WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

на правах рукописи

Вунна Шве

ЛИНЕЙНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ

Специальность 05.09.01

"Электромеханика и электрические аппараты"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2008 г.

Работа выполнена на кафедре «Электромеханика» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский Энергетический Институт, технический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Соколова Елена Михайловна

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

проф. Рубцов Виктор Петрович

кандидат технических наук,

проф. Голубович Ангелина Ивановна

Ведущая организация: ЗАО Гиперон (Москва)

Защита диссертации состоится “ 21 ” ноября 2008г. в 15ч в ауд. Е-205. на заседании диссертационного совета Д.212.157.15 при Московском энергетическом институте (Техническим Университете) по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.13

Отзывы на автореферат (в двух экз. заверенные печатью) просим направлять: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государст- венного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский Энергетический Институт, технический университет».

Автореферат разослан __________ 2008 года

Ученый секретарь

диссертационного совета

к.т.н., доцент Рябчицкий М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоявшее время линейные асинхронные двигатели (ЛАД) широко используются для различных, в том числе и для быстродействующих механизмов. Положительными свойствами ЛАД являются их конструктивная простота, надежность, возможность получения большого диапазона линейных скоростей и перемещений без сложных кинематических связей и передающих механизмов. К достоинствам следует также отнести отсутствие электрического контакта с вторичным элементом. Благодаря этим свойствам ЛАД находят широкое применение в различных промышленных механизмах. Поскольку они не выпускаются серийно, необходимо определить группу механизмов, для которых характеристики (например. скорости, ускорения, необходимое расстояние, и другие ) будут одинаковыми или похожими. Имеется класс механизмов металлургического производства, которые обладают примерно одинаковыми характеристиками. К ним относятся: позиционный привод ЗВМ кольцевой нагревательной печи, позиционный электропривод механизма перемещения упорного подшипника прошивного стана, позиционный электропривод механизма перемещения стержня с оправкой прошивного стана.

Для того чтобы применить ЛАД, нужно выбрать конструкцию, определить геометрические размеры, а затем рассчитать характеристики этого двигателя. Поэтому целью настоящего исследования является выбор конструкции, расчеты характеристик ЛАД для одного из быстродействующих механизмов.

Объект исследования - ЛАД быстродействующих механизмов, работающих в кратковременном режиме.

Предмет исследования - проектирование, расчет статических и динамических характеристик ЛАД для быстродействующих механизмов.

рис 1

Цель диссертации: спроектировать двигатель, который мог бы обеспечить цикл работы, показанный в рис 1 и рассчитать его статические и динамические характеристики.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Создание методик проектирования, позволяющих определить главные размеры и рассчитать параметры схемы замещения ЛАД.

2. Расчет характеристик и выбор конструкции вторичного элемента ЛАД.

3.Выбор материала вторичного элемента, а также определение оптимального соотношения толщин массивного слоя ротора и проводящего слоя.

4. Исследование зависимости тягового усилия от добротности.

5. Исследование распределения электромагнитного поля в зазоре с учетом краевых эффектов.

6. Исследование динамических режимов работы ЛАД.

Методы исследования. В работе для расчета статических характеристик двигателя использован метод аналогового моделирования многослойных структур. Для определения его свойств с учетом краевого эффекта использован метод «бегущая волна». Реализация алгоритмов компьютерной программы выполнена в среде MATLAB v. 7.0 и MathCAD v. 11.

Научная новизна результатов диссертации заключается:

- в разработанной методике расчета характеристик ЛАД, базирующейся на методе многослойных структур.

- в предложенной схеме замещения, позволяющей отдельно определять электромагнитные силы, развиваемые алюминиевым покрытием и ферромагнитной подложкой.

- в создании алгоритма компьютерных программ, позволяющих рассчитать переходные процессы системы.

Практическая Ценность работы заключается в том, что создана методика, позволяющая спроектировать и рассчитать ЛАД группы быстродействующих механизмов.

- разработаны рекомендации по выбору конструкции вторичного элемента и его материала.

- разработана методика, позволяющая определять добротность системы по заданным величинам воздушного зазора и необходимого усилия.

Достоверность полученных результатов исследования заключается в сравнении результатов, полученных различными методами, используемыми автором и известными из литературы.

Реализация результатов работы. Созданные методики могут быть использованы при проектировании различных ЛАД а также в учебном процессе.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Математическая модель для выбора конструкции вторичного элемента ЛАД, его материала и формы пазов.
  2. Схема замещения для расчета сил, развиваемых отдельно ферромагнитной подложкой и покрытием.
  3. Алгоритм компьютерной программы для расчета переходных процессов.

Апробация. Основные научные и технические результаты были представлены на: V-ой Международной научно -практической конференции “Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых” (Москва, 2006 г); XI-ой Международной конференции “Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты” (Крым, Алушта. 2006 г); В материалах V международной (XVI Всероссийской) научной конференции (Санкт-Петербург, 2007 г); XII-ой Международной конференции “Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты”: 29 сентября - 4 октября 2008 г. Крым, Алушта. С. 166.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 6 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 6 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, заключающейся в выборе двигается для привода быстродействующих механизмов, расчете времени цикла работы и тягового усилия. Изложены цели и задачи исследования.

В первой главе рассматриваются вопросы проектирования линейного двигателя, основные уравнении для проектирования и результирующие характеристики. Также проводится сравнение результатов для различных двигателей по усилиям и к.п.д при номинальной скорости движения. Исследования проводились для различных значений полюсов двигателя и воздушного зазора. На рис 2, приводятся результаты расчета электромагнитных сил ЛАД при изменении зазора, а на рис 3 - при изменении полюсов.

рис 3

Во второй главе выполнен выбор метода исследования линейного двигателя. При анализе работы электрической машины, особенно при отсутствии каких либо ориентировочных данных, получаемых или из эксперимента или на основании опыта проектирования, очень важно выбрать методику исследования, которая должна быть достаточно простой и гибкой, пригодной для решения целого ряда поставленных задач. В настоящей работе предлагается использовать метод аналогового моделирования многослойных структур.

Рассмотрим многослойную структуру, представленную схе­матически на рис. 4. Каждый слой имеет заданные характе­ристики среды (магнитные проницаемости x и у и электри­ческие проводимости z). Для слоев с неоднородной структурой вдоль координатных осей рассчитываются усредненные характе­ристики. Активный зубцово-пазовый слой для упрощения задачи заменен бесконечно тон­ким токовым слоем с линейной плотностью Jст, который разгра­ничивает области 1 и 1’.

Для расчета характеристик ЛАД удобно воспользоваться методом разбиения на слои ферромагнитного основания, алюминиевого покрытия или пазового слоя. Этот метод дает возможность не только определить эквивалентные параметры вторичного элемента с учетом насыщения массивной подложки, но и определить, какую долю общей электромагнитной силы развивает алюминиевая пластина или стержень и ферромагнитная подложка, а также выбрать их оптимальные размеры.

На рис 5 показан продольный схематичный разрез ЛАД, вторичный элемент представлен областями 2 и 3, причем каждая из этих областей характеризуется своими размерами, магнитной проницаемостью и удельным электрическим сопротивлением. Задача сводится к определению распределения электромагнитного поля во всех областях.

В общем случае число разбиений неодинаково. Каждый слой характеризуется размером, удельным электрическим сопротивлением и магнитной проницаемостью, которая принимается в слое постоянной. Её величина определяется по напряженности магнитного поля на нижней границе слоя с использованием кривой намагничивания. Связь между составляющими электромагнитного поля на верхней и нижней границах i-го слоя представляется уравнением связи:

(1)

где

B и H – индукция и напряженность магнитного поля.

,,

,.

= скольжение.

Для комбинированных вторичных элементов, изменяется.

,

Активная зона вторичного элемента описывается следующим уравнением :

(2)

Электромагнитная мощность, поступающая во вторичный элемент:

, Вт/м2 (3)

мощность, поступающая в ферромагнитную область:

, Вт/м2 (4)

Мощность, выделяемая в области из алюминия

, Вт/м2 (5)

Электрические потери соответственно в алюминиевой и ферромагнитной областях.

, Вт/м2 (6), Вт/м2

Полная механическая мощность, развиваемая вторичным элементом,

, Вт/м2 (7)

При расчете параметров и характеристик ЛАД считаются известными геометрические размеры индуктора и вторичного элемента, геометрия зубцово-пазовой зоны индуктора, его обмоточные данные, напряжение, частота, параметры R1, X1, X (они рассчитываются по формулам, приведенным в литературе по проектированию электрических машин), кривые намагничивания сталей (задаются таблично). При расчете используется итерационный процесс.

Расчет начинается с задания предварительного значения напряженности магнитного поля H1. Для этой величины определяется по кривой намагничивания магнитная проницаемость 2 во втором слое. По (1) определяются составляющие магнитного поля B2 и H2 и т.д. с использованием (2) до поверхности вторичного элемента. По полученным BN и HN определяется I'2, затем I1 и U1. Если U1 расходится с U1ном, то делается коррекция H1 и процесс повторяется до удовлетворения выбранной точности решения. После этого рассчитываются необходимые характеристики и параметры.

Для определения эквивалентных параметров Т-образной схемы замещения используются составляющие электромагнитного поля на поверхности вторичного элемента, примыкающей к воздушному зазору, и на поверхности раздела между алюминиевой и ферромагнитной областями. Эти составляющие определяются по формуле (2). Тогда ЭДС, наведенная в фазе статора.

,

где - ширина индуктора; - число витков фазы; - обмоточный коэффициент.

По схеме замещения определяются все необходимые величины и параметры. Эквивалентный ток вторичного элемента:

,

Эквивалентное полное сопротивление вторичного элемента:

,

Эквивалентный ток ферромагнитной области:

,

Эквивалентное сопротивление ферромагнитной области:

,

Эквивалентное сопротивление алюминиевой области:

.

По приведенным уравнениям была составлена программа в среде МАТЛАБ. Все расчетные модели вторичного элемента различных конструктивных исполнений рассчитаются при одинаковых массах материалы.

При исследовании ЛАД предложенным методом можно определить точные эквивалентные параметры вторичного элемента с учетом насыщения массивной подложки, а также определить, какую долю общей электромагнитной силы развивает алюминиевая пластина или стержень и ферромагнитная подложка и определить их оптимальные размеры.

Во третьей главе проведен анализ с целью выбора конструкции и материала вторичного элемента, а также толщин проводящего слоя вторичного элемента. На основании данного исследования сформирована математическая модель при использовании метода аналогового моделирования многослойных структур.

На рис. 6 приведены расчетные модели вторичного элемента различных конструктивных исполнений: с составным вторичныи элементом (а) ; комбинированным (б); с прямоугольными пазами (в) ; с круглыми пазами (г). На этих моделях область алюминиевого покрытия или зубцовая, а также ферромагнитные области разбиваются соответственно на NAl и NFe слоев.

Рис 6

На рис 7 показана, какая часть создаваемого усилия обеспечивается алюминиевым покрытием и ферромагнитной частью.

Проведенные исследования показали, что при использовании составного вторичного элемента получаются характеристики с наибольшей жесткостью в рабочий части и большой максимальной силой (Рис.8 ).

Похожими оказались характеристики при использовании комбинированного вторичного элемента. У них также получились большими максимальное и пусковое усилия. Этот вариант конструкции выгодно использовать, когда питание осуществляется непосредственно от сети. Характеристики с прямоугольными пазами уступают двум первым вариантам. Они обладают меньшей жесткостью и меньшими значениями максимальный силы. Самым неудачным оказался вариант вторичного элемента с круглыми пазами, уступающий всем остальным по максимальному и пусковому усилиям и имеющий мягкие характеристики.

На рис. 8 показано сравнение результатов электромеханических характеристик для различных форм пазов вторичного элемента.

Pages:     || 2 |






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