WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Контура, описываемые системой дифференциальных уравнений, определяются с учетом состояния полупроводниковых элементов вентильного преобразователя (инвертора и выпрямителя). Алгоритм переключения транзисторов задается системой управления (СУ) в соответствии с сигналами датчиков положения ротора и других датчиков обратных связей.

В качестве неизвестных в полученной системе дифференциальных уравнений выступают токи. Их производные рассчитываются методом исключения Гаусса, а собственно токи – явным методом Эйлера.

Дифференциальные электромагнитные параметры - коэффициенты ЭДС вращения и дифференциальные индуктивности являются внутренними электромагнитными параметрами машины и определяются после расчета магнитной цепи через соответствующие производные потокосцеплений.

Расчет магнитной цепи проводится по схеме замещения (СЗ). Магнитная цепь ДВИ разбивается на ряд участков, представляемых в СЗ сосредоточенными параметрами. Степень детализации схемы замещения магнитной цепи выбирается как компромисс между точностью и временем расчета.

В главе приводятся сформированные автором эквивалентные схемы замещения магнитной цепи ДВИ с различной степенью детализации. В качестве основного был выбран вариант схемы замещения (рис.2), при котором зубец и спинка статора, а также зубец ротора представляются на схеме в виде одного элемента, ярмо ротора представляется в виде двух элементов, а количество элементов разбиения втулки и корпуса определяется числом зубцов ротора и статора электродвигателя соответственно.

Характеристиками нелинейных проводимостей ферромагнитных участков магнитной цепи являются в модели сплайн-аппроксимации кривых намагничивания соответствующих материалов.

Проводимости воздушных промежутков G рассчитываются по методу Р.Поля с учетом вероятностных путей магнитного потока в пределах каждого зубцового деления статора и полюсного деления ротора. Такие проводимости за- Рис. 2 Вариант схемы замещения магнитной цепи ДВИ двухпакетной конструкции с 12 зубцами на статоре и 7 зубцами на роторе Fj - МДС j-ой катушки якоря; Ff - суммарная МДС обмотки возбуждения Gjc - магнитная проводимость j-ого участка спинки статора; Gjr - магнитная проводимость i-го участка ярма ротора; Gсs - суммарная магнитная проводимость лобового и продольного пазового рассеяния обмотки якоря; Gc – суммарная магнитная проводимость j-ого зубца статора;

Gps - магнитная проводимость пазового рассеяния; Gri - магнитная проводимость i-ого зубца ротора; Gfs - магнитная проводимость рассеяния обмотки возбуждения; Gji - магнитная проводимость воздушного зазора между j-ым зубцом статора и i-ым зубцом ротора; Gko, Gkp - магнитные проводимости продольного и поперечного участка корпуса; Gbo, Gbp -магнитные проводимости продольного и поперечного участка втулки.

висят от угла поворота ротора, зависимость G() рассчитывается с некоторым достаточно малым шагом на предварительном этапе.

Проводимости рассеяния схемы замещения рассчитываются по упрощенным картинам вероятностных путей замыкания потоков рассеяния.

Магнитное состояние машины, т.е. значения магнитных потоков и соответствующих им проводимостей стальных участков, определяется итерационным способом. В пределах каждой итерации расчет магнитных потоков в ветвях схемы замещения ведется методом узловых потенциалов.

Расчет магнитной цепи заканчивается, когда максимальное относительное приращение магнитных проводимостей "стальных" участков магнитопровода, полученных на двух последовательных итерациях, будет меньше некоторого заданного параметра точности поиска магнитного состояния машины.

Расчет схемы замещения магнитной цепи ДВИ на периоде повторения выполняется многократно с выбранным шагом расчета для различных взаимных положений сердечников.

В каждой точке расчета по известным формулам рассчитываются мгновенные значения исследуемых величин вентильного двигателя. После достижения установившегося состояния рассчитываются интегральные значения выходных показателей ДВИ.

По выбранной схеме замещения магнитной цепи, учитывающей нелинейность характеристик ферромагнитных материалов, двустороннюю зубчатость сердечников и изменение конфигурации зазора между сердечниками при перемещении ротора, составлена методика и алгоритм расчета магнитной цепи ДВИ, а также разработана программа расчета, учитывающая введенные особенности схемы замещения магнитной цепи и варианты подключения последовательной ОВ.

Третья глава посвящена расчету тепловых процессов в ДВИ с электромагнитным возбуждением. Оценка теплового состояния отдельных элементов электродвигателя, включая динамику тепловых процессов, является важным этапом разработки ДВИ. Эти вопросы особенно актуальны для машин, работающих в повторно-кратковременных режимах, а в еще большей степени для машин с последовательной обмоткой возбуждения.

Результаты проведенного анализа показали, что для решения таких задач наиболее простым с точки зрения реализации и обеспечения точности, соответствующей требованиям инженерного расчета, является способ моделирования тепловых процессов с использованием эквивалентных схем замещения.

В главе рассмотрены особенности режимов работы ДВИ тягового назначения. Разнообразие условий функционирования тягового привода определяет различные варианты структур систем охлаждения электродвигателя.

Более распространен способ охлаждения двигателя воздухом за счет введения специальных осевых каналов. Для сложных условий окружающей среды целесообразно применение жидкостной системы охлаждения. Предлагаемый метод исследования позволяет учесть специфику обоих способов охлаждения.

Для корректной оценки теплового состояния ДВИ с принудительным охлаждением требуется проведение гидравлического расчета, результаты которого являются исходными данными для теплового расчета.

С учетом особенностей конструкции магнитной цепи электродвигателя и его системы охлаждения формируется эквивалентная тепловая схема замещения (ТСЗ).

Автором сформирован вариант схемы замещения, в котором основными элементами разбиения выбраны: зубцы и спинка статора; корпус и подшипниковые щиты; пазовая, лобовая и межпакетная части обмотки статора;

обмотка возбуждения; зубцы ротора; внутренняя среда (рис.3).

Все элементы ТСЗ связываются между собой соответствующими тепловыми проводимостями i. Источниками теплоты, сосредоточенными в соответствующих узлах, являются: потери в стали магнитопровода (основные и добавочные потери в зубцах статора Pz1, потери в спинке статора Pcas, потери в стали ротора Pr2); потери в меди обмоток статора (Pм1р, Pм1l, Pмmp) и возбуждения PмОВ; а также внутренние механические потери Pм, состоящие из потерь на трение в подшипниках и потерь на трение ротора о воздух.

Тепловое состояние каждого элемента схемы замещения описывает Рис. 3 Тепловая схема замещения ся следующим дифференциальным ДВИ уравнением теплового баланса:

dTn q(in) (3) C = in (Ti - Tn ) +P, n n dt i=где С - теплоемкость n-го элемента; Tn - температура n-го элемента;Ti - темпераn тура одного из соседних элементов, связанных в тепловом отношении с рассматриваемым элементом n; P - потери мощности в данном элементе n; in - тепловая n проводимость i-го элемента; t - текущее время.

С целью определения теплового состояния машины в целом решается система уравнений, число которых зависит от количества элементов, на которые разбивается машина.

Несмотря на то, что в большинстве случаев метод ЭТС используется для определения теплового состояния электродвигателя в продолжительном режиме работы, в диссертации показана возможность его успешного применения для расчета нестационарных номинальных режимов, а также режимов работы электродвигателя с заданной циклограммой нагрузки.

С учетом выбранной схемы замещения составлена методика расчета тепловых процессов в ДВИ с электромагнитным возбуждением, а также разработана программа расчета, позволяющая:

- исследовать тепловое состояние электрической машины при ее работе как в установившихся, так и в переходных режимах;

- оценить динамику процесса нагрева и охлаждения элементов конструкции электродвигателя;

- исследовать чувствительность полученной системы к вариациям теплофизических и геометрических параметров;

- определить рациональное значение требуемой производительности системы охлаждения в соответствии с заданными режимами работы и циклограммами нагрузки на этапе проектирования;

- составлять обоснованные рекомендации по выбору электромагнитных нагрузок и соотношений основных линейных размеров машины с заданной длительностью работы.

В случае необходимости более детального исследования теплового состояния отдельных элементов электрической машины (получение картины температурного поля) целесообразно использование и полевых методов расчета. В главе приводятся основные положения и допущения конечноэлементного метода применительно к тепловому расчету ДВИ.

В четвертой главе представлены результаты расчетных исследований параметров и характеристик ДВИ различного назначения и мощности, полученные с использованием разработанных программ.

Для электродвигателя ДВИ-5 с последовательной ОВ, предназначенного для привода электротележки, были получены механические характеристики при постоянстве мощности и различных углах включения фазы (рис.4). Проведенные расчеты показали, что управление начальным углом включения при парной коммутации и током возбуждения ДВИ может обеспечить механические характеристики аналогичные характеристикам двигателей постоянного тока последовательного возбуждения.

При выборе рационального закона управления (например, для реализации предельной механической характеристики 2 рис.4) при разработке ДВИ-выявлено, что при больших нагрузках (малых частотах вращения) рациональными являются углы 0 15 эл.град., а при малых нагрузках (больших частотах вращения) более рациональными являются углы -15 -45 эл.град.

Сравнение характеристик двигателя постоянного тока типа ПТ6,3, и разработанного с помощью предлагаемых методик для его замены электродвигателя ДВИ-5 (рис.5) показало, что замена ДПТ на ДВИ позволит повысить ресурс привода, увеличить его КПД (в Рис. 4 Механические характеристики среднем с 0,7 до 0,92) и улучшить ряд ДВИ-5 (Uп=75В, Iфмах=350А) других потребительских качеств.

Рис. 5 Предельные механические характеристики и зависимости КПД от момента на валу электродвигателей ПТ6,3 и ДВИ-5 (Uп=75В) В главе также приведены результаты электромагнитного и теплового расчета электродвигателя ДВИ-180 с последовательной ОВ. Двигатель имеет независимую осевую вентиляцию через пазы статора и ротора и предназначен для замены электрической машины постоянного тока типа ДК-117 в составе привода троллейбуса.

Движение троллейбуса характеризуется частыми пусками и торможениями.

Для оценки теплового состояния двигателя при среднестатистических условиях (движение троллейбуса по циклограмме нагрузки) было выделено несколько характерных режимов работы привода и принято допущение о постоянстве тепловыделения в этих режимах при усредненных условиях (таблица 1).

Таблица Мощность потерь в элементах nср, Мср, № двигателя, Вт T,c Примечание п/п об/мин Нм PОЯ PОВ PМЕХ Pр PСП PZ 1 21 1230 700 1318 422 360 566 994 756 Разгон 2 10 3650 230 584 185 1100 899 2750 2047 Vmax 3 20 1875 700 1655 589 560 1179 520 693 Торможение 4 30 Стоянка - - - - - - - - 5 30 500 1600 6203 1995 150 432 328 403 Подъем (V=10 км/час) 6 40 1000 140 168 52 300 120 126 191 V=20 км/час 7 5 500 700 1124 344 150 181 239 258 Торможение 8 25 Стоянка - - - - - - - - 9 180 2000 1000 6804 2425 600 1366 838 1284 Спуск (V=40 км/час) 10 25 Стоянка - - - - - - - - 11 190 1000 1400 4214 1406 300 939 705 846 Подъем (V=20 км/час) 12 25 Стоянка - - - - - - - - 13 180 1000 1000 2042 663 300 801 601 768 Спуск (V=20 км/час) При определении теплового состояния электродвигателя принималось, что все режимы его работы образуют цикл и последовательно повторяются.

Результаты проведенного теплового расчета показали, что при движении троллейбуса с циклом максимальных нагрузок динамика нагрева элементов электродвигателя такова, что при отсутствии независимой осевой вентиляции возможна его работа в течение времени не более часа Рис. 6 Зависимости температур элементов (рис.6). Здесь и далее T, T – ОЯ ОВ ДВИ-180 от времени при работе по температура ОЯ и ОВ, T – Р циклограмме максимальных нагрузок температура стали ротора.

С целью определения требуемого расхода воздуха, необходимого для отвода тепла, было проведено исследование его влияния на установившееся значение температуры элементов конструкции электродвигателя (рис.7).

Результаты расчета показали, что рациональное значение расхода воздуха составляет Qв=0,2 м3/с (дальнейшее увеличение расхода практически не влияет на снижение температуры элементов конструкции двигателя).

Очевидно, что работа привода по циклограмме максимальных режимов будет Рис. 7 Зависимости температур элементов электродвигателя ДВИ-180 от расхода встречаться крайне редко, осоохлаждающего воздуха (Tокр.ср.=20 oС) бенно в течение времени более часа, но и в этом случае при наличии осевой вентиляции (рис.8) максимальный перегрев обмоток, как наиболее нагретых элементов двигателя не o превысит 100 С, что соответствует классу изоляции F. Если же после одного часа работы делать перерыв на 1520 минут, то температура элементов двигателя нормализуется.

Рис. 8 Зависимости температур элементов В главе приведены редвигателя ДВИ-180 от времени при работе зультаты исследований распрепо циклограмме (Qв=0,2 м3/с, Tокр.ср.=20 oС) деления температуры в пазах статора электродвигателя ДВИ-630 в зависимости от различных вариантов охлаждения двигателя (продува) и способа укладки обмотки в пазы. Расчет проводился полевым методом. Результаты теплового расчета позволили выбрать параметры системы охлаждения (вентилятора, размеров каналов охлаждения и др.), а также сформулировать рекомендации по изготовлению узлов и деталей двигателя, правильность которых была позднее подтверждена при испытаниях реального объекта.

В пятой главе приведены результаты проверки адекватности разработанных математических моделей электромагнитных и тепловых процессов реальному объекту. Адекватность проверялась путем сравнения расчетных и экспериментальных исследований макетного образца ДВИ с последовательной обмоткой возбуждения (рис.9). По своему конструктивному и схемному исполнению рассматриваемый ДВИ двухпакетной конструкции позволяет учесть и использовать основные возможности разработанных математических моделей.

Pages:     | 1 || 3 |






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