РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ДВУХФАЗНЫХ ОБМОТОК
2.1. Алгоритм гармонического анализа двухфазных обмоток
Детальный гармонический анализ МДС (ЭДС) обмоток ЭМ является неотъемлемой
составной частью проектирования. В истории ЭМ известны различные методы,
которые используются и сегодня [39-43, 95, 101]. Однако такой анализ без
использования ЭВМ отличается значительной трудоёмкостью. Графоаналитический
способ с использованием диаграмм Гергеса [33], не смотря на некоторые
недостатки, используется российскими учёными для анализа ППО. В большинстве
случаев применяют методику, основанную на различных способах представления
векторных диаграмм МДС (ЭДС) обмоток [41, 119, 126].
Наибольшее применение получила методика, описанная ниже.
Алгоритм гармонического анализа включает в себя: расчёт угловых координат АКС
по выражениям (1.5–1.6); нахождение результирующих векторов фаз и расчёт
симметричных составляющих прямой kRdn, обратной kRrn последовательностей
коэффициентов распределения по выражениям (1.8); вычисление относительных
амплитуд МДС Hd(r)n и коэффициента tD дифференциального рассеяния по
выражениям: ; [95]. При анализе двухслойных обмоток для вычисления коэффициента
укорочения обмотки и обмоточного коэффициента используются известные формулы
[4, 119]. Анализ как симметричных, так и несимметричных ДО производится методом
симметричных составляющих применительно к коэффициентам распределения фаз,
представленных в комплексной форме [50]. Для частично-несимметричных обмоток
количественную оценку уровня несимметрии целесообразно определять в виде
отношения дифференциального рассеяния гармоник, создающих эллиптические поля, к
полному дифференциальному рассеянию
. (2.1)
Коэффициент несимметрии kasn рассчитанный по выражению (2.1), может быть
использован для оценки уровня несимметрии любых, в том числе и резко
несимметричных двухфазных обмоток.
2.2. Универсальная подсистема гармонического анализа двухфазных обмоток
GarAn-2
Ускоренное развитие науки и техники требует постоянного совершенствования
методов получения необходимой информации, которые могут быть обеспечены только
применением вычислительной техники. Детальный гармонический анализ
электромагнитных свойств обмоток относится к одному из самых сложных и
трудоёмких этапов синтеза обмоток. Поэтому автоматизация этого процесса
является актуальной задачей. Такие работы уже известны для трёхфазных [107,
127], и частично для двухфазных обмоток [30-31]. Однако программное обеспечение
анализа электромагнитных свойств последних далеко от совершенства.
На кафедре электрических машин ОНПУ автором разработан алгоритм и
автоматизированная подсистема детального гармонического анализа МДС (ЭДС)
двухфазных обмоток GarAn-2 [75]. Подсистема описана согласно обобщённой
структурной модели обмоток [44, 66-67], с встроенными основными типами блоков,
которые в алгоритме программы записаны цифровой моделью.
Формирование модели произвольной ДО выполняется в пределах пространственной
матрицы MQx (см. рис. 1.3), содержащей Q строк и 4 столбца, т.о. чтобы число
пазов статора z было кратным 4 (1.3). В процесс составления ДО включены
две основные операции: операция сборки “” – последовательное присоединение
блоков и циклическое умножение.
Удобный интерфейс позволяет даже неопытному пользователю быстро освоить все
возможности, а благодаря встроенной справке получить всю необходимую информацию
о работе с программой и основные теоретические аспекты по ДО. На рис. 2.1
представлена общая структура программы в виде блок-схемы. При запуске главного
файла активизируется окно программы, в котором высвечивается простейшая
матричная модель (ММ) двухполюсной однослойной ДО (Z=4, p=1), состоящей из
симметричного блока b1=|0 1 2 3|.
К исходным данным (ИД) относится: число пазов статора Z; число полюсов p и шаг
обмотки y. Они могут быть введены вручную с клавиатуры или выбраны из
соответствующего выпадающего списка. ИД также можно загрузить из имеющегося
файла. Программа проверяет правильность введения ИД и в поле “Исх. данные”
высвечивается значение Q. Корректировка матричной модели выполняется с
использованием таблиц: “Список блоков” и “Матричная модель”. При условии
однослойной обмотки, коэффициент укорочения kу принимается равным единице, в
противном случае определяется по известным выражениям для каждой н-й гармоники.
Гармонический анализ рассчитывается до тех пор, пока значение н не примет
величину Z. Он сводится в таблицу “результаты расчёта”, которую можно также
отправить в другую подсистему для дальнейших исследований и построения
требуемых графиков. В соответствующих формах основного окна программы
выводятся: ВД, график кривой МДС и угол сдвига между осями фаз. Результаты
расчёта можно сохранить, если в этом будет потребность, однако и без сохранения
программа позволяет выйти из системы или продолжить выполнение любых
корректировок ИД. На рис. 2.2 изображено окно программы GarAn-2 с гармоническим
анализом нетрадиционной однослойной ДО Q = 9, p = 1, а описание работы
программы рассмотрено в Приложении А.
Рис. 2.2. Окно программы GarAn-2 при Q = 9, p = 1
Предложенная программа позволяет выполнить анализ и исследования большого
количества моделей ДО за короткий период времени, благодаря мгновенному отклику
на любые изменения введённые пользователем. Кроме гармонического анализа,
возможен синтез ДО методом перебора в интерактивном режиме формированием
различных комбинаций блоков с соответствующими циклическими перестанов
- Київ+380960830922