АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО FSDC МАШИНЕ 7
1.1 Описание FSDC машины и ее отличительные особенности 15
1.2 Система управления электроприводом на базе FSDC машины 18
2 ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 21
2.1 Исходные данные для разработки математической модели 21
2.2 Описание построения модели в Ansys Maxwell 22
2.3 Настройка модели в Ansys Maxwell 25
2.4 Статическая оптимизация элементов магнитопровода 28
2.5 Настройка параметров моделирования после проведения оптимизации
геометрии модели 36
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА МОДЕЛИ 38
3.1 Определение номинального и перегрузочного моментов 38
3.2 Определение коэффициента мощности 38
4 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ FSDC МАШИНЫ И АСИНХРОННОГО
ДВИГАТЕЛЯ 42
4.1 Достоинства и недостатки FSDC машины и области применения 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 44
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 46
В современной истории все чаще наблюдается рост интереса к электродвигателям, вопреки использованию двигателей внутреннего сгорания. Последние, ввиду «заезженности», дороговизны горюче-смазочных материалов, сложности обслуживания, а также загрязнения окружающей среды все меньше и меньше пользуются спросом. Освящая тему электродвигателей, затронем тему тяговых электроприводов, в частности тему электрокаров. В сфере электрокаров возрос спрос на двигатели с постоянными магнитами, по причине высоких удельных показателей. Однако стоимость материалов для постоянных магнитов и неустойчивость к высоким температурам, являются существенными недостатками машин с постоянными магнитами. При этом далеко не каждый двигатель способен обеспечить широкий диапазон регулирования по скорости, при постоянной мощности. Исходя из вышенаписанного, интерес к новым видам и типам электродвигателей актуален и по сей день. В данной работе будет проведено исследование электропривода на базе машины FSDC (Flux-Switching DC Motor) - это машина, которая содержит две независимые физически разделенные обмотки на статоре. В работе будут отражены геометрическое построение машины с ее особенностями, статическая оптимизация элементов магнитопровода, для выявления максимальных показателей машины, а также будет выполнено сравнение исследуемой машины с асинхронным двигателем и продемонстрированы результаты их сравнения.
В данной работе было выполнено исследование электропривода на базе машины FSDC (Flux-Switching DC Motor). В ходе исследования была осуществлена статическая оптимизация элементов магнитопровода. Был проведен подбор оптимального по ширине зубца ротора, которая в итоге составила 31мм, среднее значение момента при этом составило M = 95 Нм, а его пульсации 25%. Затем была варьирована величина высоты зубца ротора, по итогу она составила 10 мм, а момент на тот момент стал M = 110 Нм. После чего была определена оптимальная величина ширины спинок статора и ротора, которая составила 23мм, что тоже повысило момент до 117 Нм.
После получения оптимальных размеров геометрии магнитной системы, был определен угол поворота (положение) ротора двигателя относительно статора по угловой характеристике при номинальном токе на обмотках и номинальной скорости вращения ротора, при котором момент будет наибольшим. В режиме статики получена зависимость изменения момента при угле поворота ротора а = 8 °C, которому соответствует наибольший крутящий момент Мкрут.тах = 152 Нм. В режиме динамики угол поворота ротора составил а = 21C, которому соответствует наибольший крутящий момент Мкрут.тах = 176 Нм.
Далее были сняты экспериментальные показатели системы, в ходе которой были сняты перегрузочная характеристика, графики тока, напряжения и мощности в фазах статора, а также был получен график момента. В соответствии с экспериментальными показателями был выполнен расчет активной и полной мощности в фазе А статора (идентично фазам В, С), расчет коэффициента мощности, среднего момента и его амплитудных пульсаций. Активная мощность в фазе А составила РфА.актив = 4660 Вт, полная мощность РфА.полн = 210690,7 Вт, коэффициент мощности км.фА = 0,44, момент Мср = 121 Нм и пульсации Апульс = 24,6 %.Затем было проведено сравнение FSDC машины и асинхронного двигателя в заданных габаритах. При сравнении было выявлено, что у обеих машин средний момент примерно одинаковый и составил для асинхронной машины МАд = 119 Нм, а для исследуемой машины MFSDC = 121 Нм. По величине пульсаций обе машины оказались также почти одинаковыми: для асинхронной машины 22%, а для синхронной машины с переключением магнитного потока и обмоткой возбуждения на статоре 25%. Но у асинхронной машины количество пульсаций момента значительно больше, объясняется это большим количеством зубцов на «гладком» статоре и зубцовыми гармониками момента, а пульсации FSDC машины свидетельствуют о снижении интенсивности изменения магнитной энергии в системе перед переключением тока в одной из обмоток якоря машины. Вышеупомянутое свидетельствует о том, что синхронная машина с переключением магнитного потока и обмоткой возбуждения на статоре не уступает асинхронному двигателю в заданных габаритах, а даже превосходит ее, даже несмотря на небольшой коэффициент мощности 44%. Проблема низкого коэффициента мощности решается путем применения автоматического регулирования возбуждения синхронной машины, помимо этого снижение реактивных нагрузок возможно с помощью компенсирующих устройств (конденсаторов). При использовании в качестве компенсатора синхронной машины уменьшение реактивной мощности достигается за счет дополнительных потерь энергии - потерь холостого хода машины и мощности, идущей на ее возбуждение.
