Презентация

достигнутого углового положения ротора после отключения питания

обеспечение максимальной точности позиционирования рабочего органа

с постоянными магнитами для автоматических устройств в разное время занимались: Ю.С. Чечет, А.Г. Иосифьян, В.В. Хрущёв, А.И. Бертинов, В.А. Ратмиров, Б.А. Ивоботенко, Д.В. Свечарник, Е.В. Арменский, Д.А. Бут, В.В. Апсид, В.А. Балагуров, Ф.Ф. Галтеев, Б.Х. Коник, Ф.Н. Сарапулов .

В настоящее время исследованиями в области синхронных машин с постоянными магнитами различного назначения занимаются коллективы учёных ряда образовательных и исследовательских институтов: НИУ МЭИ (Москва), ВНИИЭМ (Москва), УрФу (УПИ, Екатеринбург), НГТУ (Новосибирск), ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова (Новочеркасск), ЮУрГу (Челябинск) и др.

Но несмотря на накопленный опыт, пока отсутствуют развёрнутые методики проектирования таких двигателей с учётом инерционных параметров шагового привода, нет методик поверочного расчёта некоторых их конструктивных модификаций, не сводящихся к плоским (двухмерным) моделям.

постоянными магнитами на роторе, предназначенными для работы в механизмах с высокой точностью позиционирования рабочих органов, достигаемой за счёт большого устойчивых положений ротора на оборот.

Предмет исследования -

Методы проектирования, поверочного расчёта и режимы работы шагового электропривода с одноимённо-полюсными индукторными двигателями с постоянными магнитами на роторе.

Цель -

- Разработка методики проектирования одноимённо-полюсных индукторных двигателей с постоянными магнитами на роторе в составе шагового электропривода.
- Проверка результатов проектирования путём сопоставления с экспериментальными данными и результатами поверочных расчётов.
- Создание математических моделей для исследования работы индукторных двигателей в составе шагового привода.

с постоянными магнитами на роторе в составе шагового электропривода.
2. Разработка компьютерных программ генерации 3D моделей одноимённо-полюсных индукторных двигателей, для проверки результатов проектирования на уточнённых моделях поверочного расчёта, с использованием современных методов математического анализа и программного обеспечения (метода конечных элементов и реализующих этот метод пакетов прикладных программ).
3. Оптимизация параметров зубцовой зоны и электромагнитных нагрузок рассматриваемой машины по одному из критериев минимизации габаритов, массы и расхода активных материалов.
4. Разработка математических моделей шагового электропривода, предназначенных для поиска наиболее рациональных режимов питания спроектированного двигателя от преобразователя частоты с источником (инвертором) напряжения.

момента инерции подвижных масс шагового электропривода.
2. Разработана компьютерная программа генерации 3D сеточных моделей для расчёта одноимённо-полюсных индукторных двигателей методом конечных элементов, обеспечивающим наиболее глубокую детализацию электромагнитных процессов при проведении поверочных расчётов.
3. Выявлены оптимальные соотношения параметров зубцовой зоны и электромагнитных нагрузок индукторного двигателя с постоянными магнитами на роторе, при которых достигаются минимальные габариты, масса или расход активных материалов, в частности магнитотвёрдых материалов постоянных магнитов.
4. Разработана математическая модель шагового электропривода на базе индукторной машины с постоянными магнитами, предназначенная для поиска наиболее рациональных режимов питания спроектированного двигателя от преобразователя частоты с источником (инвертором) напряжения.

индукторных двигателей с постоянными магнитами на роторе в составе шагового привода с учётом его момента инерции.
2. Осуществлять построение по формализованным процедурам трёхмерных моделей спроектированных двигателей для последующего проведения поверочного расчёта методом конечных элементов.
3. Оптимизировать параметры геометрии и электромагнитных нагрузок одноимённо-полюсных индукторных шаговых двигателей с возбуждением от постоянных магнитов на роторе, по критериям достижения минимальных габаритов, массы и расхода активных материалов.
4. На основе численных экспериментов подбирать форму импульсов напряжения, при которой при одной и той же мощности электрических потерь обеспечивается наиболее широкий диапазон рабочих частот шагового привода.

момент инерции подвижных масс шагового привода.
2. Программа построения трёхмерных сеточных моделей одноимённо-полюсных индукторных машин для расчёта электромагнитного момента методом конечных элементов.
3. Математическая модель шагового электропривода с преобразователями напряжения.
4. Результаты оптимизационных расчётов и численных экспериментов.

где

– длина ротора lδ по отношению к его диаметру D.

Зависимость оптимальной работы шагового привода

Связь между диаметром ротора и его моментом инерции

Манипулируя значениями электромагнитных нагрузок, A=(1÷5)·104 А/м и Bδ =0,7÷0,95 Тл, и отношением моментов инерции привода и двигателя β=1,0÷2,0, определяется диаметр ротора, чтобы его значение одновременно удовлетворяло обоим условиям

зубцов ротора

Су - число тактов коммутации

- шаг , угол поворота ротора

Длина зубцового деления

δ - воздушный зазор

Высота прямоугольной части паза

Ширина пазов

Ширина гребенчатых зубцовых зон

Ширина пазов между гребенчатыми зубцовыми зонами

- число зубцов на одном полюсном наконечнике

nз

в зубцах

Амплитуда индукции в полюсе статора

Ширина полюса статора

Высота обмотанной части полюсов статора

- площадь, занимаемая изоляцией

sиз

Hpol

- напряжённость магнитного поля в полюсах статора

kз

- коэффициент заполнения паза медью

- диаметр обмоточного провода в изоляции

dиз

j

- плотность тока

в зубцах ротора

Fz

Fzs

- падение магнитного напряжения в зубцах статора

Fpol

- падение магнитного напряжения на полюсе статора

hсп

- радиальный размер спинки статора

Наружный диаметр магнитопровода статора

hzs

- высота зубцов и пазов гребенчатых зубцовых зон статор

Момент инерции ротора

- плотность материала магнитов

- плотность материала ротора

ρм

ρp

nм

- количество магнитов на роторе

lм

- длина магнита в направлении намагничивания

вращения при идеальном холостом ходе

Средний статический синхронизирующий момент на интервале в один шаг

Удельная тепловая нагрузка от электрических потерь в обмотке

Общая масса активных частей

mмеди+ mFe

Общая масса ферромагнитных материалов статора и ротора

Масса меди обмоточных проводов

Число витков одной катушки обмотки

Средняя длина витка

из следующих результатов:
- минимизация габаритов электромеханического преобразователя (внешнего диаметра и осевой длины статора);
- минимизация общей массы активных частей или массы обмоточных проводов, массы постоянных магнитов, по отдельности;
- минимизация потерь в меди обмотки и достижение максимального КПД;
- получение наибольшей частоты приемистости в шаговом приводе.

В качестве переменных проекта используются исходные данные:
- индукция в зазоре Вδ;
- линейная нагрузка А;
- момент инерции ротора относительно момента инерции привода β;
- относительная длина ротора λ;
- число зубцов на поверхности одного полюсного наконечника статора nз.
количество магнитов на роторе nм на роторе.

преобразователей (двигателей) индукторного типа с постоянными магнитами на роторе в составе шагового электропривода с привязкой моменту нагрузки и моменту инерции подвижных масс. Эти двигатели конструктивно обладают возможностью выполнения мелкого шага, а потому наиболее подходят для высокоточных систем позиционирования регулирующего органа, а также для привода механизмов подачи станков с числовым программным управлением.
2. Предложены алгоритмы и программное обеспечение (на встроенном языке использованного пакета прикладных программ) для поверочного расчёта посредством МКЭ электромагнитного момента электромеханического преобразователя индукторного типа с возбуждением от постоянных магнитов на роторе.
3. Разработана математическая модель шагового электропривода на базе индукторной машины, предназначенная для подбора рациональных режимов питания от преобразователя частоты с источником (инвертором) напряжения.