автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Зубцовые зоны энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором

На правах рукописи

Юрканов Владимир Владимирович

ЗУБЦОВЫЕ ЗОНЫ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ МИКРОДВИГАТЕЛЕЙ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Специальность: 05.09.01 - «Электромеханика и электрические аппараты»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

з АЗГ 2015

005571255

Москва-2015

005571255

Работа выполнена на кафедре «Электромеханические системы и электроснабжение» при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежском государственном техническом университете.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Кононенко Константин Евгеньевич

доктор технических наук, профессор

Анненков Андрей Николаевич

доктор технических наук, профессор, проректор по научной работе международного института компьютерных технологий г. Воронеж

Коробов Геннадий Викторович

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры электрификации сельского хозяйства ФГОУ ВПО Воронежский ГАУ

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел

Защита диссертации состоится «14» октября 2015 года в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.19 при ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ» по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.13, корпус Е, ауд. Е-205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ».

Автореферат разослан «¿73 » ся/иплЛрл. 2015 года.

Ученый секретарь Д 212.157.19 к.т.н., доцент

Боровкова А. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Труды знаменитых российских электротехников: Вольдека А.И., Глебова И.А., Горева A.A., Данилевича Я.Б., Загорского А.Е., Иванова-Смоленского A.B., Казовского Е.Я., Копылова И.П., Костенко М.П., Пиотровского JI.M., Петрова Г.Н., Сипайлова Г.А., Стрельбицкого Э.К., Трещева И.И., Хрущева В.В., Чечета Ю.С., Юферова Ф.М. и других стали классическими для изложения теории электрических машин, в целом, и асинхронных машин в частности. Написаны эти учебники были в разные годы, но их объединяет подробность изложения материала и несомненное качество проработки вопросов. Теория изложения асинхронной машины аналитическая. Уравнения, схемы замещения и векторные диаграммы позволяют получать аналитические выражения рабочих характеристик, а в ряде случаев и пусковых. Основные допущения, используемые при этом — это допущения идеализированной электрической машины.

Точно оценить реальную энергетическую эффективность асинхронной машины при помощи аналитической теории невозможно. Первая причина — это нелинейность кривой намагничивания магнитопровода. В этом случае метод наложения, которым пользуются для оценки суммарного влияния высших гармоник магнитного поля на работу электрической машины, строго говоря, неприменим. Магнитопроводы статора и ротора асинхронной машины, в основном, имеют зубчатое строение. Попытка учесть увеличение воздушного зазора за счет шлицов введением коэффициента Картера не является строго обоснованным. Так можно было бы поступить, если бы зубчатое строение в равной степени влияло бы на все высшие гармоники магнитного поля. Ожидать от метода наложения удовлетворительных результатов в методиках по проектированию неоправданно.

Таким образом, аналитическая теория асинхронной машины на текущий момент нуждается в объяснении результатов уже полученных и подтверждении их работоспособности в области микромапшн. Объект исследования выбран не случайно. Проведя заявленные исследования в асинхронных микродвигателях можно получить подтверждение или опровержение уже полученных особенностей влияния зубчатого строения магнитопровода на энергоэффективность асинхронных двигателей малой и средней мощности.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является развитие методики проектирования асинхронных микродвигателей в части рационального расчета пазовой зоны ротора.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научно-технические задачи:

1. Выполнить моделирование трехфазных асинхронных микродвигателей мощностью 1,5; 40; 90 и 120 Вт, предназначенных для модернизации.

2. Предложить варианты конструкции магнитной системы и ротора в частности, позволяющей улучшить энергоэффективность работы трехфазного асинхронного микродвигателя данной мощности.

3. Сформулировать требования по проектированию усовершенствованной зубцовой зоны ротора энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором.

4. Провести экспериментальные исследования для подтверждения правильности основных положений работы.

Методы исследований. При проведении в работе исследований, посвященных обозначенным вопросам электротехники, использовались методы теории электрических и магнитных цепей и методы теории поля. Теоретические исследования проводились на базе широко известных, прошедших широкую апробацию математических методов. Для подтверждения достоверности полученных результатов использовался метод физического эксперимента.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие результаты, имеющие научную новизну:

- научно обоснован и дополнен перечень требования к проектированию ротора энергоэффективного асинхронного микродвигателя: знать только соотношения пазов ротора и статора с предельно-допустимыми уровнями индукций на отдельных участках оказывается необходимо, но недостаточно;

- выдвинута и подтверждена научная идея о том, что для каждой пары числе пазов ротора и статора существует оптимальная суммарная площадь пазов ротора, которая повышает эффективность электромеханического преобразования энергии в трехфазных асинхронных микродвигателях с короткозамкнутым ротором;

- варьирование в широких пределах геометрических параметрами зубцовых зон позволило выявить новые закономерности влияния активного сопротивления ротора на способность асинхронного двигателя к эффективному преобразованию энергии.

Практическая значимость работы. Практическую ценность диссертационной работы составляют:

- рекомендации по проектированию пазовой зоны ротора асинхронных микродвигателей;

- результаты физического эксперимента, подтверждающего основные положения диссертационной работы.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- варьирование в широких пределах геометрических параметрами зубцовых зон позволило выявить новые закономерности влияния активного сопротивления ротора на способность асинхронного двигателя к эффективному преобразованию энергии;

- проведенные исследования эффективности магнитных систем микроэлектродвигателей мощностей 1,5;. 40; 90 и 120 Вт показали, что

следующие соотношения между пазами и площадью стали магнитопроводов позволяют получить лучшие результаты:

1) часть площади зубцового деления листа статора, занимаемая пазом лежит в пределах 0,25 - 0,26;

2) отношение площадей пазов ротора к пазам статора составляет 0,21-0,31;

3) доля всех пазов в поперечном сечении активной части равна 0,230,25;

- проведенные испытания на физическом образце электродвигателя с новым ротором, спроектированным в соответствии и рекомендациями теоретических разделов данной работы, дали положительные результаты:

о КПД в модернизируемом электродвигателе возрос на 7,7%;

о пусковой момент сохранился, а ток уменьшился на 3%. Реализация результатов работы. Полученные теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы реализованы на предприятии ЗАО «МЭЛ» г. Воронеж, а также внедрены в учебный процесс кафедры «Электромеханических систем и электроснабжения» ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» в лекционные курсы «Проектирование специальных электрических машин» и «Математическое моделирование и переходные процессы электрических машин».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава кафедры электромеханических систем и электроснабжения в рамках всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении производстве» (Воронеж, 2013); на всероссийской научной конференции «Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники» (Воронеж, 2012, 2013, 2014). Всего по теме диссертации было опубликовано 12 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 93 наименований. Работа изложена на 142 страницах, на которых приведены 14 таблиц, 89 рисунков и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определены цель и задачи исследований и обоснована актуальность диссертационной работы.

В первом разделе рассмотрено современное состояние вопроса с проектированием асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и микродвигателей в частности. Показана причина возникновения значительных погрешностей при проектировании трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором. В научной и технической литературе нет достаточных рекомендаций в части проектирования магнитопровода ротора и формирования пазовой зоны. Показано, что в

известных методиках проектирования асинхронных двигателей и микродвигателей указанная проблема изложена нечетко и позволяет использовать неоднозначные толкования. Рассмотрены существующие методики и предложены способы решения вопроса. В завершении раздела определена цель и сформулированы задачи исследования.

Во втором разделе рассмотрен подход к оптимальному технико-экономическому формированию зубцовой зоны трехфазного асинхронного микродвигателя мощностью 40 Вт.

Для получения точного значения электромагнитного момента вращения асинхронного микродвигателя с короткозамкнутым ротором следует воспользоваться расчетом электромагнитного поля.

Используя понятие векторного магнитного потенциала (В =rotA) можно заметно упростить решение, заключающееся в том, что количество решаемых уравнений сокращается вдвое, поскольку по известной величине В можно найти Н.

Задача по решению поля сводится к краевой задаче решения уравнения Пуассона относительно нового вектора А. Учитывая сложность геометрии листов магнитопровода статора и ротора, аналитическими методами такая задача решена быть не может. Выходом является сведение краевой задачи решения поля к вариационной и использование метода конечных элементов.

Вариационная формулировка задачи предусматривает использование энергетического функционала и его минимизации

F(A) = ¡(¡-^dBx + \^dBy)-\AjdS, (1)

S о W) о m> S

где: S - площадь конечного элемента;

Вх,Ву- составляющие вектора магнитной индукции;

j - вектор плотности тока в конечном элементе.

Для решения задачи будем использовать гармонический анализ стандартного пакета ANS YS.

Найдя значения вектора магнитной индукции и напряженности к каждой точке поля рассматриваемой области задачи, перейдем к определению электромагнитной силы и вращающего момента через тензоры натяжений. Если система натяжений Тп на поверхности S эквивалентна электромагнитной силе действующей на некоторый объем V, то эту силу можно найти суммируя элементарные силы натяжения TndS:

F = $T„dS = qxFx +qyFy+ qzFz . (2)

s

В качестве объекта исследования выберем универсальный асинхронный микродвигатель с короткозамкнутым ротором серии УАД. Серия этих двигателей на статоре имеет трехфазную обмотку и предназначена для работы от трехфазной и однофазной сети переменного

тока. Требования, которые разработчики предъявляли к серии этих микродвигателей, позволяют отнести их по конструктивным особенностям и области применения к асинхронным двигателям общепромышленного исполнения.

В качестве исследуемого исполнения выберем электродвигатель УАД-62. Создадим геометрию решаемой задачи по известным справочным данным. Возможности пакета АЫБУБ позволяют создавать геометрию непосредственно. Чтобы смоделировать затухание вектора магнитной индукции в окружающем электрическую машину пространстве, проведем из центра (оси вращения) окружность радиусом 90 мм. Будем считать, что поля рассеяния, выходящие за эту границу пренебрежимо малы.

Моделируемую область электродвигателя и окружающего его воздуха представим на рисунке 1.

Были рассмотрены два режима работы базового двигателя: пусковой и при номинальном скольжении. В этих режимах оценены значения электромагнитных вращающих моментов и сделаны предварительные суждения об энергетике.

Рисунок 1 - Моделируемая область асинхронного микродвигателя УАД-62: магнитопровод и слой окружающего воздуха

Для проверки идеи, предложенной вначале работы, произведена параметрическая оптимизация магнитной системы, которая показала, что эффективность электромеханического преобразования повышается, если при заданном соотношении чисел пазов ротора и статора выбрать определенную суммарную площадь пазов. Варьирование числом пазов ротора вправо и

влево от оптимального приводят к ухудшению результата. Последнее иллюстрируется рисунком 2, где при неизменной площади пазов ротора изменялось их количество.

Рисунок 2 - Влияние числа пазов ротора на средний электромагнитный вращающий момент асинхронного микродвигателя при оптимизации магнитной системы

Сформированная геометрия поперечного сечения магнитопровода модернизированного электродвигателя дает следующие коэффициенты использований поперечного сечения, которые приведем таблицей.

Таблица 1 Основные геометрические соотношения

Коэффициент новый вариант базовый УАД-62

Часть площади зубцового деления листа статора, занимаемая пазом 0,26 0,37

Отношение площадей пазов ротора к пазам статора 0,28 0,37

Доля всех пазов в поперечном сечении активной части 0,24 0,37

По результатам данного раздела сделаны выводы.

1. Существует некоторая достаточная площадь пазов (таблица 1), которая в исследуемом габарите асинхронного микроэлектродвигателя

позволяет получить повышение эффективности электромеханического преобразования энергии.

2. Как показывают результаты параметрической оптимизации (рисунок 2) существуют экстремумы электромагнитного вращающего момента, показывающие наличие варианта, обладающего максимальной эффективностью электромеханического преобразования.

В третьем разделе выполнена модернизация асинхронного микродвигателя УАД-12. Варьируя параметры пазовых зон магнитопровода, произведем оптимизацию листов ротора и статора. Как и в предыдущем разделе, метод параметрической оптимизации позволил найти наилучшее решение. Фиксируя полученную площадь паза ротора, оценим влияния числа пазов ротора на электромагнитный вращающий момент. Рисунок 3 является обобщением ряда расчетов и в этом смысле достаточно информативен.

Рисунок 3 - Влияние числа пазов ротора моделируемого микродвигателя на величину электромагнитного вращающего момента

После параметрической оптимизации пазов на статоре осталось столько же (12), а на роторе число пазов стало равным 14. Площадь паза статора, измеренная при вычерчивании эскиза модели равна 17,08 мм2. Площадь паза ротора уменьшилась еще в большей степени и равна 3,08 мм2. Сохраним плотности токов для номинального и пускового режимов.

Как следует из данных рисунка 3, эффективность электромеханического преобразования энергии в модернизируемом двигателе увеличилась (электромагнитный момент при сохраненной плотности тока располагается в заштрихованной области над пунктиром, характеризующим исходное значение до модернизации).

Сформированная геометрия поперечного сечения магнитопровода модернизированного электродвигателя дает следующие коэффициенты использований поперечного сечения, которые приведем таблицей.

Таблица 2 Основные геометрические соотношения

Коэффициент новый вариант базовый УАД-12

Часть площади зубцового деления листа статора, занимаемая пазом 0,25 0,56

Отношение площадей пазов ротора к пазам статора 0,21 0,28

Доля всех пазов в поперечном сечении активной части 0,23 0,45

В четвертом разделе рассмотрен подход к формированию зубцовой зоны трехфазного асинхронного микродвигателя мощностью 90 Вт. В качестве исследуемого исполнения выберем электродвигатель 4А50А2. Из всего отрезка серии 4А его номинальная мощность на валу наименьшая и равна 90 Вт.

По сравнению с базовым вариантом электродвигателя 4А50А2, рассчитанным в разделе 3, в его модернизированном варианте М4А50А2, при той же плотности тока в обмотке статора, и той же величине скольжения в номинальном режиме, получено значение электромагнитного вращающего момента, равное 0,56 Н-м. По сравнению с базовым вариантом эта величина оказалось большее на 27%.

Обратим внимание, результат получен за счет применения параметрической оптимизации при проектировании листов магнитопровода статора и ротора. Применительно к данному случаю это означает следующее. Количество алюминия в поперечном сечении ротора базового электродвигателя заметно превосходит требуемое значение, а ожидаемого эффекта от этого нет (рисунок 4).

Данные расчета электромагнитного поля в пусковом режиме работы следующие. Электромагнитный вращающий момент при таком же пусковом токе увеличивается до величины 0,919 Н-м. Что больше базового значения на 25%. Результаты модернизации асинхронного электродвигателя 4А50А2 показали, что основное внимание при проектировании эффективно работающего асинхронного микродвигателя должно быть уделено проектированию магнитопровода ротора и статора (рисунок 5).

Вв'Ю"1, Тл 1.066 ■

.753 .647.541 .435 .329

Л

.98 1.96 2.94 3.92 4.9 5.88 Т'Ю ,М

1Л7 2Д5 3.43 4 <41 5.39

ИСТ

Рисунок 4 - Форма кривой магнитной индукции электродвигателя М4А50А2 на полюсном делении воздушного зазора в номинальном режиме.

Рисунок 5 - Картина магнитных силовых линий в поперечном сечении решаемой задачи для режима пуска электродвигателя М4А50А2.

Следует избегать чрезмерного насыщения зубцов и спинок ротора и статора, стремясь разместить в увеличенных пазах больший объем проводниковых материалов. Желательно уровни магнитной индукции в

зубцах и ярме уменьшать пропорционально индукции в воздушном зазоре, которая в микродвигателях меньше.

Мощность двигателя 120 Вт на валу можно получить, перейдя к следующей длине активной части при том же диаметре. Другими словами: листы ротора и статора в новом двигателя 120 Вт будут такими же.

Анализ результатов оптимизационных расчетов позволяет сформировать следующую таблицу рекомендаций по проектированию магнитопровода энергоэффективных асинхронных микродвигателей мощностью 90 Вт.

Таблица 3 Основные геометрические соотношения

Коэффициент новый 4А50А2

Часть площади зубцового деления листа статора, занимаемая пазом 0,26

Отношение площадей пазов ротора к пазам статора 0,21

Доля всех пазов в поперечном сечении активной части 0,238

Варьирование числом пазов ротора асинхронного микродвигателя позволяет найти их оптимальное число (14), которое обеспечивает максимум электромагнитного вращающего момента (рисунок б).

М,Н-м

Рисунок 6 - Зависимость электромагнитного момента вращения от числа пазов ротора при моделировании асинхронного микродвигателя мощностью 90 Вт

В пятом разделе проведено экспериментальное подтверждение достоверности проведенных теоретических исследований. В качестве

объекта для дальнейших испытаний был выбран асинхронный двигатель 4ААМ50В2УЗ.

Двигатель, в соответствии с маркировкой, отличается от исследованного в разделе 4 только активной длиной и большей мощностью, равной 120 Вт. Кроме этого, отличие данного исполнения от двигателей серии 4А состоит в том, что в маркировке присутствует дополнительная буква М. Следует вспомнить, что после публикации справочника по серии 4А, активные размеры и обмоточные данные в открытой печати в виде справочников не появлялись. Разработчики новой техники таким образом защищали особенности своих технических решений. Разборка двигателя позволила провести анализ его конструкции и разработать вариант модернизированного ротора.

Соотношения площади пазов ротора и статора выбирались, как было получено в разделах 2-4. Только было учтено, что пазов ротора 22, а не 14. Другими словами, площадь каждого из 22 пазов ротора будет в такой же пропорции меньше.

Спроектированный таким образом лист ротора был изготовлен методом электроэрозионной обработки. Следующей задачей является заливка ротора и образование короткозамкнутой клетки. Стоимость изготовления литформы для заливки ротора алюминием не позволяет повторить имеющуюся технологию изготовления ротора полностью. Поступим следующим образом. Заменим литую алюминиевую обмотку эквивалентной медной, у которой в пазах будут медные стержни, припаянные к медным короткозамыкакяцим кольцам.

Лист ротора имеет пазы площадью по 10,8 мм2 каждый. Отношение сопротивления меди к сопротивлению алюминия можно принять как 1,96. Поэтому площадь поперечного сечения медного стержня в пазу должно быть 10,8/1,96 = 5,51 мм2. Этому условию будет удовлетворять стержень прямоугольного сечения со сторонами 2,9 мм на 1.9 мм.

Исследуемый двигатель был подвергнут сравнительным испытаниям с двумя роторами: штатным и новым в испытательной лаборатории ЗАО «МЭЛ». Указанное предприятие предоставило испытательное оборудование: поверенные приборы для измерения электрических параметров и моментомер для измерения момента нагрузки на валу.

Классы точности измерительных приборов были следующими. Моментомер имел класс точности 2,5; ваттметры - 0,5; амперметр и вольтметр - 1,0. При испытаниях была использована схема с двумя ваттметрами. Результаты измерений приведены в таблицах.

Рисунок 7 - Ротор в сборе после пайки и чистовой обработки на токарном станке наружной поверхности.

Таблица 4 Результаты испытаний со штатным ротором

Нагрузка (М2), Н-м

Х.х. Х.х 0,49 0,392 0,294 0,196 0,0981

и, В 380 380 380 380 380 380 380

п, об/мин 2980 2950 2709 2777 2835 2885 2932

Рш Вт 20 85 152,5 132,5 117,5 102,5 90

Рц, Вт -12,5 -30 65 50 30 10 -10

1,А 0,31 0,32 0,41 0,36 0,33 0,31 0,30

В таблицах звездочкой отмечен режим, когда на валу электродвигателя закреплен нагрузочный стакан без установки последнего в моментомер. Таблица 5 Результаты испытаний с новым ротором

Нагрузка (М2), Н-м

Х.х. Х.х.* 0,49 0,392 0,294 0,196 0,0981

и, В 380 380 380 380 380 380 380

п, об/мин 2975 2960 2649 2722 2793 2857 2916

Рц, Вт 77,5 83,8 155 135 120 107,5 92,5

Pl2, ВТ -20 -25 37 25 15 5 -7,5

1,А 0,30 0,31 0,42 0,375 0,34 0,32 0,31

Построение графиков КПД аппроксимацией их сплайнами в программе MathCAD дает следующие результаты. Приведение к одной мощности (120 Вт) на валу показывает увеличение КПД в двигателе с новым ротором

на 7,7%. Это значит, что суммарные потери в базовом двигателе в номинальном режиме равны 70,8 Вт, а в модернизируемом - 48,9 Вт.

Кроме этого был определен начальный пусковой момент при помощи грузов и измерительной планки. Он оказался одинаковым в обоих вариантах и равен 1,18 Н-м. Начальный пусковой ток для базового варианта был равен 1,36 А, а для нового - 1,32 А. Испытания в режиме пуска проводились при номинальном напряжении 380 В. Таким образом результаты эксперимента показали, что:

1. КПД в модернизируемом электродвигателе возрос на 7,7%.

2. Пусковой ток уменьшился на 3%.

Рекомендации по проектированию асинхронных микродвигателей

Рекомендации по проектированию асинхронных микродвигателей

1. Аналитическая теория асинхронной машины применима только для некоторых первоначальных оценок. Окончательное формирование магнитопровода статора и ротора должно быть основано на расчете электромагнитного поля.

2. Придерживаясь полученных результатов расчетов, следует учитывать рациональные соотношения зубцовых зон при проектировании асинхронных микродвигателей, приведенных в следующей таблице в виде обобщения.

Коэффициент Мощность 1,5 Вт, 40 Вт, 90 и 120 Вт

Часть площади зубцового деления листа статора, занимаемая пазом 0,25 - 0,26

Отношение площадей пазов ротора к пазам статора 0,21-0,31

Доля всех пазов в поперечном сечении активной части 0,23 - 0,25

3. При выборе числа пазов ротора следует отдавать предпочтение четному числу, которое делится только на 2, желательно при этом, чтобы это число было близко к числу пазов статора.

4. Часто в этом случае можно отказаться от скоса пазов ротора относительно пазов статора.

5. Форма паза должна быть округлой, с минимальным количеством острых кромок.

6. Допустимую степень насыщения электротехнической стали в зубцах и спинках листов статора и ротора, следует уменьшать пропорционально снижению индукции в воздушном зазоре.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время проблеме создания энергоэффективных асинхронных двигателей уделяется внимание и за рубежом и в Российской Федерации. Несмотря на то, что классы энергоэффективности нормируются для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором начиная с мощности 750 Вт, работы повышающие энергоэффективность в микродвигателях, чья мощность менее 150 Вт, являются оправданными.

Во-первых, общая теория асинхронной машины получает свое развитие и распространение на меньшие мощности, а, во-вторых, применение асинхронных микродвигателей с уменьшенными потерями на 10 и 20% вносит свой вклад в стратегию технической политики государства на экономию энергоносителей.

Цель и задачи, поставленные вначале работы, получили теоретическое и практическое решение. Проведенные в диссертационной работе исследования позволили сформулировать следующие основные результаты.

1. Научно обоснован и дополнен перечень требования к проектированию ротора энергоэффективного асинхронного микродвигателя: знать только соотношения пазов ротора и статора с предельно-допустимыми уровнями индукций на отдельных участках оказывается необходимо, но недостаточно.

2. Выдвинута и подтверждена научная идея о том, что для каждой пары чисел пазов ротора и статора существует оптимальная суммарная площадь пазов ротора, которая повышает эффективность электромеханического преобразования энергии в трехфазных асинхронных микродвигателях с короткозамкнутым ротором.

3. Варьирование в широких пределах геометрическими параметрами зубцовых зон позволило выявить новые закономерности влияния активного сопротивления ротора на способность асинхронного двигателя к эффективному преобразованию энергии.

4. Проведенные исследования эффективности магнитных систем микроэлеюродвигателей мощностей 1,5;. 40; 90 и 120 Вт показали, что следующие соотношения между пазами и площадью стали магнитопроводов позволяют получить лучшие результаты.

1) Часть площади зубцового деления листа статора, занимаемая пазом

лежит в пределах 0,25 - 0,26.

2) Отношение площадей пазов ротора к пазам статора составляет 0,21 -

0,30.

3) Доля всех пазов в поперечном сечении активной части равна 0,23-0,24.

5. Проведенные испытания на физическом образце электродвигателя с новым ротором, спроектированным в соответствии и рекомендациями теоретических разделов данной работы, дали положительные результаты:

о КПД в модернизируемом электродвигателе возрос на 7,7%.

о Пусковой ток уменьшился на 3%.

о Показано, что можно одновременно повысить КПД и добиться улучшения пусковых характеристик.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1.Кононенко A.B. Формирование геометрии поперечного сечения магнитопровода энергоэффективного асинхронного микроэлектродвигателя с короткозамкнутым ротором / A.B. Кононенко, В.В. Юрканов // Электротехнические комплексы и системы управления. 2012. №2. - С. 1-5.

2. Кононенко К.Е. Экспериментальное подтверждение теоретических положений, улучшающих энергоэффективностъ асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором / К.Е. Кононенко, В.В. Юрканов // Электротехнические комплексы и системы управления. 2013. №4. -С. 36-39.

3. Юрканов В.В. Проектирование зубцовой зоны энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором / В.В. Юрканов // Электротехнические комплексы и системы управления. 2014. Na2. - С. 29-34.

Статьи и материалы конференций

4. Щедрин В.В. Моделирование универсального асинхронного микродвигателя серии УАД методом конечных элементов /В.В. Щедрин, В.В. Юрканов, A.B. Кононенко // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды всеросс. студенческой НТК - Воронеж: ВГТУ, 2012. С. 21-22.

5. Щедрин В.В. Положения аналитической теории асинхронной машины, нуждающиеся в уточнении / В.В. Щедрин, A.B. Кононенко, В.В. Юрканов // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды всеросс. студенческой НТК - Воронеж: ВГТУ, 2012. С. 38-40.

6. Щедрин В.В. Формирование зубцовой зоны асинхронного микроэлектродвигателя, мощностью 90 Вт / В.В. Щедрин, A.B. Кононенко, В.В. Юрканов // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды всеросс. студенческой НТК - Воронеж: ВГТУ, 2013. С. 34-35.

7. Щедрин В.В. О создании электромагнитного вращающего момента в однофазном асинхронном микродвигателе с вентиляторным моментом нагрузки на валу / В.В. Щедрин, A.B. Кононенко, В.В. Юрканов // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды всеросс. студенческой НТК -Воронеж: ВГТУ, 2013. С. 46-47.

8. Щедрин В.В. Выбор рационального варианта формы элемента для построения сети конечно-элементной модели при расчете электромагнитного поля в асинхронном двигателе / В.В. Щедрин, A.B. Кононенко, В.В. Юрканов // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды всеросс. студенческой НТК - Воронеж: ВГТУ, 2013. С. 60-61.

9. Кононенко К.Е. Моделирование дефекта стержня ротора асинхронного двигателя / К.Е. Кононенко, С.В. Крутских, В.В. Юрканов // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве НТ-2013: труды всеросс. конф. Воронеж: ВГТУ, 2013. - С. 174175.

10. Кононенко К.Е. О необходимости замены всего парка асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором на энергоэффективные исполнения / К.Е. Кононенко, A.B. Кононенко, В.В. Юрканов // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве НТ-2013: труды всеросс. конф. Воронеж: ВГТУ, 2013. - С. 221-222.

П.Щедрин В.В. Физическое моделирование алюминиевой короткозамкнутой обмотки асинхронного двигателя эквивалентной медной / В.В. Щедрин, A.B. Кононенко, В.В. Юрканов // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды всеросс. студенческой НТК - Воронеж: ВГТУ, 2014. - С. 7-10.

12. Щедрин В.В. Исследование электромагнитного вращающего момента асинхронного двигателя с беспазовым статором в габаритах стандартного / В.В. Щедрин, A.B. Кононенко, В.В. Юрканов // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды всеросс. студенческой НТК - Воронеж: ВГТУ, 2014. - С. 27-29.

Личный вклад автора

В работах, написанных в соавторстве, вклад автора состоит в следующем: [1] разработка математических моделей и оценка результатов; [2] изготовление эскизов и сопровождение макетных работ; [4] выбор способа поиска оптимального решения; [5] разработка научной гипотезы; [6] обработка полученных результатов; [7] параметрическая оптимизация рассчитываемого микродвигателя; [8] выбор рационального варианта на основании вычислительного эксперимента; [9] моделирование объекта; [10] формирование выводов; [11] монтаж схемы экспериментальной установки и обработка результатов; [12] обработка результатов моделирования.

Подписано в печать Ob.Ol-¿Otfr. Зак. Тир. 70 n.n.JjS Полиграфический центр МЭИ, Красноказарменная ул.,д.13