WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных российских и международных конференциях, в том числе: на международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиотехника, электроника и энергетика» в МЭИ, г. Москва, в 2005, 2006, 2007 годах; на международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах автоматики, управления и обработки информации» в г. Алуште в 2006, 2007, 2008 годах; на всероссийской научно-технической конференции «Научно-технические проблемы электропитания» в МАИ, г.Москва, в 2006 году; на всероссийской конференции молодых ученых и студентов «Информационные технологии в авиационной и космической технике – 2008», в МАИ, г. Москва, в 2008 году.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из них 1 – в журнале «Электричество», рекомендованном ВАК РФ. На разработанную в рамках диссертационного исследования конструктивную схему ЭМП получен 1 патент.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы и 4 приложений; основная часть работы имеет 145 страниц, 44 рисунка, 13 таблиц и 108 наименований списка литературы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертации, определена научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены сведения об апробации и публикациях, представлена структура диссертационной работы.

В первой главе дан обзор используемых и перспективных конструктивных схем, магнитных материалов и типов подшипниковых опор для ЭМП с повышенной частотой вращения.

Анализируя основное расчетное уравнение синхронной машины, можно показать, что предельная мощность ЭМП Sпред пропорциональна третьей степени окружной скорости ротора vдоп, допускаемой его конструкцией:

,

(1)





Рис. 1. Зависимости предельной мощности от частоты вращения для конструктивных схем с различными предельными окружными скоростями:

  v=100 м/с,     v=130 м/с, • • •   v=180 м/с.



где n – частота вращения ротора, об/мин; – относительная длина ЭМП, i, kо, kB – коэффициенты полюсного перекрытия, обмотки, формы ЭДС; A – линейная нагрузка, B – максимальное значение магнитной индукции в зазоре. Отсюда следует, что предельная мощность ЭМП заданной частоты вращения зависит от конструктивной схемы ротора, и выбор конструктивной схемы, позволяющей повысить vдоп на 25%, ведет согласно (1) к увеличению Sпред в 2 раза (рис.1). К изделиям авиационной и космической электротехники и наземным устройствам, использующим повышенную частоту вращения, предъявляются требования высоких электромагнитных нагрузок и прочности конструкции, являющиеся противоречивыми. Специфика работы с повышенными частотами вращения требует исключения механического контакта вращающихся и неподвижных деталей и обеспечения механической прочности роторов. Первое требование может быть удовлетворено путем применения бесконтактных подшипниковых опор, что накладывает ограничения на массу роторов и усилия одностороннего магнитного притяжения. Следовательно, необходимо применение высокоэнергетических ПМ и уточнение электромагнитного расчета ЭМП с целью уменьшения масс вращающихся элементов МС и учета усилий магнитного притяжения. Для удовлетворения второго требования необходим поиск и применение рациональных конструктивных схем роторов. В главе рассматриваются свойства постоянных магнитов с повышенным уровнем удельной магнитной энергии из материалов ЮНДК, NdFeB и SmCo. Показаны преимущества и ограничения каждой из рассматриваемых марок. Выбор марки ПМ целесообразно осуществлять с учетом ряда факторов, таких, как требуемые массогабаритные показатели машины, диапазон рабочих температур, конструкция ротора и крепежные материалы, требование возможности или недопущения размагничивания в процессе работы ЭМП. В главе также рассмотрены основные типы подшипниковых опор: подшипники качения, гидродинамические опоры, магнитные подшипники с катушками возбуждения, лепестковые газодинамические опоры и пассивные магнитные опоры с РЗМ. Для ЭМП с повышенной частотой вращения отмечена целесообразность использования бесконтактных подшипниковых опор, а именно лепестковых газодинамических подшипников и пассивных магнитных опор с РЗМ.

а)

б)

в)

Рис. 2. Конструктивная схема ротора с полюсными наконечниками и крепежными кольцами. а) поперечный разрез, 1 – ярмо (ферромагнитная втулка), 2 – магнит, 3 – полюсный наконечник, 4 – немагнитный клин; б) продольный разрез, 1 – ярмо, 2 – магнит, 3 – полюсный наконечник, 4 – крепежное кольцо, 5 – винт, 6 – вал; в) трехмерный эскиз.

В главе выполнен обзор различных конструктивных схем ЭМП с повышенной частотой вращения с постоянными магнитами на роторе. Дано описание трех разработанных с участием автора ЭМП, при проектировании которых возникли задачи, рассматриваемые в последующих главах. Назначение этих ЭМП - электродвигатель компрессора системы кондиционирования, электродвигатель привода испытательного стенда и генератор системы автономного электропитания. При их реализации использованы соответственно конструктивные схемы с полюсными наконечниками и крепежными кольцами (рис. 2), с немагнитной обоймой (рис. 3) и с немагнитной обоймой, передающей вращающий момент (рис. 4).

а)

б)

Рис. 3. Конструктивная схема ротора с немагнитной обоймой.

Методики и рекомендации, формируемые в диссертации, отработаны и проверены при проектировании трех ЭМП, использующих МС с радиальными ПМ, и распространяются также на генераторы с тангенциальными ПМ, что показано на примере рассмотренной в главе 2 МС генератора канала аварийного электропитания, разработанного в АКБ «Якорь».

Рис. 4. Конструктивная схема ротора с немагнитной обоймой, передающей вращающий момент.

Во второй главе на основе традиционных и компьютерных технологий проектирования с целью снижения массы роторов и усилий, действующих на подшипниковые опоры, уточнен электромагнитный расчет магнитных систем синхронных машин.

При проектировании машин с возбуждением от ПМ за основу целесообразно взять традиционную методику расчета классических синхронных машин. Отличие расчета ЭМП с ПМ от классических синхронных машин с электромагнитным возбуждением обусловлено конструкциями их индукторов. Используются конструкции индукторов с радиальными и тангенциальными магнитами с наконечниками и без наконечников полюсов. Традиционная методика базируется на моделях с сосредоточенными параметрами, в основе которых лежит теория электрических и магнитных цепей. Более точные расчетные модели ЭМП с распределенными параметрами характеризуют физические процессы преобразования энергии в каждой точке машины во времени и базируются на теории электромагнитного поля. В работе обоснована система расчетных коэффициентов поля возбуждения и реакции якоря ЭМП с ПМ. Ее назначение состоит в уточнении традиционной методики расчета с помощью коэффициентов, вычисляемых на основе распределения магнитного поля в активной зоне проектируемого ЭМП. Уточнение необходимо для корректного учета влияния реакции якоря и выбора размеров постоянных магнитов. Система расчетных коэффициентов для машин с постоянными магнитами без полюсных наконечников, известная из литературы, представлена коэффициентами зазора k, формы поля возбуждения kf, потока возбуждения k, рассеяния магнитного потока k, полюсного перекрытия i, формы ЭДС kB, формы поля продольной и поперечной реакции якоря (kad и kaq). Однако можно показать, что в явнополюсных машинах с постоянными магнитами и наконечниками полюсов распределение магнитного поля отличается от такового в ЭМП без полюсных наконечников и неявнополюсных ЭМП.

Рис. 5. Влияние магнитного потенциала полюсного наконечника на форму кривой магнитной индукции продольной реакции якоря.

Это обусловлено наличием ненулевого магнитного потенциала полюсного наконечника Uн (рис. 5). Для учета Uн систему расчетных коэффициентов целесообразно дополнить коэффициентом kfd, который определяется как отношение амплитуды первой гармоники продольной реакции якоря к максимальному значению реальной кривой магнитной индукции продольной реакции якоря (2):

При проектировании ЭМП с полюсными наконечниками геометрические размеры магнитов с принятыми значениями Br и Hc, обеспечивающие магнитный поток, соответствующий номинальному напряжению Uф, определяются по величине расчётной ЭДС E. При этом соответствующая E расчётная МДС F, создаваемая постоянным магнитом, должна включать не только падения магнитного напряжения в элементах магнитной цепи (Uя - в магнитной цепи якоря, Uи - в индукторе и U - в воздушном зазоре) и МДС на компенсацию ЭДС реакции якоря, но также и на компенсацию магнитных потенциалов наконечников полюсов Uн. При этом

,

(3)

,

(4)



Рис. 6. Математическая модель СМ с тангенциальными РЗМ в цилиндрической системе координат: 1 – статор с обмоткой; 2 – линейная плотность тока на поверхности статора; 3 – полюсный наконечник; 4 – немагнитный клин; 5 – полюс; 6 – тангенциальный магнит; 7 – немагнитный вал.



где, Fa – МДС якоря, а угол определяется величиной индуктивного сопротивления реакции якоря по поперечной оси.

Поиск расчетных коэффициентов может проводиться путем аналитического или численного решения задачи магнитного поля на двумерной или трехмерной математической модели машины, отражающей ее конструктивную схему. Для модели, показанной на рис. 6, аналитическим методом гармонического анализа активных зон ЭМП с использованием векторного магнитного потенциала Az получено решение (5), описывающее магнитное поле реакции якоря в ЭМП с тангенциальными РЗМ и биметаллической обоймой (рис. 7). В ходе решения получены также значения коэффициентов формы поля реакции якоря kad и kaq, коэффициента kfd и их зависимости от размеров активной зоны (рис. 8). Зависимости предназначены для оценки влияния изменения геометрических размеров активной зоны на характеристики ЭМП при выборе конструктивной схемы. Аналитическое решение подтверждено МКЭ.

,

(5)

Распределение Az в зазоре ЭМП описывается формулой (5), где и - амплитуды продольного и поперечного токов реакции якоря; и - коэффициенты разложения в ряд Фурье нормальной производной векторного потенциала на границе раздела частичных областей III и IV (рис. 6), R – внутренний радиус статора, Rр – наружный радиус ротора, p – число пар полюсов, D – произвольная постоянная. Неизвестные коэффициенты и определяются при решении системы линейных алгебраических уравнений, получающейся после согласования выражений для векторного магнитного потенциала на границах частичных областей. Данные коэффициенты являются функциями геометрических параметров активной зоны, а также параметров источников магнитного поля реакции якоря и.

а)

б)

Рис. 7. Форма кривой нормальной составляющей магнитной индукции в зазоре при работе ЭМП с ПМ и полюсными наконечниками под нагрузкой: результат решения задачи поля в случае чисто продольной (а) и чисто поперечной (б) реакции якоря.   МГА, •  МКЭ,    первая гармоническая составляющая при =ном=0,644, ----     магнитная индукция поперечной реакции якоря при =1.

а)

б)

в)

Рис. 8. Зависимости коэффициентов: а) продольной реакции якоря; б) поперечной реакции якоря; в) коэффициента kfd от коэффициента полюсной дуги при различных соотношениях размеров ЭМП.  
-  / = 0,01,  -  / = 0,025, Ѓ   / = 0,05.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»