Аль Зубі Омар Радхі Акіл. Математичні моделі вентильного реактивного двигуна з буферами енергії для проектування їх електромеханічного перетворювача : дис... канд. техн. наук: 01.05.02 / Національний ун-т "Львівська політехніка". - Л., 2005.
Анотація до роботи:
Омар Радхі Акіл Аль Зубі. Математичні моделі вентильного реактивного двигуна з буферами енергії для проектування їхнього електромеханічного перетворювача. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання і обчислювальні методи. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2005.
Дисертація присвячена розробленню і удосконаленню методів математичного моделювання електромеханічних процесів у вентильних реактивних двигунах з буферами енергії явнополюсної конструкції, побудові на цій основі ефективних математичних і програмних засобів для їх автоматизованого проектування, розробці практичних рекомендацій щодо проектування вентильних реактивних двигунів з “класичним” статором з оптимальними функціональними властивостями. Запропоновано удосконалені математичні моделі вентильних реактивних двигунів та їх компонентів. Здійснено науково обґрунтовані дослідження, які вирішують задачу удосконалення існуючих та створення нових математичних моделей вентильних реактивних двигунів з буферами енергії на базі використання чисельних методів розрахунку електромагнітного моменту та перехідних процесів комутації секції вентильного реактивного двигуна. Створено математичну модель оптимізації геометричних розмірів електромеханічного перетворювача вентильного реактивного двигуна. Створені математичні моделі можуть використовуватись для проектування вентильних реактивних двигунів і оптимізації їх характеристик. Основні результати роботи знайшли практичне застосування при створенні нових типів спеціальних електроприводів з покращеними техніко-економічними показниками.
Основний науковий зміст дисертації – це вирішення актуальної наукової задачі розвитку математичного моделювання для створення засобів автоматизованого проектування вентильних реактивних двигунів явнополюсної конструкції з буферами енергії високої функціональної ефективності.
Результати виконаної дисертаційної роботи це:
Підвищення рівня використання сучасних високоефективних технологій у виробництві, яке спостерігається останнім часом, приведе до широкомасштабного впровадження електроприводів з вентильними реактивними двигунами, як носіями цих технологій. Це зумовлює актуальність науково-дослідницьких і проектно-конструкторських робіт зі створення нових і удосконалення уже існуючих конструкцій вентильних реактивних двигунів.
Аналіз підходів до розроблення математичного моделювання і проектного синтезу показав, що ефективним підходом до математичного моделювання, створення математичних і програмних засобів автоматизованого синтезу реактивних ЕМП є підхід, який базується на побудові математичних моделей ЕМП і його окремих складових з наступним узагальненням результатів в заданому діапазоні зміни незалежних змінних.
На основі енергетичного методу розрахунку електромагнітного моменту, розроблено математичні моделі ВРД в лінійній постановці задачі. Отримано аналітичні залежності для розрахунку електромагнітного моменту реактивного ЕМП, які дозволяють на етапі проектних досліджень здійснювати аналіз впливу різних конструктивних параметрів на техніко-економічні показники реактивних ЕМП.
Запропонована методика розрахунку перехідних процесів комутації струму секції і напруги на конденсаторі буфера енергії і вибору на її основі величини ємності конденсатора дає можливість попередньо вибирати необхідний буфер енергії. Порівняння розрахованих і експериментальних значень струмів при увімкненні і вимкненні секції з буфером енергії показує, що розбіжність результатів розрахунку тривалості перехідного процесу не перевищує 10 %, достовірність розрахунку значень струму і напруги на рівні (15 – 25) %, що цілком допустимо під час проведення проектувальних розрахунків.
На основі методу Р.Поля створено методику розрахунку магнітної провідності повітряного проміжку з двобічною зубчатістю і з різними ширинами зубців статора і ротора, на базі якої можна розраховувати індуктивність секції якірної обмотки у всьому діапазоні зміни взаємного положення ротора і статора, що необхідно для задач проектування і дослідження явнополюсного ВРД.
Запропоновано методику мінімізації об’єму активної частини ЕМП ВРД за фіксованих втрат в міді, яка дає задовільні результати і яка включена до складу автоматизованої системи проектування ВРД з буферами енергії.
Отримано вирази для розрахунку складових втрат в ВРД в функції геометричних розмірів і обмоткових даних, що дозволяє здійснювати оптимальне проектування таких електромеханотронних перетворювачів.
Розроблено математичну модель вентильного двигуна з пасивним ротором і буфером енергії для середніх значень, яка дозволяє здійснювати дослідження усталених режимів роботи електроприводу на базі даного двигуна, а також проводити перевірку проектованого ВРД на відповідність ТЗ на проектування.
Запропонований підхід до теплового розрахунку, розрахункові формули для теплових провідностей і комп’ютерна програма теплового розрахунку дають можливість контролювати правомірність вибору вихідних значень незалежних змінних під час проектного синтезу, а також давати рекомендації для вибору цих значень без застосування високовартісних натурних експериментів.
Створено систему автоматизованого проектування ВРД з буфером енергії – комплекс програмних модулів, які написані на алгоритмічній мові Fortran з використанням транслятора Fortran Power Station 4.1 в операційному середовищі MS DEV персональних комп’ютерів типу IBM PC.
Обґрунтовано і надано рекомендації з вибору незалежних параметрів проектування ВРД явнополюсної конструкції з буфером енергії.
Експериментальні дослідження підтвердили теоретичні прогнози щодо покращання енергетичних характеристик ВРД при використанні буферів енергії в схемах їхніх комутаторів. Так, ВРД з послідовними буферами енергії мають в (1.2 - 1.3) рази вищий ККД і в (1.6 - 1.7) рази краще використання активного об’єму порівняно зі схемою напівмісткового комутатора.
Порівняння результатів експериментальних досліджень і розрахунків за допомогою математичної моделі для середніх значень статичних характеристик ВРД з буферами енергії показало, що розбіжність лежить в межах (5 - 7) % і свідчить про достатньо високу степінь адекватності моделі до фізичного взірця.
Адекватність математичних моделей і їх комп’ютерних реалізацій дозволяє застосовувати їх для дослідження квазіусталених режимів роботи електроприводу на базі ВРД з буферами енергії і відмовитись від високовартісного фізичного макетування під час проведення дослідницьких і проектно-конструкторських робіт.
Розроблені в дисертаційній роботі технічні рішення реалізовано в конструкторських розробках двигунів для приводу антени супутникового телебачення, установок опалення салонів автомобілів, коліс засобів пересування і впроваджені на підприємствах України. Впровадження розробленого методичного, математичного і програмного забезпечення в навчальне проектування забезпечує ефективне навчання студентів сучасним методам математичного моделювання, автоматизованого аналізу і синтезу електромеханічних пристроїв.
Публікації автора:
Омар Аль Зубі, Каша Л. В., Ткачук В.І. Електромагнітний момент вентильного реактивного двигуна з буферами енергії // Вісник Національного університету “Львівська політехніка“. Електроенергетичні та електромеханічні системи. –2003.– №485. – С.99-106.
Ткачук В.И., Омар Аль Зуби. Механическая и рабочие характеристики вентильного реактивного двигателя с учетом изменения насыщения // Електромашинобудування та електрообладнання. – Київ, 2004. – №63. – С.71-76.
Ткачук В.И., Аль Зуби О.Р. Минимизация объема активной части вентильного реактивного двигателя // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск. "Проблеми сучасної електротехніки". – Київ, 2004. – Ч.6. – С.31-33.
Ткачук В. І., Аль Зубі О. Р. Методика проектування явнополюсних вентильних реактивних двигунів з буферами енергії // Вісник Національного університету “Львівська політехніка“. Електроенергетичні та електромеханічні системи. –2003.– №479.– С.194-202.
Ткачук В. И., Аль Зуби О.Р. Буфер энергии транзисторного коммутатора вентильного реактивного двигателя // Технічна електродинаміка. Силова електроніка та енергоефективність. – Київ, 2003. – Ч.3. – С.56-60.
Ткачук В.І., Омар Радхі Аль Зубі. Методика теплового розрахунку вентильних реактивних двигунів з явновираженими полюсами.// Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля. 2003. – №6(64). – С.15-23.
