автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Трехфазный асинхронный редукторный электродвигатель

- 7 -МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯЁРЬСКОЯ РЕВОЛЮЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ .

На правах рукописи

Гринев Виктор Викторович

Трехфазный асинхронный редукторный электродвигатель

. 05. 09. 01 - Электрические катаны

АВТОРЕФЕРАТ "

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

/

Работа выполнена'ь Воронежском государственном аграрном университете* им.' к.Д."Глинки.

Научный руководитель - доктор технических наук, ■ , ■.--•.■. профессор Куракин A.C.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Осин К.Л.,

'..... кавдадаг технических наук

Веселовский В.Н.

Ведущая организаций - Научно-производственный концерн

(объединение) "ЭНЕШГ, г. Бороне» -

_ Запита диссертации состоится " /S " £,fr№iLS 1994 г. в (Zj^час. на заседании специализированного 'совета К 053.16,04 Московского ордена Ленина и Ърдена Октябрьской Революции энергетического института по адресу: г. Москва* ул. Красноказарменная, д. 17, ауд. /W-Of''f

Отзцв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 105835, ГСП, Москва Е-250, ул. Красноказарменная, д. 14, ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

■ Автореферат разослан/

Ученый секретарь специализированного » J/

совета, кандидат технических наук В.А. Морозов

о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Асинхронный редукторный 'электродвигатель (АРД) относится к классу тихоходных машин переменного тока с электромагнитной.редукцией скорости вращения вала.

Использование АРД в электроприводе тихоходных рабочих органов исключает применение кинематического звена, что снижает металлоемкость, габариты и трудоемкость изготовления привода и увеличивает его надежность. Такой привод обладает возможностью регулирования скорости рабочего органа. АРД может длительное время работать ка упор без значительного изменения тока статор-ной обмотки. Все перечисленные вше преимущества, а также большой пусков&Я момент, делают перспективным применение АРД в приводе заслонок трубопроводов химической, газовой, нефтеперерабатывающей промышленности и сельского хозяйства.

Современная потребность промышленности в надежных, тихоходных, высокомоментных двигателях составляет более I млн.шт. в год, что ставит актуальную задачу по созданию и разработке св-■рийносяособных конструкция и методик инженерного проектирования новых трехфазных АРД, но уступающих лучшим образцам тихоходных двигателей по энергетическим и эксплуатационным показателям.

Цель работы. Целью диссертационной работы является улучшение удельных энергетических ' показателей и эксплуатационных свойств трехфазных асинхронных ре_,тторннх двигателей.

Задачи работы. Для достижения отмеченной цели-были определены следующие задачи:

- Разработать базовые серийноспособше конструкции новых АРД с равными зубвдвыш делениями статора и ротора.

- Выявить электромагнитные связи обмоток'двигателя и получить его математическую модель.

- Подучить математическую модель магнитного поля в зубцо-вопазовой зоне воздушного зазора РД с учетом реального значения магнитной проницаемости магнигопровода.

- Получить расчетные.выражения параметров АРД и его магнитной цели.

- Провести оптими-эди» обмоточных параметров и геометрии магнитной цепи с целью сообщения двигателю наилучших энергетит

ческик показателей.

• -„Разработать основа методики проектирования новых АРД.

- Провести экспериментальные исследования нового трехфазного АРД. - . . •

Методы 'исследования. В работу использованы, аналитические, численные и экспериментальные методы исследований с применением ЭВМ.

- . - г'п основе использования метода гармонических проводимос-T9Ä (МГП) в диссертации разработаны базовые конструкции, теория АРД с равными'зубцовымп делениями статора и ротора, подучены расчетные.выражения.

- Кегод конечных разностей использован .при численном реше-еии полевой задачи в зубцовопазовой "зоне редукторного двигателя. Математическая модель'поля, учитывающая реальное значение-магнитной'проницаемости ' стаж магштопровода, , реализована в виде пакета программ РОХЕ, выполненных на языке ?0R?RAN-IV.

- регрессионный анализ численных экспериментов, выполнен-., ных по программе POLS, позволил оптимизировать геометрии трапециевидного зубца'с целью получения гармонического распределения магнитной проводимости воздушного зазора с наибольшей амплитудой. -..'•'.•"■■' • .

Научная новизна. К научной новизне работы относится:

- Разработаны новые серийноспособнш конструкции трехфазных асинхронных, редукторных двигателей с равными зубцовыми делениями поверхностей статора и ротора.

- Выполнен анализ-"электромеханического преобразования анергии ковах АРД и разработана - математическая модель этого процесса. ' - '

- Обоснованы и выявлены условия использования четырехкон-турной к двухконтурной схем замещения при выполнении электромагнитного анализа новых АРД..

- Исследовано влияние дополнительных составляющих проводимости зазора с оптимизированным зубцовым слоем статора и ротора на процесс электромеханического преобразования .энергии нового АРД. Выявлены условия появления униполярных составляющих поля и вибровозмущащих сил, даны рекомендации по их устранении.

- Разработаны основные положения.методик расчета и проек-

тирования АЕД, гккгволяпцие о; ¡ре юлить огодшьнур гв-:м*трию аубуовоЛ зоны и других .учазтагв мэпшогфоьода, сбъкш тля первично,? и вторичной самоток.

- Проведаны ИС№ЛЛЬ?Н1!Я ГЗумС'ЧИЧеСКОГЭ СОСТОБ?) "мзгнкгнэго-

полч воэд/икк'го зазора при различней стаи«® Нйсыж«гая зуСшвоЯ зоны трапецииБ'ЛдяоЛ; форг.'Ы. •

Пра ктиче ск а я :: енно с т ь. 'Практическая ценность работе состоит в слвдоц>:-м: .

- Получены расчетные выражения зн*рго1;г«сккх показателей • нових АРД.

- Разработай о^н:'Е<ш;м гго.т:^'^5методики, проектирования ИОБКХ дьигятелей. ПОЛУЧе!-'^ р5СГ«7ККв ё!ф-1««дая 1К£В0Л>9Я по заданному моменту, синхронной скотк-стп ьгои'Л-ая и удельной теплоотдаче С Ш350рХК001К ДТШ'аСОЛ.! асу.:;.;,.:Т!1И.-;ь Ю7 'Л БЫ'-ор гастрических размеров хототеяровода, чта-ю пазов я обмоточных аар-ометрюБ двигателя, рз'ог-гелдего на упор.

- РазраС-отона мптмшачч'скач модель пол-;, позьолиюсгл рассчитать МШШИУ» ИНДУКЦИЮ, ЩдесзгМЭСТЬ ЬС-ЗДУ'ШС-Г-О ЗЭоОрЭ и надени* НДС б ьу'цоьоа бок* та^-моуго.ч-нс^ к трггпй*ьмдиой формы при различной стошки нбсш&мш . ггодохи ре&лоовшиа в шло пакета программ "РО13" V! мож«? быть аепольйоь&на еоетаьноя частью САПр редукгорш« двигателе?,.'

- Получали виразк'ИМ раечега щтамздшой геометрии зуоио-вого слоя двигателя трапециевидной {юр:/.;; и соответствующие ей параметров магнитной провоммозти зубчатого воздушного зазора.

- Определено продельное значение мэисздзльнэЛ ' индукции в воздушном зазоре двигателя. с оптимальноЯ теомотрией зуОцового слоя, гарантирующее минимальное исхамаш) ' гармонического распределения поля в зазоре.

- Получены аналитические ыяракения пдоблжодого расчета МДС к максимальной магнитной индукции зазора при ""мешенной зубцовой зоне.

- Разработаны на уровне изобретений и 'изготовлены зкеяери-ментальные образци нового АРД.

Реализация результатов. Новизна конструкций АРД защищена тремя авторскими свидетельствами на изобретения. Результаты исследований внедрены при разработке электропривода стендового

ь

оборудования, предназначенного для испытания и исследования элементов конструкций летательных аппаратов в Воронежском' КБ АНГК им. А.Н. Туполева, что подтверздено актом. •

. На завдту выносятся;

- новые базовые конструкци трехфазного высоксмоментного АРД с улучшенными энергетическими и эксплуатационными характеристиками и низкой трудоемкостью изготовления;

- расчетные выражения параметров и математическая модель, описывающая процес электромеханического преобразования энергии, трехфазных АРД с равными зубцовыми делениями статора и ротора;

- основные положения методики проектирования, расчета • и выбора магнитной цепи, числа пазов статора и ротора, обмоточных параметров АРД, работающего на упор;

- результата численного исследования магнитного поля & зубцовопазовой зоне воздушного зазора редукторных двигателей;

- расчетные выражения составляющих проводимости зазора редукторных двигателей с оптимизированной геометрией зубцовой зоны трапециевидной формы, обеспечивающей гармоническое, распределение магнитной индукции в воздушном зазоре с максимальной амплитудой; "

- результаты экспериментальных исследований опытного образца трехфазного АРД с равными зубцовыми делениями статора и ротора.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях БГАУ им. К .Д. Глшши (1Э89-1 ЭЗ гг.)(, на заседании Московской городской секции НТО по электрическим машинам (1952 г.), на заседании Технического Совета ГСКг 10 "Воронежсельмаш" (1993 г.).

• Публикации. По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликовано' девять печатных работ, получено три авторских свидетельства.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 153 страницах машинописного -текста, иллюстрируется 46 рйсункаш и 9 таблицами на 42 страницах и состоит из введения, гати глав, заключения, списка использованной литературы из 185 наименований и иести приложений.,

СОДЗЕГАИ® РАБОТ«

Во введении отражено актуальность чът исслддоввная асинхронных редукторных эл&ктрдежгат^дей. Отмечена автора чьи работы в значительной степени определили направлена» исследований и современный уровень производства тихоходных двигателей с &яек-тромагниткой редрсщей в Госсин.. Приведена краткая аннотация диссертационной работы.

В' петзвом разделе дасоэртящги определено место и роль двигателя С еМШПКуДОО* МЭДУЛЖЖ-5.1 квгкякого поля в тихоходном о^прсшаяеннои электроприводе. Перечислены сскоьже отечественные и аар7<5**йш арэвзэодггегк родукторчш дкггт-л^й (РД) и отмечено их акткхное применение ь колуутируемом индуктивном приводе .(БЯЗ-ЗлтисЬ*«! К-гис tar.ee Зг'лч-, ?Я те.адг).

На основе анализа литературы в ра'оге ёьаюлйя обзор основных методов расчета и анализа э.о-кгрсмс-х&яического преобразования энергии в РД и зубцовых полей в всодутюм зазоре &тих 'машин. Для исследования А?Д г» яюверодод обосноьапо Ергакнш« метода гармонических проюдшхж-2 П4ГП). К*тод обеспечивает хорошую точность расчета поля и позволяет получить анаыдгячс-Хую зависимость распределения проводимости ьоздусного зазор?! на зубцовом делено!, что удобно при гармоническом анализе и сиьте-зе НОБаХ конструкций А?Д.

Согласно МГП из-за наличия ожратах. пиеоз на статоре и роторе магнитное поле ?д содертак больное число зубцовах гармо-'нических состаэливиих из которых взаимодействуй?, приводя деи-гатель в движение, считанные одшяш. Остальное непроизводительно рассеивают энергию поля, сгр*делэя ьазкий Ь*П5» момент и искажение механической характеристика РД. Длл подавлении высших зубцовнх составляющих поля в воздушном зазоре к уменьшения числа интерферирующих гармоник необходимо ьшюл&ш.:

1) оптимизацию геометрии пазов трапециевидной формы;

2) равенство зубцовых делений ста сора и ротора )•

Общее виражение магнитной индукция в зазоре РД с двухото-

.ронней зубчатостью и оптимальной геометрией пязэ может быть выракено через функции №10 к магнитной проводимости

; - ••[ А.Б.С0в[бвf-р--яв)]+С.С0в[гг[f--«£t-ar}]+ ' ■

-Cos [C£s+2g -p- - zru)2t-BB.'\-sraJ}| . (I)

■ Подавление момента залипания у ноього АРД (t =Х ) осу--

"S зг

щест-вляется относительны.} смещением зубцозых гребенок смежных полюсов различшх фаз ил: поворотом полупакетов статора или ротора на соотьотстьуюаий угол идч Сдвиг эубцовых гребенок кокет быть использован, как одно из*средств'устранения не- -посредственной трон&$ормагорной связи обмоток.

Ка основе обзора -и енажза научных исследований и техюн чески:', разработок сделан внвод, что задача создания новых АРД-общепроьшшленного применения, обладащих простой конструкцией, удобной технологией изготовления и высокими удельными показателями, может быть решена при синтезе и анализе АРД с равными зубцоБьми делениями статора и ротора. Раздел завершается выводами и формулировкой цели и задач исследования.

So втором разделе исследованы новые .трехфазные АРД однопа-кетной (АРД-1) и трехпахетной (АРД-3) -конструкции с равными' зубцозымл делениями статора и ротора. Разработана математическая кодель, описывающая процесс электромеханического' преобразования энергии в новом двигателе. Обоснованы схемы замещения и получены расчетные выражения осиоышх характеристик двигателя. Произведена оценка быстродействия АРД.

Наиболее перспективной "онетрукцией при серийном выпуске обладает АРД-I, так как его - конструкция позволяет выполнить короткозамкнуту» обмотку двигателя литьем алюминия под давлением. Поэтому технология и трудоемкость изготовления нового, АгД будет соответствовать -изготовлению асинхронного двигателя с короткозамкну-тым ротором.

Отличительными особенностями конструкции АРД-1 являются;

- равенство зубцовых делений и числа пазов статора и рото-

- сдвиг"зубцоБах гребенок смежных йвновыраюннпх полюсов

на 1/3 зуОцозого деления : я -С) (см. рис.1);

- соединение трехфазной обмотка питания по схеме звезда, а трехфазной кероткозамкнутей оЗиоткк г;о "схей-э треугольник '(см. рис.2).

Первое кокотрухтквиое отличие' АРД-1 сскргда»т-в дбя рч.чз число нерабочих инт^рг^рфулуях гзрч-оник поля, что сничге*? н-п-роизводительное рассеяние энергии поля и уотрзк**? иска»:кие механической характергс-даси двагателя. Сдеиг зуСцс-ёкх гре'.-ь.'К смежных явнсЕыра;кеннах голясон на обуславлы^ет гпйг< ^нле

в зазоре вубцошс .состквлакщлх вш* ротора нулевого следования, сцёшйнме которых с короткозьта-утоГ; обмоткой вигодет наибольший момент, приводящий ротор ьо {■•редея« с низ:<сй угловой скорость» • Соединение короткоз&укнуто.Т обмотка ь треугольник устраняет непосредстье'шуь :рйчсформз1<>ркуэ озлеь мочку обмотками, способствует увеличен:!?? общего реактивного ссорстль-ления обмотки, что приводит к унивыква» н<жг«аяс«зшао?. %чкос-ти и улучшений эксплуатационных сбойсгь двигателя. Шбор .-мксс-,ти осуществляемся из условия обеспечения максимального пускового момента.

При питании АРД-1 от трехфазного источника яерьичпяя обмотка создает вращающуюся МДС, которая с достамчной точностью монет бить определена первой обмоточной гармоникой а 1/ДС вторичной обмотки пульсирует на полюсном делена, Еозоуждая полюса в чередующейся полярности

со

Г^х^р^пи-^х^]; Гк(1)- (2)

^ г>=1,-5,7,-11....

Магнитные.потоки полюсов определяются из выракений

: г„= 1„] зп(х:г).и . (3)

— .......1

п=1,2,3 ; при пи п-1=3 ; при п=3 .

Воздействие зубчатости воздушного зазора - на МДС обмоток АРД-1 приводит к дроблению магнитного поля на составляющие,

in

Ркс. 1. Зубцовая зона о^нояакетного асинхронного редукгорного двигателя.

о mrJ 1_ГУУЛ-

% ■ WK

Рис. 2, Схема обмоток ÀPR.

отличающиеся по частоте и порядку чередования , ч?о н:гыъгет лоявление в обмотках бесконечный спектр токов из-за ззаишогс-елияния обмоток друг на друга. Анализ соогкой.'екь'Г амплитуд токов позволил выделить токи, окввквше» оа&лммое ыияккв кб электромеханическое преобразование энергии в двигателе.

11п"11«51пИ- ^-^Сп-О-Ф^+^зшссг-Б^оЛ, ■§- *(п-1)-ф£] ;

V ^^ . (4}

Выполненный электромагнитный анализ позволил получить систему уравнений электрического равновесия

= =. ' (5)

а=ехр[-;|-т;(п-1)]; о2=ехр[^|-я(п-'}]

Системе уравнений (5) соответствует схема замещения, изображенной на рис. 3. При составлении схемы замещения использован принцип наложения.

Величина электромагнитного момента двигателя может быть определена отношением механической мощности к угловой скорости вращения ротора .

Р, г , з г, г г, ' г г, ,

с. . о о— С.\~> •

2 2 х2 г, 2 2 x?, x2' г, и _ Ч_ тт Ул _к. . и _ _ и 1 к а__.

1 И1 г 1 К 2 а

Е 2 X2 Г

Наибольшие вхияние.на вид механической характеристики дви-

гьте.'Н сажает колену М , обусловленный током основного контура корож.^шж/тоа обжгаги I, , .• Остальные составляющие мо-м^'пта or:a?ác8b? тормозное действие. 'Аз ..-вдаолиенного анализа слогу¿7 тонов'и электрических потерь .в., .двигателе

молят oax-i вь'пилнен"по ч*тырехконаурной схеме замещения".тогда кбк в иг. расчете момента АРД достаточно воспользоваться двухкон-турной. с>.*№>» замещения,, описываемой упрощенной системойГ. урав- ' ЬУНЛл бял&КСЗ С токами I И I . "' "'

Ьккъшю ь цёнь короткозшьаутой обмотки конденсатор, меха-вдческзд характеристика АРД принимает вид резонансной кривой, с жест?и.: рабочим участком.. в диапазоне • "ползучих" скоростей (6/и#ш к стопорному, резаку),'-что отражено-на--pie.-'4.""'

Ссчожж условием сообщения АРД с механической характеристикой зкскаьатор.ного типа макеималшого пускового момента является п^кблашшк» равенство активного и реактивного сопротивлений вторичной обмотки (г ). У АРД с компенсирующей екко01'ьм &THV. условием является равенство реактивных сопротивлений Зх, и х . "

\< о

Полученные расчетные выражения мощности, моментов и КПД, а также бпьискмость этих величин от- сопротивлений обмоток полностью отракалт пшемственность АРД.пульсационкого (а =а ) и ин-

- 3 -Г

тер^ерендаонного-типов- (z ) по физическим процессам протекающим в этих".двигателях." ' • ;

"Третий раздел посвящен особенностям проектирования трехфазного АРД с равными зубцсвыш делениями статора и ротора.

Б разделе ышолнен анализ влияния на процесс электромеханического преобразования энергии дополнительных составляющих поля, лоявление которых обусловлено дополнительными зубцовыми составляющими проводимости статора и ротора. На основе этого анализа разработаны рекомендации по- выбору числа зубцов и рас., чету ширины полюсного наконечника и ширины мажполюсной щели.

Для АРД-I рекомендуемым значениям числа z/p «6.N+k соот-Бетствует число К= 4 (К- лмЗое целое число, к= 0,1,2,3,4,5).

. Из,проведенного,анализа влияния соотношения числа пазов 2/р на фазовое смещение- дополнительных cocí .вляищих потоков и ЗДС двигателя следует, что, кроме нечетных значений числа z/p , влекущее появление униполярных составляющих потока и магнитной

i'J

о о о - математическая модель; и в я -•экспериментальные данные. ■

ассикетрки двигателя, для работе АРД-1 недопустимыми значениям!" числа г./р^о"*?: являются значения при к=0; 2. Выбор г/р , соог-;>С;?, влечет снижение КЦД и искажение механической характеристики двигателя.

1'соледоеанч соотношения величин и виявлены пути следования потоков основных и дополнительных - зубцовых" составляющих магнитного поля однопакеткого к трехпакоткого АРД. Был сделан вывод, что аадеш* магнитного потенциала б спинке АРД-1 в значительной степени определено потоком полюса Ф„ , обусловленного

Нп

состезвляздимй прямого следования. Поскольку потоки полюса и спинки АРД-1 отличаются незначительно, уместно сделать заключение, что высота сгаснки стаюра и ротора додана Сыть не менее трут основания полиса ¡1= > ь .

Вывод расчетных выражений обмоточных параметров АРД, работающего на упор, выполнен на основе анализа условий' наилучшего использования электрической шергкк, потребляемой из сети. Критериями оптимального расчета являются следующие требования, предъявляемые к электрической машине:

1. Работа с макскмальнкм удельным пусковым моментом тп= Мд/?^

2. Потери в меди не должна првЕнаать допустимое значение мощности, рассеиваемой о поверхности двигателя Р ..

3. У АРД с компенсируьщей емкостью во вторичной обмотке падение напряжения на конденсаторе должно соответствовать номинальному напряжению конденсатора Чнс.

При работе АРД на упор (Б_=1), потребляемая . двигателем мощность, за вычетом потерь в стали, доля которых в РД мала, расходуется на электрические потери. в меди • обмоток

Р ■ '

Р, Ги-—• (7)

1 Б кт(. р - ) кт

Поскольку пусковой момент двигателя пропорционален электрическим потерям короткоземкнутой обмотки, что следует из выражения ■ (6 > М = Р, , то'из выражения удельного пускового момента

П ¿{ГП *

следует, что величина тд зависит от соотношения электрических потерь в короткозаккнутой и первичной обмотках. Анализ отношения рассеиваемой мощности может быть выполнен при преобразовании активных и реактивных сопротивлений обмоток через обмоточные параметры

:б

г,- к w /S ; х » к',«г ; х„, = к,,57, ;v : v.* v /.г? .

■ 1 1*1 1 р 1 1 к1 1р 11« 1к "р кр -i i:p

Расчет "объемов" кеда обмоток, необходимых для оос'^'-н/я максимального Мд АРД с механической характерягеиксй зксг'&ътс?-ного- типа, монет быть выполнен га внрзкекиям, ^*обрк.евскнчу

'l«~"k " * km """V^k' .

W 3,- к /к, ; = U ''J ' ' ~

kp к rk кк 1p 1

P, к ,

kn zl:

J

Анализ выражения допустимой мощности (3) рассеяния А?Д при его работе на упор с компенсационной емкостью во ысрпнсй обмотке

г к 1 1 г к к ,

?р= 3.^0.«-^--п +--!

к , W, S, L Г- •„ - ..,2 с21 -1 .tk кр к

показывает, что максимальному значении от/доа, которай мсу.гт быть сообщен двигателю, соответствует равенство "осьемов" меди первичной и вторичной обмоток 'А' в,. Изменение ежосгк и

падений нвпрякения на конденсаторе*,' равного номинальному, не. влияет на величину максимального пускового тмят».

Выбор числа витков осмоток АРД с ксминсирух&ей *мкос?ь» может быть выполнен из прообразованного выражения модности вторичной обмогки

W ® U —1— \2и У*гк ]г ; "N -U -bii- Г кр сн к ( 3 р я ■' ip . 1 ТГ7 I

кгг. п

■р . 1 -Ni ^ 2 ?, к ,

km rlt

(И)

Как видно из выражения выбор оптимальных -значений' обмоточных параметров вторичной обмотки не зависит от параметров первичной обмотки. Уравнения W1 (9) и (II) от-ра:кькт электромагнитную связь обмоток-АРД, посредством которой осуществляется передача во вторичную обмотку мощности, расходуемой на создание ■максимального пускового момента.

' ■ Четвертый раздел посвящен исследований магнитного - поля в воздушном зазоре с односторонней зубчатостью. На основе физической модели поля, учитывающей реальное значение магнитной проницаемости стали магнитопровода, получена математическая модель поля, реализованная на языке ?0КШ.К-17 в виде пакета программ "POLE". Численное решение распределения поля в тазу и

г>чк яшзллвно к&к*«норэож>стянм методом.

П;ч»гр9%-у& гозэсшет реечатагь распределение относительной .т.:-:.Г:од1,;моогл ь 1 сяду ином зазоре о односторонней эуб-ЧЫ.'-П-Й И ЧЙСЛтШНИ ШТОГргроМНПКМ ЭТОЙ кривой определить . ко-ряда Фурье

* £ Ч^гф-^х] . ' (К).

С'-.тль :'Но математической модели магнитного доля, Л(:•:) есть фун-кщл ы-сг-г гмр»-уеннах: Ь,, о., Ф , В(К;, определякцах -

Г'-'Ш-триж и магнитное еосточкие зубца. При ненасыщенной ауСцо-Ь'"Г. зоне оостев-сл^цие проводим&оти Яй и Я, являются функцией &?.••.•/сит&лыях геометрических размеров &убца.

Критер/.ем оптимальной гесшотряи зу<й*ове>Я зоны двигателя ямячт.'м «агсшуу акшвпугк основной гаршники проводимости, тогда как постоянная соста&дакйая вторая к и кратные ей гармоники провода&юсти должны быть мииимальны."

Регрессионный анализ результатов чко.чоиных экспериментов поводил оотимизироьать геометрию трапециеъндкого зубца с целью получения гармонического распределения поля б заборе, с максимальной амплитудой. Результаты оптемизбции сведены к аналитическим выражениям расчета проводимости воздушного зазора и геометрии трапециевидного паза с углом наклона стенки к оси зубца а- 21°

= 0,4262 + 4-10"4[-^-=] - 4,159.Ю'6^]2- 0,122-Е;

X 1

-5-= 0,5727 + 3,3.10"4Г—''} + &,978.Ю"бГ—=■] + .0,296-Е ;

= -0,4885 - 1,61.Ю-3 Г—П - 1,052.1СГбГ—:]2+ 0.372.Е ; '

х ■ . 1 о ; 1 б >

Е= ехр[-0,1 [1^/6]] . ' . (13)

С ростом насыщения зубцовой зоны происходит искажение гармонического распределения поля и механической характеристики . двигателя. Так рост и падение X на 6% приводит к уменыие- . нип пускового момента АРД на ЗОХ. Для оптимизированного паза предельное увеличение максимальной индукции в зазоре составляет >

В = 1,5-1,7 Тл, что соответствует индукции я зуб;л

m

В 1,0-1,1 Тд. Достижение более высоких г.нлук;щ? ъ О'-.с-л,-, возможно при расчете поля и оптимизация гу'цуг-.?« геом^трш зора с учетом высокого наскцеки« зубаоьой ьош.

В диссертации приведена методика рссчета мохсимольнсй ик-дукции В и падения 7ДС ? б насиненном зубце пни t. =t . От-

го ~ -с — г*

меченная методика дает удовлетворительное ссшадокие с результатами вычислений по программе PGLE.

В пятом разделе представлен результаты расчета и экспериментальных исследований АРД пульсационного типа с ко>аеневиданной емкостью во вторичной обмотке.

Испытание опытного образца ставило своей задачей экспериментальное определение механических, характеристик и парм-^роь двигателя,- а также выявление особенностей намагничивания мсгни-топровода. С этой целью на полюсах и спинке ' статора АРД было размещено две контрольно-измерительных обмотки. Двигатель иепк-тывался в режимах- холостого хода, в стопорном ролже с . разомкнутой вторичной обмоткой, короткого замыкания л в рабочем режиме. '

Б разделе теоретически обосновано и подтверждено экспериментально, что наиболее тяжелым режимом работы нового АРД с компенсирующей емкостью является режим короткого замыкания. Двигатель в стопорном рекиме испытывает сильное насыщение, что определяет необходимость расчета параметров двигателя, а такие ко&ффициента насыщения для этого режима.

Экспериментальные исследования подтверждают основные теоретические положения и расчетные выракения, приведенные в диссертации. Точность совпадения результатов расчета и опыта соответствует 10-15 %.

■ ЗАКЛЮЧЕНИЕ '

Основные результаты работа заключаются ь следующем:

I. Разработаны базовые серийноспособные конструкции трехфазных высокомомевтных АРД, обладающих равным числом пазов на статоре и роторе. По результатом исследований нового типа АРД получено три авторских свидетельства на изобретения..

7. Получена математическая модель, описывающая процесс е1екто;л«:.;ач/гческого преобразования энергии в нодых АРД.

3. -предел>>чо, что для анализа енергетического баланса АРД здсбзддои использовать четкрехконгурную схему замещения. Расчет момента двигателя с хорошей точностью может быть выполнен ;::•:.! анализе деухконтурной схемы замещения. ;

4. Определись особенности проектирования АРД, работающего ' :•£»! у:гср.. Подученнь-а расчетные вчрагекия позволяют по заданному 'йс.ч-.ату, синхронной скорости вращения и удельной теплоотдаче с г.о',е,г-1-;ости двигателя осуществить выбор геометрических размеров кзгытеароЕСД5 и обмоточных параметров, обеспечивающих: наилуч-ъл* моргетическпе параметры АРД.

5. Разработаны рекомендации по выбору числа пазов, расчету з'ирип: полюсного наконечника, ширины ме«полисной ¡дел»!, а также расчету я выбору ©фяш основания полисов и'высоты спинок маг--¿зпопровода двигателя. Для однонакетдого АРД оптимальное число пазов на полюсном делении определено равенством г/р= б«К+ 4, г/,е К - л-обоо целое число,'а высота спинки статора должна быть и» менее ширины основания обмоточного зубца.

С-. Получена математическая модель шля с учетом реального , •¿вГ'чекий магнитной проницаемости стали магнитопровода. Математическая модель реализована в виде пакета программ "Р01Е", вы-полжкых на ягыке РСР.ТКАК-1У для ОС ЗЗМ ЕС-1035. Программа кому сыть использована составной частью САПр редукторных двигателей. .

7. Получены выражения, расчета геометрических параметров трапециевидного паза и составляющих проводимости зубчатого воздушного зазора с оптимизированной зубцовой. зоной. Оптимизация геометрии паза обеспечивает гармоническое распределение, магнитной проводимости зазора с наибольшей амплитудой.

8. Внедрение методики проектирования и расчета конструкции, обмоточных параметров и зубцовой зоны новых АРД в практику ККР и ОКР позволит значительно,сократить Еремя выполнения этих работ. -

9. Ка основе выполненного расчета и экспериментальных исследований статного образца однопакетного АРД с компенсационной емкостью в диссертации подтверждены основные теоретические по- ( лощения и достоверность расчетных выракений характеристик дви-

гателя и параметров поля зубчатого воздушного зчзора.

10. На базе АРД с равными зубцовши делениями статора и ротора, в Воронежском KB «НТК им. А.К.Туполева разработан с-ло::-тропривод стендового оборудования для. исследования эл^ус-ягой конструкций летательных аппаратов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Приближенный расчет МДС зубца- трапециесиднсй ccpv.:-: / A.C. Куракин, А.С. Чернилш, В.В. Гринев и др.// Известия sysoe СССР. Электромеханика.- 1983,- № 12.- C.S0-93.

2. Гринев В.В. АсинхронннЯ редухторный электродвигатель /,' Производственный потенциал агропромышленного комплекса к_ пути улучшения его использования: Тез. докладов / Мекрегкон. каучно-практич.- конференция молодых ученых и специалистов. Зорок-;:-;:, гос. аграрн.. ун-т.- Воронеж, 1ЭЭ1.- Ч. 2- C.IG5-I67.

3. Гринев В.В. Оптимизация геометрии зубцового слоя реакторных электродвигателей // Автоматизация электротехнических комплексов и систем: Меквуз. сб. научн. тр. / ГБе.НТ - Тверь, 1992.- С;69-77.

4. A.C. I75I837 СССР, МКИ Н02И 17/12. Трехфазный асинхронный электродвигатель / A.C. Куракин, А.П. Пазуха, Б.В. Гринев (СССР).- js 4379262/24-07; Заявлена 17.0".83; Опубл. 30.07.92, {Зш. Я 28.

5..Гринев В.В. Тихоходные асинхронные двигатели с электромагнитной редукцией скорости вращений для стационарных сельскохозяйственных машин // Интенсификация технологических процессов . э животноводстве: Сб. научн. тр. / Ворокек. röc-Й аграрн. ун-т.- Воронеж, 1992,- С.130-134.

6. Гринев В.В. Тихоходные асинхронные редукторные электродвигатели для массового электропривода // Обеспечение эффективного функционирования производственного потенциала АПК России в условиях рыночных отношений: Тезисы докладов / Меясрегкон. науч-но-практич. конференция молодух ученых и специалистов. Воронеж, гос-й аграрн. ун-т,- Воронеж, I3S3.- С.222-22-3.

7. Куракин A.C., Гринев В.В. Трехфазные асинхронные реакторные электродвигатели для массового электропривода // Научные аспекты формирования интеллектуальной собственности специалистов АПК России: Тезисы докладов / Науч. и учобнометодич-. конфе-

ренц. ¡м>.,'К';сорскс1-!трепод. состава, науч. сотруд. и аспирантов ьпх.тнивереитета.- Воронеж, 1993.- С.145-145.

Д. A.C. 1303954 СССР, МКХ KQSK 17/12. Трехфазный асинхронной редукторнкй электродвигатель / A.C. Куракин, Б.Б. Гринев ÍC~C?).- » 4632733/07; Заявлено 22.11.83; Опубл. 23.03.93, Ту:-.. ЯП.

3. Гринев Б.З. Конструкция и принцип действия трехфазного асинхронного редукторного двигателя / Воронеж, гос-й аграрный ун-г,- Ворон*», 1393.- 31 е.: ил.- Рус,- Деп. в ВИНИТИ 31.03.93, № 785- B9S.

10. Гринев В.В. Основные расчетные -выражения трехфазных асинххюшшх редукторных двигателей / Воронеж, гоо-й аграрный ун-т,- Воронеж, 1593.- 24 е.: ил.- Рус.- Деп. в ВИНИТИ

G Т. 03.93, jí 785- &93.

11. Куракин A.C., Гринев З.В. Новые асинхронные редуктор-нке двигатели // Известия вузов. Электромеханика.- 1993.- X 3.-С. 27-33.

12.. ¿.С. 1833944, МКИ Н02К 17/00. Трехфазный асинхронный редуктор^шй злектродвигатель / A.C. Куракин, H.A. Куракина, B.c. -Гринев .- 4762511/07; Заявлено 27.11.89; Опубл. •15.03.93, Бюл. * 30.

1олпмс.и'ъ к печати Л— is\s\ //ГJ

1.ч. л _ТагICQ Зак"

Типография МЭИ, K^caoKuipHcmuii. 13. .