CC BY
1
УДК 621.313
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-4-377-378
ПОИСК ОПТИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА
А.С. Саксонов, В.Н. Козловский, Ю.Н. Иванников, Д.А. Черенков
В статье представлены результаты разработки инструментария поиска оптимальных значений электромагнитных параметров активной зоны электромеханического преобразователя автомобильного генератора.
Ключевые слова: качество, автомобиль, электрооборудование, генераторная установка.
Электромеханические преобразователи (ЭМП) автомобильных генераторов (АГ) работают в специфичных условиях, затрудняющих процесс проектирования ЭМП: переменная частота вращения, переменный температурный диапазон, ограниченное подкапотное пространство [1].
Проектирование электромеханического преобразователя (ЭП) работающего в составе автомобильного генератора (АГ) начинается с выбора главных геометрических размеров, которые оказывают решающее влияние на все характеристики ЭМП, а именно: внутреннего диаметра статора О;, его активной длины и величины воздушного зазора 5 (1), (2), (3) [1]:
_ з! 6,1-Ю 7Р'2Р (1)
' щкфкоАВвПкЛ^
^ (2) £ _ 0,36Лт10-4 (3)
В этих уравнениях значения всех переменных, кроме линейной нагрузки, магнитной индукции в воздушном зазоре, отношение внутреннего диаметра статора к активной длине машины, коэффициент полюсного перекрытия и синхронное индуктивное сопротивление статорной обмотки неизвестны, их значения можно определить только после определения главных размеров ЭМП. В практике проектирования ЭМП принято выбирать ориентировочные значения этих параметров, а после расчета всех геометрических параметров активной зоны их пересчитывать [1, 2].
Выбор этих величин не является произвольным, так как от этого существенно зависят геометрические, электротехнические, тепловые параметры ЭМП [1]. Например, при завышенном значении линейной нагрузки, ухудшаются тепловые параметры ЭМП, вследствие пропорционального увеличения плотности тока в статорной обмотке; а при завышенном значении магнитной индукции существенно возрастает синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси, что создает трудности при регулировании напряжения АГ.
С целью нахождения оптимальных диапазонов неизвестных переменных в уравнениях главных размеров ЭМП АГ, нами выполнено исследование, в котором мы предлагаем аналитический алгоритм подбора неизвестных переменных в уравнениях главных размеров с учетом таких факторов как ограниченность пространства и температура окружающей среды.
Линейная нагрузка - величина, показывающая соотношение суммарного пазового тока к внутреннему диаметру расточки статора (4):
А _ ^^ (4)
Из этого соотношения понятно, что при выборе малых значений линейной нагрузки значение будет большим, что создаст трудности для размещения АГ в подкапотном пространстве автомобиля, хотя ЭМП АГ сможет выдерживать большую токовую нагрузку. При заниженном значении линейной нагрузки существенно возрастет плотность тока в статорной обмотке, что приведет к ухудшению условий охлаждения ЭМП АГ. Связь между температурой нагрева статорной обмотки и плотностью тока в ней можно установить следующими выражениями (5):
^ _ | (5)
Количество теплоты, выделяемое в проводниках статорной обмотки, во время протекания тока нагрузки выражается формулой (6), применяемой для расчета тепловых схем замещения электрических машин [2]:
«_ & (6)
Средняя температура статорной обмотки выражается формулой (7):
М _ ^ (235 + йх) + дх-дохл.
'х
Теперь попробуем определить, как будет меняться температура статорной обмотки ЭМП АГ в зависимости от линейной нагрузки при четырех фиксированных значениях (рисунок 1).
Из графической зависимости, приведенной на рисунке 1 видно, что при больших значениях с ростом линейной нагрузки температура статорной обмотки нарастает медленно, а значит обеспечить охлаждение ЭМП АГ при таком проще, однако разместить АГ в подкапотном пространстве будет труднее. При малых значениях с ростом линейной нагрузки температура статорной обмотки растет быстрее, условия охлаждения ЭМП АГ при таком О; обеспечить сложнее, но разместить АГ в подкапотном пространстве будет проще.
Выбор величины магнитной индукции в воздушном зазоре ЭМП АГ влияет главным образом на величины внутреннего диаметра статора и воздушного зазора ЭП АГ, что видно из формул (1) и (8):
^ __^^_ (8)
5 1,6-106квк^5<е У '
В графической интерпретации вышеуказанные зависимости показаны на рисунках 2 и 3.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. Вып. 4
I I ^^ Зависимость Т от А при 01=0,085 м Зависимость Т от А при 01=0,090 м Зависимость Т от А при 01=0,095 м Зависимость Т от А при 01=0,1 м
80 0.4
0.6
0.8
1.2
1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4
А, А/м х105
Рис. 1. Зависимость температуры статорной обмотки ЭМПАГпита 9402.3701-14Мот величины линейной
нагрузки
Рис 2. Зависимость величины магнитной индукции от величины внутреннего диаметра статора
з
5,м х10"3
Рис. 3. Зависимость величины магнитной индукции от величины воздушного зазора ЭПАГ
Выбор больших значений магнитной индукции дает возможность получить малые значения что упростит установку АГ в подкапотном пространстве автомобиля, однако при больших значениях магнитной индукции значение 5 получается чрезвычайно малым, что приводит к сильному завышению синхронного индуктивного сопротивления ХЦ (рисунок 4).
Рис. 4. Зависимость синхронного индукпшвного сопротивления от величины воздушного зазора ЭПАГ
Завышение синхронного индуктивного сопротивления ЭМП АГ нежелательно, т.к. это приводит к сложности регулирования напряжения статорной обмотки, т.к. при больших значениях Х^ нагрузочная характеристика ЭМП АГ получится крутопадающей, что видно из формулы (8) [3]:
^т = Е-т — ]хй1(1 — — га! (8)
Таким образом, используя полученные графические зависимости возможно подобрать оптимальные значения неизвестных переменных в уравнениях главных размеров для обеспечения оптимальных условий охлаждения ЭМП АГ и размещения в подкапотном пространстве автомобиля.
Список литературы
1. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. Москва: Высшая школа, 1982. 272 с.
2. Копылов И.П. Проектирование электрических машин: учебник для вузов. Москва: Юрайт, 2011. 767 с.
3. Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины переменного тока: учебник для вузов. Санкт-Петербург: Питер, 2010. 350 с.
Саксонов Александр Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, а.$.$ак$опо((@уапс1ех. ги, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, Кох1огу$ку[email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Иванников Юрий Николаевич, к-т техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Черенков Данила Александрович, студент, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет
PARAMETERS OF THE ELECTROMECHANICAL CONVERTER OF AN AUTOMOBILE GENERATOR A.S. Saksonov, V.N. Kozlovsky, Yu.N. Ivannikov, D.A. Cherenkov
The article presents the results of developing tools for searching for optimal values of electromagnetic parameters of the core of an electromechanical converter of an automobile generator.
Key words: quality, car, electrical equipment, generator set.
Saxonov Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, a.s.saksonoff@yandex. ru, Russia, Samara, Samara State Technical University,
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Ivannikov Yuri Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, ivannikov.yn@samgtu. ru, Russia, Samara, Samara State Technical University,
University
Cherenkov Danila Alexandrovich, student, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical
