CC BY
3816. Bushuyev, S., Babayev, J., Bushuiev, D., tion SMART Government Projects 2020 IEEE Euro-Kozyr, B. Emotional Infection of Management Innova- pean Technology and Engineering Management Summit, E-TEMS (2020)
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РОТОРНЫХ СИСТЕМ СИНХРОННЫХ МАШИН НА
ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ
Кириллов И.В.
АО «УАПО», инженер-конструктор Апальков Р.Г. АО «УАПО», инженер-схемотехник Борисоглебский Н.А. НИУМЭИ, студент Иванов А. С. НИУ МЭИ, ст. преп.
COMPARATIVE ANALYSIS OF ROTOR SYSTEMS OF PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS
MACHINES
Kirillov I.
JSC "UAPO", design engineer Apalkov R. JSC "UAPO", circuit engineer Borisoglebsky N. NRUMPEI, student Ivanov A. NRU MPEI, st. Prep
Аннотация
Данная работа посвящена рассмотрению и анализу конструкций ротора синхронных машин с постоянными магнитами. Рассматривается два вида расположения постоянных магнитов на роторе: радиальное и тангенциальное расположение постоянных магнитов. Анализируется каждый вид на предмет воздействия пульсации момента на ротор синхронной машины.
Abstract
This work is devoted to the consideration and analysis of the rotor designs of synchronous machines with permanent magnets. Two types of arrangement of permanent magnets on the rotor are considered: radial and tangential arrangement of permanent magnets. Each type is analyzed for the impact of the pulsation of the rotor of a synchronous machine.
Ключевые слова: Синхронная машина, синхронная машина с постоянными магнитами, СМПМ, радиальное поле, тангенциальное поле, пульсация момента.
Keywords: synchronous motor, permanent magnet synchronous motor, PMSM, radial field, tangential field, moment pulsation.
Использование синхронных машин с использованием в качестве возбудителя постоянные магниты (СМПМ) в последнее время все более широко применяются. Объясняется это появлением редкоземельных материалов, таких как самарий-кобальтовые сплавы и соединения NdFeB (неодим-железо-бор) [1]. Использование постоянных магнитов позволяет выполнять машины с лучшими массога-баритными показателями, а также исключает электрические потери на возбуждение, что положительно сказывается на коэффициенте полезного действия [2].
Недостатком в использовании синхронных машин с постоянными магнитами является отсутствие возможности регулирования потока возбуждения. В основном синхронные машины с постоянными магнитами используются в системах регулируемого электропривода. В таких машинах пульсации
электромагнитного момента часто оказываются весьма значительными.
Пульсации момента, обусловленные дискретностью статорной и роторной частей магнитной системы машины, принято называть зубцовыми. Зуб-цовые пульсации момента могут негативно сказываться на характеристиках электрической машины. Следует заметить, что действие постоянных магнитов не прекращается при отключении питания машины. Следовательно, этот эффект присутствует и при обесточенной обмотке якоря,
Существует множество вариантов конструкций ротора с постоянными магнитами, которые можно разделить на два основных типа: с поверхностной установкой постоянных магнитов на роторе (рисунок 1) и конструкции со встроенной установкой магнитов на роторе (рисунок 2). Как правило, в первом случае магниты имеют радиально
направленную намагниченность, а во втором - тан- магнитов может быть меньше или равна полюс-
генциально направленную [3]. ному делению. Также может быть различной и
В машинах с ротором радиального типа маг- форма магнитов. ниты располагают на поверхности ротора. Ширина
Рис. 1. Конструкция ротора с поверхностным расположением магнитов
В машинах с тангенциальным расположением магнитов пазы под магниты выполняются закрытыми или открытыми (рисунок 2).
Рис. 2. Конструкция роторов с тангенциальным расположением магнитов
Конструкция с радиальным расположением магнитов имеет минимальные поля рассеяния. Но возникают трудности с закреплением магнитов на поверхности ротора. Необходимо использовать различные способы для закрепления магнитов на поверхности ротора. Возможно использовать склейку или закреплять с использованием бандажа, что в итоге приводит к увеличению воздушного зазора, а, следовательно, и увеличению магнитного сопротивления.
Конструкция с тангенциальным расположением магнитов исключает необходимость в склейке или закреплении с использованием бандажа. Существует возможность выполнить магниты с шириной
больше полюсного деления за счет их углубления в роторе. Это позволяет сконцентрировать магнитный поток в полюсе и поднять величину магнитной индукции воздушного зазора. Также появляется возможность использования магнитов в роторах большего диаметра. Следовательно, машина будет иметь большую мощность.
Для моделирования используем модель синхронной машины с радиальным и тангенциальным расположением магнитов и сравним две эти модели на предмет воздействия момента. Исходная геометрия представлена на рисунке 3.
Рассмотрим режим холостого хода. Ток в пазах статора принимается равным нулю. Пульсации электромагнитного момента обусловлены взаимодействием гармоник МДС с гармониками проводимости статора. В режиме нагрузки взаимодействие указанных гармоник будет идентичным и пульсации момента сохранятся. Форма пазов - трапецеидальная, зубцов - прямоугольная. Магниты расположены поочередно на магнитной втулке из электротехнической стали, как и материал сердечника статора.
Полученная картина магнитного поля в объеме электрической машины представлена на рисунке 4. Индукция в зубцах синхронной машины с постоянными магнитами составляет 1,4 Тл, что является приемлемым для данного типа машин. Для электрических машин, при проектировании, рекомендуется придерживаться диапазона 1,3-1,8 Тл. Индукция в зазоре синхронной машины с постоянными магнитами составляет 0,65 Тл.
Рис. 4. Картина поля синхронной машины с радиально закрепленными магнитами
Рассмотрим кривую индукции в воздушном зазоре спроектированной синхронной машины с постоянными магнитами (рисунок 5). Как видно из рисунка, индукция в воздушном зазоре имеет практически синусоидальное распределение. Некоторое
Length, mm
Рис. 5. Магнитная индукция в воздушном зазоре синхронной машины с постоянными магнитами с радиально закрепленными магнитами
искажение кривой в экстремальных точках возникает вследствие неравномерной проводимости воздушного зазора вследствие наличия зубчатость на статоре.
Далее рассмотрим синхронную машину с постоянными магнитами с тангенциально расположенными магнитами (рисунок 6). На основе результатов проектировочного расчета сформируем геометрию синхронной машины с постоянными
магнитами и зададим свойства материалов. В качестве материала магнитопровода используется электротехническая сталь.
Рисунок 6. Исходная геометрия синхронную машину с постоянными магнитами с тангенциальными магнитами
Синхронная машину с постоянными магнитами с тангенциально расположенными магнитами имеет больший диаметр. Рабочий зазор оказывается меньшим, вследствие чего пульсации момента должны проявляться более выражено. Постоянные магниты имеют прямоугольную форму. Под магнитами должен быть выполнен немагнитный слой в виде втулки, либо использоваться специальная конструкция ярма ротора с мостиками насыщения для того, чтобы основной магнитный поток проходил
по воздушному зазору, а не рассеивался вокруг магнита.
На рисунке 7 покажем распределение поля в электрической машине. Индукция в зубцах синхронной машину с постоянными магнитами составляет 1,6 Тл, что является приемлемым для данного типа машин. Для электрических машин, при проектировании, рекомендуется придерживаться диапазона 1,3-1,8 Тл. Индукция в зазоре синхронной машину с постоянными магнитами составляет 0,75 Тл.
Рис. 7. Картина поля синхронной машину с постоянными магнитами с тангенциально закрепленными
магнитами
Рассмотрим кривую индукции в воздушном зазоре спроектированной синхронной машину с постоянными магнитами (рисунок 8).
О 100 200 300 400
Length, mm
Рис. 8. Магнитная индукция в воздушном зазоре синхронной машину с постоянными магнитами с тангенциально закрепленными магнитами
Индукция в воздушно зазоре увеличилась на 0,1 Тл вследствие меньшего воздушного зазора. Кривая индукции при этом имеет менее выраженную синусоидальную форму. Более выраженными стали провалы в кривой вследствие неравномерной проводимости воздушного зазора.
Синхронная машина с постоянными магнитами с радиальным расположением магнитов на роторе обладает более низкими пульсациями по сравнению с конструкцией с тангенциальным расположением магнитов, а также более высоким КПД и низкими массогабаритными показателями.
Список литературы
1. Альтман, А.Б. Постоянные магниты: справочник / А.Б. Альтман, А.Н. Герберг, П.А. Глады-шев. - М.: Энергия, 1980. - 488 с.
2. Осин, И. Л. Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами / И. Л. Осин, В. П. Колесников, Ф. М. Юферов. - М.: Энергия, 1976. - 232 с.
3. Топорков, Д. М. Зубцовые пульсации момента в машинах с дробными обмотками и возбуждением от постоянных магнитов: дис. на соискание степени канд. техн. наук: 05.09.01 / Д. М. Топорков - Новосибирск, 2016. - 137 с.
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ 1НДИВ1ДУАЛЬНИХ ЧИННИК1В ЛЮДСЬКОГО ФАКТОРУ НА
БЕЗПЕКУ СУДНОПЛАВСТВА
Бичковський Ю.В.
старший викладач кафедри навггацИ i керування судном, Одеського нащонального морського унiверситету, капiтан далекого плавання ORCID ID: 0000-0003-1459-9029
RESEARCH ON THE INFLUENCE OF INDIVIDUAL HUMAN FACTORS ON THE SHIP'S SAFETY
Bychkovsky Yu.
Master mariner
Senior lecturer, Department of Navigation and ship handling, Odessa National Maritime University
Анотащя
Деяш аспекти морського професшного життя можуть стати причиною серйозних стресових ситуацш для моряшв, створюючи реакци, що ставлять тд загрозу !хне ф1зичне здоров'я, благополуччя, а також мо-ральний стан на робочому м1сцг Це однаковою м1рою вщноситься як до моряюв, що здшснюють тривал1 морсьш переходи, так 1 до тих, хто зайнятий у каботажному судноплавств1 або на суднах що курсують в межах внутршшх водних шляхов. Фактор стресу е одним серед основних <<1ндив1дуальних чиннишв люд-ського фактору». Стрес також вливае на стан здоров'я та створюе умови, при яких моряки стають вразли-вими до псих1чних захворювань. Експериментально доведено, що моряки страждають ввд психолопчних проблем бшьш шж представники шших професш. Тому заходи що спрямоваш на формування нових тд-ход1в у сфер1 морсько! освгги 1 розроблення нових метод1в щодо зниження ризишв та уникнення аваршних ситуацш, шляхом оптим1заци процеав навчання 1 тренування моряков в навчальних закладах 1 центрах подготовки моряков, серед завдань, що мають високий ступень актуальности
