CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 98 • 1960 г.
ГЛАВНЫЕ РАЗМЕРЫ ДВИГАТЕЛЬНО-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ АСИНХРОННОГО БЕСЩЕТОЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ И ОПТИМАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ НАГРУЗОК
В. С. НОВОКШЕНОВ (Представлено научно-техническим семинаром ЭМФ)
Асинхронный бесщеточный преобразователь частоты (АБПЧ) состоит из асинхронного приводного двигателя, асинхронного преобразователя и обращенной синхронной машины [1, 2]. Приводной дви-. гатель и асинхронный преобразователь совмещены в одном магнию-проводе: в пазах пакета статора расположены первичная обмотка (обмотка 1) асинхронного двигателя и вторичная обмотка (обмотка 3) асинхронного преобразователя; в пазах пакета ротора расположены вторичная обмотка (обмотка 2') асинхронного двигателя и первичная обмотка (обмотка 2) асинхронного преобразователя; магнитный поток асинхронного двигателя Фх и магнитный поток асинхронного преобразователя Фо находятся в общем магнитопроводе из пакетов стали статора и ротора. Обычно оомотк и 2' и 2 объединяются в одну обмотку, выполняющую функции двух. Якорь обращенной синхронной машины, от которой осуществляется питание первичной обмотки асинхронного преобразователя, находится на одном валу с пакетом ротора двига-тельно-преобразовательной части АБПЧ.
Вес активных материалов двигательно-преобразовательной части АБПЧ, как и вес активных материалов обычной асинхронной машины, определяется произведением квадрата внутреннего диаметра пакета статора на его длину (D2 /).
Согласно известному основному расчетному уравнению электрической машины [3] величина D21 может быть выражена, с одной стороны, через мощность и электромагнитные нагрузки приводного асинхронного двигателя
8,6' 1011 Р\ 8,6' Ю-11 Р\ "
DH=___- =_________—_____1 _—, (Н
kwlAl Ь\ пх kwii\—cA) (1—св) А13 В12 п.
с другой стороны, через мощность и электромагнитные нагрузки асинхронного преобразователя
^ 8,6 • 1011 р; 8,6-1011 Рд ^
kw'à A g В2 щ kw'd с А СвА\з ВХ1 пъ
ш
Здесь
Р[ = ктРи (3)
» я; = кЕЗРг- (4)
расчетные мощности обмоток 1 и 3 в ква,
где Ри Рл—потребляемая и отдаваемая мощности АБПЧ вква; кгл = 0,92-:-0,96; кЕз = 1,04 ч- 1,08—коэффициенты; пи скорости вращения магнитных полей асинхронного двигателя и асинхронного преобразователя относительно обмоток 1 и 3 в об/мин; обмоточные коэффициенты обмоток 1 и 3; Ли линейные нагрузки обмоток 1 и 3 в а/см; Ви Вл—магнитные индукции в воздушном зазоре магнитных полей Ф{ и Ф-2 в 2с; —суммарная линейная нагрузка; В, +В.>- -суммарная магнитная нагрузка;
С А
В,
св — —— величины, характеризующие распределение
•нпе электрической и магнитной.нагрузок между обмотками.
Уравнения (1) и (2) позволяют исключить одно из неизвестных. Приравнивая правые части уравнений (1) и (2) и учитывая выражения (3), (4), после некоторых преобразований получим зависимость между величинами Са и св:
1—Св /ггч
с а —--, (О)
\-св(1—к)
■де коэффициент
1г
Р\ пг кццз 1
Подставляя выражение (5) в уравнение (2), получим окончательное выражение величины П11:
оч_ 8,6* 1011 —св (1—к)] 7) к^АУ6Впгьсв(\—св)
Отдаваемая АБПЧ мощность Р3 и скорость вращения пг являются заданными величинами. Суммарная линейная нагрузка Л13 определяется в основном допустимым перегревом обмоток и заданным коэффициентом полезного действия АБПЧ. Так как магнитные потоки Фх и Ф2 находятся в общем магнитопроводе, то намагничивающие тойи асинхронного двигателя и асинхронного преобразователя зависят от величины магнитных индукций обоих полей [2]. Поэтому магнитная нагрузка В12 определяется в основном заданными значениями коэффициента мощности и коэффициента полезного действия. При заданной отдаваемой мощности АБПЧ электромагнитные нагрузки Л13 и В12, как и электромагнитные нагрузки обычных асинхронных двигателей, могут изменяться в довольно узких пределах.
Коэффициент к определяется величинами, входящими в выражение (6).
Величина св, характеризующая распределение электромагнитных нагрузок между асинхронным двигателем и асинхронным преобразователем, могла бы конструктором выбираться произвольно. Однако выбор того или иного значения величины св оказывает очень большое влияние на объем и вес активных материалов. Действительно, при изменении величины ев от нуля до единицы величина ПН изменяется от бесконечности до некоторого минимального значения, а затем опять при св—1 стремится к бесконечности. Зависимость ПЧ = / (св), полученная при постоянных значениях прочих величин, входящих в уравнение (7), имеет вид ¿7-образной кривой а, представленной на фиг. 1. Очевидно, что величина св должна выбираться исходя из условия минимума веса активных материалов.
Оптимальное значение величины св, соответствующее минимуму ве- £2е са активных материалов при заданных значениях прочих величин, входящих в уравнение (7), может быть получено из уравнения
д дс>
(I)21) - -О.
(8)
Подставив в уравнение (8) значение О2 /, выраженное уравнением (7), после некоторых преобразований получим:
с во
1г V
К
1 —к
(9)
где сВо—оптимальное значение величины св. Так как 0<Ув<Ч, то выражение (9) со знаком „плюс" перед радикалом теряет физический смысл. Следовательно,
Сво —
1 —к
(10)
Так как потери электрических машин являются функцией электромагнитных нагрузок и веса активных материалов, то очевидно, что при заданных электромагнитных нагрузках Л13, В12 минимум веса АБПЧ соответствует минимуму его потерь. При отклонениях величины св от оптимальной потери увеличиваются, что приводит к увеличению потребляемой мощности Рх и, следовательно, к увеличению коэффициента к. Поэтому зависимость 021 = /(св), построенная с учетом изменения коэффициента к, будет иметь вид кривой б, представленной на фиг. 1,. имеющей тот же минимум, что и кривая а, но проходящей выше ее при св фсВо. Кривые а и б убедительно показывают, насколько глубоко влияние выбора величины св на вес активных материалов и насколько важно определение оптимального значения величины св.
Выводы
1. Уравнение (7), связывающее главные размеры дв'игательно-преобразовательной части АБПЧ с его мощностью, электромагнитными нагрузками и скоростями вращения магнитных полей, можно считать одним из основных расчетных уравнений АБПЧ.
2. Величина св, характеризующая распределение электромагнитных нагрузок в двигательно-пре<?бразовательной части АБПЧ, должна выбираться из условия минимума веса активных материалов и минимума потерь согласно уравнению (10).
3. Приведенные выше выражения (7) и (10) могут быть использованы при проектировании любых электрических машин, основанных на применении принципа совмещения двух вращающихся магнитных полей в одном магнитопроводе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авторское свидетельство № 106209.
2. Новокшенов В. С. Некоторые вопросы теории асинхронного бесщеточного преобразователя частоты. Известия Томского политехнического института, том. 94, ГЭИ, 1958.
3. Р. Рихтер. Электрические машины, т. 1, ГОНТИ, 1939.
