ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ КОЛЛЕКТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО ПАКЕТА COSMOSWorks

В настоящее время мировой опыт проектирования, расчета электрических машин постоянного тока включает в себя массу материала, большая часть которого состоит из тепловых, аэродинамических и электромагнитных расчетов и моделей.

При эксплуатации и изготовления коллекторных узлов электрических машин возникает множество проблем, связанных, в конечном счете, с точностью самого коллектора — эллиптичностью, радиальным биением, эксцентриситетом. Отклонения от этих параметров точности изготовления коллекторного узла приводят к нарушениям коммутационных процессов, дисбалансу коллектора, и как следствие, увеличению частоты сбоев в работе электромашины.

Отраслевая технология изготовления электрических машин с момента начала серийного производства и до наших дней проектируется, исходя из опыта предыдущих технологий с учетом эмпирических данных, которые определяются опытным путем в интересах каждого отдельно взятого предприятия.

Одной их важнейших проблем при эксплуатации электрических машин является значительная температурная нагрузка на коллекторный узел, а значит, имеют место и температурные деформации. Распределение тепловых потоков между элементами конструкции являет сложную систему с достаточно сложным математическим преставлением. Особое значение имеет исследование теплового состояния в динамике.

Такую сложную зависимость позволяет выявить и проанализировать в конструкторских и технологических целях конечно-элементный численный метод, реализованный в расчетном комплексе COSMOSWorks. В процессе эксплуатации коллекторные пластинные (ламели) нагреваются и изменяют геометрическую форму, в результате чего изменяется и форма коллектора. Задача заключается в контроле размера коммутационного зазора. Коллектор состоит из пластин коллекторной меди, изолированных между собой и от корпуса, зажатых конусом и втулкой коллекторной (см. рис.1).

При создании модели будем учитывать конвективный теплообмен с окружающей средой, мощностные потери и, следовательно, выделение тепла, на площади контакта со щетками, а также изоляцию коллекторных пластин. Расчет будет проводиться для двух ламелей (см. рис.2).

Моделирование тепловых нагрузок и последующее определение деформированной формы детали проходит в два этапа: решение тепловой задачи и статический расчет с учетом температурных деформаций (задача термоупругости). Величины прикладываемых тепловых потоков вычислены по формулам проектирования электрических машин постоянного тока. Расчет проводится в динамике. Общая продолжительность рассматриваемого промежутка времени – 1.5 часа, с временным шагом 10 минут.