WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Расчет ТВД проводится в три этапа итерационным способом. На первом этапе выполняется электромагнитный расчет основных характеристик двигателя при базовой и максимальной скоростях с помощью упрощенной аналитической методики. По результатам первого этапа выполняется тепловой расчет без добавочных потерь в стали и ПМ. Тепловой расчет производится для режима работы с максимальной скоростью. В разработанной методике первый и второй этапы включены в процедуру оптимизации.

После нахождения оптимального варианта двигателя выполняется третий этап, в ходе которого ТВД рассчитывается с помощью МЗК. Для сокращения времени расчета по МЗК насыщение сердечников учитывается приближенным способом при постоянных магнитных проницаемостях.

Время расчета ТВД по МЗК составляет около 15 секунд.

По результатам этого расчета определяются поправочные Рис. 5. Блок-схема алгоритма оптимизакоэффициенты для ЭДС холостого ции ТВД хода (противо-ЭДС), мощности на валу, cos, индукций в ярмах статора и ротора и индуктивного сопротивления по оси d. Поправочные коэффициенты компенсируют неточность упрощенной аналитической модели. В результате такого комбинированного подхода удается су щественным образом сократить время, затрачиваемое на поиск оптимального варианта двигателя, и получить достаточно высокую точность расчета.

Для оптимизированного ТВД выполняется поверочный электромагнитный расчет по МКЭ. В ходе этого расчета учитывается насыщение сердечников машины и его влияние на характеристики, а также добавочные потери в стали и ПМ. С помощью МКЭ рассчитываются 5 точек тяговой характеристики и производится сравнение с соответствующими рабочими режимами, полученными из расчета по МЗК.

Для учета насыщения стали при оптимизации ТВД требуемая мощность на валу двигателя может быть увеличена (из-за насыщения ЭДС и мощность уменьшаются). По результатам поверочного электромагнитного расчета для режима работы с максимальной скоростью выполняется тепловой расчет двигателя. В третьей главе приводится описание каждого метода, используемого в разработанной методике оптимизации ТВД.

Четвертая глава посвящена результатам, выполненным с использованием разработанной методики расчета и оптимизации ТВД.

В главе проанализировано влияние выбора начального приближения на поиск оптимальной конструкции двигателя. Как показали исследования, во всем диапазоне параметров оптимизации находится один глобальный оптимум.

Приводится выбор оптимальной комбинации числа пар полюсов и числа пазов на полюс и фазу, обеспечивающей заданную тяговую характеристику при оптимальном режиме ослабления поля. Вариант ТВД с p=7 и q=2/7 позволяет получить наименьшие электромагнитные нагрузки и, соответственно, меньшие температуры обмотки и ПМ. На рис.

6 показан эскиз поперечного сечения спроектированного двигателя.

Для спроектированного двигателя с поРис. 6. Эскиз поперечного семощью МЗК и МКЭ были рассчитаны харакчения ТВД теристики рабочих режимов.

В табл. 1 приведены основные результаты расчета режима при 1000 об/мин, полученные разными методами: по МЗК с относительными магнитными проницаемостями сердечников r=400, по МКЭ с r=400 и по МКЭ с учетом насыщения стали. Как видно из таблицы, результаты расчета разными методами хорошо согласуются.

Основное расхождение между МЗК и нелинейным МКЭ обусловлено насыщением и точностью расчета индуктивных параметров в МЗК. Так, погрешность расчета ЭДС МЗК составляет 3,4%.

В МЗК для учета насыщения в режиме нагрузки и его влияния на противоЭДС магнитные проницаемости сердечников заведомо выбирались низкими. В МКЭ противо-ЭДС рассчитывались при идеальном холостом ходе, когда насыщение машины заметно ниже и, соответственно, r выше. Из табл. 1. видно, что противо-ЭДС, рассчитанная по МКЭ с r=400 всего на 0,4% отличается от ЭДС, найденной по МЗК.

Таблица Основные результаты расчета ТВД при n1=1000 об/мин по МЗК и МКЭ Наименование МЗК МКЭ МКЭ r=400 r=400 (H) Фазный ток обмотки якоря, А 172 172 Мощность на валу двигателя, кВт 81,4 81,0 81,Фазное напряжение, В 223,9 233,1 213,ЭДС холостого хода (противо-ЭДС), В 157,7 157,0 163,0,719 0,692 0,cos Кажущаяся мощность, кВА 115,5 120,3 110,КПД, о.е. 0,979 0,974 0,Синхронная индуктивность вдоль оси d, мГн 1,23 1,33 1,Синхронная индуктивность вдоль оси q, мГн 1,23 1,33 1,E*q/ X*d, о.е. 1,01 0,93 1,P, кВт На рис. 7 приведены расчетные и заданная тяговые характериP 2МЗК_лин стики (рис. 3.3). Как уже отмечалось, режимы ТВД при n>P 2МКЭ_лин 85 об/мин рассчитываются с повышенной мощностью на валу P2.

Причиной расхождения характериP P стик P2МЗК_лин(n) и P2МКЭ_лин(n) с ха2з 2МКЭ_нел рактеристикой P2МКЭ_нел(n) является насыщение зубцов и коронок зубцов при увеличении угла тока. С 0 1000 2000 3000 4000 одной стороны, увеличение при, об/мин n водит к усилению размагничиваюРис. 7. Тяговые характеристики ТВД пощего действия реакции якоря и лученные с помощью разных методов уменьшению насыщения машины.

(P2з – заданная мощность) С другой стороны, потоки рассеяния ПМ и обмотки якоря увеличиваются. При этом происходит концентрация потока в области коронок зубцов и прилегающих к ним частям зубцов (см. рис.8).

В главе представлены результаты поверочного теплового а) (б) расчета ТВД при 4500 об/мин. По Рис. 8. Поле в фрагменте ТВД при результатам расчета установлено, 1000 об/мин (а) и 4500 об/мин (б) что температура по высоте обмотки распределена неравномерно, перепад температуры составляет около 5 оС. Максимальная температура меди в пазу составляет 153 оС градусов. Температура ПМ равна 102 оС.

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод о том, что найденный вариант ТВД с p=7 и q=2/7 обеспечивает заданную тяговую характеристику при соблюдении ограничений на максимальную температуру обмотки и ПМ, а также на максимальную кажущуюся мощность и выходную частоту инвертора. Проведенное сравнение результатов расчета ТВД по МЗК и МКЭ при линейных свойствах сердечников позволяет судить о высокой степени адекватности разработанной схемы замещения и методики расчета магнитоэлектрических машин с радиальными ПМ на поверхности ротора. Такая методика может применяться для оптимизации конструкции и режимов работы таких машин.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Разработан и теоретически обоснован метод расчета магнитоэлектрических машин с радиальными ПМ на поверхности ротора на основе МЗК. Схема замещения такой машины, составленная по МЗК, модифицирована с целью сокращения числа входящих в нее ветвей и времени счета.

2. Разработан метод оптимизации конструкции и рабочих режимов тягового двигателя грузового автомобиля. Разработанный алгоритм позволяет быстро, в пределах 15 с, оптимизировать тяговый двигатель и выполнить многовариантные расчеты двигателя при различных комбинациях чисел полюсов и пазов статора.

3. Создан автоматизированный алгоритм для оптимизации тягового двигателя на базе MS Excel и программирования на языке VBA.

4. С помощью разработанной методики оптимизации спроектирован тяговый двигатель привода колеса грузового автомобиля. Мощность двигателя составляет 80 кВт при частотах вращения вала 10004500 об/мин. Спроектированный двигатель регулируется ослаблением поля для чего выбрано оптимальное соотношение ЭДС холостого хода (противо-ЭДС) и линейной нагрузки, обеспечивающее характеристический ток в пределах 11,5 о.е.

5. Численный эксперимент, реализованный с помощью метода конечных элементов, подтвердил эффективность и адекватность разработанной методики расчета и оптимизации тягового двигателя грузового автомобиля.

6. Сопоставление с экспериментальными данными, опубликованными в литературе, показало адекватность разработанного метода расчета магнитоэлектрических машин. Погрешность расчета ЭДС холостого хода составила не более 4%, что достаточно для проведения оптимизационных расчетов Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Иванов-Смоленский А.В., Аванесов М.А., Казьмин Е.В. Применение метода проводимостей зубцовых контуров для расчета синхронных машин с постоянными магнитами, размещенными на поверхности ротора// Электричество. – 2009. – №8.

2. Казьмин Е.В., Иванов-Смоленский А.В. Проектирование тягового синхронного двигателя для гибридного привода автомобиля// Четырнадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. В 3-х т. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. Т. 2. – С. 12–14.

3. Kazmin E.V., Lomonova E.A., Paulides J.J.H. Brushless Traction PM Machines Using Commercial Drive Technology, Part I: Design Methodology and Motor Design. Proceedings 11th International Conference on Electrical Machines and Systems. Wuhan, China, October 17-20, 2008, pp. 3801–3808.

4. Kazmin E.V., Lomonova E.A., Paulides J.J.H. Brushless Traction PM Machines Using Commercial Drive Technology, Part II: Comparative Study of the Motor Configurations. Proceedings 11th International Conference on Electrical Machines and Systems. Wuhan, China, October 17-20, 2008, pp. 3772–3780.

5. Paulides J.J.H., Kazmin E.V., Gysen B.L.J., Lomonova E.A. Series Hybrid Vehicle System Analysis Using an In-Wheel Motor Design. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference VPPC '08. Harbin, China, September 3–5, pp. 1–5.

Печ. л.: 1,25 Тираж: 100 Заказ:

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.

Pages:     | 1 | 2 ||






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