Введение к работе
Актуальность темы. Одним из самых массовых типов электроприводов современных бытовых электроприборов (БЭП) является электропривод на базе асинхронного электродвигателя. Простота изготовления, сравнительно невысокие затраты, технологичность, надежность, хорошие энергетические показатели - все это способствует увеличению потребности в двигателях этого типа для приводов БЭП.
С целью повышения конкурентоспособности новое поколение бытовой электротехники должно обладать существенно более высокими потребительскими свойствами, быть энергосберегающим и одновременно менее материалоемким и трудоемким. Эта требования относятся и к электроприводам, применяемым в БЭП. Потребительские свойства электропривода зависят от конструктивной приспособляемости двигателя, его малых габаритов и массы, возможности регулирования частоты вращения в широком диапазоне.
Новым конструкциям электроприводов БЭП посвящены работы Лебедева Н.И., Овчинникова И.Е., Бут Д.А., Копылова И.П., Сипайлова Г.А., Казанского В.М., Иіпсина А.И., Усманход-жаева Н.М. и многих других ученых и инженеров.
В лаборатории специальных электрических машин Красноярского государственного технического университета при участии автора разработан частотно-регулируемый электропривод на базе торцевого асинхронного двигателя (ГАД). Разработанный электропривод предназначен для использования п качестве привода активатора стиральных машин І-Ш габаритов. ТАД электропривода имеет малый аксиальный размер, массу и габариты, выполняется по безотходной технологии (коэффициент использования электротехнической стали 0,92). Питание двигателя осуществляется двухфазным инвертором, что позволяет осуществить плавное регулирование частоты вращения привода в широком диапазоне. Это открывает новые возможности для использования разработанного электропривода в. современных конкурентоспособных БЭП таких как программируемые бельеобрабаты-вагащие комплексы, программируемые кухонные процессоры и т.д.
Исследование установившихся и переходных режимов нового электропривода БЭП, разработка алгоритмов и методик автоматизированного расчета ТАД в системе частотно-регулируемого электропривода -с учетом технологических отклонений при производстве двигателя является актуальной задачей.
Данная работа выполнена в рамках программ Минвуза РФ "Трансфертне технологии, комплексы и оборудование в машиностроении" 1992-93 г. "Малые электрические машины" 1992-1995 г.
Цель работы. Провести аналитические и экспериментальные исследования установившихся и переходных процессов электропривода бытовых электроприборов с ТАД.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать математическую модель исследования характеристик электромагнитного поля ТАД в установившихся режимах работы;
исследовать характеристики электромагнитного поля в активном объеме ТАД и определить их связь с параметрами двигателя в системе частотно-регулируемого электропривода;
разработать математическую модель исследования характеристик переходных процессов электропривода с ТАД;
разработать алгоритмы и методики автоматизированного расчета характеристик частотно-регулируемого электропривода на базе ТАД в установившихся и переходных режимах;
создать программное обеспечение для реализации разработанных методов автоматизированного расчета.
Методы исследования. В теоретических исследованиях используются уравнения классической электродинамики, модель ТАД в уравнениях состояния обобщенной электрической машины, гармонический анализ, нелинейное программирование на ЦВМ. В экспериментальных исследованиях применен метод планирования эксперимента.
Научная новизна.
1. Установлены аналитические связи компонент векторов
электромагнитного поля (B.H.Ej в основных конструктивных
зонах ТАД с геометрией и обмоточными данными. Создано математическое описание электропривода с ТАД в виде аналитических
зависимостей выходных характеристик от его геометрии и обмоточных данных, позволяющее осуществить учег технологических отклонений при промышленном производстве двигателя.
2. Установлена взаимосвязь между математическими моде
лями установившихся и преходных режимов электропривода с
ТАД, позволившая с требуемой степенью точности определить
параметры в уравнениях электромеханического преобразования
энергии.
3. Создано математическое описание электропривода с
ТАД в переходных режимах с использованием матричных рядов
Тейлора, позволяющее исследовать динамические режимы работы
данного электропривода.
Практическая ценность.
-
Разработана инженерная методика электромагнитного расчета электропривода с ТАД, позволяющая реализовать проектирование двигателя с учетом технологических отклонений и проводить поиск оптимальной геометрии, определять параметры ТАД для расчета переходных процессов.
-
Разработана инженерная методика расчета электропривода с ТАД в переходных режимах, позволившая с требуемой точностью исследовать основные динамические режимы работы.
-
Созданы алгоритмы и пакеты прикладных программ автоматизированного расчета статических и динамических характеристик ТАД в системе частотно-регулируемого привода БЭП.
-
Выполнены опытные партии ТАД призода активатора стиральных машннин 1-ого габарита. Двигатели прошли государственные испытания и допущены к серийному производству.
-
Научные и практические результаты диссертационной заботы используются при освоении серийного производства ТАД, і также для разработки частотно-регулируемых приводов на базе ГАД.
Защищаемые тезисы,:
1. Разработанная математическая модель ТАД в системе іастотно-регулирусмого привода позволяет с требуемой точностью проводить исследование характеристик электромагнитного толя ТАД с учетом технологических оззсяонешм при производстве цшгателя.
2. Разработанная математическая модель переходных про
цессов электропривода с ТАД в уравнениях обобщенной машины
позволяет исследовать переходные процессы электропривода с
требуемой точностью.
3. Созданная методика автоматизированного расчета ха
рактеристик частотно-регулируемого электропривода позволяет
определить параметры ТАД в функции скорости и использовать
их при исследовании переходных режимов.
4. Результаты исследования характеристик электромагнит
ного поля ТАД, в том числе полученные выходные характеристи
ки ТАД в функции геометрических размеров и обмоточных дан
ных и результаты исследований характеристик электропривода с
ТАД в переходных режимах. Эти результаты с удовлетворитель
ной точностью (отклонение не более 10%) совпали с результатами
эксперимента.
Реализация результатов работы. Результаты работы переданы на ПО Красноярский радиотехнический завод, где используются при освоении промышленного производства ТАД. Разработанные программы расчета используются в учебном процессе по курсу "Электрические машины" в КГТУ.
Апробация работы. Содержание и результаты отдельных этапов и всей диссертации докладывались па :
-
Областной научно-технической конференции "Молодые ученые и специалисты - народному хозяйству" (г.Оренбург, І 989г.)
-
Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы электромеханики" (к 100-летшо изобретения асинхронного двигателя) (г.Москва, 1989г.)
-
Краевой научно-технической конференции "Автоматизация электроприводов и оптимизация режимов электропотрсбле-пия" (г.Красноярск, 1991г.)
4. Научно-технической конференции с международным
участием "Проблемы техники и технологии XXI века" (г.Крас
ноярск, 1994).
5. Межвузовской научно-методической конференции "Но
вые технологии обучения и реализация государственного образо
вательного стандарта в технических вузах" (г.Красноярск, 1995г.)
6. На научных семинарах кафедр Красноярского государственного технического университета 1990 - 1997 г.
Публикации. Основної"! материал диссертации отражен ; десяти печатных работах и 5 отчетах о НИР, ОКР 1987 - 1994 г.
Струїстура и объем работы. Диссертационная работа представлена на 125 страницах машинописного текста, иллюстрируется 39 рисунками и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 98 наименований и 3 приложении.
Работа выполнена на кафедре "Электрификации промышленных предприятий" Красноярского государственного технического университета.
