CC BY
101
УДК 62-83: 621.313.333.001
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ АСИНХРОННЫХ КОРОТКОЗАМКНУТЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ И ПУТИ ИХ ПОВЫШЕНИЯ
В.И. ЛУКОВНИКОВ, В.В. ТОДАРЕВ, Л.В. ВЕППЕР
Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого, Республика Беларусь
Использование безредукторных электроприводов специального (шагового, колебательного и т.п.) движения с применением серийных общепромышленных электродвигателей является перспективным направлением совершенствования механизмов и машин.
Как показывают результаты исследований проведенных в Томском политехническом институте и Гомельском государственном техническом университете им. П.О. Сухого, асинхронные двигатели серии 4А в колебательном режиме имеют низкие энергетические характеристики [1, 2]. Одной из причин этого является несовершенство известных способов возбуждения колебательного движения, в частности, линейной фазовой модуляции (ЛФМ) [1], когда в воздушном зазоре машины создается качающее электромагнитное поле, характер которого изменяется от пульсирующего в момент
времени t1 = ж\(01 - а>2\ 1 • К, где а>1, а>2 - угловая частота питающих напряжений, К = 1,
2, 3, ... - натуральный ряд чисел до кругового при 12 = 0,5 ж\а1 - а>2\ - • (1 + 2К) . На
примере временных характеристик электродвигателя привода гидровибратора видно, что скорость вращения электромагнитного поля переменна и содержит высокочастотные (по отношению к частоте колебаний) составляющие (рис.1а), амплитуда которых возрастает к моменту смены направления вращения и которые проявляются в электромагнитном моменте и механической мощности (рис. 1б,в). Эллиптичность качающегося электромагнитного поля ведет к снижению механической мощности и увеличению потерь мощности в электродвигателе за счет составляющих обратной последовательности. Появление высокочастотных составляющих механической мощности сопровождается дополнительными потерями мощности в двигателе на их передачу.
Другой причиной низких энергетических показателей является то, что параметры электродвигателей серии 4А, оптимизированные для режима S1, не будут таковыми в динамическом колебательном режиме.
В соответствии со сказанным работы по улучшению энергетических характеристик АД колебательного режима целесообразно вести по нескольким направлениям.
Первое направление - создание электроприводов, реализующих возбуждение колебательного режима с круговым качающимся электромагнитным полем, например, за счет балансной амплитудной модуляции фазовых напряжений (БАМКП) [3]. На рис. 2 представлены временные зависимости механических и электрических параметров колебательного движения двигателя 4А71А6У3, возбужденного по способу БАМКП, из которых видно, что в воздушном зазоре электродвигателя создается круговое качающееся поле, значительно снижена амплитуда высокочастотных составляющих, а наиболее
а)
б)
в)
Рис.1. Временные характеристики двигателя 4А71А6У3 в режиме механического резонанса. ЛФМ при частоте колебания 5 Гц, инерционной нагрузке Lмех= 2,686-10-3кг м2, нагрузке жидким трением Мж.т=0,892 Нм;1- юп, 2- юк, 3- Мэм, 4 - Рм
а)
б)
> 4 й іЧ І& 12 14 )Л IX 2»*НГ
в)
Рис.2. Временные скорости колебания поля, ротора, величины электрического момента, механической и потребляемой мощности для двигателя ;А71А6У3 в режиме
механического резонанса, способом возбуждения БАМКП, ^ =5Гц,
Lмех =2,686-10-3 кг м2, Мжт =МНом , 1- Юп, 2- Юк, 3- Мэм, 4 - Рмех
Рис.3 Зависимости электрических параметров АДДР71А2У3 от скольжения 1- ^(Б), 2-М2 (Б), 3- ^(Б), 4- LaRG(S), 5- LaSG(S)
а)
б)
гж,ч
о.е,
!
Г/
/4
ис
20*10 :
в)
Рис. 4. Временные диаграммы скорости колебания поля, ротора, величины электрического момента, механической и потребляемой мощности для АДДР71А2У3 в режиме механического резонанса, ЛФМ, ^ =5Гц, Lмех =2,59 10-3 кг м2, Мж =Мном ,
1- 2- ®R, 3- Мэм, 4 - Рмех
а)
б)
Рис.5. Нагрузочные характеристики электродвигателей 4А71А2У3 (а,б),
АДДР-71А2У3(б,г,). (fк=5Гц, линейная фазовая модуляция, механический резонанс, LмЕx=2,59 10-3 кг м2), 1 - ^е, 2 - ^а, 3 - ^р, 4 - ^и, 5 - фр, 6 - ДР*= ДР/ДРном; 7 - ДР-мс=
=ДРст/ДРНом
интенсивное преобразование энергии происходит в благоприятный период - при малом скольжении, когда потребляемый ток мал, а электромагнитный момент велик в силу малого значения индуктивной составляющей тока ротора. Как показано в работе [2], возможно повышение полного К.П.Д. и его составляющих [1] в этом случае в (1,5 - 1,8) раза по сравнению с ЛФМ при снижении потерь мощности до уровня номинальных.
Второе направление - создание автоколебательных электроприводов с импульсным питанием [4], в которых значительно снижены потери мощности, поскольку электромагнитный момент создается при наибольшей скорости вращения вала, когда составляющие обратной последовательности минимальны.
Третье направление - использование АД, параметры которых в идеальном случае будут оптимальны для любого момента колебательного движения, т.е. являются функциями скольжения. К таким электродвигателям можно отнести асинхронные электродвигатели с массивным и, особенно, с двухслойным ротором (АДДР), обладающие как показано в [5] высокими энергетическими показателями при пуске и в длительных режимах.
С целью реализации высказанных предложений, на базе электродвигателя 4А71А2У3 был изготовлен электродвигатель с двухслойным ротором АДДР71А2У3, железомедная гильза ротора которого выполнена из сплава СМ-19. Параметры двигателя приведены на рис. 3.
Сравнительный анализ характеристик двигателей 4А и АДДР, расчетных [6] и экспериментальных, в колебательном режиме работы (рис. 4.5) показывает, что в последнем случае снижена амплитуда высокочастотных составляющих в кривых скорости поля, электромагнитного момента и механической мощности. Энергетические показатели базового двигателя выше на большей части рабочего интервала нагрузок колебательного электрогидропривода. Однако с ростом скольжения, что характерно для больших нагрузки и частоты колебаний, потери мощности в базовом двигателе превышают потери в АДДР. Соответственно, выше в указанных областях количественные и качественные критерии преобразования электроэнергии в АДДР. Очевидно, что после оптимизации параметров границы этой области могут быть существенно расширены.
Изложенное свидетельствует о том, что соответствующим образом технически реализованные колебательные электроприводы с асинхронными электродвигателями серии 4А и разработанными на их базе двигателями с двухслойными и многослойными роторами могут иметь вполне приемлемые энергетические показатели.
Литература
1. Луковников В.И., Середа В.П. Динамические режимы работы асинхронного электропривода. - М.: ВЗПИ, 1990. - 210 с.
2. Тодарев В.В. Энергетические характеристики асинхронного электродвигателя в составе электропривода: Автореферат дис. на соискание ученой степени кандидата технических наук.- Минск, 1990. - 22 с.
3. А.С. № 1415400 (СССР). Способ управления асинхронным двигателем в режиме колебательного движения / В.И. Луковников, В.В. Тодарев, С.А. Грачев. - Опубл. 1988, Бюл. № 29.
4. А.С. № 1631689 (СССР). Способ управления колебательным электроприводом с асинхронным электродвигателем / В.И. Луковников, В.В. Тодарев, М.Н. Погуляев. -Опубл. 1991, Бюл. № 8.
5. Могильников В.С. и др. Асинхронные электродвигатели с двухслойным ротором и их применение. - М.: Энергоатомиздат, 1983.
6. Луковников В. И., Середа В.П., Тодарев В.В. Моделирование периодических режимов асинхронных электродвигателей безредукторного привода // Электричество.- 1992.- № 5.- С. 31-35.
