Методика расчета магнитного потока одной катушечной группы обмотки статора компонента управляемого асинхронного каскадного электрического привода

Существующие типы и конструкции электрических приводов порой не удовлетворяют современным требованиям различных отраслей промышленности. В частности, электрические приводы, как постоянного тока, так и переменного тока с короткозамкнутым или фазным ротором имеют высокую частоту вращения в режимах, близких к номинальным. Низкие частоты вращения могут быть получены двумя способами. Первый способ заключается в применении различных редукторов, что усложняет привод, снижает его надежность. При этом частота вращения на выходе редуктора не может быть близкой к нулю, тем более изменить знак и осуществить реверс привода. Второй способ требует применением дорогостоящего частотно управляемого электропривода, который в свою очередь не решает проблемы получения очень низких скоростей вращения, близких к 0 с номинальным значением вращающего момента, а также получения удвоенной синхронной скорости вращения при постоянном моменте или удвоенного момента при постоянной синхронной скорости для номинального режима работы. При этом асинхронные электроприводы с частотными преобразователями при низких скоростях вращения имеют низкое значение вращающего момента, к тому же вал будет вращаться рывками, из-за принципов работы преобразователей, а также данные преобразователи загрязняют питающую сеть гармониками высших порядков, приводящих к искажению синусоидальности напряжения, т. е. снижает качество электроэнергии.

Разрабатываемые типы приводов обладают улучшенными характеристиками управления и рабочими характеристиками, по сравнению с имеющимися типами электрических приводов. Для создания таких типов приводов требуется разработать новые методики расчета. Предлагается новый подход к созданию данных устройств. Предполагая, что магнитная система линейна и в номинальном режиме работы магнитная индукция не выходит за пределы колена кривой намагничивания, применяя метод наложения, закона Кирхгофа и закона Ома для магнитной цепи. Метод заключается в следующем выключаются фазы В и С, включается фаза А, находится потокораспределение сначала от одной катушечной группы затем от другой, после этого потоки складываются со сдвигом в пространстве. Затем тоже проделываем с фазами В и С. Затем полученные потоки складываем. Расчет сводится к последовательному и параллельному сложению магнитных сопротивлений и применению закона Кирхгофа и закона Ома для магнитной цепи.

Процесс проектирование и создания каскадных электрических приводов и их компонентов довольно сложная электротехническая задача, которая разбивается на несколько этапов:

(1).

где? магнитный поток электрической машины;

? ток, протекающий по статору;

? количество витков;

? магнитное сопротивление электрической машины.

Эскиз магнитной системы и принятые размеры представлены на рисунке 1, магнитная цепь асинхронного двигателя изображена на рисунке 2.

? диаметр вала;

? диаметр ротора;

? внутренний диаметр статора;

? внешний диаметр статора;

— величина воздушного зазора; (2).

? расчетная длина магнитопровода;

? высота зубца статора и, соответственно, ротора;

? ширина зубца статора и, соответственно, ротора;

— поток катушечной группы.

Рисунок 1 — Геометрические размеры компонента управляемого каскадного асинхронного электрического привода.

Рисунок 2 — Схема замещения магнитной системы компонента управляемого каскадного асинхронного электрического привода Расчет магнитных сопротивлений статора.

Выключаем фазы В и С и оставляем включенной фазу А. Рассчитываем потокораспределение в системе, определяя магнитное сопротивление каждого участка по пути протекания магнитного потока катушечной группы.

Магнитное сопротивление находим по формуле:

(3).

Где? магнитная проводимость;

? длина силовой линии на данном участке;

? площадь, сквозь которую протекает магнитный поток;

? магнитная проницаемость данного участка;

.

Найдем магнитное сопротивление ярма ротора асинхронного двигателя по формуле (3).

Находим площадь самого узкого места ярма ротора, по которому проходят магнитные силовые линии:

. (4).

Определяем среднюю длину магнитной линии, предварительно введем понятие среднего диаметра ротора:

. (5).

(6).

Где — число пар полюсов.

Тогда магнитное сопротивление ярма ротора имеет вид:

. (7).

Находим магнитное сопротивление зубцовой части ротора.

Площадь, по которой проходит магнитная силовая линия, равна?

(8).

где — количество зубцов ротора;

— относительный шаг.

(9).

где — число зубцов на катушку (шаг обмотки);

— количество зубцов статора.

Длина магнитной линии на этом участке:

. (10).

Тогда магнитное сопротивление на участке зубцов ротора:

. (11).

Находим магнитное сопротивление зубцовой части статора.

Площадь, по которой проходит магнитная силовая линия, равна:

. (12).

электрический привод магнитный короткозамкнутый Длина магнитной линии равна высоте зубца статора:

. (13).

Тогда магнитное сопротивление участка равно:

. (14).

Расчет и формула для магнитного сопротивления воздушного зазора такая же, как и для зубцовой части статора, только длина магнитной линии равна величине зазора. Это утверждение верно, так как мы не учитываем поля выпучивания и рассеяния на зубцовой зоне статора.

. (15).

Рассчитываем магнитное сопротивление ярма статора.

Находим площадь, по которой проходит магнитная линия:

. (16).

Вводим понятие среднего диаметра ярма статора:

. (17).

Тогда длина силовой магнитной линии равна:

. (18).

Тогда величина магнитного сопротивление на участке ярма статора равна:

. (19).

Подставляя полученные значения магнитных сопротивлений в (1), получим:

. (20).

Поток катушечной группы будет равен сумме потоков от всех катушек. Причем каждый поток будет сдвинут в пространстве на соответствующее количество зубцов. Так что суммарная картина будет выглядеть в виде ступенчатой кривой.

Представленный выше подход не вносит больших погрешностей, так, как разбивая магнитную систему на отдельные участки, мы можем задавать свое значение магнитной индукции, которую можно уточнить методом последовательных приближений. На основе изложенного выше подхода разработаны алгоритмы и блок схемы управления программами расчёта. Написаны программы, позволяющие для заданных параметров рассчитать распределения потока обмотки компонента управляемого асинхронного каскадного электрического привода. Данные программы являются частью комплекса по расчету каскадных управляемых электрических приводов.