Математичні моделі вентильного реактивного двигуна з буферами енергії для проектування їх електромеханічного перетворювача
Дослідження специфічних особливостей конструктивного виконання електромеханічних перетворювачів реактивних двигунів. Обґрунтування методології, основних принципів побудови математичних моделей вентильних двигунів з пасивним ротором і буфером енергії.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 29.07.2014 |
| Размер файла | 46,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Вступ
Поява нових, нетрадиційних, типів електромеханічних перетворювачів (ЕМП) енергії, вимагає глибокого вивчення процесів, які в них протікають, для їх дослідження і розробки. Складність і специфіка цих процесів, неможливість їхнього адекватного опису в рамках загальноприйнятих методик і підходів, зумовлює необхідність створення нових математичних моделей для проектного синтезу і аналізу таких ЕМП, що дозволить ефективно вирішувати задачі їхнього дослідження і проектування.
Актуальність теми. Розвиток і удосконалення ЕМП безпосередньо пов'язані з досягненнями силової електроніки і, по суті, сучасні ЕМП є електромеханотронними пристроями, в яких акумулюються новітні досягнення, як електромеханіки, так і електронно-перетворювальної техніки. Серед нових типів електромеханотронних пристроїв, які виникли останнім часом, зокрема виділяються вентильні реактивні двигуни (ВРД), які складаються з простого, дешевого і надійного ЕМП з пасивним вторинним елементом і електронного комутатора (ЕК). Конструктивна простота, технологічність, екологічна безпека забезпечують ВРД перспективністю для застосування в загальнопромислових і транспортних системах, в системах спеціального призначення.
Однак використання таких ЕМП разом з відомими схемами електронних комутаторів стримує їхній розвиток через невисокі енергетичні показники, внаслідок того, що енергія, яка накопляється в магнітному полі обмотки статора, на кожному періоді комутації розсіюється на елементах захисту силових ключів ЕК і не приймає участі в електромеханічному перетворенні.
Застосування ЕК з ємнісними нагромаджувачами енергії (ЄНЕ) (буфером енергії) значно покращує енергетичні показники ВРД за рахунок більш повної утилізації енергії магнітного поля, суттєво змінює протікання електромеханічних процесів в них, що створює перспективу для виділення ВРД с буфером енергії в окремий підклас електричних машин.
Однією з характерних особливостей ВРД з буферами енергії є специфічність протікання електромагнітних процесів в них. Це зумовлює складність математичного опису цих процесів і непридатність для реактивних ЕМП традиційних методик інженерного проектування, які отримані простим перетворенням відомих методик для традиційних електричних машин.
Виходячи з цього, створення ефективних математичних і програмних засобів автоматизованого проектування високовикористаних реактивних ЕМП і розвиток на цій основі методології математичного моделювання є актуальною науково-технічною задачею.
Мета і задачі дослідження. Актуальність тематики зумовлює основну мету роботи - удосконалення і розробка ефективних математичних і програмних засобів для автоматизованого синтезу ВРД з буферами енергії, розробка на цій основі практичних рекомендацій для проектування ВРД с оптимальними функціональними властивостями і масо-габаритними показниками.
Об'єкт досліджень - електромеханічні процеси у вентильних реактивних двигунах з буферами енергії.
Предмет досліджень - вентильні реактивні двигуни явнополюсної конструкції з буферами енергії.
Методи досліджень зумовлені комплексом вирішуваних завдань. Виведення виразу для обчислення середнього значення електромагнітного моменту ВРД основане на теорії узагальненого електромеханічного перетворювача із залученням методів апроксимації нелінійних залежностей і математичного аналізу. Розрахунок коефіцієнтів магнітних провідностей повітряного проміжку з двобічною зубастістю оснований на аналітичному методі, який запропонував Р. Поль (R. Pohl). Розрахунок схеми комутатора, який дозволяє використовувати енергію магнітного поля для покращання енергетичних показників вентильного реактивного двигуна, базується на фундаментальних положеннях теорії електричних кіл. Реалізація комп'ютерного симулювання математичних моделей виконана з використанням алгоритмічної мови FORTRAN 90 і відлагоджено в середовищі Fortran Power Station системи MSDEV. Уточнена математична модель, яка дозволяє отримувати окремі складові втрат при проектуванні ВРД, отримана на основі балансу середніх значень потужностей. Правомірність прийнятих допущень і оцінка точності отриманих результатів перевірялась експериментальними дослідженнями на дослідних взірцях ВРД, які виготовлені на кафедрі “Електричні машини і апарати” Національного університету “Львівська політехніка”.
Відповідно до поставленої мети в роботі вирішуються наступні задачі дослідження:
- аналіз конструктивних виконань ЕМП вентильних реактивних двигунів;
- аналіз задач математичного моделювання ВРД з буферами енергії;
- обґрунтування методології і принципів побудови математичних моделей вентильних двигунів з пасивним ротором і буфером енергії;
- розробка нових і уточнення існуючих математичних моделей для проектного синтезу ВРД;
- розробка рекомендацій для проектування високовикористаних ВРД;
- розробка структури і компонентів системи автоматизованого проектування і дослідження ВРД з буферами енергії.
1. Стан, перспективи розвитку і проблеми моделювання ВРД
Наведено якісну характеристику і сферу застосування вентильних реактивних двигунів, показано шляхи і конкретні способи покращання їхніх енергетичних показників, наведено основні конструктивні виконання електромеханічних перетворювачів ВРД, відмічено досягнення й проблеми математичного моделювання реактивних ЕМП, зроблено огляд літератури за темою дисертації та обґрунтовано вибір напрямку досліджень.
Аналіз літератури, короткий огляд існуючих напрямків в математичному моделюванні ЕМП, а також досвід виконаних досліджень показує, що перспективним є підхід, який базується на побудові математичних моделей ЕМП на базі розв'язку польових (для статичних режимів), або коло-польових (для динамічних режимів) задач з наступним узагальненням результатів в заданому діапазоні зміни незалежних змінних шляхом застосування методів і алгоритмів синтезу багатовимірних регресивних моделей. Найбільш перспективним напрямком застосування данного підходу є створення на його базі уточнених математичних моделей для задач проектного синтезу і оптимізації ЕМП, ефективність вирішення яких визначається не тільки методом пошукової оптимізації, але і тим, наскільки адекватна використовувана математична модель до реальних фізичних процесів, які протікають в ЕМП. Можна відмітити, що в галузі математичного моделювання реактивних ЕМП існують наступні наукові проблеми: необхідно створити спрощені математичні моделі реактивних ЕМП для розрахунку геометричних розмірів і параметрів на попередньому етапі проектування ЕМП (для оперативного синтезу варіантів початкового наближення), а також створити математичне і програмне забезпечення для автоматизованого синтезу ЕМП вентильних реактивних двигунів з буферами енергії; для даних ЕМП необхідна оптимізація геометричних співвідношень активної зони для зменшення рівня пульсацій моменту, збільшення середнього значення моменту, зменшення габаритних розмірів ЕМП; відсутнє математичне і програмне забезпечення синтезу ЕМП ВРД з буферами енергії.
Для вирішення цих задач і проблем, в першу чергу, необхідний розвиток теоретичної бази для синтезу і аналізу характеристик нових конструктивних і електричних схем ВРД; необхідно створити математичну модель для середніх значень, на основі якої можна було би створити методику інженерного проектування таких двигунів, розрахунку статичних характеристик. Загальна задача проектування явнополюсних вентильних реактивних двигунів з буферами енергії охоплює вирішення таких тривіальних задач, як: розрахунок і вибір головних розмірів, розрахунок магнітного кола, розрахунок робочих характеристик і втрат, тепловий розрахунок; а також і таких спеціальних задач, як: розрахунок ємності нагромаджувального конденсатора, оптимізація головних розмірів ЕМП ВРД, розрахунок коефіцієнтів апроксимації характеристик намагнічування магнітопроводу. Для цього необхідно розробити математичні моделі для створення автоматизованої системи діалогового проектування вентильного двигуна з пасивним ротором і ємнісним буфером енергії.
Наявність добре поставлених математичних моделей, які адекватно відображають різноманітні процеси у ВРД з буферами енергії, дозволяє значно прискорити й здешевити процес їхнього проектування за рахунок зниження обсягів натурного моделювання.
2. Розробка математичних моделей реактивного електромеханічного перетворювача на основі енергетичного методу
З використанням методу аналізу магнітної енергії і коенергiї показано, що електромагнітний момент збудженої магнітоізольованої секції ЕМП з пасивним ротором можна обчислювати за виразом:
.
де (, i) - потокозчеплення, - кут повороту, і - струм, Wk - кінетична енергія.
Як показують експериментальні та математичні дослідження ВРД з буферами енергії, струм живлення, а значить і середнє значення струму секції, при сталому моменті на валі, зі зміною частоти обертання, не змінюються. Ця обставина дозволяє визначати електромагнітний момент ВРД в усталеному режимі роботи за середнім на інтервалі перемикання значенням струму секції.
З урахуванням цих та інших загальноприйнятих допущень отримано вираз для середнього значення електромагнітного моменту:
(1)
в який входять геометричні розміри (D, l, , бs, Zr), обмоткові дані (wz), коефіцієнти (KL, Kм), що дає можливість аналізувати його значення за конструкційними параметрами.
Вираз (1) дозволяє створити математичну модель ВД з пасивним ротором для середніх значень, проектувати їх тощо.
Математична модель електромеханічного перетворювача. З використанням балансу середніх значень потужностей на інтервалі перемикань секцій:
,
де U, In - середні значення напруги та споживаного від мережі струму; , M - середні значення частоти обертання та моменту навантаження на валі; PM, PСТ, PК - потужності втрат в міді, в сталі та в комутаторі відповідно, отримано формулу для обчислення механічної та робочих характеристик:
,
де:
;
Rc - активний опір секції; KM - коефіцієнт збільшення втрат в міді, зумовлених формою струму; UK - спад напруги на відкритому силовому ключі комутатора; *- відносне значення інтервалу комутації; POB - питомі втрати в сталі при індукції 1Т і частоті f0; kv - коефіцієнт додаткових втрат в сталі від вищих гармонік індукції; GСТ.Р - розрахункова маса сталі, намагніченість якої змінюється при збудженні секції.
Математична модель буфера енергії. Нагромаджувальний конденсатор у ВД з буфером енергії відіграє вирішальну роль: служить буфером обміну енергії, захищає силові транзисторні ключі ЕК від перенапруги, зменшує динамічні втрати при закриванні ключів, тому розрахунок і на його основі раціональний вибір величини ємності конденсатора є надзвичайно важливими при проектуванні ВД з буферами енергії.
З урахуванням наведеного, отримано вирази для обчислення струму вимикання секції (2), часу вимикання (3), напруги заряду конденсатора (4) і (5), а також струму вмикання секції, часу вмикання та напруги розряду конденсатора:
; (2)
; (3)
; (4)
. (5)
Отримані вирази придатні для аналізу процесу комутації струму секції ВРД, тобто при відомих параметрах електричної схеми ЕК дозволяють досліджувати характер зміни струму секції і напруги на конденсаторі, а значить, і на силових транзисторах.
Однак, для синтезу ЕК необхідно за заданими умовами перехідного процесу визначати параметри елементів ЕК, наприклад, обчислити ємність конденсатора, при якій час спадання струму секції від заданого рівня до нуля не перевищував би заданого значення. Для цього необхідно розв'язати рівняння (3) відносно d, а потім визначити C:
.
Таким чином, запропонований підхід і отримані вирази дають можливість досліджувати комутацію струму в магнітоізольованій секції ВРД з буфером енергії, за заданими значеннями струму секції і часу форсованого вимкнення цього струму визначати необхідну ємність нагромаджувального конденсатора та необхідну допустиму величину напруги колектор-емітерного переходу силових транзисторних ключів ЕК.
Математична модель магнітної провідності повітряного проміжку з двобічною зубчатістю. В механізмі створення моменту у ВД з пасивним ротором найважливішу роль відіграють зубці. В більшості інших двигунів зубці не є абсолютно необхідними для створення моменту, а тільки, як правило, використовуються для мінімізації повітряного проміжку між ротором і статором, а утворені ними пази використовують для укладання обмотки. Однак у ВД з пасивним ротором зубці як ротора, так і статора служать для створення електромагнітного моменту, тому розрахунок магнітної провідності повітряного проміжку є вкрай важливим.
Серед різноманітних способів і методів обчислення магнітної провідності найбільш загальним, простим і, в той же час, таким який дає достатньо точні результати є метод, запропонований Р.Полем.
З використанням ідеї даного методу, запропонована методика розрахунку магнітної провідності ЕМП з двобічною зубчастісттю. Для даного положення ротора ділимо проміжок в межах зубцевої поділки статора на ділянки з однорідними коефіцієнтами провідності елементарних трубок. Коефіцієнт провідності ділянки визначається додаванням коефіцієнтів провідності елементарних трубок ділянки:
,
В цілому запропонована методика дає краще збігання з результатами точного розрахунку, ніж метод гармонічних провідностей. Майже точне збігання з методами кінцевих різниць і апроксимації має місце для положення "зубець-зубець". Найбільше відхилення спостерігається при положенні "зубець-паз", яке досягає 13.5% порівняно з точним методом.
Таким чином, запропонована методика, яка базується на методі Р. Поля, забезпечує достатню точність розрахунків і може бути використана для врахування двобічної зубчатості в явнополюсних електромеханічних перетворювачах з пасивними зубчастими роторами.
Математична модель активної частини вентильного реактивного двигуна для мінімізації об'єму. Розміри зубчастої зони статора і ротора доцільно вибирати такими, які забезпечать постійність магнітної індукції на всьому шляху основного магнітного кола, тобто ширини зубців статора і ротора рівні, а ширини ярем статора і ротора дорівнюють половині ширини зубця.
Діаметр розточки статора обчислюється як:
. (6)
Значення діаметра розточки статора, яке розраховане за виразом (6) можна прийняти за попереднє, так як воно залежить від довільно прийнятого значення л, і в кожному конкретному випадку доцільно визначати оптимальні співвідношення між діаметром розточки статора D, зовнішнім діаметром статора Da і аксіальною довжиною магнітопроводу статора l.
Однозначно залежить від моменту, на який розрахований ВРД, добуток :
.
На проектування ВРД можуть бути сформульовані різні варіанти технічного завдання (ТЗ). Відповідно до цього будуть різними і критерії оптимізації, і одним із них може бути мінімум об'єму активної частини за заданих втрат в міді. В цьому випадку необхідно виразити втрати в міді:
, (7)
у функції геометричних розмірів статора.
алгоритм оптимізації є наступним.
З (7) визначаємо:
.
З іншого боку:
,
де:
Записавши , звідки обчислюємо .
Виразимо bzs і bk через діаметр розточки статора D:
Використовуючи співвідношення для прямокутного трикутника:
.
виразимо зовнішній діаметр ярма статора Da в функції діаметра розточки статора:
,
яке з урахуванням того, що об'єм активної частини ЕМП дорівнює можна використати для мінімізації головних розмірів електромеханічного перетворювача вентильного реактивного двигуна явнополюсної конструкції.
Для цього, визначивши за результатами попереднього проектування Zs, Zr , бs, г*, добуток lD, а також втрати в міді розраховуємо і будуємо залежності Da =f(D) і V=f(D).
Наведено результати розрахунку по запропонованому алгоритму для вентильного реактивного двигуна, який може бути використаний для прямого приводу барабана автоматичної пральної машини.
Номінальні дані двигуна: P2н = 250 Вт; Uн = 110 В; nн = 1000 об/хв.
Проектні параметри: Zs = 12; Zr = 8; бs = = 0,6; lD = 0.336e-2 мм2; Ic = 2.8 A; wz = 183; ДPM =48 Вт; m=3; г = 130 ел. град.
Оптимальним вирішенням для даного ВРД є вибір ЕМП із зовнішнім діаметром Da =174 мм і діаметром розточки статора D =112 мм. При цьому об'єм активної частини ЕМП буде дорівнювати V = 716940 мм3 , а аксіальна довжина статора l = 30 мм, тобто лопт = 0,2678.
3. Математична модель ВРД для розрахунку статичних характеристик та теплових процесів, автоматизована система для синтезу та аналізу ВРД
Математична модель вентильного реактивного двигуна для розрахунку статичних характеристик.
Використовуючи рівняння балансу середніх на інтервалі перемикань секцій значень потужностей:
, (8)
а також математичні моделі для складових втрат, можна отримати вираз механічної характеристики ВРД.
Як свідчать експериментальні дослідження ВРД з ЄНЕ, споживаний струм, а, значить, і середнє значення струму секції за зміни частоти обертання в широкому діапазоні і за постійного моменту на валу не змінюються. Ця властивість дозволяє обчислювати електромагнітний момент ВРД в усталеному режимі за середнім на інтервалі перемикання значенню струму секції.
Враховуючи, що електромагнітний момент ВРД , середнє значення електромагнітного моменту ВРД на інтервалі перемикання можна записати:
,
звідки:
.
Математична модель ЕМП для розрахунку втрат у міді. Потужність втрат в міді обчислюємо, як:
, (9)
де:
.
Позначивши:
, (10)
тоді і (9) запишемо у вигляді:
. (11)
Математична модель комутатора для розрахунку втрат в ньому. Враховуючи, що в будь-який момент часу струм секції протікає через два напівпровідникові елементи потужність втрат в ЕК обчислюємо за формулою:
, (12)
де:
.
Підставивши (10) в (12), отримаємо вираз для обчислення втрат в комутаторі:
. (13)
Математична модель ЕМП для розрахунку втрат в сталі. Відповідно до принципу роботи ВРД його секції збуджуються однополярним струмом і форма кривої магнітної індукції B(t) далека від синусної. З іншого боку, у ВРД в будь-який момент часу перемагнічується тільки частина магнітопроводу, причому втрати від вихрових струмів домінують над втратами від гістерезиса. Тому втрати в сталі ВРД з достатньою достовірністю можна представити у вигляді:
,
де:
;
Як (11) і (13) запишемо формулу для розрахунку втрат в сталі:
де:
Математична модель ВРД для розрахунку механічної характеристики. Виразивши струм секції через струм від мережі:
,
і враховуючи вирази для обчислення коефіцієнтів k1 - k4 перепишемо (8) у вигляді:
(14)
Один із коренів алгебричного рівняння (14), а саме - додатній - є виразом для обчислення механічної характеристики ВРД для середніх значень.
Математична модель ВРД для розрахунку робочих характеристик з урахуванням зміни коефіцієнта насичення сталі магнітопроводу. Актуальною є методика розрахунку статичних характеристик за відомих геометричних розмірів і обмоткових даних з урахуванням зміни коефіцієнта насичення сталі магнітопроводу k? зі зміною навантаження на валу. Для цього, на відміну від запропонованої вище методики як незалежну змінну потрібно вибрати середнє значення струму секції ВРД.
Тоді, перш за все, використовуючи графо-аналітичний спосіб, для кожного значення струму секції Ic визначаємо значення коефіцієнта насичення.
Перепишемо (14) у вигляді:
Математична модель ЕМП ВРД для теплового розрахунку. До задач теплового розрахунку відносять визначення середньої температури активних частин машини, обчислення максимальних значень температури залежно від параметрів режиму навантаження, розрахунок теплових потоків між суміжними елементами конструкції тощо.
Вихідними даними є: розподіл втрат енергії по об'єму машини, значення фізичних величин, в першу чергу теплопровідності і теплоємності, і умови охолодження на граничних поверхнях.
Явнополюсний статор, зосереджені котушки його обмотки і відсутність обмотки на роторі зумовлюють відмінність методики теплового розрахунку ВД з пасивним ротором від відомих.
Для проведення теплового розрахунку використана модифікована методика теплового розрахунку асинхронного короткозамкненого двигуна.
Застосування розроблених математичних моделей для автоматизованого проектування явнополюсних вентильних реактивних двигунів з буферами енергії. Вимоги технічного завдання на проектування конкретного ВД можуть бути настільки різноплановими, що недоцільно намагатись створити універсальну автоматизовану систему проектування (АСП). Тому пропонуємо таку АСП ВРД, в якій задаються тільки основні параметри, як то напруга живлення, механічна потужність або момент на валі і частота обертання валу. Решта незалежні параметри задаються в діалоговому режимі в залежності від інших основних вимог ТЗ.
Розроблена система - це комплекс програмних модулів, кожний з яких виконує закінчений етап розрахунку. Інформаційне забезпечення системи складається з бази даних, яка містить характеристики намагнічення електротехнічних сталей різних марок, а також довідникової інформації, яку система надає користувачу в інтерактивному діалоговому режимі роботи.
Система може здійснювати проектування вентильного двигуна або розрахунок характеристик двигуна з заданими геометричними розмірами активної частини і обмотковими даними (або розрахувати необхідні обмоткові дані для заданих геометричних розмірів магнітопроводу статора і очікуваних характеристик).
Система автоматизованого проектування здійснює розрахунок та графічну побудову робочих характеристик вентильного двигуна, що дає змогу проектувальнику приймати негайні рішення щодо внесення змін в хід проектування, або про успішне завершення проектування. Створені підпрограми візуалізації поперечних перетинів конструкцій електромеханічного перетворювача ВД значно полегшують проектувальнику задачу прийняття рішення про оптимальність співвідношень геометричних розмірів та оперативно виявляти можливі помилки. Оперативне виведення необхідних в процесі проектування графіків на екран дисплея забезпечує комфортність роботи користувача й можливість прийняття миттєвих рішень щодо необхідності внесення змін в процес проектування.
4. Експериментальне підтвердження адекватності математичних моделей для проектного синтезу ВРД з буферами енергії, яке виконано на фізичних моделях та дослідних взірцях
Перевірка степеня адекватності математичної моделі ВРД за середніми значеннями здійснювалась шляхом порівняння експериментальних статичних характеристик дослідних взірців з розрахунковими, які були отримані за допомогою автоматизованої підсистеми проектування ВРД в режимі перевіркового розрахунку. Всі проведені порівняння підтверджують справедливість прийнятих при теоретичному обґрунтуванні математичної моделі допущень і показують, що розходження результатів не перевищують (5 - 7)%.
Збільшення відхилень між експериментальними та розрахунковими даними при зменшенні навантаження пояснюється тим, що реальний коефіцієнт насичення сталі магнітопроводу ВРД при цьому прямує до одиниці, в той час як, згідно з прийнятими допущеннями, в моделі він залишається сталим.
Достатньо висока збіжність розрахункових й експериментальних значень фізичних величин свідчить про правомірність прийнятих при побудові математичних моделей допущень та про їх адекватність до фізичних взірців.
Висновки
електромеханічний реактивний вентильний ротор
Основний науковий зміст дисертації - це вирішення актуальної наукової задачі розвитку математичного моделювання для створення засобів автоматизованого проектування вентильних реактивних двигунів явнополюсної конструкції з буферами енергії високої функціональної ефективності.
1. Підвищення рівня використання сучасних високоефективних технологій у виробництві, яке спостерігається останнім часом, приведе до широкомасштабного впровадження електроприводів з вентильними реактивними двигунами, як носіями цих технологій. Це зумовлює актуальність науково-дослідницьких і проектно-конструкторських робіт зі створення нових і удосконалення уже існуючих конструкцій вентильних реактивних двигунів.
2. Аналіз підходів до розроблення математичного моделювання і проектного синтезу показав, що ефективним підходом до математичного моделювання, створення математичних і програмних засобів автоматизованого синтезу реактивних ЕМП є підхід, який базується на побудові математичних моделей ЕМП і його окремих складових з наступним узагальненням результатів в заданому діапазоні зміни незалежних змінних.
3. На основі енергетичного методу розрахунку електромагнітного моменту, розроблено математичні моделі ВРД в лінійній постановці задачі. Отримано аналітичні залежності для розрахунку електромагнітного моменту реактивного ЕМП, які дозволяють на етапі проектних досліджень здійснювати аналіз впливу різних конструктивних параметрів на техніко-економічні показники реактивних ЕМП.
4. Запропонована методика розрахунку перехідних процесів комутації струму секції і напруги на конденсаторі буфера енергії і вибору на її основі величини ємності конденсатора дає можливість попередньо вибирати необхідний буфер енергії. Порівняння розрахованих і експериментальних значень струмів при увімкненні і вимкненні секції з буфером енергії показує, що розбіжність результатів розрахунку тривалості перехідного процесу не перевищує 10%, достовірність розрахунку значень струму і напруги на рівні (15 - 25)%, що цілком допустимо під час проведення проектувальних розрахунків.
5. На основі методу Р.Поля створено методику розрахунку магнітної провідності повітряного проміжку з двобічною зубчатістю і з різними ширинами зубців статора і ротора, на базі якої можна розраховувати індуктивність секції якірної обмотки у всьому діапазоні зміни взаємного положення ротора і статора, що необхідно для задач проектування і дослідження явнополюсного ВРД.
6. Запропоновано методику мінімізації об'єму активної частини ЕМП ВРД за фіксованих втрат в міді, яка дає задовільні результати і яка включена до складу автоматизованої системи проектування ВРД з буферами енергії.
7. Отримано вирази для розрахунку складових втрат в ВРД в функції геометричних розмірів і обмоткових даних, що дозволяє здійснювати оптимальне проектування таких електромеханотронних перетворювачів.
8. Розроблено математичну модель вентильного двигуна з пасивним ротором і буфером енергії для середніх значень, яка дозволяє здійснювати дослідження усталених режимів роботи електроприводу на базі даного двигуна, а також проводити перевірку проектованого ВРД на відповідність ТЗ на проектування.
9. Запропонований підхід до теплового розрахунку, розрахункові формули для теплових провідностей і комп'ютерна програма теплового розрахунку дають можливість контролювати правомірність вибору вихідних значень незалежних змінних під час проектного синтезу, а також давати рекомендації для вибору цих значень без застосування високовартісних натурних експериментів.
10. Створено систему автоматизованого проектування ВРД з буфером енергії - комплекс програмних модулів, які написані на алгоритмічній мові Fortran з використанням транслятора Fortran Power Station 4.1 в операційному середовищі MS DEV персональних комп'ютерів типу IBM PC.
11. Обґрунтовано і надано рекомендації з вибору незалежних параметрів проектування ВРД явнополюсної конструкції з буфером енергії.
12. Експериментальні дослідження підтвердили теоретичні прогнози щодо покращання енергетичних характеристик ВРД при використанні буферів енергії в схемах їхніх комутаторів. Так, ВРД з послідовними буферами енергії мають в (1.2 - 1.3) рази вищий ККД і в (1.6 - 1.7) рази краще використання активного об'єму порівняно зі схемою напівмісткового комутатора.
13. Порівняння результатів експериментальних досліджень і розрахунків за допомогою математичної моделі для середніх значень статичних характеристик ВРД з буферами енергії показало, що розбіжність лежить в межах (5 - 7)% і свідчить про достатньо високу степінь адекватності моделі до фізичного взірця.
14. Адекватність математичних моделей і їх комп'ютерних реалізацій дозволяє застосовувати їх для дослідження квазіусталених режимів роботи електроприводу на базі ВРД з буферами енергії і відмовитись від високовартісного фізичного макетування під час проведення дослідницьких і проектно-конструкторських робіт.
15. Розроблені в дисертаційній роботі технічні рішення реалізовано в конструкторських розробках двигунів для приводу антени супутникового телебачення, установок опалення салонів автомобілів, коліс засобів пересування і впроваджені на підприємствах України. Впровадження розробленого методичного, математичного і програмного забезпечення в навчальне проектування забезпечує ефективне навчання студентів сучасним методам математичного моделювання, автоматизованого аналізу і синтезу електромеханічних пристроїв.
Література
1. Омар Аль Зубі, Каша Л. В., Ткачук В.І. Електромагнітний момент вентильного реактивного двигуна з буферами енергії // Вісник Національного університету “Львівська політехніка“. Електроенергетичні та електромеханічні системи. -2003.- №485. - С.99-106.
2. Ткачук В.И., Омар Аль Зуби. Механическая и рабочие характеристики вентильного реактивного двигателя с учетом изменения насыщения // Електромашинобудування та електрообладнання. - Київ, 2004. - №63. - С.71-76.
3. Ткачук В.И., Аль Зуби О.Р. Минимизация объема активной части вентильного реактивного двигателя // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск. "Проблеми сучасної електротехніки". - Київ, 2004. - Ч.6. - С.31-33.
4. Ткачук В.І., Аль Зубі О.Р. Методика проектування явнополюсних вентильних реактивних двигунів з буферами енергії // Вісник Національного університету “Львівська політехніка“. Електроенергетичні та електромеханічні системи. -2003.- №479.- С.194-202.
5. Ткачук В.И., Аль Зуби О.Р. Буфер энергии транзисторного коммутатора вентильного реактивного двигателя // Технічна електродинаміка. Силова електроніка та енергоефективність. - Київ, 2003. - Ч.3. - С.56-60.
6. Ткачук В.І., Омар Радхі Аль Зубі. Методика теплового розрахунку вентильних реактивних двигунів з явновираженими полюсами.// Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля. 2003. - №6(64). - С.15-23.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Пристрій для передачі енергії на відстань. Класифікація залежно від способу здійснення: механічні, електричні, пневматичні і гідравлічні. Механічні передачі обертального руху для передачі енергії від двигунів до машин. Види передач обертального руху.
реферат [3,8 M], добавлен 26.09.2009Застосування двигунів внутрішнього згоряння в сучасній практиці. Розрахунок основних елементів чотирьохтактного бензинового двигуна легкового автомобіля; показники робочого циклу; кінематика і динаміка, тепловий баланс двигуна, аналіз врівноваженості.
дипломная работа [610,4 K], добавлен 19.11.2013Призначення, склад та переваги конвеєрних (транспортерних) систем. Принцип дії асинхронного вентильного каскаду. Вибір типу та розрахунок потужності двигуна. Визначення швидкісних, механічних, енергетичних та статичних характеристик електроприводу.
курсовая работа [957,4 K], добавлен 03.04.2012Організація робочого місця електромонтажника. Призначення, улаштування, принцип дії синхронних машин. Вимірювальні, контрольні інструменти та матеріали, що застосовуються при обслуговуванні синхронних двигунів. Техніка безпеки при виконанні роботи.
курсовая работа [105,2 K], добавлен 25.01.2011- Установка для різносторонніх газодинамічних досліджень натурних турбін повітряно-реактивних двигунів
Принцип дії аварійного дроселя. Технологічний процес випробування турбіни та вимоги до установки. Підготовка стенду для випробування авіаційних турбін. Економічний розрахунок собівартості процесу випробування. Система захисту, блокування та автоматики.
дипломная работа [361,8 K], добавлен 30.06.2011 Розрахунок та проектування редуктора турбогвинтового авіадвигуна. Визначення передаточного відношення аналітичним, енергетичним та графічним методами. Оптимізація редуктора для його подальшого використання в якості головного редуктора авіадвигуна.
курсовая работа [367,0 K], добавлен 22.02.2013Аналіз основних технічних даних двигуна-прототипу. Аеродинамічний та газодинамічний розрахунок ГТУ. Розрахунок на міцність елементів ГТУ. Система автоматичного керування і регулювання ГТУ. Обґрунтування напряму підвищеної паливної економічності ГТУ.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 03.04.2012Розробка моделі зачіски відповідно до історичної епохи, типу обличчя і напрямків моди. Розробка технологічної послідовності виконання зачіски. Обґрунтування вибору, парфумерно-косметичних засобів, інструментів, обладнання, необхідних для виконання моделі.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 26.10.2012Розкриття сутності кристалізації, висушування, мембранізації, їх використання у різних галузях промисловості. Енергетичне господарство підприємств, його завдання. Розрахунки споживання енергії. Балансовий метод - визначення потреб в різних видах енергії.
контрольная работа [19,3 K], добавлен 13.02.2011Електропривод як система пристроїв,призначених для перетворення електричної енергії на механічну, яка використовується для приведення в рух виконавчих органів робочої машини. Знайомство з вимогами до електропривода мостового крана, розгляд особливостей.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 27.04.2014Сутність клейового методу кріплення підошви до заготовки. Обґрунтування вибору колодки і матеріалів для взуття. Розмірно-повнотний асортимент для туфель. Проектування моделі методом копіювально-графічної системи. Технологічний процес складання заготовки.
курсовая работа [412,9 K], добавлен 24.11.2015Дослідження принципів керування в системах автоматичного керування об’єктами і процесами за збуренням і відхиленням. Основні переваги та недоліки керування за збуренням. Аналіз якості способу керування швидкістю обертання двигуна постійного струму.
лабораторная работа [333,0 K], добавлен 28.05.2013Перелік основних деталей і вузлів базового двигуна. Аналіз потужних ефективних параметрів проектованого двигуна і порівняння з ефективними показниками базового двигуна. Заходи по зниженню токсичності відпрацьованих газів та охорони. Індикаторна діаграма.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 08.12.2008- Характеристика і вибір вибійних двигунів та установок для проведення капітального ремонту свердловин
Методи підвищення продуктивності пластів, способи ізоляції і обмеження притоків пластових вод у свердловини. Аналіз конструкцій мобільних бурових установок для підземного ремонту свердловин. Експлуатаційна характеристика гвинтового вибійного двигуна.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 15.09.2013 Вибір і обґрунтування моделі повсякденної сукні. Технічне завдання на її розробку. Основні матеріали для її виконання. Особливості розробки комплекту лекал, етапи раціональної технології виготовлення проектної моделі з врахуванням можливостей обладнання.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 19.02.2014Порівняльний аналіз параметрів двигунів постійного та змінного струму. Розрахунки механічних характеристик, перехідних процесів без урахування пружних механічних зв'язків електроприводу з асинхронним двигуном. Побудова схеми з'єднання додаткових опорів.
курсовая работа [4,0 M], добавлен 09.08.2010Будова системи пуску дизельного тракторного двигуна, технічне обслуговування та ремонт електроустаткування трактора Т-150: діагностика, характерні несправності, методика перевірки деталей, вузлів, порядок ремонту чи регулювання; економічні розрахунки.
дипломная работа [11,1 M], добавлен 11.03.2011Вибір головних розмірів трифазного асинхронного двигуна з коротко замкнутим ротором. Розрахунок обмоток статора та розмірів його зубцевої зони. Розрахунок коротко замкнутого ротора та намагнічуючого струму. Параметри робочого режиму асинхронного двигуна.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 10.04.2011Вихідні дані для виконання курсового проекту з курсу "Деталі машин і основи проектування". Зміст і порядок виконання курсового проекту. Обсяг і термін виконання окремих розділів проекту, методичні вказівки до виконання розрахунків елементів редуктора.
методичка [2,0 M], добавлен 08.11.2009Етапи проектування автоматизованого електропривода. Розрахунки навантажувальної діаграми руху виконавчого органу та вибір потужності двигуна. Навантажувальна діаграма двигуна та перевірка його на нагрівання, граничні електромеханічні характеристики.
курсовая работа [800,1 K], добавлен 11.10.2009
