Анотація до роботи:

Качура О.В. Індукційні реостати з покращеними масогабаритними показниками для асинхронних двигунів з фазним ротором. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 – Електричні машини і апарати. – Кременчуцький державний політехнічний університет імені Михайла Остроградського, Кременчук, 2007.

Дисертацію присвячено розробці методики дослідження конструктивних і електромагнітних параметрів індукційних реостатів з метою зменшення їх масогабаритних показників та підвищення технологічності виготовлення.

У роботі обгрунтована доцільність застосування індукційних реостатів у колі фазного ротора асинхронних двигунів для підвищення ефективності та надійності підійомно-транспортного обладнання. Виконано аналіз найбільш поширених конструкцій ІР і на його основі створено класифікацію ІР за ступенем зміни електромагнітних параметрів. Доведено можливість коректного опису АД спільно з ІР шляхом комбінування рівнянь, побудованих на ланцюгових моделях АД з польовими рівняннями, що описують ІР. Розроблено методику розрахунку теплових процесів в ІР, що базується на методі кінцевих елементів з урахуванням електромагнітних процесів у роторному колі АД. Обґрунтовано і розроблено структуру експериментального комплексу, що дозволяє досліджувати систему АД-ІР у квазістатичних та динамічних режимах. Створено комп’ютеризований комплекс, що забезпечує аналіз теплових процесів в ІР.

У дисертаційній роботі на основі систематизації теоретичних і прикладних результатів розв’язано актуальну наукову задачу створення методики аналізу АД з ІР у ланцюговопольовій постановці шляхом спільного розв’язання рівнянь поля реостату з рівняннями електричної та механічної рівноваги АД, що дозволяє підвищити ефективність дослідження електромеханічних і теплових процесів у колі фазного ротора АД з ІР, і на відміну від відомих підходів дозволяє отримати раціональні конструктивні параметри ІР з поліпшеними масогабаритними показниками, що має важливе значення для удосконалення промислового підйомно-транспортного обладнання на базі серійних двигунів змінного струму. Виконані у дисертаційній роботі дослідження дають змогу сформулювати наступні висновки:

1. Запропонована польова модель ІР з урахуванням електрофізичних властивостей матеріалів, яка дала можливість обґрунтувати вибір двокотушкової конструкції ІР, що має найбільший ступінь зміни електромагнітних параметрів при зміні частоти напруги живлення від 5 до 100 Гц.

2. Математичні моделі, засновані на ланцюговому представленні, не дозволяють з достатньою точністю аналізувати різноманітні конструкції ІР при сумісному дослідженні з АД.

3. Адекватний математичний опис АД сумісно з ІР можливий шляхом об’єднання рівнянь, заснованих на ланцюговій моделі АД і польовій моделі ІР. Доведено, що запропонований метод синтезу моделей дозволяє з необхідною точністю визначати нелінійні електромагнітні параметри ІР.

4. Представлення АД за допомогою рівнянь на основі теорії кіл, а ІР рівняннями на основі теорії поля з урахуванням теплових процесів в індукційному реостаті дозволило встановити однозначний зв’язок між фізичними і геометричними параметрами ІР та електромеханічними характеристиками АД і розробити загальну методику розрахунку конструктивних параметрів індукційних реостатів, що забезпечують формування необхідних механічних характеристик асинхронних двигунів при зниженні масогабаритних показників ІР.

5. Розрахунок теплових процесів в ІР методом кінцевих елементів з урахуванням процесів перетворення енергії в системі АД-ІР дозволяє отримати розподіл температури по радіусу та довжині ІР з урахуванням конвективного теплообміну з оточуючим середовищем.

6. Стійкість ітераційних процесів розрахунку електромагнітних параметрів ІР з урахуванням нелінійних властивостей матеріалів найбільш ефективно забезпечується використанням методу Н’ютона-Рафсона з кубічною сплайн-інтерполяцією при зміні релаксаційного коефіцієнта у межах від 0,1 до 0,3.

7. Отримані залежності, що відображають величину зміни струму, електромагнітного моменту, коефіцієнта потужності, ККД і опору двокотушкової конструкції ІР від товщини центральної феромагнітної пластини, дозволили встановити, що необхідна жорсткість механічної характеристики АД може бути досягнута при зустрічному включенні напівфаз котушок ІР і товщині центральної феромагнітної пластини 4…6 мм. При цьому доведено, що збільшення товщини центральної пластини більше 6 мм не є доцільним, оскільки призводить до суттєвого зменшення жорсткості механічної характеристики. Використання центральної пластини товщиною 4 мм дозволяє зменшити масу всієї конструкції ІР на 4% у порівнянні з аналогічною конструкцією при товщині пластини 16 мм.

8. Встановлено, що зміна товщини бокових феромагнітних стінок від 20 до 2 мм двокотушкової конструкції ІР при узгодженому включенні напівкотушок не забезпечує достатньої жорсткості механічних характеристик АД. Зменшення товщини стінок до 2 мм при зустрічному включенні дозволяє отримати необхідні механічні характеристики екскаваторного типу і зменшити масу ІР на 37%.

9. Зменшення товщини зовнішніх феромагнітних кілець двокотушкової конструкції ІР з 10 до 1 мм при зустрічному включенні напівкотушок дозволяє отримати механічні характеристики екскаваторного типу. Аналогічна зміна товщини зовнішніх кілець при узгодженому включенні напівкотушок не дозволяє отримати достатньої жорсткості механічних характеристик АД. Зменшення товщини кілець з 10 до 6 мм призводить до зменшення маси ІР на 16,7%.

10. Зменшення товщини внутрішніх феромагнітних кілець двокотушкової конструкції ІР з 10 до 1 мм при зустрічному включенні напівкотушок, на відміну від узгодженого включення, практично не впливає на жорсткість механічної характеристики АД. При цьому зменшення товщини кілець до 6 мм призводить до зменшення на 9,7% маси ІР.

Основні наукові положення і результати дисертації опубліковано у наступних роботах:

1. Качура А.В., Съянов А.М. Модель линейного асинхронного двигателя для квазистатических режимов работы // Технічна електродинаміка. – Київ, 2002 р. - С. 59-61.

2. Качура А.В., Съянов А.М., Сторожко В.С. Математическая модель индукционного реостата с учетом насыщения магнитной системы // Вісник Кременчуцького державного політехнічного універсистету – Кременчук: КДПУ, 2002. - С. 376-378.

3. Качура А.В., С’янов А.М., Сторожко В.С. Характеристики асинхронного двигателя с индукционными реостатами с экранами из стали и специального чугуна // Збірка наукових праць Дніпродзержинського державного технічного університету. – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2001. - С. 188-195

4. Качура А.В., Съянов А.М. Разработка универсального пакета прикладных программ для моделирования индукционных реостатов // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – Кременчук: КДПУ, 2005, Вип. 4/2005(33). - С. 158-161.

5. Качура А.В., Съянов А.М. Методика расчета пусковых характеристик асинхронных двигателей с индукционными реостатами с учетом их взаимного влияния // Сборник трудов Севастопольского национального технического универсистета. - Севастополь 2005. - С. 44-45.

6. Качура А.В., Колычев С.В., Съянов А.М. Проектирование электроприводов на основе совместного анализа цепевых и полевых моделей // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – Кременчук: КДПУ, 2006, Вип. 3/2006(38)41. - С. 17-19.

7. Качура А.В., Съянов А.М. Оптимизация конструкций индукционных реостатов // Збірка наукових праць Дніпродзержинського державного технічного університету. – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2005. - С. 226-233.

8. Качура А.В., Сторожко В.С. Дехтяренко О.О. Разработка математических моделей для задач электротехники на основе численных методов // Вісник Кременчуцького державного політехнічного універсистету. – Кременчук: КДПУ, 2003, Вип.2(9), т.2. - С. 282-285.

9. Качура О.В., С’янов О.М., Мороз С.В. Розробка алгоритмів генерації сітки скінченних елементів для розрахунку електромагнітного поля в електротехнічних об’єктах // Вісник Кременчуцького державного політехнічного універсистету. – Кременчук: КДПУ, 2003. - С. 22-24.

10. Качура А.В., Съянов А.М., Сторожко В.С. Применение МКЭ для создания и расчета математической модели линейного асинхронного двигателя // Вісник Харківського політехнічного інституту. – Харків: ХПІ, 2002, т.2. - С.529-531.

11. Качура А.В., Съянов А.М. Характеристики асинхронного двигателя с массивным ферромагнитным ротором из специального чугуна // Вісник Кременчуцького державного політехнічного універсистету. – Кременчук: КДПУ, 2004, т.2. - С. 75-77.

12. Качура А.В., Съянов А.М. Математическая модель асинхронного двигателя с массивным ферромагнитным ротором для режима короткого замыкания // Вісник Кременчуцького державного політехнічного універсистету. – Кременчук: КДПУ, 2004, т.2- С. 178-181.