CC BY
163
УДК 621.313.33
A.C. Кобелев, канд. техн. наук, нач. сектора, (4922)-3313-37, kobelevas@yandex.ru (Россия, Владимир, ОАО «НИПТИЭМ»)
РАЗРАБОТКА АКТИВНЫХ ЧАСТЕЙ РЯДОВ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ВНЕШНИМ КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Представлен первый этап работы по созданию рядов трехфазных асинхронных двигателей с внешним короткозамкнутым ротором для привода центробежных вентиляторов - электромагнитный расчет активных частей двигателей. Обсуждаются вопросы минимизации числа типоразмеров и длины лобовых частей обмоток.
Ключевые слова: асинхронные двигатели обращенной конструкции, привод центробежных вентиляторов, проектирование.
Постановка задачи
Конструкция асинхронных двигателей с внешним ротором хорошо известна и практически реализована как в машинах малой мощности для привода небольших устройств, например, потолочных вентиляторов [1], так и в мощных приводах, например, в качестве мотор—колес [2]. Вместе с тем, не всегда потребитель удовлетворен существующими рядами АЭД с внешним ротором или иначе обращенными АЭД (ОАЭД), по конкретным характеристикам типоразмера, или по совокупности характеристик целого серийного ряда О АЭД.
По указанной причине ОАО «НИПТИЭМ» получил заказ на разработку активных частей серийных рядов трехфазных асинхронных двигателей с внешним ротором для привода центробежных вентиляторов, с исходными данными, согласованными в техническом задании. Размеры двигателей, приведенные в табл.1, соответствуют двигателям максимальной мощности указанных диапазонов.
Таблица 1
Исходные параметры асинхронных двигателей с внешним ротором
Диапазон номинальных мощностей, Вт
Частота 50 Гц; Шаг Частота Da, La кпд, COSty,
п=3000 изменения 400 Гц; мм ММ не не
об/мин мощности, п=6000 менее менее
Вт об/мин
70...240 30 — 80 59 55% 0,65
180... 360 50 70...240 90 67
320... 500 50 150...500 104 82
В табл.1 Da внешний диаметр обращенного ротора;
где Ls и Lвbm — длины сердечника статора и вылета лобовой части обмотки соответственно.
Расчетной работе предшествовала модернизация программы электромагнитного расчета трехфазных асинхронных двигателей [3], результатом которой явилась возможность расчетов асинхронных двигателей мощностью 0,06—3000 кВт обращенной конструкции. До начала работ такая опция отсутствовала.
Фрагмент интерфейса методики при расчете АЭД обращенной конструкции представлен на рис. 1.
Рис. 1. Фрагмент интерфейса доработанной программы
Фрагмент текста модуля программы, реализованной в среде экспертного программирования на подмножестве естественной технической лексики SprutExpro, представлен на рис. 2.
Согласно предварительной таблице технического задания (в статье не приведена) предусматривалось 5 комплектов штамповой оснастки (штампы статора и ротора) для исполнений ОАЭД на частоту 50 Гц и 3 исполнения штамповой оснастки на частоту 400 Гц. Типоразмеры промежуточной мощности предполагалось обеспечивать изменением активной длины сердечников. Непосредственно после начала работ по договору Заказчик, а также потенциальный изготовитель ОАЭД Красногорский завод «Электродвигатель» высказали пожелание уменьшить количество штамповой оснастки.
Анализ вопроса и предварительные расчеты показали, что наиболее рационально для предложенных размерных радов использовать 3
комплекта штамповой оснастки для исполнений ОАЭД на частоту 50 Гц и 2 комплекта оснастки для исполнения ОАЭД на частоту 400 Гц. Таким образом, в результате работ по минимизации оснастки нам удалось уменьшить изначально предлагаемое число комплектов в (5+3)/(3+2)=1,6 раза. Именно эти окончательно отобранные ряды ОАЭД и представлены в табл. 1.
Рис. 2. Фрагмент модуля текста программы
Результаты расчета
Краткий анализ полученных результатов, представленный в табл. 2, показывает, что заявленный в техническом задании КПД существенно превышен во всех расчетах. При частоте 1=400 Гц коэффициент мощности незначительно ниже заявленного в ТЗ. Значение энергетического КПДЭ=КПДcosф практически везде существенно выше такового произведения по установленнным ТЗ КПД и cosф, следовательно, номинальный ток будет меньше опосредованно заявленного в ТЗ.
Для оценки теплового состояния контролировалась величина плотности тока статора Js, которая во всех случаях не превышала 8,5 А/мм2, причем наибольшие значения плотности тока получены на меньшем габарите, при 1=400 Гц. Как известно, чем меньше габарит, тем больше допустимая плотность тока. Исходя из значений Js, можно предположить, что разработанные двигатели не будут иметь проблем с недопустимым превышением температуры при классе изоляции Н по ГОСТ 8865-93 (для данного класса изоляции превышение температуры
обмотки статора 0си<125 °С).
Таблица 2
Сводный электромагнитный расчет рядов ОАЭД
£ Гц Pн, Вт DaS, мм Ls, мм -Ьвыл? мм Кзап LD1, 3 см Pн/LD2 Вт/дм3 КПД, % cosф Js, А/мм2 BzR, мм
500 70 30 0,705 757,12 0,6604 81,6 0,88 7,4
450 65 30 0,679 703,04 0,6401 80,7 0,87 7,7
400 60 30 0,729 648,96 0,6164 81,1 0,86 6,9
350 104 53 30 0,732 573,25 0,6106 80 0,85 6,9 2,39
300 47 30 0,721 508,35 0,5901 78,5 0,84 7
250 42 30 0,721 454,27 0,5503 77,5 0,82 6,7
200 35 30 0,699 378,56 0,5283 75 0,84 6,8
150 28 30 0,684 302,85 0,4953 71 0,83 7,0
360 70 27,5 0,702 567 0,6349 77,1 0,9 7,93
310 62 27,5 0,731 502,2 0,6173 75,8 0,91 7,73
50 270 55 27,5 0,728 445,5 0,6061 74,6 0,9 7,81
230 48 27,5 0,729 388,8 0,5916 73,5 0,89 7,5
190 90 42 27,5 0,728 340,2 0,5585 72,1 0,88 7,4 1,86
160 37 27,5 0,692 299,7 0,5339 68,1 0,9 8,07
130 32 27,5 0,741 259,2 0,5015 68,3 0,82 7,13
100 27 27,5 0,726 218,7 0,4572 65,4 0,84 6,98
70 21 27,5 0,74 170,1 0,4115 60,6 0,83 6,75
150 50 26,5 0.721 320 0,4688 70,6 0,85 8,61
130 45 26,5 0,715 288 0,4514 69,1 0,82 8,8
110 80 40 26,5 0,721 256 0,4297 67,5 0,84 8,5 2,23
90 34 26,5 0,683 217,6 0,4136 63,7 0,84 8,94
70 28 26,5 0,724 179,2 0,3906 61,7 0,82 8,23
500 55 22,5 0,714 445,5 1,1223 76,1 0,56 6,97
450 50 22,5 0,714 405 1,1111 75,6 0,56 7,01
400 45 22,5 0,712 364,5 1,0974 75,1 0,57 7,0
350 90 40 22,5 0,715 324 1,0802 74,4 0,57 6,98 2,87
300 35 22,5 0,723 283,5 1,0582 73,3 0,55 6,91
250 30 22,5 0,689 243 1,0288 71,9 0,57 7,26
400 200 25 22,5 0,724 202,5 0,9877 70,2 0,55 7,56
150 20 22,5 0,691 162 0,9259 67,4 0,57 7,18
240 55 21,5 0,702 352 0,6818 67,2 0,64 8,27
200 47 21,5 0,723 300,8 0,6649 66,3 0,61 8,12
160 80 39 21,5 0,718 249,6 0,641 64,3 0,56 8,2 2,12
130 33 21,5 0,717 211,2 0,6155 62,6 0,59 8,13
100 27 21,5 0,72 172,8 0,5787 59,9 0,61 8,12
70 20 21,5 0,716 128 0,5469 55,4 0,64 8,44
Полученный расчетным путем размер Ьа оказался выше заявленного в ТЗ, особенно для 1=50 Гц. Действительно, частота 50 Гц реализуется на двухполюсной машине, а частота 400 Гц — на восьмиполюсной. Технологически вылет лобовой части при 2р=8 существенно меньше.
Согласно устоявшейся технологии намотки катушек и укладки их в сердечник статора длина вылета лобовых частей Ьвь1л определяется выражением
ЬвЫл = (0.19+0,1хр) X Ткат + 10, (1)
где р — число пар полюсов; ткат — средняя ширина катушки. Здесь Dis — внутренний диаметр сердечника статора.
Таким образом, средняя длина вылета лобовых частей обмотки определяется технологией, не может быть существенно меньше той, которая определяется выражением (1). Представляется, что уменьшение вылета лобовой части по сравнению с (1) может быть достигнуто только при совершенствовании технологии укладки обмотки на конкретном заводе—изготовителе ОАЭД. Сказанное привело к необходимости увеличения размера Ьа в проекте технических условий.
Расчетное отношение активной мощности к активному объему Рн/ЬВ1 соответствует общем закономерностям электромеханики: чем больше номинальная мощность, тем выше данное соотношение; чем больше частота вращения при фиксированной мощности, тем выше данное соотношение.
Наконец, контролировалась средняя ширина зубца ротора (в спроектированных машинах ZR>ZS). Причем по ТЗ В^ <2 ,0 мм.
В одном из вариантов ротора она незначительно уменьшена (1,86 мм), однако технологическое оборудование Красногорского завода «Электродвигатель» позволяет выполнять сердечники с такой шириной зубцов.
Границы зон вариаций переменных величин базовых типоразмеров перекрываются для смежных типоразмеров.
Заключение
Двигатели по техническим данным соответствуют показателям технического задания с учетом оговоренной в возможности корректировки некоторых показателей в процессе расчета.
Количество штамповой оснастки сокращено в 1,6 раза по сравнению с тем, что предусмотрено в техническом задании.
Список литературы
1. Лопухина Е.М., Семенчуков Г.А. Автоматизированное
проектирование электрических машин малой мощности. М.: Высшая школа, 2002. 511 с.
2. Марков А. М. Ступичный асинхронный тяговый электродвигатель с внешним ротором и жидкостным охлаждением // Труды Псковского политехнического института.№ 15.3. С. 319—322.
3. Кобелев A.C. Интеллектуальная полная расчетная подсистема проектирования асинхронных машин // Изв. вузов. Машиностроение. Специальный выпуск. Эффективные методы автоматизации и планирования производства. 2012. С. 24—33.
A.S. Kobelev
DEVELOPMENT OF ACTIVE PARTS FOR SERIES OF ASYNCHRONOUS MOTOR WITH OUTWARD SQUIRELL-CAGE ROTOR
The first stage of work - electromagnetic design of motor active part - on creation of series of three-phase asynchronous motors with outward squirrel-cage rotor for centrifugal blower drives is offered. Questions of minimization of dimension type number and end coil length are discussed.
Key words: reversed construction asynchronous motor, centrifugal blower drive, designing.
Получено 3.12.12
УДК 621.833
П.Г. Сидоров, д-р техн. наук, проф., зав. каф, (4872) 33-23-80, pmdm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ), Л.В. Савельева, магистрант, (4872) 33-23-80, pmdm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ).
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МНОГОПОТОЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ ТРАНСМИССИЙ В СТРУКТУРЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Рассмотрен квазидифференциалъный принцип функционирования многопоточных неделимых рычажно-зубчатых передач и обоснована возможность построения параметрического ряда её выходных параметров по скорости и моменту в одном неизменном габарите.
Ключевые слова: трансмиссия, электропривод.
Современный редукторный электропривод (ЭП) должен обладать следующими характеристиками: малой удельной массой = 0,03...0,035 кг массы на 1Нм воспроизводимого момента); большим ресурсом работы (20000 ч.); высоким КПД (0,9 и выше); энергосбережением как на стадии проектирования, так и на стадиях
