Введение
ГЛАВА 1. Конструкции и методы проектирования электрических машин 15
1.1. Тенденции развития типов электрических машин современных мехатронных систем 15
1.2. Ограничение построения машин с магнитоэлектрическим возбуждением 16
1.3. Аксиально-радиальные конструкции электрических машин 20
1.3.1. Трансформация конфигурации 21
1.3.2. Концентрические сосредоточенные обмотки 28
1.3.3. Принцип модульности 30
1.3.3.1. Электрические машины традиционных конструкций 30
1.3.3.2. Электрические машины аксиально-радиальной дисковой конструкции 34
1.4. Методы проектирования синхронных реактивных и индукторных машин аксиально-радиальной дисковой конструкции 39
1.4.1. Аналитический подход к проектированию 41
1.4.2. Энергетический подход к проектированию 44
1.4.3. Полевой подход к проектированию 46
1.4.4. Комплексный подход к проектированию оптимальных электромеханических преобразователей энергии на базе синхронных реактивных и индукторных машин. Имитационное моделирование 52
1.5. Выводы 57
ГЛАВА 2. Электромагнитный модуль машины 59
2.1. Конструкция электромагнитного модуля. Материалы 59
2.2. Принцип действия электромагнитного модуля 64
2.3. Расчет электромагнитного модуля аналитическим методом в двумерной постановке задачи [103, 109] 65
2.3.1. Расчет модуля в согласованном состоянии 66
2.3.2. Расчет модуля в рассогласованном состоянии 70
2.4. Расчет электромагнитного модуля методом конечно-элементного анализа в двумерной постановке задачи 73
2.4.1. Расчет модуля в согласованном состоянии 74
2.4.2. Расчет модуля в рассогласованном состоянии 77
2.4.3. Нелинейность индуктивности катушек модуля. Сила тяжения... 80
2.5. Расчет электромагнитного модуля методом конечно-элементного анализа в трехмерной постановке задачи 82
2.5.1. Технология расчета трехмерной модели электромагнитного модуля в пакете конечно-элементного анализа Ansys Maxwell 83
2.6. Выводы 94
ГЛАВА 3. Модульные электрические машины 96
3.1. Конструкция модульной электрической машины 96
3.2. Алгоритм управления модульной электрической машиной 99
3.3. Электромагнитный момент модульной электрической машины в статическом режиме 103
3.4. Индуктивности модульной электрической машины 106
3.5. Модульная электрическая машина с зубцово-пазовой конструкцией ротора. Модульная синхронная реактивная машина 109
3.5.1. Оптимизация толщины ротора 113
3.5.2. Оптимизация ширины зубца ротора 117
3.5.3. Результаты моделирования модульной синхронной реактивной машины с аксиальным и радиальным потоком оптимизированного ротора 119
3.6. Конструкция модульной электрической машины с обмоткой возбуждения 124
3.6.1. Анализ работы модульной электрической машины с обмоткой возбуждения. Модульная синхронная индукторная машина 126
3.6.2. Электромагнитный момент и индуктивности модульной синхронной индукторной машины 130
3.6.3. Результаты моделирования модульной синхронной индукторной машины с аксиальным и радиальным потоком оптимизированного ротора 133
3.7. Выводы 139
ГЛАВА 4. Математическое описание модульных машин в составе системы управления 141
4.1. Математическое описание модульной электрической машины [118] 141
4.1.1. Аппроксимация кривых индуктивностей фазы 144
4.1.2. Структурная модель мехатронной приводной системы на базе модульной электрической машины в пакете Matlab-Simulink 147
4.1.3. Результаты моделирования мехатронной приводной системы на базе модульной электрической машины 154
4.2. Математическое описание модульной синхронной реактивной машины, аппроксимация кривых индуктивностей фазы 158
4.2.1. Структурная модель и результаты моделирования мехатронной приводной системы на базе модульной синхронной реактивной машины в пакете Matlab-Simulink 159
4.3. Математическое описание модульной синхронной индукторной машины с аксиальным потоком оптимизированного ротора [125].
Аппроксимация кривых индуктивностей и потокосцеплений фаз 161
4.3.1. Структурная модель и результаты моделирования мехатронной приводной системы на базе модульной синхронной индукторной машины в пакете Matlab-Simulink 165
4.4. Выводы 168
ГЛАВА 5. Макет мехатронной приводной системы и результаты экспериментальных исследований модульной электрической машины 169
5.1. Лабораторный макет машины 169
5.1.1. Измерение статического момента 170
5.1.2. Измерение индуктивностей 175
5.2. Лабораторный макет мехатронной приводной системы 176
5.2.1. Реализация системы управления модульной электрической машиной на микроконтроллере STM32 178
5.2.2. Модель программы контроллера STM32 182
5.3. Выводы 185
Заключение 187
Список сокращений 189
Список литературы
