Содержание

Часть 1

1.1

1.2

1.3

1.4

Часть 2

2.1

2.2

2.3

2.4

Часть 3

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

Литература

 Кафедра ЭМ

Применение полевых методов в электромагнитных расчетах электрических машин

2.2. Снижение пульсаций момента в синхронных машинах
 с постоянными магнитами

( 1  2  3  4  5  6 )

Поскольку число пазов на полюс и фазу в двигателе, рассмотренном в [2-8], равно ½, высшие гармоники поля в зазоре велики, что обусловливает значительные пульсации момента при работе двигателя, вибрации и шум. Оптимизация размеров поперечного сечения машины авторами статьи проводилась на основе анализа результатов расчета переходных и установившихся процессов методом численного интегрирования системы уравнений состояния с расчетом магнитного поля методом конечных элементов на каждом шаге интегрирования. Варьировались: относительная ширина магнитов, толщина магнитной перемычки (мостика) над магнитами и радиус кривизны магнитов. Показано, в частности, что при изменении угловой ширины магнитов от 0,67 до 0,92 полюсного деления пульсации момента изменяются от 34 до 19%%, проходя через минимум 11%. Изменение толщины перемычки и кривизны магнитов влияют на пульсации момента в меньшей мере. В результате расчетов в качестве оптимальных приняты: относительная ширина магнитов 0,85 и толщина перемычки 1 мм.

Рис. 2.6. Конечно-элементная модель синхронного двигателя,
исследованного в [2-8].  

Таблица 2.5.

Некоторые данные конечно-элементной модели синхронного двигателя с постоянными магнитами на роторе, описанного в [2-8].

Рис. 2.7. Магнитное поле и распределение индукции в зазоре синхронного двигателя [2-8] при отсутствии тока в обмотке статора.

Рис. 2.8. Сравнение пульсаций момента при различной относительной ширине
магнитов.

М_0,67 – момент при относительной ширине магнитов, равной 0,67

М_0,82 – момент при относительной ширине магнитов, равной 0,82

На основании данных о конструкции двигателя, приведенных в [2-8], была сформирована конечно-элементная модель, некоторые данные которой указаны в таблице 2.5.

Приведенный пример показывает, что двухмерный конечно-элементный анализ может быть с успехом использован при оценке пульсаций момента и при разработке мер по их снижению. Однако, очевидно, что при анализе пульсаций момента требования к точности решения полевых задач и к точности метода определения момента существенно возрастают. В процессе исследований необходимо постоянно контролировать точность расчетов или, по крайней мере, иметь достаточно определенное представление о ней. На практике это означает, что выбор дробности конечно-элементной структуры должен быть в достаточной мере обоснован и проверен, например, на задачах, имеющих аналитическое решение, или хотя бы контрольными расчетами на моделях с повышенной дробностью сетки. Как показывает наш опыт расчетов, обычно приемлемая точность определения момента по максвелловским натяжениям обеспечивается, если на участке модели, соответствующем воздушном зазору, имеется три-четыре слоя треугольных конечных элементов. В технической литературе последнего времени встречаются работы, посвященные точности определения электромагнитного момента по результатам решения полевых задач. В качестве примера можно привести  [2-9, 2-10, 2-11]. В этих работах подтверждается, в частности, эффективность метода максвелловских натяжений, даются рекомендации об оптимальной дробности сетки в воздушном зазоре (не менее трех слоев элементов), указывается на то, что при относительно малом числе элементов их форма влияет на точность определения момента (большую точность обеспечивают трапецеидальные элементы).

Пульсации момента в двигателе с постоянными магнитами на роторе могут быть существенно уменьшены при неравномерном распределении магнитов вдоль поверхности ротора. Такое усовершенствование конструкции было запатентовано японской фирмой Moric.  [2-12] (Рис. 2.9)

Рис. 2.9. Конечно-элементная модель синхронного явнополюсного двигателя с постоянными магнитами при неравномерном распределении магнитов по окружности ротора (по данным [2-12])

  Назад   Продолжение