Особенности применения торцовых двигателей в электроприводе (80
..pdfОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТОРЦОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ
Загрядский В.И., Свидченко СЮ.
Россия, г. Орел, ОрелГТУ
В статье рассматривается асинхронный двигатель с торцовым ротором, позволяющий понижать частоту вращения по сравнению с асинхронным двигателем обычной конструкции.
The electric drive with disc (axial) asynchronous electric motors is considered. It has reduced angular velocity in comparison with usual asynchronous electric motors.
В настоящее время выпускаемые асинхронные электродвигатели (АД) традиционной цилиндрической конструкции общепромышленных серий 4А, 5А, 6А, RA, АИ [1] имеют максимальное число пар полюсов не более 6. Это означает, что синхронная частота вращения при частоте питания 50 Гц не может быть меньше 500 об/мин.
Для низкоскоростных (< 400 об/мин) производственных процессов такое ограничение приводит к усложнению системы электропривода.
Использование кольцевой обмотки [2] однодискового статора торцового асинхронного электродвигателя (ТАД) позволяет получить двигатели с большим количеством полюсов. Понижение частоты вращения, возникающее при этом, позволяет обойтись в приводе без понижающего редуктора, снизив общие габариты и вес.
Вместе с тем представляют проектировочный интерес условия, при которых подобное снижение частоты вращения не приводит к снижению мощности.
Как известно [3], полную мощность АД традиционной конструкции можно выразить следующей формулой:
8 1 = к д . п д - А д - В д 5 - Х . 0 3 , |
(1) |
где: кд- коэффициент, учитывающий форму обмотки и распределения кривой индукции ВД8- по окружности статора; пд- синхронная частота вращения; Ад- линейная токовая нагрузка; ВД6- амплитуда первой гармоники индукции вращающегося магнитного поля статора; X, = OD, где I -расчетная длина магнитопровода , D -внутренний диаметр статора.
Согласно [4] мощность ТАД может быть представлена выражением:
S2=0,25-k-n-AMaKC-B6-D3 |
2^(d*), |
(2) |
где помимо аналогичных с формулой (1) по смыслу величин, относящихся к ТАД, применяется вспомогательный коэффициент (p(d), учитывающий конструктивную специфику расположения магнитной системы: (p(d )= d -(l- d ), причем d*= D\/ D2 ; Di - меньший, a D2 - больший диаметр статора ТАД. В [4] рекомендованы значения d = 0,4..0,6. Используемая в формуле (2) линейная нагрузка Амакс определяется на длине окружности Di ТАД. Учитывая необходимость дальнейшего сопоставления ТАД с цилиндрическим АД, целесообразно в формуле (2) перейти к линейной нагрузке А, определяемой по среднему (расчетному ) диаметру Dp = (Di + D2 )/2:
А.-АА |
= А . ^ . |
D, |
2-d* |
87
По этой же причине диаметр D2 в формуле (2) представим через Dp:
|
|
|
D7 |
=D „•—^— • |
|
|
|
|
|
|
|
р d*+l |
|
|
|
После подстановки этих формул в (2) она приобретает следующий вид : |
|||||||
|
|
S 2 = k - n - A . B , . D 3 p . - ^ j 7 . |
|
(3) |
|||
Используя формулы (1) и (3), можно провести |
сопоставление АД и ТАД по мощности. |
||||||
При этом будем считать, что пд = п. Деля S2 на Si, получим: |
|
|
|||||
|
S2 _ k-n-A -B5 -D;-d* |
l-d* |
|
|
|||
|
S, kfl-nA-Afl-BaS-X-D3 |
1 + d* |
|
|
|||
Если, кроме того, считать, что кд ~ к, |
ВД5 = Be / Ь, Ад =А/а, то |
|
|
||||
|
S7 |
a-b |
l-d* |
|
|
|
(4) |
|
S, |
X |
1 + d* |
D |
|
|
|
|
|
|
|
||||
^ |
^ . TT |
|
|
|
S, , |
a - b |
l - d * |
Преимущества ТАД по мощности проявляются при — >1 или |
X |
1 + d |
|||||
|
|
|
|
|
S, |
||
Последнее неравенство преобразуется в следующее: |
|
|
|||||
|
|
D |
'Vl - d* a-b |
|
|
|
|
Первый множитель под радикалом в (5), для возможных значений d* имеет значения > 2. Поскольку коэффициенты X, a, b имеют значения близкие 1, то это означает, что в большинстве случаев расчетный диаметр ТАД должен быть по крайней мере в
V2 = 1,26 раз больше диаметра статора D заменяемого АД. Например, при X = 0,9; d =
0,4; а = 0,8; Ь=1, |
Dp/ D > 1,38. Если принять Dp/ D = 1,6, то |
||||
S2 |
a-b |
l-d* ЧУ |
|
|
|
|
Я |
1 + d* |
0,9 1 |
+ 0,4 х |
; |
Если параметр d |
фиксирован, |
то кубическая |
степень |
в формуле (4) обеспечивает |
|
существенное увеличение мощности S2 / Si при росте Dp/ D.
Вместе с тем увеличение d ( при выполнении условия (5)) приводит к снижению выигрыша по мощности ТАД независимо от того, какими конструктивными путями обеспечивается рост d .
Полученный в примере результат можно считать оценкой изменения мощности при частотном регулировании частоты вращения ротора. При таком регулировании постоянство момента на валу и величины магнитной индукции Вд§ обеспечивается пропорциональным изменением и частоты питающего напряжения, и его амплитуды, а вот мощность на валу изменяется, что может не согласовываться с некоторым системами электропривода. В этом смысле рассмотренный ранее пример показывает, что одинаковый диапазон изменения частоты вращения в ТАД достигается при большем изменении мощности, чем в двигателе традиционной конструкции.
Как известно [3] величина Я связана с таким важным параметром конструкции АД, как 0 = -С/т : X = жв / (2р). Согласно [3] в с ростом р растет, но в меньшей степени, чем само р, потому с ростом числа пар полюсов величина к в целом уменьшается. А поскольку рассмотренные эффекты увеличения мощности ТАД тем сильнее, чем короче сопоставляемый АД (Х<0,6), это обстоятельство создает дополнительные стимулы к замене многополюсного АД на ТАД.
88
Литература."
1. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. 5-е издание - Ростов н/Д: Феникс, 2004.- 480 с.
2.Загрядцкий В.И., Кобяков Е.Т., Степанов Ю.С. Торцовые асинхронные электро двигатели и совмещенные электромеханические агрегаты.-М.: Машиностроение - 1, 2003.- 287 с.
3.Бут Д.А. Основы электромеханики. - М.: Изд-во МАИ, 1996.- 468 с.
4.Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М.: Высшая школа, 1985.- 252 с.
Загрядский Владимир Иванович, д.т.н., профессор кафедры «Электрооборудование и энергосбережение» Орел ГТУ тел.(48б2) 419830, E-mail:zagr@ostu.ru
Свидченко Сергей Юрьевич, к.т.н., доцент кафедры «Электрооборудование и энергосбережение» Орел ГТУ тел.(48б2) 419830
89