Моделирование на сеточной модели магнитного поля воздушного зазора при односторонней зубчатости статора: Методические указания к лабораторной работе № 2, страница 3

2.3 Описание сеточной модели

Для исследования поля в воздушном зазоре при односторонней зубчатости используется сеточная модель, выполненная в прямоугольных координатах (рисунок 4). Каждая элементарная ячейка сетки является квадратом и вне зависимости от размеров квадрата моделируемого пространства набирается из одинаковых сопротивлений (так как магнитная проводимость квадрата не зависит от размеров его сторон). Сопротивление одной стороны ячейки данной модели равно 2,2 кОм. Сопротивления сторон ячеек, прилегающих к границе между воздухом и сталью (между пространствами с μ = μ₀ и μ = ∞), – удвоенной величине, то есть 4,4 кОм. В зоне перехода от воздушного зазора к пазу масштаб сетки увеличен в два раза по отношению к основной. Это сделано для того, чтобы можно было более точно проследить характер изменения индукции в этой зоне.

На сеточной модели имеется возможность исследовать поля пазов, не имеющих обмотки с током («невозбужденные» пазы) при двух отношениях открытия паза к воздушному зазору:  и . Изменение ширины паза достигается подключением дополнительных зон 1 и 2 сетки, расположенных слева и справа от паза, с помощью проводников, вставляемых в гнезда, которые, в свою очередь, соединены с соответствующими узлами основной и дополнительных зон.

Полузакрытый паз моделируется с помощью присоединения дополнительной зоны, расположенной слева от зоны паза основной сетки.  

Аналитическое выражение для поля в исследуемом пространстве получено в предположении бесконечной глубины паза. Это допущение вносит в большинстве практических случаев незначительную погрешность. Для оценки величины ошибки, вносимой в результате решения при конечной глубине паза, на модели предусмотрена возможность осуществления разрыва по оси x в зоне паза с тем, чтобы можно было воспроизвести «мелкий» паз, для которого отношение глубины паза h_п к воздушному зазору δ равно 2.

Источником ЭДС для модели служит трансформатор с выпрямителем напряжением приблизительно 100 В. Подключение источника к различным точкам сетки осуществляется с помощью тумблеров К1 – К4.

3 Программа работы и содержание отчета

3.1 Собрать схему для исследования магнитного поля при униполярном намагничивании глубокого паза с . Перечертить сетку со всеми узлами для данной схемы.

3.2 Снять и построить кривую распределения индукции вдоль пазового деления на поверхности ротора.

3.3 Построить картину поля в пазу и воздушном зазоре при униполярном намагничивании.

3.4 Определить коэффициент Картера k_δ для глубокого паза при и сравнить его с расчетным значением.

3.5 Выполнить программу пунктов 3.1, 3.2 и 3.3 для глубокого паза с током при . Сравнить полученные кривые распределения индукции вдоль пазового деления и картины поля для «невозбужденного» паза и паза с током.

3.6 По заданию преподавателя собрать следующие схемы: «мелкого» паза; «невозбужденного» глубокого паза с ; «невозбужденного» полузакрытого паза с .

3.7 Исследовать для указанных схем распределение индукции вдоль пазового деления.

3.8 Определить коэффициент Картера k_δ для указанных в пункте 3.6 схем.

3.9 Оформить отчет и ответить на вопросы. В отчете привести картины поля для «невозбужденного» и «возбужденного» глубокого паза при , расчет коэффициента воздушного зазора для всех схем, а также построить кривые распределения индукции вдоль пазового деления, полученные в пунктах 3.2, 3.5 и 3.7, на одном графике.

4 Методические указания

4.1 К пункту 3.1

Для того, чтобы собрать схему глубокого «невозбужденного» паза, необходимо соединить нижние точки верхней части паза с верхними точками нижней части (узлы с 28' по 34' на рисунке 4), а также подключить к источнику ЭДС через ключ К3 осевую линию паза (для этого соединить узлы с 1' по 10' и с 35' по 39' на основной сетке с расположенными рядом узлами перемычки).

Следует внимательно следить за наличием и плотностью контактов во всех соединяемых узлах!

После включения напряжения питания устанавливается такой предел вольтметра на стенде, чтобы при измерении напряжения между узлами 1 и 55 его показания были максимальными.

В отчет перечерчивается сетка без изображения соединений верхней и нижней частей паза, а также без источника ЭДС и дополнительных зон. Полученное изображение половины глубокого паза, таким образом, содержит 6 ячеек по ширине, 11 ячеек по высоте паза, воздушный зазор – 2 крупных ячейки, а также 8 крупных ячеек – половина зубца.

 На рисунке должны быть отмечены все узлы как крупных, так и мелких ячеек.

4.2 К пункту 3.2

При построении кривой распределения индукции вдоль пазового деления производится измерение разности потенциалов между узлами крупных ячеек, расположенных на нижней линии модели (узлы с 3 по 55 на рисунке 4). Результаты измерения удобно занести в таблицу по типу таблицы 1.

Таблица 1 –  К построению кривой распределения индукции

Узлы измерения	Глубокий «невозбужденный» паз при		Глубокий паз с током при		Мелкий паз с		«Невозбужденный» глубокий паз с		«Невозбужденный» полузакрытый паз с .
3 – 7  7 – 11 11 – 15 15 – 19 19 – 23 23 – 27 : : 51 – 55

Среднее значение разности потенциалов в зоне, удаленной от паза:

,                                     (13)

где U_{i, i+4} – разность потенциалов между соседними узлами крупной сетки, принимается за максимальное значение индукции (в системе относительных единиц ). Остальные значения индукции в относительных единицах определяются по формуле:

                                             (14)

и заносятся в соответствующую колонку таблицы 1.

При построении кривой распределения индукции  вдоль пазового деления статора координату x следует откладывать равномерно в виде номеров узлов от 3 до 55. Кроме того, следует помнить, что на сеточной модели приведена лишь половина паза. Для того, чтобы построить зависимость  для всего пазового деления необходимо зеркально отразить полученную кривую относительно вертикальной оси (кривая 1 на рисунке 3).

4.3 К пункту 3.3