РАЗДЕЛ 2
СОСТОЯНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА И ИССЛЕДОВАНИЯ
МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ
Решение задач, поставленных в диссертации, требует проведения более полного и
углубленного исследования совокупности всех процессов (электромагнитных,
тепловых и механических), происходящих в МПТ. И только на основании результатов
анализа такого исследования появится возможность проведения совершенствования
методики проектирования МПТ средней мощности, используемой в настоящее время.
Как видно из обзора литературы, выполненного в разделе 1, для проведения
подобных исследований чаще всего используются численные методы анализа. Это
объясняется тем, что именно численные методы анализа позволяют выявить реальное
распределение магнитных, тепловых и механических полей, и в итоге повысить
точность расчета МПТ. Кроме того, численные методы анализа обеспечивают
возможность проведения комплекса численных экспериментов, на основе которого
можно подготовить обоснованные предложения по изменению конструкции отдельных
узлов и элементов МПТ. В итоге появляется возможность выбора рациональной
конструкции МПТ уже на стадии ее проектирования.
Столь широкое применение численных методов для исследования и расчета
электрических машин стало возможным благодаря стремительному развитию ЭВМ и
программного обеспечения. Однако, создание общей методики проектирования МПТ, в
которой все виды расчетов выполнялись бы комплексно с использованием
определенного численного метода, пока, что остается сложной, трудоемкой и
дорогостоящей задачей. Наиболее рациональным и прагматичным было бы
использовать определенный численный метод для выполнения одного конкретного
вида расчета, уточнение которого дало бы наибольший эффект с наименьшими
затратами.
При проектировании МПТ выполняется электромагнитный, тепловой и вентиляционный
расчеты, после этого разрабатывается конструкция и проводится механический
расчет [23, 76].
Рассмотрим отдельно каждый вид расчета, входящий в методику проектирования МПТ
и определим тот, для которого использование численного метода будет наиболее
эффективным и рациональным.
2.1. Анализ методик расчета используемых в настоящее время при проектировании
МПТ средней мощности
2.1.1. Методика электромагнитного расчета
Из всех видов расчетов, входящих в методику проектирования МПТ,
электромагнитный расчет является наиболее важным и выполняется первым. В ходе
его выполнения определяются основные размеры МПТ и ее активных частей,
проводятся расчеты магнитной цепи, параметров обмоток, коммутации и
характеристик [25, 75, 76].
Используемые на предприятиях методики электромагнитного расчета [23 – 26, 75,
76] базируются на опыте проектирования предыдущих серий МПТ, статистических
данных их испытаний и используют для расчета метод последовательных
приближений. При таком подходе достаточно большое количество параметров
приходится выбирать из предлагаемого диапазона значений или различного рода
графических и табличных зависимостей. Поэтому зачастую приходиться вести расчет
сразу для нескольких значений одного параметра, с тем, чтобы затем выбрать его
наиболее приемлемое значение. Хочется отметить, что рекомендации по выбору
значения того или иного параметра МПТ, приводимые в методиках разных авторов,
имеют значительные отличия. Кроме того, в вышеуказанных методиках
электромагнитного расчета проектировщик не располагает уравнениями,
связывающими геометрию МПТ (и в особенности МС) с основными расчетными
параметрами МПТ. Поэтому невозможно оценить и учесть влияние геометрии
некоторых элементов МПТ на ее характеристики, а также выполнить моделирование
наиболее рационального варианта конструкции МПТ.
С другой стороны изменения, вносимые в конструкцию каждой вновь
спроектированной серии МПТ, приводят к увеличению уже имеющейся погрешности
существующих методик электромагнитного расчета. Так, например, в конструкции
современной серии МПТ 5П (ОАО "Электромашина" г. Харьков) был осуществлен
переход от круглой формы станины, традиционной для данного класса машин, к
прямоугольной форме, а также ряд других изменений. Для проектирования этой
серии использовалась специально разработанная заводская методика расчета,
основанная на комбинации методик [23, 24]. В результате анализа данных
испытаний опытных образцов [77 – 79] было выявлено значительное отклонение
некоторых параметров магнитной системы и в частности характеристики холостого
хода от расчетных данных.
Анализ возможных причин появления таких отклонений показал, что они возникают
из-за погрешностей используемой методики расчета. Расчет магнитной цепи,
составляющий основу электромагнитного расчета, в [23 – 26, 75, 76] выполняется
по упрощенной методике, которая использует разработанный еще в конце 19-го века
приблизительно усредненный метод расчета магнитной цепи, так называемый
классический цепной метод.
Как известно [23, 30], расчет магнитной цепи заключается в определении МДС
необходимой для создания магнитного потока, способного навести в обмотке якоря
заданную величину ЭДС и установлении количественной зависимости магнитного
потока от тока возбуждения. Кроме того, в ходе расчета определяются значения
индукции на участках магнитной цепи необходимые для анализа характеристик МПТ.
Классический метод расчета магнитной цепи не позволяет, исходя из знания МДС
ОВ, определить создаваемый ею магнитный поток [80]. Поэтому расчет выполняется
в обратном порядке ? задаваясь значением потока и, определив значения индукции
на всех участках цепи, находим значение МДС магнитной цепи [80], а после учета
реакции якоря и су
- Київ+380960830922