РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ РОТОРА АД С ТОРЦЕВЫМ ФЕРРОМАГНИТНЫМ ЭКРАНИРОВАНИЕМ
ФРАГМЕНТОВ
КОРОТКОЗАМКНУТОЙ ОБМОТКИ. ОСОБЕННОСТИ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТОРЦЕВЫХ ЭКРАНОВ
2.1. Методика определения частотно-зависимых параметров ротора АД с торцевыми
ферромагнитными экранами
В подразделе 1.2 была рассмотрена конструкция АД с короткозамкнутым ротором,
когда формирование механической характеристики двигателя «экскаваторного» типа,
обеспечивающей электроприводу свойства источника момента, достигалось путем
напрессовки на удлиненную часть короткозамкнутого ротора вне рабочего
воздушного зазора гильзы из магнитомягкой стали определенной длины и толщины.
Эффективность такой конструкции ротора АД подтверждена исследованиями [96],
которые предусматривали использование двигателя в комплексах самолетного
оборудования с питанием от сети переменного тока повышенной частоты (400 Гц).
Для АД с такой конструкцией ротора, питаемых от промышленных сетей с частотой
50 Гц, геометрические размеры гильзы (особенно ее толщина) из-за большой
глубины проникновения электромагнитной волны в ферромагнитный массив
существенно увеличиваются. Это не позволяет разместить гильзу под лобовыми
частями статорной обмотки и требует дополнительного увеличения осевой длины
машины, а, следовательно, приводит к более заметному ухудшению ее
массогабаритных характеристик.
По этой причине в работе исследуются свойства АД с торцевыми ферромагнитными
экранами удлиненных стержней и короткозамыкающих колец роторной обмотки. Такая
конструкция ротора АД обеспечивает размещение экранов под лобовыми частями
обмотки и не требует увеличения осевой длины машины.
На рис. 2.1 приведен эскиз конструкции АД с двухсторонним торцевыми экранами
стержней и короткозамыкающих колец [75], где 1 – трехфазная статорная обмотка,
2 – удлиненные части стержней ротора, 3 – короткозамыкающее кольцо, 4 –
ферромагнитные дисковые экраны, 5 – ротор АД.
Рис. 2.1. Эскиз конструкции АД с двусторонними
ферромагнитными экранами фрагментов роторной обмотки
Особенности электромагнитных процессов, протекающих в роторном контуре с
экранированием части короткозамкнутой обмотки, обусловлены появлением в
роторном контуре дополнительной ЭДС, созданной совместным действием МДС токов
роторной обмотки и вихревых токов ферромагнитных экранов. Данная ЭДС
оказывается пропорциональной току роторного контура и по закону
электромагнитной индукции направлена против причины, ее вызвавшей. Назовем эту
ЭДС эквивалентной вносимой. Эквивалентная вносимая ЭДС, увеличивающаяся с
ростом скольжения ротора относительно поля, существенно ограничивает ток ротора
при больших скольжениях, что приводит к ограничению величины тока,
потребляемого АД из сети.
Ввиду зависимости эквивалентной вносимой ЭДС от величины тока ротора, ее можно
представить в виде двух составляющих, представляющих собой падения напряжения
на активном и индуктивном эквивалентных сопротивлениях ферромагнитных экранов:
. (2.1)
Таким образом, в контур ротора вводится активно-индуктивное сопротивление,
обусловленное поглощением энергии ферромагнитными экранами, падение напряжения
на котором от тока роторного контура эквивалентно наводимой в нем ЭДС Лэ.
Величины активного (rэ) и индуктивного (xэ) эквивалентных сопротивлений
существенно и нелинейно зависят от скольжения ротора относительно магнитного
поля статора.
При малых скольжениях частота токов ротора невелика, что обуславливает
достаточно малую величину эквивалентных сопротивлений, а это, в свою очередь,
позволяет обеспечить высокую жесткость механической характеристики в области
малых скольжений с достаточно хорошим использованием габаритной мощности машины
в номинальном режиме работы, так как КПД двигателя и коэффициент мощности
практически не снижаются.
По мере снижения скорости вращения двигателя в роторный контур автоматически
вводится увеличивающееся с ростом скольжения комплексное добавочное
сопротивление с преобладанием активной составляющей, что повышает коэффициент
мощности двигателя в зоне низких скоростей вращения, увеличивает величину
электромагнитного момента при одновременном ограничении потребляемого из сети
тока. Соответствующим выбором геометрических размеров экранов можно добиться
механической характеристики «экскаваторного» типа и обеспечить свойство
источника момента электроприводу в требуемом скоростном диапазоне.
Расчет и анализ статических режимов работы АД принято проводить с
использованием уравнений равновесия напряжений и уравнения равновесия МДС
статорного и роторного контуров и соответствующих им схем замещения.
Для двигателя с ферромагнитным экранированием элементов обмотки ротора эти
уравнения можно представить в следующем виде:
, (2.2)
где параметры роторного контура приведены к числу фаз и числу витков статорного
контура.
Этим уравнениям соответствуют «Т»-образная и «Г»-образная схемы замещения (рис.
2.2 и 2.3).
Рис. 2.2. «Т»-образная схема замещения АД с ферромагнитными экранами
Рис. 2.3. «Г»-образная схема замещения АД с ферромагнитными экранами
Используя схемы замещения, можно записать известные соотношения для расчета
токов статорного и роторного контуров, а также электромагнитного момента,
коэффициента мощности, потребляемой мощности и КПД в виде:
, (2.3)
, (2.4)
, (2.5)
где , , ;
, (2.6)
, (2.7)
, (2.8)
. (2.9)
Соотношения (2.3)–(2.9) позволяют рассчитать рабочие и пусковые характеристики
двигателя, если известны величины rэ и xэ для конкретных значений скольжения в
диапазоне 0 < s ? 1,0.
Задача расчета электромагнитной мощности, поглощаемой масс
- Київ+380960830922