

4.3.3 Выбор индукций в ярмах и плотности тока в обмотке.

5. Общая структура проведения оптимизационных расчетов РИД.

5.1 Расчет электромагнитных полей методом конечных элементов.

5.1.1 Режим редактирования программного комплекса МКЭ.

5.1.2 Режим снятия результатов расчета программного комплекса МКЭ.

5.2.3 Шаблоны программного комплекса МКЭ.

5.1 Расчет электромагнитных процессов РИД.

5.3 Оптимизации РИД.

5.4 Общая структура проведения расчетов по оптимизации РИД.

В настоящее время объем разработок по созданию транспортных электроприводов с применением мотор-колес непрерывно возрастает. Прогресс в области разработок высоконадежных легких транспортных средств (ЛТС) (инвалидная коляска, электровелосипед) для людей с ограниченными физическими возможностями имеет важное социальное значение.

Создание таких легких транспортных средств заменой колес обычных инвалидных колясок и велосипедов мотор - колесами с одновременным дополнением их электронным преобразователем и аккумуляторной батареей является наиболее простым и экономически целесообразным решением. При этом каждое легкое транспортное средство снабжается простой системой регулирования параметров движения. В случае электровелосипеда регулирование силы тяги может осуществляться также, как на обычных бензиновых мопедах, а в случае инвалидной коляски - с помощью манипулятора типа «джойстик». Электровелосипед может использоваться как в качестве средства передвижения людей с ограниченными физическими возможностями, так и молодежью. Инвалидные коляски предназначены для той группы инвалидов, для которых использование обычных колясок либо затруднено, либо невозможно.

Мотор - колесо, как модульный элемент электропривода, известно уже давно. Однако использование такого конструктивного решения для легких транспортных средств по ряду причин до последнего времени было невозможно. Прежде всего, из-за невозможности создание компактного, высокоэкономичного привода, отвечающего предъявляемым ему требованиям по частоте вращения и моменту. Поэтому мотор-колеса использовались, в основном, только на большегрузных самосвалах.

При сравнении традиционной системы электропривода с системой, основными элементами которой являются мотор-колеса, последняя имеет неоспоримые преимущества. Во-первых, в этом случае нет необходимости применять систему распределения механической энергии с помощью коробок передач, карданных валов и дифференциалов. Во-вторых, такая система на основе использования современных систем управления позволяет более точно контролировать и регулировать параметры движения транспортного средства. В-третьих, такая система обладает большей безопасностью, так как мотор-колеса, на которые подается питающее напряжение, могут быть изолированы от корпуса транспортного средства. Например, применение такой системы электропривода на обычном троллейбусе дает возможность значительно опустить его пол, что делает его более безопасным и удобным для пассажиров.

В настоящее время созданы и предлагаются покупателям образцы таких транспортных средств [1,2]. Однако, они имеют ряд недостатков, в первую очередь, связанных с использованием в них коллектора, снижающего надежность привода, коэффициент полезного действия и требующего дополнительных затрат по его обслуживанию.

Реактивные индукторные двигатели (РИД), ставшие дальнейшим развитием шаговых двигателей благодаря развитию силовой электроники, сегодня находят все большее применение во всех областях техники. Прежде всего благодаря конструктивной и технологической простоте, высокой надежности, относительно простой схеме электронного преобразователя и высокому коэффициенту полезного действия, сохраняющегося в широком диапазоне частот вращения.

Поэтому есть основания предполагать, что легкие транспортные средства на основе мотор - колес с использованием РИД будут иметь более высокие потребительские качества при относительно низкой себестоимости. В этом случае их производство будет экономически целесообразным.

-6В связи с этим особую актуальность приобретает создание расчетного обеспечения для проектирования РИД и, в первую очередь, разработка методики оптимизации, включающей в себя методику поверочного электромагнитного расчета.

Целью настоящей работы является: разработка методики оптимизации реактивного индукторного двигателя и выработка рекомендаций по его проектированию для транспортных средств.

Работа выполнена на кафедре электромеханики Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

Результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях на кафедре электромеханики ЮРГТУ (НПИ).

По теме диссертации опубликовано 3 работы [3-5].

Диссертация содержит введение, пять глав с 56 иллюстрациями, 2 таблицы, заключение и список литературы. В приложение включены методика поверочного расчета, перечень основных конструктивных данных экспериментальных моделей, результаты проведения вычислительных экспериментов по оптимизации, описание сервисной части программы для проведения оптимизационных расчетов РИД.

Заключение