Учебное пособие 800623

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ, ЭНЕРГЕТИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ

Труды Всероссийской студенческой научно-технической конференции

(г. Воронеж, 14-15 мая 2018г.)

Воронеж 2018

ПРЕДИСЛОВИЕ Слово к читателю

У каждого молодого человека, стоящего на пороге взрослой жизни, есть своя мечта. Один мечтает о славе, другой – о достатке, третий – о впечатляющих приключениях…

Однако опыт, накопленный многими поколениями, свидетельствует, что наиболее содержательная жизнь всегда связана с творчеством, с созидательной деятельностью, поиском решений задач, которых еще никто не решил. Это – тропа первопроходцев. Умение сформулировать задачу и найти оптимальное ее решение – это надежный старт для содержательной интересной жизни.

Авторы сборника делают попытку стать на эту стезю. Хочется пожелать им твердости поступи и уверенности в успехе. Пусть выступление в этом сборнике и станет началом содержательной жизни, насыщенной захватывающими приключениями созидательным трудом, научным поиском. Нужно только помнить, что успехи всегда окрыляют, придают уверенность, раздвигают горизонты поиска. Но не следует пренебрегать неудачами и огорчаться из-за них. Они должны закалять характер, воспитывать настойчивость и все то, что неизбежно приводит к новым успехам. Знание и опыт – главное богатство каждого человека. Это богатство следует приумножать постоянно.

Все мы ценим наследие предыдущих поколений первооткрывателей. Только благодаря их достижениям мы сегодня совершаем новые открытия, создаем изобретения. Наша задача – своими результатами еще выше поднять вершины знаний и умений. И здесь – наша ответственность перед потомками.

Хочется от всей души пожелать всем молодым авторам сборника уверенности в поиске и успехов в созидании.

3

Электромеханика

4

УДК 621.313

А.Г. Штукин, Г.А. Пархоменко

ВОЗМОЖНОСТИ УМЕНЬШЕНИЯ ЗУБЦОВОГО МОМЕНТА

ВЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕ

Сиспользованием компьютерного моделирования рассмотрены варианты снижения амплитуды зубцового момента в электродвигателе

Ключевые слова: электродвигатель, зубцы, момент, гармоники, поле

Зубцовая структура обмоточной зоны электрических машин продолжает использоваться в большинстве конструкций, что можно объяснить некоторыми её достоинствами. Среди них важное место занимает то, что такая структура обеспечивает прохождение через эту зону как электрического тока (по пазам), так и потока магнитного поля (по зубцам). В то же время наличие зубцов создает некоторые проблемы, связанные с искажением конфигурации магнитного поля в воздушном зазоре. Среди них все большее внимание привлекает возникновение нежелательных пульсаций вращающего момента, обусловленных неравномерностью немагнитноо зазора между ротором и статором. В электрических машинах с возбуждением от постоянных магнитов такие пульсации момента могут приводить к «залипанию» ротора в момент пуска, к неравномерности мгновенной скорости вращения ротора и другим нежелательным явлениям, к искажению индуктируемой в обмотке ЭДС. Подавление этих моментов подбором соотношения чисел пазов и полюсов, использованием закрытых пазов не решают задачу

Традиционным приемом подавления указанных «зубцовых» моментов является применение скоса пазов, но это приводит к повышению трудоемкости изготовления обмотки, к снижению удельной мощности машины, к повышению риска пробоя пазовой изоляции из-за возникающей шероховатости стенок паза.

Рассмотрим синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов, в котором статор не имеет скоса пазов. С использованием метода конечных элементом мы зависимость величины зубцового момента от угла поворота ротора. За начально принято положение ротора, когда ось его полюса совпадает с осью паза. На рис.1 показаны результаты исследования. Здесь обозначе

5

Рис.1

ны: Мz - вращающий момент; X – угол поворота ротора в пределах зубцового деления. Линия Мz1 представляет зависимость возникающего зубцового момента от угла поворота ротора. Обращает на себя внимание своеобразная форма полученной зависимости: максимум момента сдвинут на Х таким образом, что в составе кривой четко просматриваются гармоники четного порядка.

Для имитации скоса пазов мы использовали модель машины, содержащую два магнитопровода статора, повернутые друг относительно друга на одно зубцовое деление. Этот прием условно

покровода машины. Кривая зависимости момента от угла поворота для второй магнитной системы обозначена, как Мz2 (Рис. 1). Сложение Мz1 и Мz1 позволяет получить результирующую кривую момента М, которая показывает, что зубцовый момент уменьшился по амплитуде,

но подавить его не удалось.

Нами предлагаются другие способы подавления зубцовых моментов в магнитоэлектрических электрических машинах: расщепление полюса индуктора (магнита) на две части. Это решение схематически показано на рис.3. Каждый

Рис.3

6

полюс, показанный в верхней части рисунка, разделяется на две части, сдвинутые друг от друга и сохранившие направление намагниченности. Тогда получается, что в каждый момент времени напротив полюса одинаковое количество магнитов, пытающихся притянуться к зубцу, и такое же количество магнитов, пытающихся задержаться на своём месте. Применимо при целом числе пазов на полюс [q]. В этом случае скос пазов придется следует делать на полпаза, что существенно упрощает работу для намотчика обмотки. Данный метод так же можно комбинировать вместе с методом (2).

Вывод: полезным способом убрать зубцовый момент может являться комбинированиерасщепления магнита со скосом пазов, что даёт самый лучший результат.

Литература

1.Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств: учеб. для студ. вузов. – М.: Высш. шк., 1988

2.Осин И.Л. Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами. / И.Л. Осин, В. П. Колесников, Ф. М. Юферов. – М.: -

Энергия, 1976. – 225с.

Воронежский государственный технический университет

7

УДК 621. 313

А.Н. Страшко, Ю.В. Писаревский

ОСОБЕННОСТИ ПУСКА СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ

МАГНИТОВ

Рассматриваются различные способы пуска синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов. Обращается внимание на возникновение тормозного генераторного момента при асинхронном пуске, что может ограничить применений синхронного двигателя

Ключевые слова: синхронный двигатель, постоянные магниты, асинхронный пуск, тормозной момент, пусковая характеристика

Синхронный электродвигатель (СД) с постоянными магнитами содержит статор с двухили трехфазной обмоткой, а его ротор имеет постоянные магниты. Эти магниты создают основной магнитный поток. Серьезной проблемой таких СД является надежный запуск и синхронизация с сетью. Наиболее распространенное решение получило применение на роторе дополнительной «беличьей клетки», обеспечивающей запуск и разгон ротора до подсинхронной скорости [1], гарантирующей вхожденое двигателя в синхронизм. Этот процесс характеризуется механической характеристикой

(Рис.1).

На этом рисунке в осях «n» (частота вращения ротора) и «М» (вращающий момент) представлена механическая характеристика такого СД. Асинхронная составляющая ротора обеспечивает пусковой момент Мп. Далее ротор разгоняется согласно характеристике асинхронного двигателя и при достижении подсинхронной скорости, соответствующей моменту

входа Мвх, входит в синхронизм, выйдя на характеристику СД, изображенной горизонтальной линией. При нагружении СД рабочая

8

точка будет смещаться по этой характеристике вправо до точки Мвых, характеризующей момент выхода ротора из синхронизма и остановке. Обращает на себя внимание тот факт, что при пуске и разгоне магнитное поле постоянных магнитов индуктирует ЭДС в статорной обмотке, замкнутой на сеть. В результате возникает тормозной момент, затрудняющий разгон и синхронизацию двигателя.

Действие тормозного момента показано на семействе характеристик (Рис. 2). Здесь

задачу решает, но требуется тщательная проработка вопроса динамики переключения.

Привлекает внимание другой путь решения проблемы. Это – размещение на роторе двух постоянных магнитов с равным числом

9

полюсов. При этом один из них способен поворачиваться вокруг оси на угол ±90° [4]. В процессе разгона ротора подвижный магнит,

Рис. 4

сориентировавшись противоположными полюсами относительно неподвижного, снижает амплитуду наведённой в обмотке статора ЭДС, чем снихается величина тормозного момента. При достижении подсинхронной скорости оба магнита синхронизируются. В качестве варианта такой конструкции может быть принято исполнение ротора (Рис. 4). Здесь показаны: а) - нереверсивный вариант СД с одним закрепленным магнитом; б) - реверсивный с двумя поворачивающимися магнитами. Цифрами обозначены: 1 – вал; 2 – пусковое устройство; 3,4 – магниты; 5 – подшипник; 6 – упор. Недостатком конструкции является её сложность и опасность дополнительных динамических нагрузок (ударов) при синхронизации.

На фоне рассмотренных решений привлекает внимание вариант СД согласно [5]. Его схема представлена на рис.5. Здесь показано, что концы К1, К2 и К3 фаз А, В, С трехфазной обмотки присоединены к вершинам -ка, образованного тремя тиристорами 2, 3 и 4. Тиристоры управляются сигналами, поступающими с чувствительных элементов 5, 6 и 7 датчика положения ротора. Для наглядности эти элементы показаны в виде датчиков Холла, питающихся током от элементов 9, 10 и 11. Представленная схема напоминает

Рис. 5

10