CC BY
14
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 212 1971
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ РОТОРА И НАСЫЩЕНИЯ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СИНХРОННЫХ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Е. В. Кононенко, А. Н. Айферт, Г. И. Лукиянов
(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин и
общей электротехники)
Энергетические показатели синхронных реактивных двигателей ('СРД) в значительной степени зависят от выбранной геометрии воздушного зазора. Всесторонние исследования магнитных полей в воздушном зазоре СРД как простых [1], так и усовершенствованных [2] дали возможность определить коэффициенты, характеризующие магнитное поле в воздушном зазоре таких двигателей, рассчитать синхронные индуктивные сопротивления и магнитную цепь машины. Кроме того, такие исследования позволили оценить влияние геометрии воздушного зазора на коэффициенты магнитного поля. Используя коэффициенты магнитного поля, определенные в вышеупомянутых работах, можно выбрать также конструкцию ротора, обеспечивающую лучшие энергетические и весовые показатели СРД.
При выборе оптимальной конструкции ротора СРД можно руководствоваться тем, что она должна обеспечить большие значения максимального коэффициента мощности (соБфтш) и электромагнитного момента вращения (Мт) в одних и тех же габаритах и перегревах обмотки статора, не превышающих допустимые. Пренебрегая влиянием активного сопротивления обмотки статора, выражения для со&фпип и Мт мож-яо представить в виде [3]
С08
хч
пип — - > (1)
ХЧ
+ 1
аде и — напряжение питающей сети,
ха, — синхронные индуктивные сопротивления по продольной и
поперечной осям соответственно. Из этих выражений видно, что соэфщш определяется только отноше-
X I
яием -— , а Мт, кроме того, обратно пропорционален хй- Известно,
^то синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям прямо пропорциональны коэффициейтам формы поля (ксь кч), обратно пропорциональны величине воздушного зазора (д) и коэффициенту насыщения магнитной цепи (к(Ха и к^). Следовательно, созфт*п и
Мт в значительной степени определяются конструкцией ротора СРД, Зная зависимость коэффициентов магнитного поля от геометрических размеров рогора, можно оценить влияние геометрии на соБфшт и Мш.
Простые СРД
Предполагая вначале, что магнитная цепь СРД не насыщена (к^^к^» 1,0), и используя результаты исследования магнитного поля простых СРД [1], можно рассчитать зависимость со&фтш и Мт от величины воздушного зазора и полюсного (перекрытия. Эти зависимое-
хё
ти представлены на рис. 1. Как видно из рис. отношение — и созфщт с увеличением б уменьшаются, а Мт — увеличивается. Боль-
шие величины 7 , соБфтт и Мт относятся к меньшему значе-Ач
пию а (рис. 1,6).
Используя коэффициенты магнитного поля [1], можно оценить и: влияние насыщения магнитной цепи на работу простых СРД. При принятом допущении (г = 0) электромагнитный момент вращения равен максимальному при 0-—45°. В этом случае магнитные потоки по продольной и поперечной осям равны между собой. Так как ач<[а<ъ а Кфд^Жфа, то магнитная цепь по поперечной оси оказывается более насыщенной и Кр.ч > к ¡Xа [1,4]. Поэтому при учете насыщения отношение
—^увеличивается, а ха уменьшается, что приводит к увеличению соэфшт
а)
к *Я 6
1,2
0,4 -0
ЯМтп ■ ПР>
ПА Мт -
-02
1 V
ц«. н
0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007
б) к х?
б
0^0
Рис. 1. Зависимость
ха
М ш И СОБфтт ОТ
а) воздушного зазора при а = 0,5 и б) полюсного перекрытия при б = 0,003т для простых СРД
я Мт. Если принять, что при а = 0,5 и б = 0,003т коэффициенты насыщения равны Кай = 1,25 и каа— 1,5, то отношение хл
г v —— вследствие учета
насыщения увеличивается с 3,52 до 3,95; Мт — с 0,58 до 0,84. Если допу-
Хс1
стить, что при определении соэфпнп отношения—— остаются такими же,
хч
как и при расчете Мт, то максимальное значение коэффициента мощности увеличится с 0,56 до 0,595.
Хл
Несмотря на то, что простые СРД имеют большие значения
хч
при меньшей величине полюсного перекрытия, выбор а ^ 0,4 нецелесообразен из-за значительного увеличения магнитной индукции в воздушном зазоре и насыщения магнитной цепи. Так, при а = 0,4 и 6 = 0,003г максимальная индукция в воздушном зазоре СРД по продольной оси увеличивается в 1,38 раза по сравнению с максимальной индукцией асинхронного двигателя, если сравнивать двигатели одних и тех же габаритов и имеющие одинаковые статоры. Современные асинхронные двигатели выполняются с насыщенной магнитной цепью. Увеличение максимальной индукции в 1,38 раза приводит к тому, что ток холостого хода СРД увеличивается почти до номинального, потери в стали растут, и перегрев обмотки статора, даже при работе вхолостую, превышает допустимый. Для снижения перегрева необходимо уменьшить величину магнитного потока, что связано с уменьшением Мт.
Усовершенствованные СРД
Анализ влияния конструкции ротора усовершенствованных СРД на Мт и соэфипп можно выполнить так же, как и для простых СРД. На
рис. 2 представлены зависимости Мт, соэфтт и от воздушного зазо-
ра (рис. 2,а) и полюсного перекрытия (рис. 2,6), рассчитанные для СРД коэффициенты магнитного поля которого определены по [2] при условии, что к|)С1 — ж 1,0. Сравнивая эти зависимости с приведенными на
рис. ¡, видим, что в усовершенствованных СРД изменение 6 и а оказывает меньшее влияние на Мт и соэфтт, чем в простых СРД.
Меньшее влияние на Мт и соэфипп в усовершенствованных СРД оказывает и учет насыщения магнитной цепи. Несмотря на то, что ад сравнительно мал, коэффициент насыщения магнитной цепи по поперечной оси таких машин невелик благодаря наличию внутренних немагнитных пазов [2]. Поэтому при расчете Мш и соБфпип можно считать, что Кр.с1 ^ к.ЛЧ . Если принять, что при а = 0,6 и б = 0,003т коэффициенты насыщения магнитной цепи равны к^ = к^ « 1,2, то отношение
хя
вследствие учета насыщения уменьшается с 7,8 до 7,4, соэфтт с 0,774 до 0,764, а Мт увеличивается от 1,46 до 1,57.
Учитывая изложенное', усовершенствованные СРД целесообразно выполнять с меньшим насыщением магнитной цепи по сравнению с простыми СРД. Поэтому полюсное перекрытие в усовершенствованных СРД должно выбираться не менее 0,55-^0,60.
На основании изложенных выше рекомендаций были спроектированы, а в СКВ Электромашиностроения изготовлены опытные образцы усовершенствованных СРД на базе и в габаритах асинхронных двигателей А02 третьего габарита. Основные величины, характеризующие опытные образцы усовершенствованных СРД, приведены в табл. 1. Здесь
Рис. 2. Зависимость , Мт И СОБфтШ ОТ
хя
а) воздушного зазора при а1 = 0, а = 0,6 и б) полюсного перекрытия при а1=0, б = 0,003т для усовершенствованных СРД
же для сравнения приведены соответствующие данные асинхронных, двигателей, в габаритах которых выполнены СРД. Из таблицы видно^ что усовершенствованные СРД имеют энергетические показатели, приближающиеся к таким высокоиспользованным двигателям, как асинхронные, при несколько меньшем значении коэффициента мощности.
Тип двигателя
Рн,
Квт
Таблица 1
пн,
об! мин
Лн,
%
СОБ фн
Мпуск
м,
м,
Ми
м,
м,
м
СРО-31-4 2,2 1500 81,3 0,655 3,4 1,7 0,99 60° С
А02-31-4 2,2 1430 82,0 0,83 1,8 2Д5 — 54° С
СРО-32-4 3,0 1500 84,0 0,666 4,0 1,62 1,26 59° С
А02-32-4 3,0 1430 84,0 0,837 1,9 2,4 — 56° с
Таким образом, при правильном выборе параметров геометрии воздушного зазора и насыщения магнитной цепи в габаритах асинхронных двигателей можно выполнить усовершенствованные СРД с одинаковыми номинальной мощностью и перегревом обмотки статора.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. Н. Айферт, Е. В. К он он ен ко. Исследование магнитного поля простых синхронных реактивных двигателей. Изв. ТПИ, т. 172, 1967.
2. А. Н. Айферт, Е. В. К о н о н е н к о. Магнитное поле в воздушном зазоре усовершенствованных синхронных реактивных двигателей. Сб. «Электронные и электромеханические устройства», М., Изд. «Энергия», 1968.
3. Е. В. Кононенко, Б. П. Гарганеев, А. Л. Кислицын. Некоторые вопросы теории и проектирования трехфазных синхронно-реактивных двигателей, Сб. «Вопросы теории и проектирования ¡электрических машин», вып. 3, Новосибирск, 1963.
4. Е. В. Кононенко, А. Н. Айферт, Б. П. Гарганеев. Учет влияния насыщения на параметры синхронных реактивных двигателей, Известия ТПИ, т. 160, 1966.
