Бондар Роман Петрович. Коаксіально-лінійний двигун з постійними магнітами зворотно-поступального руху

Краткое описание

Бондар Роман Петрович. Коаксіально-лінійний двигун з постійними магнітами зворотно-поступального руху : Дис... канд. наук: 05.09.01 2009

Бондар Р.П. Коаксіально-лінійний двигун з постійними магнітами зворотно-поступального руху. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 Електричні машини і апарати”. Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2008.
Дисертаційна робота присвячена дослідженню особливостей електромагнітних та електромеханічних процесів КЛД з ПМ вібраційного робочого органу. Проведено аналіз існуючих типів двигунів зворотно-поступального руху, математичних моделей для розрахунку їх характеристик та параметрів. Запропоновано конструкцію коаксіально-лінійного вібратора й обґрунтовано теоретичні основи його роботи. Сформульовано принципи створення вібратора на основі коаксіально-лінійного синхронного двигуна з постійними магнітами установки безтраншейного прокладення трубопроводів і запропонована методика інженерного розрахунку параметрів двигуна.
Проведено дослідження впливу форми силового імпульсу на механічні параметри системи. Встановлено, як форма електромагнітної сили, що збуджується у вібраторі впливає на закон руху якоря.
Розглянуто конструкцію вібратора, створеного на базі коаксіально-лінійного двигуна з постійними магнітами, і проведено розрахунок методом скінченних елементів магнітного поля та електромагнітної сили. Наведено результати експериментальних досліджень, що підтверджують достовірність отриманих розрахунків.
Розроблено методику розрахунку, що дозволяє проводити комп’ютерне моделювання і дослідження електромеханічних характеристик і резонансних властивостей вібратора з постійними магнітами при різних законах регулювання. Розрахунок потокозчеплення виконується на основі розв’язку задачі розподілу електромагнітного поля в активній зоні вібратора.

В дисертаційній роботі вирішено важливу науково-прикладну задачу розроблено математичну модель та метод розрахунку основних електромеханічних характеристик і параметрів двигуна зворотно-поступального руху, які враховують особливості робочого процесу вібраційного робочого органу установки безтраншейного прокладення трубопроводів. Отримано нові науково обґрунтовані теоретичні та практичні результати, що є важливими для подальшого дослідження коаксіально-лінійних магнітоелектричних вібраційних систем. В ході роботи отримано наступні результати:
1. На основі аналізу конструкцій лінійних двигунів та їх методів розрахунку обґрунтовано необхідність розробки математичних моделей та методик розрахунку необхідних механічних характеристик вібраторів на основі КЛД з ПМ, а також визначення відповідних режимів регулювання електромеханічних параметрів у процесі роботи. Потребують дослідження питання узгодження за характером руху та іншими електромеханічними параметрами приводу на основі ЛД з вібраційним робочим органом УБПТ.
2. Розроблено математичну модель та метод чисельного розрахунку, що ґрунтується на цій моделі, основних електромеханічних характеристик і параметрів коаксіально-лінійного двигуна з постійними магнітами зворотно-поступального руху. Для реалізації моделі використовується чисельний метод скінченних елементів.
3. Проведено аналіз КЛД двох типів пазової та безпазової структури статора. На основі моделювання перехідних процесів в обмотках двигуна показано, що на частотах вище 10Гцпри несинусоїдальних струмах доцільно використання безпазової структури, яка має у 4,4 рази менше значення електромагнітної постійної часу. В цьому випадку також значно зменшується величина радіальної складової електромагнітної сили і як наслідок втрати на тертя в направляючих якір конструкціях.
4. Розроблено методику розрахунку, що дозволяє проводити комп’ютерне моделювання і дослідження електромеханічних характеристик і резонансних властивостей коаксіально-лінійного двигуна з постійними магнітами. В основу методики було покладено попередньо одержану функціональну залежність потокозчеплення від положення якоря та струму. Похибка між розрахунком та експериментом не перевищує 7%.
5. Розроблено та виготовлено дослідно-експериментальний зразок двигуна вібратора установки безтраншейного прокладення трубопроводів, основні конструктивні рішення якого захищені патентами України: №21028, №14111. Результати проведених на ньому експериментальних досліджень добре узгоджуються з результатами чисельних розрахунків за розробленою методикою, що підтверджує її достовірність.
6. Встановлено, що завдяки значному діапазону зміни частоти коливань, кута навантаження та амплітуди коливань КЛД, а також невідповідності практичним умовам ефективного занурення, закони регулювання напруги у колі статора, типові для двигунів обертання (,,), для нього застосовуватися не можуть.
7. На основі наведених розрахунково-теоретичних досліджень визначено основні режими керування КЛД (струмI=const; амплітуда коливань якоряA=const; амплітуда сили, що спонукаєFа=const).
8. Отримано аналітичні вирази, що описують залежність закону руху якоря від форми періодичної електромагнітної сили з врахуванням сили пружності.
9. Застосування при розрахунках електромеханічних параметрів вібраторів на основі КЛД комбінованого підходу, що включає теорію поля, теорію кіл та теорію коливань, дозволяє вдосконалити процес вибору необхідних характеристик двигуна для занурення того чи іншого будівельного елементу та підвищити швидкість розрахунків.
10. Амплітуда і швидкість руху якоря в значній мірі залежать від частоти джерела живлення. Існує вузький діапазон частот, у якому двигун має найкращі механічні характеристики максимальну швидкість руху якоря і амплітуду коливань. Звідси випливає, що джерело живлення потрібно виконувати з можливістю автоматичного регулювання частоти. Обирати конкретний закон регулювання потрібно, очевидно, виходячи з параметрів технологічного процесу роботи установки та перетворювача частоти.
11. Результати досліджень у вигляді розрахункових характеристик статичних та динамічних режимів коаксіально-лінійних двигунів з постійними магнітами, конструктивні рішення двигуна впроваджені в НВП ”Промелектрообладнання” (м. Київ). Розроблена методика розрахунку електромеханічних параметрів КЛД, використовується в навчальному процесі у Київському національному університеті будівництва і архітектури під час читання курсу Електричні машини та електропривод” (спец. розділи) і в дипломному проектуванні.
12. Результати роботи у вигляді розрахункових характеристик статичних та динамічних характеристик коаксіально-лінійних двигунів з постійними магнітами, основні конструктивні рішення рекомендовано використовувати при розробці та проектуванні приводів робочих органів механізмів зворотно-поступального руху в НВП ”Промелектрообладнання” (м. Київ), а також в навчальних програмах Київського національного університету будівництва і архітектури.