Диссертация (Зубцовые зоны энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором), страница 13

Заменим литую алюминиевую обмотку эквивалентной медной, у которой в пазах будут медные стержни, припаянные к медным короткозамыкающим кольцам.Лист ротора, показанный на рисунке 5.6 имеет пазы с площадь паза 10,8мм2 каждый. Отношение сопротивления меди к сопротивлению алюминияможно принять как 1,96. Поэтому площадь поперечного сечения медногостержня 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. Изготовленный стержень показан на рисунке 5.8.Рисунок 5.8 – Медный стержень обмотки модернизируемого ротора.121Фотографии короткозамыкающих колец показаны на рисунке 5.9, аоп5равки для сборки пакета ротора и ее стадии показаны на рисунке 5.10 –5.14.Рисунок 5.9 – Медные короткозамыкающие кольца обмотки модернизируемого ротора.Рисунок 5.10 – Оправка для сборки пакета модернизируемого ротора.122Рисунок 5.11 – Фрагмент пакета ротора с двумя стержнями.Рисунок 5.12 – Фрагмент пакета ротора с двумя стержнями на оправке.123Рисунок 5.13 – Оправка для вырезки медных короткозамыкающих колец.Рисунок 5.14 – Ротор в сборе после пайки и чистовой обработки на токарном станке наружной поверхности.1245.3.

Проведение сравнительных испытанийИсследуемый двигатель был подвергнут сравнительным испытаниям сдвумя роторами: штатным и новым в испытательной лаборатории ЗАО «МЭЛ».Указанное предприятие предоставило испытательное оборудование: поверенные приборы для измерения электрических параметров и моментомера для измерения момента нагрузки на валу. Фотография экспериментальной установкиприведена на рисунке 5.15.Рисунок 5.15 – Электродвигатель 4ААМ50В2У3 в тисках моментомераМВ – 5000 при проведении испытаний под нагрузкой.Классы точности измерительных приборов были следующими. Моментомер имел класс точности 2,5; ваттметры – 0,5; амперметр и вольтметр – 1,0. При125испытаниях была использована схема с двумя ваттметрами. Результаты измерений приведены в таблицах 5.1 и 5.2.Таблица 5.1 Результаты испытаний со штатным роторомU, Вn,об/минP11, ВтP12, ВтI, АНагрузка (М2), Н·мХ.х.Х.х*0,493803803802980295027090,39238027770,29438028350,19638028850,0981380293220-12,50,31132,5500,36117,5300,33102,5100,3190-100,3085-300,32152,5650,41В таблицах звездочкой отмечен режим, когда на валу электродвигателязакреплен нагрузочный стакан без установки последнего в моментомер.Таблица 5.2 Результаты испытаний с новым роторомU, Вn,об/минP11, ВтP12, ВтI, АНагрузка (М2), Н·мХ.х.Х.х.*0,493803803802975296026490,39238027220,29438027930,19638028570,0981380291677,5-200,30135250,375120150,34107,550,3292,5-7,50,3183,8-250,31155370,42На основании выполненных измерений рассчитаем угловую скоростьвращения, мощность на валу и КПД.

Для их определения используем следующие общеизвестные выражения.Ω = 2π ⋅ n ;60P2 = M 2 ⋅ Ω ;126(5.1)(5.2)η=P2 ⋅ 100P1 .(5.3)Расчетные значения сведем в таблицы 5.3 и 5.4.Таблица 5.3 Расчетные значения для базового двигателяΩ, рад/сР1, ВтP2, Втη, %Нагрузка (М2), Н·м0,490,392283,5290,6217,5182,5138,9113,963,862,40,294296,7147,58759,10,196302112,559,252,60,0981306,98030,137,6Таблица 5.4 Расчетные значения для модернизируемого двигателяΩ, рад/сР1, ВтP2, Втη, %Нагрузка (М2), Н·м0,490,392277,3284,9192,5160135,9111,770,669,80,294292,313585,963,60,196299112,55851,60,0981305,28529,935,2Построение графиков КПД аппроксимацией их сплайнами в программеMathCAD дает следующие результаты.

Приведение к одной мощности (120 Вт)на валу показывает увеличение КПД в двигателе с новым ротором на 7,7%.Фрагменты MathCAD - расчетов подтверждающие данное утверждениеприведены на рисунках 5.16 и 5.17. Цифры под графиками – это значения КПД,приведенные к мощности на валу 120 Вт.

Разность между ними как раз и даетвеличину 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 помощигрузов и измерительной планки. Он оказался одинаковым в обоих вариантах иравен 1,18 Н·м. Начальный пусковой ток для базового варианта был равен 1,36А, а для нового – 1,32 А. Испытания в режиме пуска поводились при номиналь127ном напряжении 380 В. Чтобы пояснить полученные для сравнения значенияКПД приведем на рисунках 5.16 и 5.17 расчетные формулы и исходные цифровые значения MathCAD программ.⎛ 0⎜ 30.1⎜59.2data := ⎜⎜ 87.2⎜ 113.9⎜⎝ 138.90⎞37.6 ⎟⎟52.6 ⎟59.1 ⎟⎟62.4⎟63.8 ⎠X := data〈0〉Y := dataSS := cspline ( X, Y)i := 0.. length ( X) − 1x := min( X) + j⋅〈1〉fits( x) := interp( SS, X, Y, x)scale := 100j := 0..

scalemax( X) − min( X)jscale8060fits( xj)40Yi200020406080100120140xj , X ifits( 120) = 62.875Рисунок 5.16 - Фрагмент MathCAD – расчетов зависимости КПД для базового двигателя.128⎛ 0⎜ 29.9⎜58data := ⎜⎜ 85.9⎜ 111.7⎜⎝ 135.90⎞35.2 ⎟⎟51.6 ⎟63.6 ⎟X := data⎟⎟70.6 ⎠〈0〉Y := data〈1〉69.8SS := cspline ( X, Y)i := 0.. length ( X) − 1x := min( X) + j⋅fits( x) := interp( SS, X, Y, x)scale := 100j := 0.. scalemax( X) − min( X)jscale8060fits( xj)40Yi200020406080100120140xj , X ifits( 120) = 70.62Рисунок 5.17 - ФрагментMathCAD - расчетов зависимости КПД длямодернизируемого двигателя.1295.4.

Выводы1. Проведенные испытания на физическом образце электродвигателя сновым ротором, спроектированным в соответствии с рекомендациями разделов2, 3 и 4 данной работы, дали положительные результаты.2. КПД в модернизируемом электродвигателе возрос на 7,7%.3. Пусковой ток уменьшился на 3%.4. Подтверждено положение о том, что можно одновременно повыситьКПД и добиться улучшения пусковых характеристик.130Рекомендации по проектированию асинхронных микродвигателей1. 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 учитыватьрациональные соотношения зубцовых зон при проектировании асинхронныхмикродвигателей, приведенных в следующей таблице в виде обобщения.КоэффициентМощность 1,5 Вт, 40 Вт, 90 и 120 ВтЧасть площади зубцового деле-0,25 - 0,26ния листа статора, занимаемаяпазомОтношение площадей пазов ро-0,21 - 0,31тора к пазам статораДоля всех пазов в поперечном0,231 - 0,242сечении активной части3. При выборе числа пазов ротора следует отдавать предпочтение четному числу, которое делится только на 2, желательно при этом, чтобы это числобыло 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 испинках листов статора и ротора, следует уменьшать пропорционально снижению индукции в воздушном зазоре.131ЗАКЛЮЧЕНИЕВ настоящее время проблеме создания энергоэффективных асинхронныхдвигателей уделяется внимание и за рубежом и в Российской Федерации. Несмотря на то, что классы энергоэффективности нормируются для асинхронныхдвигателей с короткозамкнутым ротором начиная с мощности 750 Вт, работыповышающие энергоэффективность в микродвигателях, чья мощность менее150 Вт, являются оправданными.Во-первых, общая теория асинхронной машины получает свое развитие ираспространение на меньшие мощности, а, во-вторых, применение асинхронных микродвигателей с уменьшенными потерями на 10 и 20% вносит свойвклад в стратегию технической политики государства на экономию энергоносителей.Цель и задачи, поставленные вначале работы, получили теоретическое ипрактическое решение.

Проведенные в диссертационной работе исследованияпозволили сформулировать следующие основные результаты.1. Научно обоснован и дополнен перечень требования к проектированиюротора энергоэффективного асинхронного микродвигателя: знать только соотношения пазов ротора и статора с предельно-допустимыми уровнями индукцийна отдельных участках оказывается необходимо, но недостаточно.2. Выдвинута и подтверждена научная идея о том, что для каждой парычисел 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 эффективномупреобразованию энергии.1324. Проведенные исследования эффективности магнитных систем микроэлектродвигателей мощностей 1,5;.

40; 90 и 120 Вт показали, что следующиесоотношения между пазами и площадью стали магнитопроводов позволяют получить лучшие результаты.o Часть площади зубцового деления листа статора, занимаемая пазом лежитв пределах 0,25 – 0,26.o Отношение площадей пазов ротора к пазам статора составляет 0,21 - 0,30.o Доля всех пазов в поперечном сечении активной части равна 0,23-0,24.5. Проведенные испытания на физическом образце электродвигателя сновым ротором, спроектированным в соответствии и рекомендациями теоретических разделов данной работы, дали положительные результаты:o КПД в модернизируемом электродвигателе возрос на 7,7%.o Пусковой ток уменьшился на 3%.o Показано, что можно одновременно повысить КПД и добиться улучшения пусковых характеристик.133СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1.