Методическое пособие 737
.pdfда. Он состоит из потерь в стали, механических и добавочных. Однако для дальнейшего сравнения удобнее оперировать величиной электромагнитного момента.
Заметим, что число пазов короткозамкнутого ротора в ДАК – 116, равное 17, принято в соответствии с рекомендациями [73, стр. 55]. Параметры электродвигателя получаются удовлетворительными, за исключением пускового момента. В современных условиях на первый план выходят задачи, вопервых, получить высокие энергетические характеристики электродвигателя, а, во-вторых, рационально использовать материалы, цены на которые равны мировым.
Статор спроектированного электродвигателя рассматривался как законченный узел, а ротор являлся объектом оптимизации. Такой подход обусловлен двумя причинами. Вопервых, в литературе приводятся противоречивые данные по выбору числа пазов на роторе [7, 19, 23, 67, 68, 73, 95, 101],
поэтому необходимо проверить несколько вариантов. Вовторых, этого стоимость алюминия выше, чем электротехнической стали. В ходе оптимизации ротора уменьшим суммарную площадь его пазов.
В результате вычислительного эксперимента была определена конструкция ротора, обеспечивающая сформулированные выше требования. Результаты расчетов показаны на рис. 3.10 – 3.16. Геометрия ротора, обеспечивающего больший начальный пусковой момент, а также 30 % экономию алюминия обмотки ротора, показана на рис. 3.10.
Ротор имеет полузакрытые пазы и вентиляционные отверстия для лучшего охлаждения. Возможность выполнения вентиляционных отверстий вытекала из анализа предыдущих расчетов 17 – пазовой конструкции, в которой магнитная индукция в спинке ротора не превышала 0,85 Тл. В модернизированной конструкции максимальная величина магнитной индукции в спинке ротора не более 1,10 Тл.
61
Рис. 3.10. Геометрия модернизированного электродвигателя, полученная по результатам вычислительного
эксперимента в среде ANSYS
На рис. 3.11 показано как проходит средняя силовая магнитная линия в поперечном сечении электродвигателя в номинальном режиме. Ясно, что, выполняя электромагнитный расчет на основе графо-аналитических методов, погрешность расчетов возникает еще потому, что средняя силовая линия проходит не по линии симметрии, а с учетом взаимного расположения зубцов. Электромагнитное поле стремится пройти по пути наименьшего сопротивления, то есть по зубцам, что не принимается в расчет, когда предполагается, что электродвигатель имеет гладкий воздушный зазор.
Электромагнитный момент, действующий на ротор в номинальном режиме, получился равным 0,89 Н∙м при скольжении 0,10, а начальный пусковой момент равен 0,58 Н∙м.
62
Рис. 3.11. Распределение средней силовой линии в номинальном режиме работы модернизированного
электродвигателя
Таким образом, удалось увеличить пусковой момент на 52,6 % практически без ухудшения рабочих характеристик. Остановимся на некоторых важных результатах.
1.Построен ряд математических моделей асинхронных конденсаторных электродвигателей, позволяющих рассчитывать работу электродвигателя в номинальном режиме и
вмомент пуска.
2.Опыт создания моделей показывает, что при построении геометрии поперечного сечения электродвигателя целесообразно использовать возможности графического редактора пакета ANSYS, а не импортировать модель, созданную в других приложениях.
63
Рис. 3.12. Распределение силовых линий магнитного поля в ДАК – 116 с 30 пазами на роторе в номинальном
режиме
Bδ·10-1, Тл
τ·10-2, м
Рис. 3.13. Распределение вектора магнитной индукции в воздушном зазоре вдоль полюсного деления в номинальном
режиме (ДАК – 116 с 30 пазами)
64
Рис. 3.14. Распределение средней силовой линии в пусковом режиме работы модернизированного электродвигателя
Рис. 3.15. Распределение силовых линий магнитного поля в ДАК – 116 с 30 пазами на роторе в режиме пуска
65
Bδ·10-1, Тл
τ·10-2, м
Рис. 3.16. Распределение вектора магнитной индукции в воздушном зазоре вдоль полюсного деления в режиме пуска
(ДАК – 116 с 30 пазами)
3.Опираясь на результаты экспериментальных исследований и данные электромагнитного расчета, выбраны электромагнитные нагрузки для номинальных и пусковых режимов работы моделируемого электродвигателя.
4.Вычислительный эксперимент, проведенный в среде ANSYS, позволил уточнить рациональное соотношение чисел пазов статора и ротора четырехполюсного конденсаторного асинхронного электродвигателя.
5.Анализ электромагнитного поля показал, что в асинхронных конденсаторных электродвигателях, работающих по схеме включения с одним конденсатором соотношение чисел пазов статора и ротора 24/30, по сравнению с 24/17 позволяет в 1,5 раза увеличить пусковой момент, практически сохранив электромагнитный момент вращения в номинальном режиме.
6.Расчет электромагнитного поля в номинальном режиме работы позволяет обосновано выбирать геометрию вентиляционных каналов ротора, не приводящую к значительному насыщению магнитной системы.
66
4.1. !"# #$"#$ %# ! &!' (!( - )! # ) ( )! "! * )+, -)# . #" ,-/## ##%#", )!0!10 2 + + "(!
4.2.#$"# #%#"3 ' ,4" 2 '!' )! "! 5 -() +!2"#("3. + + "( ! #"6) "" 2#2!( $
4.3.#$"# +!2"#(" . &) #+ (# - #"7-(!( )! "! 5 -() +!2"#("3. + + "( ! #"6) "" 2 #2!( $
4.1. !"# #$"#$ %# ! &!' |
(!( )! # ) ( )! |
"! * )+, -)# . #" ,-/## # #%#", |
)!0!10 2 |
+ + "(! |
|
( #-# )! % (! () 6*!'"36 ! #"6) ""36 5 -() -#2!( . "! " + ( ! ( )## / & . ()!8 (!"3 (!- ( %" 6 ) 4 . ', 7(!(3, - ( )3 & ,%!1( $ #6 # & 7- ' !"# +, %! ( , ( )$1( #"9 " ) & . ( %" -(#, 8 "" # &) # 6 #( + )"#'!/#$ 5 -() #2!- ( $, "" 2 &) #' ( . 5( + ,%! '! -# + - ( #-# )9!( 8 74 - #% ( & &)! %"36 - 5**#- /# "( . #6 # & 7' !(7 + 9" " 2 !. ,%! # -
!"#$ " ., " ()!8 (!"" . &) #' ( - " (),-- /## 5 -() #2!( $, ()! #/# ""3 + ( #-# !1( 8 7- 4,1 & 2) 4" (7. (!-#+ - " (),-/#$+ + 9" (" (# ! #"6) ""3 5 -() #2!( # " 4"#+ ) ( ) + # # 8- )!0 ""3 ! #"6) ""3 #2!( #.
67
36 + !"" + ,%! $ $ ( $ # & 7' !"# + - ( )! % (! 5 -() +!2"#(" 2 & $. :) #+,0 ( ! (!- 2 & 6 ! (!" $( $ 0,(#+3+#, & - 7-, ( )" (7 & ,% ""36 ) ', 7(!( %! ( &)#8 #9! ( $ - ) ', 7(!(!+
# &3(!"#.. ) + ""3 &!- (3 &) 2)!++ & ' $1( ) ! #- ' !(7 )! % ( 5 -() +!2"#(" 2 & $ [10, 39, 102 -105].
! + &,0 "# , %( )! +!()# ! ( $ ,+ )"!$ '!-!%!. ! (+ (#(7, %( )! % ( ) + "" 2 ! #"6) "" 2 5 -() #2!( $ () 6+ )" . & (!" - 3 -#+ # - & 7' !"# + +!( )#! # +! . #%#" . ' ,4" 2 '!- ' )! &) (! $ ( % "7 9",1 '! !%,, () 8,10,1 + 0- "36 !&&!)!("36 ) ,) .
$ # !"#$ () 6*!'"36 ! #"6) ""36 #2!( .
# & 7', + + ( - " %"36 5 + "( , - ( )3. 83 # & 7- ' !" # &)# # !"## " *!'"36 5 -() #2!( ..
:) !"! #'#), + ! #"6) ""3 5 -() #2!( # " 4"#+ ) ( ) + + 0" (71 90 ( %# + &!' (!( )! Z1 = 24. -#' )! +!()# ! + 2 5 -() #2!( $ &)# " "! )# . 4.1.
" 4"#. ) ( ) & '. 13 )!0! ( $ + ( ! + & 4#&"#-!6 - 79 "#$ & '. 6. :!- ( ) ( )! 3& " " #'# ( 6 " -!(!" . #' () &" . 5 -() ( 6"#% - . (!-# 2013 21427.2- 83 ( 0#" . 0.5 ++. 8+ (-! ) ( )!,"(# $/# ""3 -"! # (, -!, - ( ),1 '!&) !" ! ,8)!',1( #",1 - " (),-/#1 & '! # -# &!- (! ) ( )!.
-() #2!( 7 -) ( $ #' ## '!-!'%#-! &)# & + 0# * !"/! & '. 1, ,-) & "" 2 "! & 4#&"#- . (, - . :!- ( (!( )! & '. 14 3& "$ ( $ #' # ( 5 -() - ( 6"#% - . (! # 2013 21427.2- 83 ( 0#" . 0.5 ++.
"!%#( 7"3+ &) #+,0 ( + !"" . - " (),-/## ! #"6) "" 2 #2!( $ & )! " "#1 - ! #% - . $ $-( $ '+ 9" (7 2- ! ( +!(#'#) !(7 &) / ,- ! -#8+ (-#. #2!( &)#+ "$1( () 6*!'",1 - "/ "()#% --,1 " .",1 8+ (-,. 3 "3 - "/3 8+ (-# 3- & " "3 #' + "(!9" 2 &) !. $ 8 & % "#$ #" - "#$ 8+ (-# (!( )! ' ' . # # () ,2 7"#- + - #% (
68
3 "36 - "/ )! " 4 (#.
: - 7-, + + "( #" )/## # " 4" 2 ) ( )! - (!( %" #-, ( 2 & ) 8 )- . & )2!1( #"!+#% -- . 8! !" #) - . (!( %"3. " 8! !" , ()!"$1( &,( +"$(#$ +!( )#! ! ("!&)#+ ), ) "# + ! 1+#"#$) ( )/ - 36 & )6" ( . ) ( )!.
! ) ( ) )!'+ 0 "! " ."!$ - "/ "()#% -!$ 8- + (-!, 6 +! - ( ) . &)# "! "! )# . 4.2. # &!' ) - ( )! Z2 8, + !)7#) !(7 ( 28 34. ) (- '!+-",(!$ - (-! ) ( )! #+ ( &!'3 -),2 . * )+3, '! #(3 ! 1+#"#-+.
$ & (! #+ (# & ,% ""36 ) ', 7(!( &) & !- 2! +, %( &)# #'+ " "## %# ! &!' ) ( )! " ) + "" 5(#+ #'+ "$ ( $ #!+ () #6 ( )9" . (!- + (" 4 "##, %( 83 &)# "" 5- # ! "(" &) (# "# ) ( )!
)! +!()# ! +36 !)#!"(!6 83 #"!- 3+.
#!+ () )! ( %-# ) ( )! )! " 90 ++. #%#"! '-,4" 2 '!' )! – 0,3 ++. : (" (# ( -! 8+ (-# (!( )! &, - + ) 9#+ &)#"#+! # 7 )! "3+# 6419049 /++2. " +#"! 7" + ) 9#+ %! ( (! ( -! ) ( ) )! "! 4,3 /.
: (" (7 ( -! 8+ (-# (!( )! " +#"! 7" + ) 9#+ &)#"#+! ! 7 )! " . 1601763 /++2 " '! # #+ ( %# ! &!- ' ) ( )!.
:)# + #) !"## #$"#$ 2 + ()## ',8/ 2 $ ) ( )! "! 6!)!-( )# (#-# () 6*!'" 2 ! #"6) "" 2 #2!- ( $ " 4"#+ ) ( ) + 8, + &) #' #(7 &) & 9 - "##, %( 2 + ()#$ # (! (!( )! (! ( $ 8 ' #'+ " "#$. )!'+ )3 &) $1( $ )# . 4.3.
# (3 ) ( )! &)# #'+ " "## %# ! &!' ( 28 34 &) (! "3 "! )# . 4.4 – 4.10.
& 7', +3. &!- ( + ( ! - " %"36 5 + "( & - ' $ ( )!'8# !(7 # , + % "# "! () 8, + - #% -( - " %"36 5 + "( (!-, %( " '"#-! ( " 86 #- + (7 & )!' $(7 % "# "! + "74# & 8 ! (#, - ( - )36 +!2"#(" & + 9 ( 83(7 #++ ()#%"3+, $ ,&) 0 - "#$ '! !%#. !- 8, ( & -!'!" "#9 , () 6*!'"36 % (3) 6-
69
& 1 "36 ! #"6) ""36 #2!( $6 (!-#6 8 ! ( . #++ (- )## &)$+ #" ."3+# 2)!"#/!+# &) ( " (.
( "!2 $ " &)# )!8 ( ! #"6) "" 2 5 -() #2!( -$ " +#"! 7" . "!2),'- ..
$ ( 2 %( 83 ! 7" .4 + 83 ! '+ 9" (7 - )- ) -(" '! !(7 2)!"#%"3 , #$, -!- 18 . -)! . '! !- % , " 86 #+ "!),9"3. - "(,) 5 -() #2!( $ -),9#(7
+ ' ,4" 2 &) ()!" ( !. # 3 #"## +!2"#(" 2 & $ )! $"#$ 5( . 8 ! (# 8, ,( &!)! 7"3 " 4" . 2)!"#/ '! !%#. : " (71 )! % ("!$ 8 ! (7 & 2 (! #- ! + . - ) 4 "#1 '! !%#, )!'8#(!$ "! - " %"3 5 + "(3, & -!'!"! "! )# . 4.1.
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10±3 |
|
|
|
|
|
13 |
14 |
|
|
250±10 |
ñ1 |
ñ2 ñ3 ñ4 ñ5 ñ6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,02 |
Á |
|
Ç119 max* |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,01 |
Á |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17,75±0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25,5±0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
12 |
11 |
9 |
8 |
7 |
|
6 |
5 |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
133 max* |
|
|
|
|
|
|
# . 4.1. -#' # , + 2 5 -() #2!( $ |
|
|
||||||||
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|