Диссертация (Зубцовые зоны энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором), страница 12

Результаты расчетов приведем на рисунках 4.13 – 4.19.107Рисунок 4.12 - Эскиз магнитной системы модернизируемого электродвигателя М4А50А2Рисунок 4.13 - Распределение уровней магнитной индукции в поперечномсечении асинхронного микродвигателя М4А50А2 в номинальном режиме работы108Рисунок 4.14 - Распределение магнитных силовых линий для модернизируемого двигателя М4А50А2 в номинальном режимеBδ·10-1, Тлτ·10-2, мРисунок 4.15 - Форма кривой магнитной индукции электродвигателяМ4А50А2 на полюсном делении воздушного зазора в номинальном режиме109Рисунок 4.16 - Распределение уровней магнитной индукции в поперечномсечении асинхронного микродвигателя М4А50А2 в пусковом режимеРисунок 4.17 - Картина магнитных силовых линий в поперечном сечениирешаемой задачи для режима пуска электродвигателя М4А50А2110Bδ·10-1, Тлτ·10-2, мРисунок 4.18 - Форма кривой магнитной индукции электродвигателяМ4А50А2 вдоль средней линии воздушного зазора в режиме пускаРисунок 4.19 - Увеличенный фрагмент области воздушного зазора, в котором имеет место резкий всплеск уровня магнитной индукции в режиме пуска111По сравнению с базовым вариантом электродвигателя 4А50А2, рассчитанным в разделе 3.1, в его модернизированном варианте М4А50А2, при той жеплотности 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 оказалосьбольшее на 27%. Обратим внимание, результат получен за счет применениягеометрического подобия с эффективно работающим асинхронным электродвигателем. 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.Данные расчета электромагнитного поля в пусковом режиме работы следующие. Электромагнитный вращающий момент при таком же пусковом токеувеличивается до величины 0,919 Н·м. Что больше базового значения на 25%.Отступление от аналитической теории асинхронной машины и использование элементы теории подобия позволили сформировать количественной отношение, в котором должны находиться площади пазов ротора и статора. Величина его дана соотношением (4.4) и с успехом подтверждена расчетами.Результаты модернизации асинхронного электродвигателя 4А50А2 показали, что основное внимание при проектировании эффективно работающегоасинхронного микродвигателя должно быть уделено проектированию магнитопровода ротора и статора.

Следует избегать чрезмерного насыщения зубцов испинок ротора и статора, стремясь разместить в увеличенных пазах большийобъем проводниковых материалов. Результат может получиться противоположным от желаемого. Таблица 4.2 содержит результаты геометрических построений.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.112Таблица 4.2 Основные геометрические соотношенияКоэффициентновый4А50А2Часть площади зубцового деления листа ста-0,26тора, занимаемая пазомОтношение площадей пазов ротора к пазам0,21статораДоля всех пазов в поперечном сечении ак-0,238тивной частиРезультаты данного раздела содержат информацию о моделировании базовой магнитной системы асинхронного микродвигателя и некоторого варианта, обозначенного как оптимальный с 14 пазами на роторе.

Раз это так, то существует значительная часть расчетов по магнитным системам, уступающим оптимальной, и не отраженных на страницах работы. Для полноты описания приведем все результаты в сводной таблице 4.3.Таблица 4.3М, Н·м/м10,714,2212,2213,3513,1712,28M, Н·м0,450,180,510,560,550,54Z2111213141516Данные этой таблицы иллюстрируют вывод о том, что микродвигатель с14 пазами на роторе обладает максимальной способностью к электромеханическому преобразованию энергии, то есть, его электромагнитный вращающиймомент является наибольшим при постоянной плотности тока в пазах статора ивеличине скольжения.На рисунке 4.20 приведем эту зависимость в виде графика.113Рисунок 4.20 – Зависимость электромагнитного момента вращения отчисла пазов ротора при моделировании асинхронного микродвигателя мощностью 90 ВтПровал при числе пазов ротора, равному 12 объясняется известным изтехнической литературы явлением «залипания», когда возникают существенные реактивные моменты, ослабляющие результирующий момент.Это факт известный, что нельзя принимать на роторе такое же число пазов как и на статоре, по если исключить точку 12, то график получит разрыв.При анализе же рисунка 4.20 желания выбирать на роторе 12 пазов не возникает из-за четырехкратного снижения электромагнитного вращающего момента.1144.3.

Выводы1. Получено соотношение площади сечения пазов ротора к площади сечения пазов статора (3.4), равное 0,21. Его работоспособность апробирована вданном разделе.2. Увеличение электромагнитного момента вращения в номинальном режиме микродвигателя, модернизируемого с учетом соотношения (3.4), по сравнению с базовым вариантом составляет 27%.3. Увеличение электромагнитного момента вращения в пусковом режимемикродвигателя, модернизируемого с учетом соотношения (3.4), по сравнениюс базовым вариантом составляет 25%.1155 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИПРОВЕДЕННЫХ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ5.1 Исследование серийного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым роторомВ качестве объекта для дальнейших испытаний был выбран асинхронныйдвигатель 4ААМ50В2У3.

Фотография двигателя приведена на рисунке 5.1.Рисунок 5.1 - Асинхронный двигатель 4ААМ50В2У3Двигатель, в соответствии с маркировкой, отличается от исследованногов разделе 3 только активной длиной и большей мощностью, равной 120 Вт.Кроме этого, отличие данного исполнения от двигателей серии 4А [9] состоит втом, что в маркировке присутствует дополнительная буква М. Следует вспомнить, что после публикации справочника по серии 4А [9], активные размеры иобмоточные 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. Последовательность этих операций показана на рисунках 5.2 - 5.4.116Рисунок 5.2 – Двигатель 4ААМ50В2У3 без вентилятора и кожуха охлаждения.Рисунок 5.3 – Статор в сборе двигателя 4ААМ50В2У3.117Рисунок 5.4 – Ротор двигателя 4ААМ50В2У3 в сборе.Рисунок 5.5 – Элементы системы вентиляции и крепежные шпильки двигателя 4ААМ50В2У3.118Анализ конструкции показал, что отличия от двигателя серии 4А присутствуют, более того, они достаточно серьезные. Например, число пазов статора24 вместо 12. Число пазов ротора равняется 17 вместо 9.

Отличается диаметррасточки и активная длина машины.Было принято решение: продолжить дальнейшие экспериментальные работы, приняв за базовый вариант данный двигатель. Доводы в пользу такогорешения были следующими. Да, действительно, в ряде геометрических размеров имеющийся двигатель имеет отличия от серии 4А. С другой стороны, еслипоставить задачу произвести обмер всей его геометрии, без разрушения конструкции не обойтись. Кроме этого, полученный опыт в проектировании болеесовершенной геометрии магнитной системы следовало применить в данномслучае.

Поясним это в следующем разделе.5.2 Разработка конструкции нового ротораАнализ технической литературы и оценка некоторых результатов опытапроектирования асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором показывает, что существуют некоторые резервы. Другими словами, применимпринципы теории подобия к данной ситуации. Прямо применять к новой конструкции ротора принципы геометрических подобий разделов 2 - 4 не следует.Число пазов статора двигателя, ротор которого будет подвергнут доработке,больше в два раза и равно 24.

Ближайшее четное число пазов ротора, котороебы имело в своей основе простое число, будет 22. Учебные пособия по проектированию после выбора числа пазов оставляют разработчику полную свободудействий. Применим соотношения площади пазов ротора и статора, как былополучено в разделах 2 - 4. Только теперь, учтем, 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 методомэлектроэрозионной обработки.

Его фотография приведена на рисунке 5.6. А119вал, который был изготовлен по размерам существующего, и показан на рисунке 5.7.Рисунок 5.6 – Лист ротора модернизируемого двигателя.Рисунок 5.7 – Вал ротора модернизируемого двигателя.120Следующей задачей является заливка ротора и образование короткозамкнутой клетки. Стоимость изготовления литформы для заливки ротора алюминием не позволяет повторить имеющуюся технологию изготовления ротораполностью. Поступим следующим образом.