Комп'ютерна система проектування вентильних реактивних двигунів з псевдо-u-подібною конструкцією статора і буфером енергії

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.313.132.12

Національний університет "Львівська політехніка"

КОМП'ЮТЕРНА СИСТЕМА ПРОЕКТУВАННЯ ВЕНТИЛЬНИХ РЕАКТИВНИХ ДВИГУНІВ З ПСЕВДО-U-ПОДІБНОЮ КОНСТРУКЦІЄЮ СТАТОРА І БУФЕРОМ ЕНЕРГІЇ

Ткачук В.І., Грещук О.В., Малиш О.В.

Вступ

Технологiчнiсть i простота конструкцiї, дешевизна та стiйкiсть в роботi, задовiльнi регулювальнi характеристики зумовили розширення використання вентильних реактивних двигунiв (ВРД), вiдомих на Заходi як Switched Reluctance Motors (SRM) в електроприводi, де вимагаються високi споживчi показники.

В [1] запропонована конструкція ЕМП на U-подібних елементах (рис. 1, а), яка забезпечує повну магнітну ізоляцію секцій ВД.

До недоліків U-подібної конструкції можна віднести її нетехнологічність та низьку ремонтоздатність, зумовлені тим, що окремо виготовлені елементи статора необхідно компонувати в завершену конструкцію статора за допомогою додаткових технологічних елементів та фіксуючих матеріалів.

Цього недоліку позбавлена конструкція статора, яка наведена на рис. 1, б. Назвемо її псевдо-U-подібною.

Широке розповсюдження вентильних реактивних двигунів стримується їх невисокими енергетичними показниками, що зумовлено необхідністю розсіювання запасеної в електромагнітному полі енергії при комутації струму в секціях транзисторними ключами з метою захисту їх від перенапруг. На рис. 2 наведена одна зі схем транзисторних комутаторів з послідовним буфером енергії [2], застосування якої, як показали розрахунки і експериментальні дослідження, покращують коефіцієнт віддачі в 1.7 - 1.8 рази, що впритул наближує техніко-економічні показники ВРД з буфером енергії до показників колекторних двигунів постійного струму.

Мета роботи

Як правило, методики проектування відомих типів електричних машин базуються на виборі величин електромагнітних навантажень (індукції в повітряному проміжку і окремих частинах магнітопровода, лінійного навантаження, густини струму тощо), виходячи з практики проектування машин загальнопромислового призначення. Для ВРД через відсутність такої практики вказані величини вимагають відповідного уточнення. Використовуючи порівняльний аналіз електромагнітного моменту і електромагнітних навантажень [3] таких добре вивчених, з достатнім досвідом проектування, як колекторні двигуни постійного струму, в [4] обгрунтовано деякі рекомендації, які лягли в основу проектування ВРД, допущення й методика якого наведена в [5].

В [5] запропонована комп'ютерна система проектування (КСП) ВРД з буфером енергії, 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 технічного завдання.

Матеріал і результати дослідження

Комп'ютерна система проектування - це комплекс програмних модулів, кожний з яких виконує закінчений етап розрахунку, як то розрахунок геометрії машини, розрахунок обмоткових даних, розрахунок магнітного кола тощо. Інформаційне забезпечення підсистеми складається з бази даних, яка містить характеристики намагнічення електротехнічних сталей різних марок, а також довідникової інформації, яку підсистема надає користувачу в інтерактивному діалоговому режимі роботи.

На рис. 3 наведена структурна схема системи проектування ВРД .

Підсистема автоматизованого проектування вентильних реактивних двигунів [5] має той суттєвий недолік, що у випадку помилкового уведення будь-яких даних немає можливості повернутись на крок назад й виправити помилку. Це створює незручності під час роботи з системою й тому виникла необхідність доповнити систему сервісними програмами, що усунуло проблему й значно спростило роботу з нею.

Нижче наведено опис роботи системи на прикладі проектування ВРД з псевдо-U-подібним статором для приводу коліс мінігосподарського комплексу „Майстер-А”, для якого на кафедрі електричних машин та апаратів Львівської політехніки був спроектований та виготовлений електропривод коліс на базі ВД зі збудженням від постійних магнітів.

На початку роботи підсистеми користувач вводить код проектованого двигуна, за яким буде організовано файл виведення розрахункового формуляра.

Рекомендації з вибору кількості секцій обмотки статора m, інтервалу комутації секцій ?, радіальної довжини повітряного проміжку ? тощо наведено в [5].

Кількість зубців статора на одну секцію q. Цей параметр проектувальник вибирає інтуїтивно, зваживши, що для U - подібного статора q = 4, 6, 8, ...

Пропонована конструкція статора передбачає застосування зосереджених котушок обмотки статора і методика їх розрахунку не відрізняється від загальноприйнятої.

Здійснюється розкладка дроту в шари в залежності від ширини пазу. Кількість шарів обмотки визначається за формулою

, (1)

де b_p -- половина ширини пазу статора; D_k -- товщина каркасу котушки; d_i -- діаметр ізольованого провідника.

За заокругленою в менший бік кількістю шарів визначається кількість провідників в одному шарі обмотки

, (2)

де w_k -- кількість витків котушки.

Кількість витків у шарі обмотки заокруглюється в більший бік. Тоді необхідна глибина паза, тобто висота котушки обмотки визначається за формулою

. (3)

В кінцевому рахунку, зовнішній діаметр ЕМП визначаємо за формулою

, (4)

де -- зовнішній та внутрішній діаметри статора, висота котушки обмотки і найбільша товщина спинки статора відповідно.

Рисунок 4 - До розкладки дроту в шари в залежності від ширини паза

Для швидкого й правильного прийняття проектувальником рішення про прийнятність співвідношень розрахованих розмірів до складу підсистеми проектування входять модулі графічного програмування, які видають на екран дисплея вигляд поперечного перетину активної частини електромеханічного перетворювача у відповідному масштабі.

Розрахунок магнітного кола для положення, коли зубець статора знаходиться навпроти зубця ротора, проводиться з метою підготовки необхідних даних для обчислення коефіцієнтів апроксимації кривих намагнічення магнітопроводу ЕМП, які використовуються підсистемою автоматизованого дослідження електроприводу на базі вентильного двигуна з пасивним ротором [6].

вентильний реактивний двигун статор

За отриманими значеннями цих коефіцієнтів графічний модуль візуалізації графіків будує залежності для значень кута між осями паза ротора й зубця статора q--=--p----і--q----=--_. Крім того, таблично задані ці графіки записуються у файл на диск.

Математична модель для середніх значень, яка запропонована в [7], послужила основою для створення підпрограми розрахунку статичних робочих характеристик ВРД.

Явнополюсний статор, зосереджені котушки його обмотки та відсутність обмотки на роторі зумовлюють відмінність методики теплового розрахунку ВД з пасивним ротором від відомих, висвітлених в літературі.

Висновки

Результати проектування підсистема виводить на екран та у файл, ім'я якого формується у відповідності до заданого на початку проектування коду двигуна, на диск.

Роздрукований хід розрахунку дає змогу пересвідчитись в гнучкості системи, її доступності й зручності для проектувальника.

За даними наведеного розрахунку був побудований вентильний двигун і його статичні характеристики відрізнялись від розрахункових не більше, ніж на (5 - 8)%, що свідчить про достатню степінь адекватності запропонованих математичних моделей й придатність методики проектування таких двигунів.

Даний двигун може замінити вентильний двигун постійного струму зі збудженням від постійних магнітів, який служить приводом мотор-коліс мінігосподарського комплексу „Майстер-А” і будучи дешевшим забезпечує аналогічні енергетичні показники при дещо більших габаритах.

Комп'ютерна система проектування вентильних двигунів опробувана при розробленні вентильних двигунів для приводів позиціонера індивідуальної антени сателітарного телебачення, вентилятора опалювальної установки для салонів автомобільної техніки, мотор-колеса інвалідного візка, прямого приводу барабана автоматичної пральної машини.

Література

1. А.с. 1561162 СССР. Вентильный m-фазный электродвигатель / Ю.В.Осидач, В.И.Ткачук // Открытия. Изобрет. 1990. № 16.

2. Ткачук В.І., Осідач Ю.В. Транзисторні комутатори з ємнісними накопичувачами енергії// Електроенергетичні та електромеханічні системи. Вісник ДУ "Львівська політехніка". 1997. № 301. С. 115 - 122.

3. Осідач Ю.В., Ткачук В.І. Порівняльний аналіз електромагнітного моменту колекторного і вентильного реактивного двигунів постійного струму// Електромеханіка. Львів-Славськ, 1996. С. 140 - 142.

4. Осідач Ю.В., Ткачук В.І. Основи проектування вентильних реактивних двигунів// Електромеханіка. Львів-Славськ, 1996. С. 143 - 145.

5. Ткачук В. Підсистема комп'ютерного діалогового проектування ВРД// Електроенергетичні та електромеханічні системи. Вісник ДУ "Львівська політехніка". 1997. № 340. С. 112 - 120.

6. Ткачук В. Підсистема автоматизованого дослідження вентильних реактивних двигунів// Технічна електродинаміка.

7. Ткачук В.І. Математична модель вентильного реактивного двигуна для середніх значень// Вісник ДУ "Львівська політехніка". 1997. № 301. С.106 - 115.

Размещено на Allbest.ru