АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 СИНХРОННЫЕ РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ 8
1.1 Основные особенности и принцип работы 8
1.2 Преимущества и недостатки 10
1.3 Область применения 11
2 ВИДЫ ПОТЕРЬ В ДВИГАТЕЛЕ 13
2.1 Электрические потери 13
2.2 Механические потери 14
2.3 Добавочные потери 14
2.4 Магнитные потери 15
2.4.1 Потери на гистерезис 16
2.4.2 Потери на вихревые токи 17
3 ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ В СРЕДЕ ANSYS MAXWELL 19
3.1 Построение геометрии двигателя 19
3.2 Построение статора 20
3.3 Построение паза статора 21
3.4 Построение ротора 23
3.5 Обмотка статора 24
3.6 Задание материалов 25
3.7 Настройка модели 29
3.8 Сетка конечных элементов 32
3.9 Вывод результатов 33
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОТЕРЬ В СТАЛИ 34
4.1 Влияние потерь на систему управления 36
4.2 Расчет потерь в стали статора и ротора в функциях скорости
и нагрузки 395 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА
ПОТЕРЬ 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 49
Использование синхронного реактивного двигателя является одним из путей получения электродвигателя высокого класса энергоэффективности, так как не требует значительного усложнения технологии производства, избыточного увеличения размеров и массы, а также использования дорогих постоянных магнитов [9]. В СРД отсутствуют электрические потери в обмотке ротора, и поэтому он может соответствовать самым высоким классам энергоэффективности [15].
Целью выпускной квалификационной работы является проектирование синхронного реактивного двигателя в среде ANSYS Maxwell и определение влияния потерь в стали на удельные показатели двигателя и его систему управления.
Актуальность темы заключается в возможности широкого спектра применения синхронных двигателей в различных сферах электроэнергетики и электротехники: начиная с силовых установок тягодутьевых механизмов и заканчивая различными механизмами металлургической и металлообрабатывающей промышленности.
Проблематикой работы является недостаточный уровень исследований в области влияния потерь на работу двигателя. Более того, потери электрического двигателя напрямую определяют его энергоэффективность.
Поэтому, главной задачей работы является исследование магнитных потерь в стали на гистерезис и вихревые токи, создаваемые электромагнитным полем синхронного реактивного двигателя.
В данной выпускной квалификационной работе был произведен аналитический обзор синхронных реактивных двигателей, в котором рассмотрены различные машины переменного тока и проведен их сравнительный анализ. Анализ показал все отличительные преимущества синхронных двигателей по сравнению с асинхронными. Активное развитие СРД и целесообразность их применения обусловлена высокой энергоэффективностью и экономичностью, которая достигается за счет конструктивных особенностей. Простота конструкции синхронного реактивного двигателя выражается, в отсутствии постоянных магнитов и обмотки ротора. Данный пункт является важным в самом двигателе. Из которого вытекает и остальные его положительные стороны.
Также были рассмотрены различные виды потерь, возникающие в синхронной реактивной машине. Выявлены основные причины возникновения и параметры, влияющие на них. К основным видам потерь в синхронной реактивной машине можно отнести: механические, электрические потери в обмотках статора и магнитные потери на гистерезис и вихревые токи, зависящие от свойств материала.
Основной целью работы было исследование потерь в стали СРД. Для этого была реализована модель исследуемого двигателя в среде ANSYS Maxwell. Была б поэтапно описана методика построения модели двигателя. Построение статора было выполнено с помощь графических инструментов самого Maxwell, а конструкция ротора создана и импортирована из программной среды SolidWorks. Кроме того, была поэтапно описана методика построения модели двигателя.
Исследование проводилось по двум методикам расчета потерь в Maxwell: аналитический и полевой. Были получены зависимости магнитных потерь в стали от времени в разных скоростных и нагрузочных режимах, произведен их регрессионный анализ. По проведенному исследованию можно заключить, что
значительное увеличение нагрузки и скорости оказывает различную степень влияния на изменение потерь.
Основным преимуществом расчета потерь в ANSYS Maxwell 2D является 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
