Подход к определению магнитных параметров управляемого асинхронного каскадного электрического привода с уточненной геометрией

7

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Подход к определению магнитных параметров управляемого асинхронного каскадного электрического привода с уточненной геометрией

Процесс проектирование и создания [1] каскадных электрических приводов и их компонентов [2-5] довольно сложная электротехническая задача. Ранее было предложено процесс проектирования исследуемых устройств разбивать на несколько этапов [5-9].

Одним из этапов проектирования является определение электроэнергетических параметров рассматриваемого каскадного устройства и его компонентов [10].

Ранее был рассчитан магнитный поток от одной катушечной группы обмотки статора асинхронного двигателя, но при условии, что ротор и статор являются гладкими без пазов и зубцов [11-17].

В данной статье представлен оригинальный подход к расчету магнитных сопротивлений на примере асинхронного двигателя со следующей геометрией, представленной на (рис. 1) и (рис. 2)

Расчет магнитной системы магнитных сопротивлений производится с применением закона Кирхгрофа, закона Ома для магнитной цепи и принципа наложения, на примере асинхронного двигателя серии 4А132S4У3. Схема замещения приведена на (рис 3.). В качестве примера взята двухслойная обмотка на 36 пазов [10].

Рисунок 1. а) геометрия паза статора; б) геометрия пазов ротора

Рисунок 2. Основные геометрические размеры асинхронного двигателя каскадного электрического привода

Рисунок 3. Схема замещения магнитной системы

Ниже приведен расчет для нулевого положения оси поля ротора относительно оси поля статора.

Выражение для магнитного потока катушки

, (1)

привод электрический каскадный

где ? ток, протекающий в катушке;

? количество витков катушки;

? магнитное сопротивление потоку катушки.

Формула для определения магнитного сопротивления

, (2)

где ? длина средней силовой линии на данном участке;

? площадь, сквозь которую протекает магнитный поток;

? магнитная проницаемость данного участка;

, .

Расчет магнитных сопротивлений ротора компонента управляемого каскадного асинхронного электрического привода

Магнитное сопротивление ярма ротора синхронного двигателя.

Площадь ярма ротора, сквозь которую протекает поток, выбираем по сечению, в котором происходит передача магнитного потока в зубцовую зону ротора. Для других частей машины нахождение площади будет аналогичным.

Находим площадь самого узкого места ярма ротора

, (3)

где ? диаметр ротора;

? высота зубца ротора;

? расчетная длина магнитопровода.

Введем понятие среднего диаметра ротора

, (4)

где ? диаметр вала.

Длина средней силовой магнитной линии равна

. (5)

Магнитное сопротивление ярма ротора равно

, (6)

где ? магнитная проницаемость ярма ротора.

Магнитное сопротивление зубцовой части ротора.

Площадь, по которой проходит магнитная силовая линия, равна

, (7)

где ? ширина зубца ротора.

Длина магнитной линии на этом участке равна высоте зубца ротора

. (8)

Магнитное сопротивление зубцовой части ротора равно

, (9)

где ? магнитная проницаемость зубцовой части ротора.

Расчет магнитных сопротивлений статора компонента управляемого каскадного асинхронного электрического привода

Магнитное сопротивление зубцовой части статора.

Площадь прохождения магнитного потока равна

, (10)

где ? ширина зубца статора.

Длина магнитной линии равна высоте зубца статора

. (11)

где ? высота зубца статора.

Магнитное сопротивление зубцовой зоны статора равно

, (12)

где ? магнитная проницаемость зубцовой части статора.

Магнитное сопротивление воздушного зазора.

Это сопротивление находим аналогично, как магнитное сопротивление зубцовой части статора ввиду пренебрежения потоками рассеяния и выпучивания. Длина силовой магнитной линии равна величине зазора.

, (13)

где ? величина воздушного зазора.

Магнитное сопротивление ярма статора.

Площадь, по которой проходит магнитная линия, равна

. (14)

где ? внешний диаметр статора;

? внутренний диаметр статора.

Введем понятие среднего диаметра ярма статора

. (15)

Длина средней силовой магнитной линии будет равна

. (16)

Магнитное сопротивление на участке ярма статора равно

, (17)

где ? магнитная проницаемость ярма статора.

Аналогично были рассчитаны значения магнитных сопротивлений для всех катушек статорной обмотки при различных углах поворота оси поля ротора относительно оси поля статора с шагом в 1,0588° или .

Магнитное сопротивление ярма ротора и ярма статора остаётся неизменным для каждой катушки при любом угле сдвига оси поля ротора.

При изменении положения ротора изменяется величины магнитных сопротивлений зубцовой зоны статора и ротора, а также воздушного зазора по следующей зависимости:

,

где ? общее магнитное сопротивление зубцовой зоны ротора, статора и воздушного зазора -ой катушки при -ом угле сдвига оси поля ротора относительно оси поля статора;

Коэффициент количественно описывает площади, через которые проходит магнитный поток. В таблице 1 приведены значения коэффициента для всех катушек и всех положений оси поля ротора относительно оси поля статора, причём после угла поворота в десять градусов, значения коэффициента повторяются.

Значения коэффициентов

привод электрический каскадный

При проведении исследования, наблюдается, что при достижении угла поворота оси поля статора относительно оси поля ротора в 10,588 градусов наблюдается повторение результата.

В данной статье приведен новый уточненный метод расчета, основанный на применение законов Ома для магнитный цепи и метода наложения. Данный метод позволяет более точно найти магнитные параметры управляемого асинхронного каскадного электрического привода и отойти от классической теории расчета с использование большого количества коэффициентов. Стоит отметить, что данный метод реализован в программном комплексе [18-20], который является частью разрабатываемой автоматизированной системы проектирования исследуемых систем электропривода.

Литература

Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. В 2-х ч. Ч. 2 / - Машины переменного тока. Изд. 3-е, перераб. - Л.: Энергия, 1973. - 648 с.

Карандей В.Ю. Управляемый каскадный электрический привод / В.Ю. Карандей, Б.К. Попов // Патент на изобретение №2402857 зарегистрировано 27.10.2010 г.

Карандей В.Ю. Управляемый каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом / В.Ю. Карандей, Б.К. Попов // Патент на изобретение №2461947 зарегистрировано 20.09.2012 г.

Карандей В.Ю. Аксиальный каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом / В.Ю. Карандей, Б.К. Попов, О.Б. Попова // Патент на изобретение №2483415 зарегистрировано 11.03.2013 г.

5. Карандей В.Ю. Токосъемное устройство / В.Ю. Карандей, Б.К. Попов // Патент на изобретение №2370869 зарегистрировано30.06.2008 г.

Карандей В.Ю. Концепция расчета магнитной системы асинхронного двигателя специального электропривода / В.Ю. Карандей, Б.К. Попов, // Известия высших учебных заведений, Пищевая технология. Научно-технический журнал. - 2008. - №1. - С. 101-103.

6. Попов Б.К., Карандей Ю.Ю., Карандей В.Ю., Афанасьев В.Л., Абанин Ф.С. Подход к определению магнитных параметров компонента управляемого каскадного асинхронного электрического привода: Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2015. - №10 (114). - IDA [article ID]: 1141510014. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2015/10/pdf/14.pdf, 1,188 у.п.л.

7. Карандей В.Ю. Определение электромагнитной энергии и момента в каскадном электрическом приводе / В.Ю. Карандей, Б.К. Попов, А.В. Базык, Ю.Ю. Карандей // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2014. - №03 (097). - IDA [article ID]: 0971401039. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/03/pdf/39.pdf, 0,625 у.п.л.

8. Карандей В.Ю. Концепция расчета магнитной системы асинхронного двигателя специального электропривода / В.Ю. Карандей, Б.К. Попов, // Известия высших учебных заведений, Пищевая технология. Научно-технический журнал. - 2008. - №1. - С. 101-103.

9. Карандей В.Ю. Определение токов статора и ротора в каскадном элек-трическом приводе / В.Ю. Карандей, Б.К. Попов // Известия высших учебных заведе-ний, Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2008. - №4. - С. 91-96.

10. Карандей В.Ю. Математическое моделирование кас-кадных асинхронных электроприводов: в 3 т.: монография. ФГБОУ ВПО «КубГТУ». - Краснодар: Издательский Дом - Юг. Т. 1: Математическое моделирование магнитных систем электро-привода. - 2014. - 142 с., ISBN 978-5-91718-345-9 (Т. 1), ISBN 978-5-91718-344-2

11. Попов Б.К. Расчет магнитного потока одной катушечной группы статорной обмотки асинхронного двигателя / Б.К. Попов, О.Б. Попова, В.Ю. Карандей; Кубан. гос. технол. ун-т. Краснодар, 2006. - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 10.01.06, №4-В2006.

12. Попов Б.К. Разработка алгоритма расчета статора асинхронного двигателя методом магнитных цепей / Б.К. Попов, О.Б. Попова, В.Ю. Каран-дей; Кубан. гос. технол. ун-т. Краснодар, 2006. - 16 с. - Деп. в ВИНИТИ 10.01.06, №5-В2006.

13. Попов Б.К. Расчет магнитных сопротивлений для двухслойной петлевой обмотки статора синхронного двигателя Z=36, 2p=4, q=3 / Б.К. Попов, О.Б. Попова, В.Ю. Карандей, А.Н. Лахман; Кубан. гос. технол. ун-т. Краснодар, 2007. - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 16.05.2007, №530-В2007.

14. Попов Б.К. Расчет магнитных сопротивлений для двухслойной петлевой обмотки статора синхронного двигателя Z=24, 2p=4, q=2 / Б.К. Попов, О.Б. Попова, В.Ю. Карандей, А.Н. Лахман; Кубан. гос. технол. ун-т. Краснодар, 2007. - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 17.10.2007, №975-В2007.

15. Попов Б.К. Расчет магнитных сопротивлений от обмотки возбуждения ротора для статора Z=24, 2p=4, q=2 синхронного двигателя / Б.К. Попов, О.Б. Попова, В.Ю. Карандей, А.Н. Лахман; Кубан. гос. технол. ун-т. Краснодар, 2007. - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 17.10.2007, №974-В2007.

16. Попов Б.К. Определение полного потока для одной катушечной группы статора асинхронного двигателя / Б.К. Попов, В.Ю. Карандей; Кубан. гос. технол. ун-т. Краснодар, 2008. - 5 с. - Деп. в ВИНИТИ 09.06.2008, №494-В2008.

17. Попов Б.К. Определение полного потока для одного контура ротора асинхронного двигателя / Б.К. Попов, В.Ю. Карандей; Кубан. гос. технол. ун-т. Краснодар, 2008. - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 09.06.2008, №496-В2008.

18. Карандей В.Ю. Программа расчета параметров и анимационного построения потокораспределения компонента асинхронного каскадного электропривода / Ка-рандей В.Ю., Базык А.В., Афанасьев В.Л. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2015615828 от 25 мая 2015 г.

19. Карандей В.Ю. Программа расчета параметров и самоанимационного построения потокораспределения компонента асинхронного каскадного электропривода / Карандей В.Ю., Карандей Ю.Ю., Базык А.В. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2015615826 от 25 мая 2015 г.

Размещено на Allbest.ru