автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Разработка однофазного синхронного двигателя с постоянными магнитами с экранированными полюсами на статоре

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

ПУСКОВОГО И РАБОЧЕГО РЕЖИМОВ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

1.1. Краткие обзор материалов постоянных магнитов.

1.2. Основные магнитные системы и конструкции синхронных двигателей с постоянными магнитами. -И

1.3. Выбор конструктивного варианта синхронного двигателя с постоянными магнитами с асинхронным пуском.

1.4. Электромагнитные моменты, действующие в пусковом и рабочем режимах синхронных двигателей с постоянными магнитами и асинхронным пуском.

1.5. Постановка задачи.

Глава 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПУСКОВОГО И РАБОЧЕГО РЕЖИМОВ

СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ С ЭКРАНИРОВАННЫМИ ПОЛЮСАМИ НА СТАТОРЕ

2.1. Методы анализа электромагнитных процессов, происходящих в СДПМ с экранированными полюсами. 32.

2.2. Пусковой режим СДПМ с экранированными полюсами.

2.2.1. Асинхронный режим невозбужденной синхронной машины.

2.2.2. Генераторный режим возбужденной синхронной машины.

2.3. Синхронный режим СДПМ с экранированными полюсами

2.4. Анализ работы СДПМ с экранированными полюсами с учетом высших пространственных гармоник.Ы

2.5. Вхождение в синхронизм СДПМ с экранированными полюсами на статоре .$

Выводы по главе

Глава 3. ПАРАМЕТРЫ И КОЭФФИЦИЕНТЫ, ВХОДЯЩИЕ В УРАВНЕНИЯ СДПМ

С ЭКРАНИРОВАННЫМИ ПОЛЮСАМИ

3.1. Расчет магнитной цепи СДПМ с экранированными полюсами.

3.1.1. Расчет магнитной цепи в зоне расположения постоянных магнитов.

3.1.2. Расчет магнитной цепи в зоне расположения короткозамкнутой обмотки ротора.

3.2. Магнитные поля экранирующей обмотки.W

3.3. ЭДС, наводимых постоянными магнитами в обмотках статора.

3.4. Индуктивные и активные параметры обмотки возбуждения и ротора. ./

3.5. Параметры экранирующей обмотки статора.

Выводы по главе 3 .Л

Глава 4. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕМ ДВИГАТЕЛЯ

4.1. Выбор системы относительных единиц./344.2. Расчет параметров двигателя.А

4.3. Расчет характеристик двигателя.

4.4. Экспериментальное исследование двигателя.

4.5. Оценка разработанной методики расчета.

Выводы по главе 4 . .М

Глава 5. ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ И ПАРАМЕТРОВ

ДВИГАТЕЛЯ НА ЕГО ПУСКОВЫЕ И РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

5.1. Влияние размеров и магнитных свойств постоянного магнита на пусковые и рабочие характеристики двигателя.

5.2. Влияние пространственного расположения экранирующей обмотки и ее параметры на пусковые и рабочие характеристики двигателя.455"

5.3. Влияние активного сопротивления обмотки ротора на пусковые и рабочие характеристики двигателя

Выводы по главе 5 .И

В последние годы в качестве микродвигателей переменного тока для электроприводов с постоянной частотой вращения все боль -шее применение находят синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ). Такие двигатели с успехом используются в различного рода лентопротяжных механизмах, часах, бытовой аппаратуре и схемах автоматики.

Однако при часто применяемом на практике однофазном питании СДПМ требуют установки фазосдвигающэго элемента, что увеличивает стоимость и массогабаритнне показатели электропривода в целом. Для однофазных двигателей переменного тока мощностью от 0,5 до 10 Вт наиболее дешевой и технологически простой конструкцией является конструкция с экранированными полюсами на статоре. В связи с этим исследование возможности и целесообразности использования статоров уже разработанных серий асинхронных двигателей с экранированными полюсами для создания СДПМ представляет практический интерес. Правомерность постановки такой задачи обусловлена существованием сравнительно большого числа серий асинхронных двигателей с короткозамкнутым витком на полюсе и однотипичностью основных требований, предъявляемых к статорам машин переменного тока.

Научная новизна

- Впервые в отечественной практике рассмотрен вопрос о возможности и целесообразности применения для СДПМ конструкции статора с экранированными полюсами.

- Проведен анализ пусковых , рабочих и синхронизирующих свойств двигателя, направленный на выявление перспективности его использования в электроприводах малой мощности.

- Разработана методика расчета пусковых и рабочих свойств двигателя.

Практическая ценность

В результате выполненных исследований обоснована возможность и целесообразность использования статора с экранированными полюсами для СДПМ.

Основные результаты работы могут быть рекомендованы для использования на Московском электромеханическом заводе МЭЗ-I, во ВНИИЭМе и в НИИЧАСПРОМе.

Anpnrtamr^ рдботн

Диссертационная работа и ее разделы докладывались и обсуждались на:

- научном семинаре кафедры электрических машин МЭИ в 1984 г.;

- заседании кафедры электрических машин МЭИ в 1984 г.

ТТублшгятрга

По результатам выполненных исследований опубликована I статья.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов по работе, содержание которых изложено на страницах машинописного текста, иллюстрирована 33 рисунками, имеет библиографический список, включающий

Выводы по главе 5

1. Показано, что с увеличением степени возбужденности машины ухудшаются синхронизирующие свойства СДПМ с экранированными полюсами, что позволяет сделать вывод о нецелесообразности использования для исследуемого двигателя постоянные магниты с высокими значениями остаточной индукции.

2. Из сравнения влияния степени возбужденности машины и относительной длины магнита вытекает целесообразность применения конструкции с экранированными полюсами в .двигателях окси

ГПмлко.п а ^В.НАКС.И

0(1£ . 2,0

Ь(Ю ,

0,45. 0,40 * -1-1-1—

О 0,i о,г 0/3

Рис. 5.9. Влияние г я на пусковые характеристики двигателя.

Рис.5.10. Влияние на синхронизирующие и рабочие свойства двигателя. альной конструкции в диапазоне мощностей от 0,5 до 10 Вт.

3. Показано, что угол расположения экранирующей обмотки и ее активное сопротивления мало влияют на рабочие характеристики двигателя и что выбор r>Sft и Y должен производиться с точки зрения обеспечения момента входа в синхронизм.

4. Показано, что активное сопротивление обмотки ротора оказывает слабое влияние на характеристики двигателя в синхронном режиме, хотя оно сильно влияет на пусковые и синхронизирующие свойства двигателя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Сравнение радиальной и аксиальной конструкций СДПМ с асинхронным пуском позволило определить зону применимости аксиальной конструкций СДПМ. Для бытовых двигателей с числом пар полюсов 2 рг 4-, рассчитанных для работы от сети с промышленной частотой, целесо« образно применять аксиальную конструкцию при мощности от долей Ватта до 20 Вт.

2. Разработанная методика исследования СДПМ с экранированными полюсами на статоре позволила получить уравнений равновесия напряжений электрических цепей, токов и электромагнитных моментов двигателя в пусковом и рабочем режимах.

3. Достаточно хорощее совпадение экспериментальных и расчетных результатов подтвердило адекватность предлагаемой методики, правомерность принятых в ней допущений и достоверность полученных результатов. Это показывает целесообразность использования предлагаемой методики при оценки влияния некоторых факторов на свойства двигателя.

4. На основе полученных результатов, выявлено влияние относительных размеров и свойств постоянных магнитов на характеристики двигателя. Показана нецелесообразность использования для СДПМ с экранированными полюсами на статоре магнитов с высокими значениями остаточной индукции.

5. Исследовано влияние пространственного расположения экранирующей обмотки и ее активного сопротивления.Показано, что параметры экранирующей обмотки не влияют существенно на рабочие свойства двигателя и что выбор параметров обмотки экранирования должен производиться с точки зрения обеспечения пуска и в^ода в синхронизм двигателя. Тот же самый вывод сделан для активного сопротивления обмотки ротора.

6. В результате проведенных исследований установлено, что

СДПМ аксиальной конструкции целесообразно выполнять на базе статоров асинхронных двигателей с короткозамкнутыми витками на полюсах в диапазоне мощностей от 0^5 до 10 Вт.

1. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф., Ларионов А.Н. Электрические машины с постоянными магнитами. - М.: Энергия, 1964. - 480 с.

2. Бертионов А.И. Электрические машины авиационной автоматики. М.: Оборонгиз, 1961. - 429 с.

3. Кантор А.С. Постоянные магниты. М.: ОНТИ, 1938. - 58 с.

4. Разумовский Н.Н. Расчет магнитов. Вестник электропромышленности, 1930, Jfc 12, с.8-13.

5. Сорокер Т.Г. Магнитоэлектрические машины переменного тока: Автореф.канд.дисс. М.: МЭИ, 1946. - 32 с.

6. Уриновский Д.С. Синхронный двигатель с постоянными магнитами: Автореферат канд.дисс. М.: ВНИИЭМ, 1950. - 32 с.

7. Колесников В.П. Некоторые вопросы теории, проектирования и расчета синхронных микродвигателей с постоянными магнитами: Автореферат канд.дисс. М.: МЭЙ, 1966. - 22 с.

8. Осин И.Л. Некоторые вопросы теории и проектирования синхронных микродвигателей с постоянными магнитами: Автореферат канд.дисс. М.: МЭИ, 1969. - 21 с.

9. Осин И.Л., Колесников В.П., Юферов Ф.М. Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами. М.: Энергия, 1976. - 231 с.

10. Осин И.Л., Безрученко В.А. и др. Электромагнитный момент синхронного .двигателя с постоянными магнитами в асинхронном режиме. Электричество, 1977, Ш 4, с.80-83.

11. Безрученко В.А., Мощинский Ю.А., Якушкин Р.Х. Оптимизация основных параметров синхронных микродвигателей с постоянными магнитами. Тр./Моск.энерг.ин-т, 1977, вып.314, с.87-90.

12. Беспалов В.Я., Кузнецов В.В. Учет высших пространственных гармоник поля при расчетах некоторых типов синхронных микродвигателей с постоянными магнитами на роторе. Тр./Моск.энерг.ин-т, 1979, вып.410, с.72-76.

13. Honsinger V. 3. f^rmanenh— /г»Ct^net machinesas^richnonous operation -E EE^J— user /\fpar.

14. W Sysh, 4Ш3 93, jo. yfSoS- JSV3.

15. Келин H.A. Эффективность применения постоянных магнитов в изделиях электротехники. Электротехника, 1981, № II, с.25-28.

16. Бертинов А.И. Авиационные электрические генераторы. -М.: Оборонгиз, 1959. 594 с.

17. Постоянные магниты /Под ред. Ю.М.Пятина. М.: Энергия,1971. 148 с.

18. Альтман А.Б. Постоянные магниты из порошков. Электричество, 1954, № 6, с.49-51.18. Тге. Ра*

19. J JM. CesQ/и/с /эегюаие-п f' ~ плле^лс/" rnoh^rs. blew УогК, Мс £ ГйМ/ fffffl Book CorrtfG-ny) JEZp,

20. Юферов Ф.М., Колесников В.П. Сравнение свойств синхронных микродвигателей различных типов. В сб.: Труды 1У Всесоюзной конференции по автоматизированному электроприводу. - М.-Л. :Гос-энергоиздат, 1966, т.1.

21. Charke<£, F. M(nlchares тоЫгл . /гос . Inst. Eitc .1. MoP.SSj fJ'H j p.

22. Юферов Ф.М., Мощинский Ю.А. Экспериментальное сравнениесинхронных двигателей различных типов. Тр./Моск.энерг.ин-т,1972, вып.138, с.93-98.22.

23. В>бкгу /) . Hew f-f/'^A Ре,*Jot-wo*ic,e designs Joy S^cUronouS rmohors . EitcSro -f- fecJinoPofitj} p.

24. Пат. 2525455 (США), fiohor jor s^r^chronov* илс^иоЬ'ои fyio f~ors1. Me.tr i № F.24. Пат. 1096.482 (ФРГ).

25. Пат. I0I8I43 (ФРГ). го*тоУог /и/Л e/Vw*yHAc^neh's^hen poPerj vtrschene,/* as\fctr / \A}a.Qe>ho*%

26. Пат. 3521097 (США). S^Jhro^s1. Trio }~o Г /1. Trthfes 7~~. A.

27. Пат. 1093475 (ФРГ). bzh*» synchro»rnotor / M<XSS*-r1. E.

28. Микродвигатели для систем автоматики /Под ред.Э.А.Лодоч-никова, Ф.М.Юферова. М.: Энергия, 1969. - 272 с.

29. Анфиногентов О.Н.,Беспалов В.Я., Мощинский Ю.А. Анализ установившихся режимов электрических машин с электрической и магнитной асимметрией. Изв.вузов. Эпектромех., 1983, № 3, с.24-32.

30. Пат. 3.209.185 (США). Sc?m<J cfa&hmg л^^алсМ**1. Draper А. Е'

31. Ермолин Н.П. Электрические машины малой мощности.

32. М.: Высшая школа, 1967. 504 с.

33. Хрущев В.В. Электрические микромашины. Л.: Энергия, 1969. - 288 с.

34. Чечет Ю.С. Электрические микромашины автоматических устройств. М.: Энергия, 1964. - 423 с.

35. Адаменко А.И. Методы исследования несимметричных асинхронных машин. Киев: Наукова думка, 1969.

36. Иванов-Смоленский А.В. Исследование и расчет асинхронной многофазной машины с несимметричной обмоткой на статоре. -Тр./Моск.энерг.ин-т, 1951, вып.7.

37. Ефименко Е.И. Исследование асинхронных машин с пространственной и магнитной асимметрией методом симметричных составляющих: Автореферат, канд.дисс. М.: МЭИ, 1971. - 21 с.

38. Владимиров Э.В. Разработка и исследование математических моделей асинхронных микродвигателей с магнитной асимметрией: Автореферат канд.дисс. М.: МЭЙ, 1978. - 21 с.р^^скгу. иг/лупе^ .- froc.IEE } 4313} №. JZo, /i/г 9.

39. Ефименко Е.И. Особенности физического процесса в асинхронных машинах с магнитной асимметрией. В кн.: Электрические машины. - Чебоксары, 1977, вып.2.

40. Ефименко Е.И. Метод анализа асинхронных машин с магнитной асимметрией. Электричество, 1978, № 9, с.59-63.

41. Ефименко Е.И. Новый метод анализа асинхронных режимов явнополюсных синхронных машин. Изв. АН СССР. Энерг. и транеп., 1980, В 3, с.I06-II7.

42. Ефименко Е.И., Владимиров Э.В. Расчет магнитной цепии полей двигателя с экранированными полюсами. В кн. : Электрические машины.- Чебоксары, 1276, вып. I.

43. Лопухина Е.М., Сомихина Г. С. Расчет асинхронных электродвигателей однофазного и трехфазного тока.-Мв-Л.:Госэнергоиздат, 1961.- 312 с.

44. Ефименко Е.И. Параметры статорных обмоток двигателя с экранированными полюсами.- В кн.: Электрические машины.- Чебоксары, 1У76,вып.I.p/\s, M4.J м- 93, "2 4.