Основные достоинства реактивно-вентильных электродвигателей по сравнению с традиционными электродвигателями Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

The advantages of using switched reluctance machine in various technical areas, the design features switched reluctance motor are considered.

Key words: switched reluctance motor, generator mode, switched inductor reluctance motor.

Stepanov Vladimir Mikhaylovich, doctor of technical science, professor, head of chair, energy@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Avdoshyn Vadim Sergeyevich, postgraduate, vadoshaagmail. com, Russia, Tula, Tula State University

УДК 62-784.2: 621.45

ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА РЕАКТИВНО-ВЕНТИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПО СРАВНЕНИЮ С ТРАДИЦИОННЫМИ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

Н.М. Туан, Н.Ч. Хай

Приведено сравнение частоты вращения, конструкции, КПД, электрической энергии в реактивно-вентильных электродвигателях и традиционном электродвигателе.

Ключевые слова: вентильный реактивный электродвига-

тель,эффективность, электрическая энергия.

Современный уровень развития регулируемых электроприводов в значительной степени определяется достижениями в области силовой полупроводниковой техники: созданием IGBT и MOSFET транзисторов для коммутации силовых электрических цепей. Это позволило специально для систем электропривода создать электрическую машину нового типа с электронной коммутацией фазных обмоток якоря, получившую название SRM. В качестве рабочего термина авторами используется вентильный реактивный электродвигатель (РВЭД). РВЭД имеет много достоинств по сравнению с традиционным электродвигателем.

Простота обмотки якоря и отсутствие обмотки и магнитов на роторе обеспечивают реактивно-вентильному электродвигателю высокую гибкость компоновки. На роторе РВЭД отсутствуют обмотки. Вращающееся магнитное поле статора намагничивает ротор ^ = 0 ), поэтому скорость вращения ротора равна частоте вращения магнитного потока (п0 = п ).Частота вращения РВЭД зависит от конфигурации магнитной системы

184

ИМ, но частота вращения асинхронного двигателя зависит не только от скольжения, но и от частоты питающего напряжения и числа полюсов двигателя. Частота тока ротора асинхронного двигателя определяется по выражению

Электромагнитная редукция позволяет создавать малогабаритные «моментные» электродвигатели для приводов роботов, манипуляторов и других низкооборотных механизмов или низкооборотные высокоэффективные генераторы для ветровых или волновых электростанций. В то же время частота вращения быстроходных ВРД/ВРГ может превышать 100000об/мин и иметь высокий КПД в широком диапазоне частот вращения, потому что частота вращения РВЭД зависит от конфигурации магнитной системы ИМ, но частота вращения асинхронного двигателя зависит от скольжения, частоты питающего напряжения и числа полюсов двигателя.

Простота конструкции обеспечивает реактивно-вентильному электродвигателю более высокую безотказность, чем безотказность других типов электрических машин. Конструктивная и электрическая независимость фазных обмоток обеспечивает работоспособность РВЭД даже в случае полного замыкания полюсной катушки одной из фаз. Конструкция электродвигателя может быть плоской, вытянутой, обращенной, секторной, линейной. В РВЭД интегральное исполнение преобразователя частоты и ИМ является более выгодным по сравнению с частотно-управляемым асинхронным приводом. Дело в том, что в отличие от асинхронной фазы индукторной машины электрически не связаны между собой. Таким образом, если для соединения 3-фазного асинхронного двигателя с преобразователем частоты требуется три провода, то для 3-фазной индукторной машины - шесть.

Рис. 1. Сечение РВЭД с 8 статорными и 6роторными полюсами

Рис. 2. Схема соединения электрической машины и преобразователя частоты в частотно-регулируемом асинхронном

электроприводе (а) и РВЭД (б).

Очевидно, что увеличение фаз ведет к увеличению числа соединительных проводов. Следовательно, использование интегрального исполнения РВЭД позволяет существенно снизить расход соединительных проводов или кабелей.

РВЭД не содержит постоянных магнитов ни на роторе, ни на статоре, при этом он успешно конкурирует по характеристикам с вентильными электрическими двигателями с постоянными магнитами. В среднем при одинаковых электрических и весогабаритных характеристиках РВЭД имеет в 4 раза меньшую стоимость, значительно большую надежность, более широкий диапазон частот вращения, более широкий диапазон рабочих температур.

а

сПГ.о,,, „ =ІСІ Ч‘

О

ста гор

«Ж»

зазор

ротор

Рис. 3. Диаграмма электромеханического преобразования энергии

РВЭД (а) и АД (б)

Наконец, экономическая эффективность ВРЭД повышается также в результате существенно меньшего расхода электроэнергии, обусловленного высоким КПД электродвигателя и применением наиболее экономичных стратегий управления в динамических режимах работы.Таким образом, электрическая энергия, поступающая из источника в ВРЭД, расходуется на электрические потери, приращение энергии магнитного поля и совершение механической работы.

Таким образом, эффективность использования РВЭД существенно повышается, если необходимость регулирования частоты вращения сочетается с тяжелыми условиями работы, как это имеет место в электроприводах для металлургии, горнодобывающей промышленности и подвижного состава электрического транспорта.

За последние десять лет доля применения РВЭД в регулируемом электроприводе возросла в восемь раз и достигла 8 %. По всей видимости, эта цифра будет расти.

Список литературы

1. Голландцев Ю.А. Вентильные индукторно-реактивные двигатели // Электроприбор. 2003. 148 с.

2. Ключев В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода. М.: Изд-во “Энергия”, 1971. 320 с.

3. Электроприводы на базе реактивных электродвигателей с электронной коммутацией (Switched Reluctance Motors) / АО “КАСКОД”. СПб, 1998.

Нгуен Мань Туан, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

НгуенЧонг Хай, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE MAIN ADVANTAGES OF SWITCHED RELUCTANCE MOTORS COMPARED TO

TRADITIONAL MOTORS

N. T. Hai, N.M. Tuan

The article describes a comparison of revolutions per minute (RPM), design, performance, electrical energy in switched reluctance motors (SRM) and a traditional motor.

Key words: switched reluctance motor, efficiency, electrical energy.

Nguyen Manh Tuan, postgraduate, nguyentuan138 7@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,

Nguyen Trong Hai, postgraduate, tronghai0321@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University