Применение программного комплекса ANSYS для электромагнитного и теплового анализа электродвигателя привода пильгерстана технологии изготовления бесшовных труб

Аннотация

В настоящее время металлургическое производство содержит большое количество морально и физически устаревшего
электрооборудования, которое требует модернизации. Для его замены требуются большие капитальные затраты. По этой причине оно медленно внедряется, долго эксплуатируется с целью окупаемости, медленно выводится из производства. В связи с этим новое оборудование должно быть инновационным и по многим параметрам опережать существующий уровень развития отрасли. В статье предлагается такое решение для предприятия ПАО «Челябинский трубопрокатный завод». Для замены существующего коллекторного двигателя привода пильгерстана по производству бесшовных труб, который функционирует с 1928 года и находится в критическом состоянии, предлагается крупногабаритный тихоходный вентильный двигатель с большой встроенной инерционной массой, имеющий магнитную систему с постоянным магнитом и когтеобразными полюсами. Такое техническое решение для приводов этого класса в мире не применялось. Двигатель позволяет исключить существующий 120-тонный маховик, повысить надежность за счет бесконтактности токоподвода, снизить эксплуатационные затраты, исключив потери на возбуждение. Конструкция двигателя позволяет произвести его сборку без дополнительной технологической оснастки, что очень важно для крупных двигателей с постоянными магнитами. Для разработки уникального двигателя была создана проектная система, состоящая из подсистемы синтеза и подсистемы анализа. Подсистема синтеза
реализует многоуровневую однокритериальную оптимизацию. В результате ее работы определяется оптимальная геометрия по выбранному критерию. Система анализа подтверждает достоверность расчета по упрощенным методикам оптимизации и окончательно снимает технические риски перед изготовлением промышленного образца. Она построена на основе хорошо отработанной для электрических машин CAE системы Ansys Electronics Desktop и Ansys Icepak. Анализ имеет несколько этапов и включает в себя электромагнитный и тепловой анализ. Предлагаемая проектная система проверена на реальном проекте и внедрена в качестве расчета магнитного и теплового состояния с учетом динамической нагрузки в АО «Русские электрические двигатели».