Investigation of Electromagnetic Parameters and Electromechanical Characteristics of a Dc Machine Based on the Finite Element Method

Abstract

Днепровский государственный технический университет, г. Каменское МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НА ОСНОВЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Введение. Во многих случаях, когда требуется регулировать производительность различных механизмов, на смену электроприводам постоянного тока приходят асинхронные приводы с преобразователями частоты. Иногда данное обстоятельство обусловлено действительными преимуществами новых технических решений-снижение габаритов электрооборудования, повышение его надёжности и долговечности, стандартизация и унификация систем управления. Однако имеются обширные области, где электроприводы постоянного тока достаточно распространены: металлургическое оборудование, наземный транспорт, системы точного позиционирования, приборостроение и т. д. В связи с этим актуальной является задача исследования электромагнитных параметров машин постоянного тока (МПТ) и улучшение их характеристик в динамических режимах работы. Важными факторами, которые должны учитываться при проектировании МПТ, являются их надёжность, экономичность, соответствие современным стандартам и техническим требованиям. С учетом этого разработаны и применяются ряд методик [1-5], в которых используется аналитический аппарат, дополняемый эмпирическими соотношениями и графическими зависимостями, полученными экспериментальным путём. Как правило, данные методики ориентированы на общепромышленные серии машин, имеющих стандартные типоразмеры и конструкцию. Модификация конструкции и применение новых материалов нередко вызывают сложности при проектировании. В связи с этим важным инструментом анализа МПТ становятся численные методы, которые позволяют исследовать характеристики и параметры МПТ с учетом новых конструктивных решений в статических, квазистатических и динамических режимах работы. Для решения задач проектирования МПТ можно выделить метод конечных элементов (МКЭ) [6, 7]. Постановка задачи. Разработать цепно-полевую модель серийной машины постоянного тока с модифицированной системой возбуждения на основе метода конечных элементов. Получить электромагнитные параметры МПТ в динамических режимах, исследовать электромеханические характеристики в режиме холостого хода и набросе нагрузки. Результаты работы. На основе МКЭ в работе исследованы электромагнитные параметры и электромеханические характеристики серийной МПТ МУН-2 (рис.1) производства "Островский завод электрических машин" (г. Остров, Россия). С учетом особенностей локальной эксплуатации двигателя система возбуждения серийной машины изменена с последовательной (рис.2, а) на независимую (рис.2, б) при отсутствии конструктивных изменений в цепи якоря. Схема обмотки якоря двигателя показана на рис.3, его конструктивные параметры-на рис.4, паспортные данные представлены в табл.1.