Abstract

Abstract

В работе представлены рабочие характеристики асинхронных двигателей мощностью 110 кВт электропривода вентилятора ВМЭ-12, полученные в результате их электромагнитного расчета на номинальные напряжения 660, 1140, 6000 В. Приведена математическая модель электротехнического комплекса «источник напряжения – кабельная линия – асинхронный двигатель», реализованная в среде Simulink, на которой исследовались переходные пусковые режимы двигателей. Сравнительный анализ рабочих характеристик и переходных пусковых режимов показал, что для вентилятора ВМЭ-12 лучшие показатели имеет двигатель с номинальным напряжением 6000 В.

Full Text

Определение главных размеров линейных асинхронных двигателей (ЛАД) является важным этапом их проектирования. Ошибки, допущенные при определении главных размеров, окончательно определяются лишь на конечном этапе проектирования, когда рассчитываются рабочие и пусковые характеристики двигателя. При расхождении результатов расчета с заданными значениями тягового усилия и энергетических показателей необходимо внести поправки в ранее принятые проектные решения и повторить все расчеты, что ведет к увеличению затрат на проектирование. То есть проектирование ЛАД ведется методом последовательных приближений, и успех дела сильно зависит от точности задания первоначальных приближенных значений энергетических показателей и электромагнитных нагрузок. Проектирование обычных асинхронных двигателей вращательного действия (АД) также ведется методом последовательных приближений. Основными исходными данными являются мощность и скорость вращения, которая однозначно связана с числом пар полюсов: , (1) где – частота сети, – число пар полюсов, – частота вращения магнитного поля. Первоначальные приближенные значения энергетических показателей и электромагнитных нагрузок АД задаются в виде таблиц и графиков, в которых обобщен огромный опыт проектирования таких машин. Входными параметрами в этих таблицах и графиках являются мощность и число пар полюсов АД [1, 2, 3]. Скорость движения ЛАД зависит не от числа пар полюсов, а от длины полюсного деления: , (2) где – частота сети, – длина полюсного деления, – скорость бегущего поля. Поэтому первоначальные приближенные значения удельного тягового усилия и энергетических показателей ЛАД необходимо увязывать с длиной полюсного деления. Выполненные нами исследования показали, что первоначальные приближенные значения показателей ЛАД целесообразнее увязывать не с длиной полюсного деления, а с отношением длины полюсного деления к воздушному зазору: , (3) где – относительная длина полюсного деления, – зазор между индуктором и вторичным элементом ЛАД. Относительная длина полюсного деления является весьма важным показателем всех типов асинхронных двигателей. При уменьшении возрастает ток холостого хода и снижаются энергетические показатели двигателя. Относительная длина полюсного деления оказывает весьма значительное влияние на величину магнитного поля в зазоре и тяговое усилие ЛАД. Согласно [5] магнитную индукцию в зазоре ЛАД можно найти по формуле , (4) где – комплексная амплитуда индукции в зазоре, – магнитная проницаемость в вакууме, – линейная токовая нагрузка, – безразмерный коэффициент, учитывающий насыщение стали магнитопровода, – электромагнитное скольжение. Удельное тяговое усилие на единицу площади активной поверхности индуктора можно найти по [5]. . (5) Из формул (4) и (5) видно, что относительная длина полюсного деления действительно оказывает сильное влияние на магнитную индукцию и удельное тяговое усилие . Нами были выполнены расчеты и построены графики зависимости магнитной индукции, удельного тягового усилия и энергетических показателей от относительной длины полюсного деления при трех значениях мощности ЛАД. Эти графики показаны на рис. 1–4. При > 150 эти графики базируются на данных асинхронных двигателей серии 4А [4]. При < 150 использованы результаты многолетних исследований [4, 5]. при номинальной мощности двигателя 1, 10 и 100 кВт Определение главных размеров ЛАД при заданных значениях тягового усилия , скорости движения , напряжения и частоты сети можно выполнить в следующей последовательности: 1) выбираем воздушный зазор исходя из конструкции и условий работы ЛАД; 2) определяем скорость бегущего поля: , где – номинальное скольжение; 3) находим из формулы (2) длину полюсного деления ; 4) определяем механическую мощность ЛАД; ; (6) 5) находим относительную длину полюсного деления по формуле (3); 6) по графику (см. рис. 2) находим приближенное значение удельного тягового усилия и определяем площадь активной поверхности индуктора: ; (7) 7) ширину магнитопровода индуктора желательно выбирать из условия . (8) При известной площади индуктора уменьшение ширины магнитопровода позволяет увеличить длину магнитопровода и число полюсов, что ведет к снижению вредного влияния продольного краевого эффекта; 8) длина магнитопровода индуктора ; (9) 9) определяем число пар полюсов: . (10) Округляем до целого числа и уточняем длину и ширину магнитопровода индуктора: , (11) ; (12) 10) номинальный ток фазы индуктора . (13) Значения коэффициента полезного действия и коэффициента мощности берутся по рис. 3 и 4; 11) по рис. 1 находим приближенное значение магнитной индукции в зазоре Вδ и определяем магнитный поток: . (14) При слабом насыщении зубцов коэффициент полюсного перекрытия можно принять равным 0,7 [1]; 12) число витков фазы индуктора . (15) Для ЛАД можно принять = 0,9…0,95 и = 0,95; 13) линейная токовая нагрузка . (16) Полученное значение сравнивается с допустимым значением. При существенном отличии значений делается корректировка удельного тягового усилия и производится повторный расчет. Изложенный выше способ определения главных размеров ЛАД рекомендуется применять при большом числе пар полюсов (p > 5), короткозамкнутой обмотке и шихтованном магнитопроводе вторичного элемента. При p < 5 и сплошном ферромагнитном вторичном элементе рекомендации по рис. 1–4 следует считать сугубо ориентировочными.