АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ПОТЕРИ В СТАЛИ И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА 7
1.1 Природа гистерезиса и вихревых токов 8
1.2 Методы расчета потерь в стали 10
2 РАСЧЕТ ПОТЕРЬ В СТАЛИ АНАЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ 17
2.1 Описание синхронного реактивного двигателя 17
2.2 Расчет потерь асинхронного двигателя 4А100Е4У3 19
2.3 Расчет потерь в синхронном реактивном двигателе на 4 кВт 26
2.4 Расчет потерь в крановом асинхронном двигателе МО160М-4 28
2.5 Расчет потерь в синхронном реактивном двигателе на 18,5 кВт 34
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ В СРЕДЕ ANSYS MAXWELL 37
3.1 Построение геометрии двигателя 37
3.2 Настройка модели двигателя 42
4 РАСЧЕТЫ ПОТЕРЬ В СТАЛИ В ПРОГРАММЕ ANSYS MAXWELL 53
4.1 Результаты моделирования асинхронного двигателя 4A100L4Y3 54
4.2 Результаты моделирования двигателя СРД на 4 кВт 58
4.3 Результаты моделирования асинхронного двигателя MO160M4 63
4.4 Результаты моделирования двигателя СРД на 18,5 кВт 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 73
В электрическом двигателе при преобразовании одного вида энергии в другой часть энергии теряется в виде тепла, рассеиваемой в различных частях двигателя. Мощность потерянной энергии называют потерями. Их причины возникновения и характер процессов могут быть различными. В данной работе рассматриваются потери, возникающие в магнитопроводе двигателя.
В методиках расчета потерь в стали двигателя основная часть анализа базируется на аналитическом подходе к решаемой проблеме, что влечет за собой ряд допущений и неточностей, которые отражают свой характер на конечном результате расчета, что является недостатком существующих методик. Поэтому для более детального и точного расчета потерь были созданы программы, реализующие численный метод расчета, который дает возможность более качественно оценить существующие процессы, в двумерном и трехмерном виде, протекающие в электрических машинах при их работе.
Цель работы: обзор и сравнение методов расчета потерь в стали
электрических машин традиционных и новых конструкций.
Данная цель достигается путем реализации следующих задач:
- Необходимо произвести расчет потерь в стали аналитическим методом;
- Спроектировать модели двигателей в среде ANSYS Maxwell 2D;
- Произвести расчеты потерь в стали численным методом с помощью программы;
- Сравнить результаты, полученные различными методами расчета.
В качестве традиционных двигателей рассматриваются асинхронные машины - общепромышленной серии 4А100Е4У3 и крановой серии МО160М-4.
К двигателям новой конструкции можно отнести синхронные реактивные двигатели с обмотками статора от асинхронных машин и реактивным ротором, который не имеет обмоток возбуждения или постоянных магнитов, как в стандартных синхронных двигателях.
Интерес к синхронным реактивным электродвигателям в наши дни связан с широкими возможностями современного компьютерного моделирования, позволяющими находить наиболее эффективные конструкций роторов и статоров, следовательно, исследования получаются более продуктивными.
Для исследования двигателей и снятие характеристик выбрана программа ANSYS Maxwell 2D. Это программное обеспечение для моделирования электромагнитных полей, используемое для проектирования и исследования двумерных и трехмерных моделей двигателей, трансформаторов, датчиков и других электрических и электромеханических устройств. Maxwell базируется на методе конечных элементов и точно рассчитывает статические, гармонические электромагнитные и электрические поля, а также переходные процессы в полевых задачах.
В ходе работы в среде ANSYS Maxwell были реализованы модели: асинхронного общепромышленного двигателя 4А100L4Y3 на 4 кВт, синхронной реактивной машины со статором от асинхронного двигателя 4А100L4Y3, асинхронного кранового двигателя МО160М-4 на 18,5 кВт, а также синхронного реактивной машины со статором от асинхронного двигателя МО160М-4.
Были рассмотрены различные виды потерь двигателя, природа гистерезиса и вихревых токов, а также разновидности методов расчета потерь в стали, такие как уравнение Штейнмеца, ее модификации и модель Максвелла для расчета электромагнитных полей.
Для расчета потерь данной работе использовалась методика, описанная Копыловым [1], а именно эмпирическая формула Штейнмеца для расчета асинхронных и синхронных двигателей. Но для СРД данный метод не является эталонным, так как он используется только при синусоидальном распределении индукции, чего нет в реактивной синхронной машине.
Была описана методика построения геометрии двигателя с помощью встроенных инструментов Maxwell и настройка всех необходимых параметров.
Для каждой модели были получены характеристики изменения момента, токов в обмотках, а также потерь в стали статора и ротора, рассчитанные программой аналитическим и полевым методами.
Аналитические методы расчета используются только для синусоидального распределения индукции. Численные методы подходят и не для синусоидальных.
Главное преимущество расчета с помощью программ, в частности, ANSYS Maxwell 2D, это то, что они дают наглядное представление обо всех протекающих в двигателе процессах во время работы. Так же программы упрощают процесс исследования, предоставляя широкие возможности для настройки геометрии и параметров машин. Но в данном случае есть один недостаток, заключающийся в том, что полевой метод расчета неправильно учитывает необходимые для
