Введение к работе
Актуальность темы. Асинхронные электродвигатели, широко применяемые в различных отраслях промышленности и в сельском хозяйстве, - наиболее массовая продукция электромашиностроения.
С возрастанием требований к машинам и производственным механизмам встает необходимость их совершенствования с целью снижения расходов активных материалов, трудоемкости изготовления и упрощения конструкции.
В связи с вышесказанным требуется поиск нетрадиционных конструкций асинхронных двигателей, к которым относятся н аксиальные конструкции.
Исторически, эти машины берут свое начало с «диска Фарадея», на котором впервые была показана возможность электромеханического преобразования энергии, теоретически обоснованная Фарадеєм в 1821г.
Конструкция этих двигателей позволяет применить прогрессивные технологические процессы и высокопроизводительные технологические линии и повысить технический уровень производства. В этих конструкциях получается существенный выигрыш по занимаемому пространству за счет приближения электродвигателя к рабочему механизму, а в некоторых случаях возможно полное органическое слияние с рабочим механизмом и образование конструкции двигатель-машина. Малая осевая длина аксиальных двигателей дает возможность обеспечить совместимость их с механизмами разного назначения: осевые многоступенчатые вентиляторы, дезинтеграторы, кофемолки, фен, насосы и др.
Однако серийный выпуск аксиальных машин в нашей стране до сих пор не налажен, а теория этих машин недостаточна разработана.
Поэтому актуальными являются следующие проблемы: разработка
методики расчета и совершенствование конструкции аксиальных элек
трических машин; разработка методики расчета осевых усилий, возни
кающих между ротором и статором; разработка математической модели
для расчета параметров машины; использование численных методов рас
чета потенциальных полей сложных неортогональных областей; по
строение электроприводов на основе аксиального асинхронного двигате
ля (ААД). ''_.;-
Цель исследования. Основной целью диссертации является углубление теории ААД на примере аксиального асинхронного двухстаторно-го двигателя посредством создания методики расчета электромагнитных усилий, возникающих между статором и ротором, и исследование влияний различных параметров на эти усилия.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
разработка методики расчета осевого электромагнитного усилия с учетом различных технологических отклонений;
определение основного геометрического соотношения магнитопро-водов статора и ротора;
построение зависимости индукции в воздушном зазоре с учетом геометрических особенностей магнитопроводов статора и ротора ААД;
определение влияния зубчатости на картину магнитного поля в воздушном зазоре; е
исследование влияния пазового рассеяния статора и ротора на картину магнитного поля в воздушном зазоре;
- создание математической модели с целью определения осевого
электромагнитного усилия в динамических режимах.
Методы исследования. Исследования проводились с помощью численных и экспериментальных методов, позволяющих исследовать машину в статических и динамических режимах с привлечением теории поля и теории электрических цепей.
Научная новизна. Проведен анализ осевых электромагнитных усилий в ААД, возникающих между магнитопроводами статоров и роторов, и предложены методы и средства их компенсации.
Определены основные геометрические соотношения магнитопроводов статора и ротора с целью их оптимизации.
Предложена методика расчета магнитной цепи аксиального асинхронного двигателя.
Построены и исследованы зависимости коэффициентов воздушного зазора (коэффициент Картера) и магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора для различных конфигураций пазов.
Разработана математическая модель ААД на основе обобщенного электромеханического преобразователя энергии (ОЭП) для исследования статических и динамических характеристик машины в'зависимости от ее параметров.
Построены рациональные электроприводы по системе двигатель-машина (Д-М) на основе ААД.
Практическая ценность работы. Разработана методика расчета осевых усилий, возникающих между статором и ротором в ААД, в виде
.5 программы расчета, которая может быть использована с целью правильного выбора методов и средств их компенсации.
Разработана и апробирована теория расчета ААД, что существенно повлияет на ускорение их серийного производства и расширение области их применения.
Полученное аналитическое соотношение между диаметрами магни-
топровода ААД является определяющим при их проектировании, так как
это позволяет уменьшить массогабаритные и стоимостные, увеличить
энергетические и надежностные показатели ААД при заметной интенси
фикации технологического процесса.. «
На основе ААД были построены и испытаны электроприводы, широко применяемые в быту и промышленности.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы:
- при разработке двигателя-насоса АО «Тензоприбор»;
'- при разработке ААД в качестве привода стиральной машины в АО «Краснодарский ЗИП».
На защиту выносятся:
- методика расчета осевого электромагнитного усилия с учетом раз
личных технологических отклонений;
-'определение основного геометрического соотношения магнитопро-водов статора и ротора;
методика расчета магнитной цепи ААД;
исследование коэффициента воздушного зазора от основных геометрических соотношений паза; - '
- исследование коэффициента магнитной проводимости пазового
рассеяния для различных конфигураций пазов статора и ротора;
- математическая модель двухстаторного аксиального асинхронного
двигателя.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на: II Международной конференции по электромеханике и электротехнолегии (МКЭЭ-9б,Крым); научно-практической конференции «Улучшение характеристик электрических комплексов, энергетических систем и систем промышленного электроснабжения» (г. Краснодар, 1996г); Международной научной конференции по тематике «Рациональные пути исследования вторичных ресурсов агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 1997г); на расширенном заседании ка-
федры электротехники Кубанского государственного технологической
университета. ч .-....;.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 9 пе-чатных работах, в том числе в одном положительном решении на выда-чу патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованной литературы, содержащего 144 наименований, 3 приложений, написана на 209 страницах машинописного текста, включая 67 рисунков, б таблиц..
