Диссертация (Зубцовые зоны энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором), страница 2

Сформулировать требования по проектированию усовершенствованной зубцовой зоны ротора энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором.4. Провести экспериментальные исследования для подтверждения правильности основных положений работы.Методы исследований. При проведении в работе исследований, посвященных обозначенным вопросам электротехники, использовались методы теории электрических и магнитных цепей и методы теории поля. Теоретическиеисследования проводились на базе широко известных, прошедших широкуюапробацию математических методов.

Для подтверждения достоверности полученных результатов использовался метод физического эксперимента.Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие результаты, имеющие научную новизну:- научно обоснован и дополнен перечень требований к проектированиюротора энергоэффективного асинхронного микродвигателя: знать только соотношения пазов ротора и статора с предельно-допустимыми уровнями индукцийна отдельных участках оказывается необходимо, но недостаточно;- выдвинута и подтверждена научная идея о том, что для каждой парычисел пазов ротора и статора существует оптимальная суммарная площадь пазов ротора, которая повышает эффективность электромеханического преобразования энергии в трехфазных асинхронных микродвигателях с короткозамкнутым ротором;- варьирование в широких пределах геометрическими параметрами зубцовых зон позволило выявить новые закономерности влияния активного сопро7тивления ротора на способность асинхронного двигателя к эффективному преобразованию энергии.Практическая значимость работы.

Практическую ценность диссертационной работы составляют:- рекомендации по проектированию пазовой зоны ротора асинхронныхмикродвигателей;- результаты физического эксперимента, подтверждающего основныеположения диссертационной работы.Основные положения диссертации, выносимые на защиту:- варьирование в широких пределах геометрических параметрами зубцовых зон позволило выявить новые закономерности влияния активного сопротивления ротора на способность асинхронного двигателя к эффективному преобразованию энергии;- проведенные исследования эффективности магнитных систем микроэлектродвигателей мощностей 1,5;. 40; 90 и 120 Вт показали, что следующиесоотношения между пазами и площадью стали магнитопроводов позволяют получить лучшие результаты:1) часть площади зубцового деления листа статора, занимаемая пазомлежит в пределах 0,25 – 0,26;2) отношение площадей пазов ротора к пазам статора составляет 0,21 0,31;3) доля всех пазов в поперечном сечении активной части равна 0,230,25;- проведенные испытания на физическом образце электродвигателя сновым ротором, спроектированным в соответствии и рекомендациями теоретических разделов данной работы, дали положительные результаты:oКПД в модернизируемом электродвигателе возрос на 7,7%;oпусковой момент сохранился, а ток уменьшился на 3%.8Реализация результатов работы.

Полученные теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы реализованы на предприятии ЗАО «МЭЛ» г. Воронеж, а также внедрены в учебный процесс кафедры«Электромеханических систем и электроснабжения» ГОУ ВПО «Воронежскийгосударственный технический университет» в лекционные курсы « Проектирование специальных электрических машин» и «Математическое моделированиеи переходные процессы электрических машин».Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались:нанаучно-техническойконференциипрофессорско-преподавательского состава кафедры электромеханических систем и электроснабжения в рамках всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении производстве» (Воронеж,2013); на всероссийской научной конференции «Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники» (Воронеж, 2012, 2013, 2014).

Всего по теме диссертации было опубликовано 12 работ.Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 93 наименований.Работа изложена на 142 страницах, на которых приведены 14 таблиц, 89 рисунков и приложения.Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечены научная новизна и практическая ценность результатов проведенных исследований, показана структура диссертации, данаобщая характеристика работы.В первом разделе рассмотрена проблема создания асинхронных микродвигателей в части оптимального формирования магнитопровода ротора и пазовой зоны. Показано, что в известных методиках проектирования асинхронных двигателей и микродвигателей указанная проблема изложена нечетко ипозволяет использовать неоднозначные толкования.

Рассмотрены известныеранее методики и предложены способы решения вопроса. В завершении раздела определена цель и сформулированы задачи исследования.9Во втором разделе рассматривается положения теории асинхронной машины, которые могут быть уточнены. В качестве объекта анализа выбран универсальный асинхронный микродвигатель серии УАД мощностью 40 Вт. Рассмотрена математическая модель, позволяющая решить рассматриваемые задачи. Показано как без увеличения массы активных материалов и не изменяя технологию изготовления можно улучшить рабочие и пусковые характеристики.Используя результаты параметрической оптимизации, предложены конструкции магнитопровода для энергоэффективных микродвигателей.Далее анализу подвергнут асинхронный двигатель мощностью 1,5 Вт.Подтверждено, что и в этом случае без дополнительных затрат на материалы ине изменяя технологию изготовления можно улучшить рабочие и пусковые характеристики.

Вычислительным экспериментом показано, что площади пазовротора и статора электродвигателя, взятого за основу, были далеки от оптимальных значений.В третьем разделе анализу подвергнут асинхронный двигатель мощностью 90 Вт. Рассмотрены основные режимы. В результаты проведенной параметрической оптимизации предложены новые конструкции ротора, увеличивающие эффективность электромеханического преобразования энергии. Результаты распространены на двигатели мощностью 120 В.В четвертом разделе произведены испытания асинхронного двигателятипа 4ААМ50В2 со штатным и новым ротором, разработанным по предлагаемым рекомендациям.

Сравнение результатов эксперимента дало положительные результаты.В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в ходе теоретических и экспериментальных исследований, а такжеобоснована возможность повышения энергетических характеристик асинхронных микродвигателей.В приложениях приведены акты внедрения результатов диссертационной работы.101 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА1.1 Научная и техническая литература попроектированиюасинхрон-ных микродвигателейОбщий курс электрических машин изложен в учебной литературе нашейстраны и за рубежом достаточно подробно [1-7]. Наряду с теоретическими основами электротехники его отличает глубина и стройность.

Недаром авторыучебников и монографий пользуются среди специалистов несомненным авторитетом. Среди таких ученых отметим Костенко М.П., Пиотровского Л.М.,Вольдека А.И., Домбровского В.В., Данилевича Я.Б., Иванова-СмоленскогоА.В., Петрова Г.Н. Они воспитали своих учеников, которые также работают вобласти электротехники и электромеханики, и сами являются основателяминаучных направлений и школ.Для получения аналитических выражений, описывающих характеристики и процессы электрических машин авторы пользуются общепринятой системой упрощающих допущений. Без них теория электрических машин былабы сложна и мало пригодна для обучения в вузах.Одним из допущений является представление задачи по расчету поля вэлектрической машине как задачу магнитных цепей [1].

Это позволяет не рассматривать электромагнитное поле в электрической машине и заметно упростить расчет. Следующим достаточно важным допущением, имеющим заметное влияние на весь ход проектирования асинхронной машины, является заменазубчатого магнитопровода статора и ротора гладкими поверхностями с введением коэффициента воздушного зазора [1,2].

При этом делают следующее допущение. Считается, что неравномерность воздушного зазора, связанная с егозубчатым строением, и насыщение оказывают на поле высших гармоник такоеже влияние, как и на поле основной гармоники [1-2, 4-7].Последнее требуется, чтобы в электрической машине был применим метод наложения, справедливый, как известно, только для линейных систем. Для11этого часто используют следующее допущение: магнитная цепь электрическоймашины либо ненасыщенна, либо имеет постоянный уровень насыщения[1,2,6,7].

Даже сейчас, такого уровня допущения приемлемы, когда ставится задача ориентировочных расчетов первого приближения.Теория асинхронной машины, или как ее еще называют, аналитическаятеория асинхронной машины [6], опирается на схему замещения и понятие круговой диаграммы [1-7]. Несмотря на то, что использование круговых диаграммсопряжено с вероятными погрешностями ими до сих пор широко пользуются.Визуальный эффект, который позволяет донести до пользователя круговымидиаграммами, важен для понимания и объяснения режимов работы и процессов,протекающих в асинхронной машине.Перечисленные допущения можно отнести к явным, в отличие от следующих. Некоторые эффекты, например, вытеснения тока в глубокопазных роторах, рассматриваются при помощи рассмотрения одного паза [1,2,5-7].Например, если рассматривать глубокий паз в совокупности с соседними пазами, то может оказаться, что увеличение их высот неизбежно приведет к увеличению длины средней магнитной силовой линии.