Диссертация (Зубцовые зоны энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором), страница 3

Эффект «глубокого паза» приэтом будет заметно ослабляться. Если использовать теорию магнитных цепей,то это допущение, тем не менее, вписывается в общий комплект принимаемыхдопущений.Предварительное замечание может быть следующим: общий курс электрических машин достаточно сложен, поэтому авторы специально приносятточность вычислений в жертву простоте и ясности объяснения и понимания.Причем, еще лет 15 назад сами вычисления, предполагающие расчет электромагнитного поля, были трудной задачей.Разработчики асинхронных машин создавали расчетные методики натом теоретическом материале, который был доступен.

Изданные по асинхронным машинам справочники, учебники по проектированию и учебные пособияшироко известны не только в нашей стране, но и за рубежом [8-16]. Отмеченные книги, используемые в проектировании асинхронных машин, изданы в ин12тервале между 1963 и 1990 годами.

Причем в монографии Терзяна А.А [14]приводятся автоматизированные методы расчета электрических машин. В томчисле методы расчета электромагнитного поля. Подробно рассмотрена историческая справка развития методов проектирования электрических машин. Рассмотрены методы оптимального проектирования электрических машин. Вычислительная техника и компьютеры в последнее время становятся неотъемлемой частью реализации данных методов. Особое внимание уделено тем допущениям, которые могут привести к увеличению погрешностей вычислений,особенно в электрических машинах с насыщенной магнитной цепью.

В работепоказано, что решение уравнений электромагнитного поля, или краевой задачи,является важнейшим условием раскрытия резервов повышения точности расчетов и эффективности работы электрической машины.Асинхронные двигатели в нашей стране и ранее, в СССР, производятсякак в виде серий, так и отдельных исполнений [8-13,15].

Заметный рост производства трехфазных асинхронных двигателей начался в послевоенный период.В 1946-1949 гг. была разработана первая единая серия А. Эта серия охватываладиапазон мощностей от 600 Вт до 100 кВт. Рост промышленности и новые требования к электроприводам на базе асинхронных двигателей привели к необходимости дальнейшего развития, и в 1957-1959 годах была создана новая сериятрехфазных асинхронных двигателей А2. Ее отличало большее число исполнений и лучшие рабочие характеристики. При разработке этой серии впервые были использованы вычислительные машины. Отметим, что уравнения, по которым проводились расчеты, базировались на схемах замещения и круговых диаграммах со всеми теми допущениями, которые можно отметить как допущенияидеализированной электрической машины.Подход к дальнейшему широкому использованию вычислительных машин был применен и далее при разработке единой серии 4А (1969-1972 гг.) ипоследующих серий (АИР, 5А, 6А). На рисунке 1.1 показан эскиз асинхронногодвигателя с короткозамкнутым ротором общепромышленного исполнения.13Устройство и конструкция описана в цитируемой литературе [1-16].

Фотографии серийного образца и его основных частей показаны на рисунках 1.2-1.5.Рисунок 1.1 – Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором общепромышленного исполнения (1 - станина; 2 – магнитопровод статора с обмоткой; 3 – магнитопровод ротора с залитой алюминиевой обмоткой; 4,6 – подшипниковые щиты; 5, 7 – подшипниковые крышки; 8 – кожух вентилятора; 9 – вентилятор; 10, 11 – подшипники).Кроме основного варианта конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором существует еще обращенная конструкция, или свнешним ротором.

Эскиз такого варианта показан на рисунке 1.6. А фотографии электродвигателя с внешним ротором на рисунках 1.7 – 1.8. Можно добавить, что такая конструкция является вполне перспективной для микродвигателей.14Рисунок 1.2 - Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором общепромышленного исполнения серии 5А.Рисунок 1.3 - Вид на коробку выводов с соединением выводных концовобмотки.15Рисунок 1.4 – Ротор в сборе с передним подшипниковым щитом.Рисунок 1.5 – Статор в сборе.До 2008 г.

разработчики асинхронных двигателей в конструкторскихбюро нашей страны использовали программное обеспечение, базирующееся, восновном, на допущениях идеализированной асинхронной машины. Другими16словами основой расчетных методик были схемы замещения и круговые диаграммы. Применяемые допущения неизбежно приводили к погрешностям полученных результатов. В ряде случаев получаемые при этом погрешности разработчики компенсировали введением целого ряда упрощающих допущений.Неудобство такого подхода становилось ощутимым, когда требовалось спроектировать электродвигатель отличающийся по габаритам от уже разработанного.Рисунок 1.6 – Асинхронный двигатель с внешним ротором (1 – фланец;2 – стопорная шайба; 3 – защитная крышка; 4, 8 – регулировочные шайбы; 5 подшипник скольжения; 6 – распорная втулка; 7 – фетр, пропитанный маслом;9 – ротор в сборе с обмоткой и валом; 10 – статор с обмоткой; 11 – выводныеконцы).17Рисунок 1.7 – Асинхронный двигатель с внешним роторомРисунок 1.8 – Статор и внешний ротор электродвигателя, показанного нарисунке 1.7.В настоящее время в мире и в нашей промышленности обращается особое внимание на разработку и производство энергоэффективных асинхронныхдвигателей, имеющих повышенный КПД, по сравнению с асинхронными дви18гателями стандартных исполнений.

Использование асинхронных двигателей сболее высоким КПД в масштабах страны позволит получить заметную экономию условного топлива, которое расходуется на электростанциях. Стандарты,вменяющие классы энергоэффективности, оговаривают нижнюю границу мощности электродвигателей, которая нормируется как 1000 Вт. В этом смыслеасинхронные микродвигатели не подпадают под стандарты и их КПД не должен нормироваться.В данной работе принята следующая установка. Асинхронный микродвигатель в автоматизированном электроприводе должен быть спроектирован смаксимальным КПД. Если этого удастся достичь без заметного усложнениятехнологии изготовления и увеличения себестоимости задачу можно считатьрешенной.В настоящее время в РФ асинхронные микродвигатели с короткозамкнутым ротором выпускаются в виде серии УАД.

Их выпускает промышленнопроизводственная группа «ИОЛЛА» г. Пермь, ул. Стахановская, 54. Эта серияуниверсальных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым роторомпредназначена для работы от сети переменного тока промышленной частотытрехфазной или однофазной. В последнем случае для пуска используется конденсатор или их комбинация в зависимости от схемы их включения.Обратим внимание на то, что впервые данные по этим двигателям былиопубликованы в справочной литературе [16] еще в 1969 году.

Серия УАД быларазработана инженерами и конструкторами НИИ электромеханики г. Воронежа.Асинхронный двигатель серии УАД в разрезе приведен на рисунках 1.9 и 1. 10.На этих рисунках обозначены следующие основные позиции: 1 – алюминиевыйкорпус статора; 2 – ротор с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой; 3 и 4 подшипниковые щиты; 5 – подшипниковая крышка; 6 – резиновая изоляционная втулка; 7 – вал, имеющий два свободных конца; 8 – промаркированные выводные концы обмотки; 9 – подшипника качения шариковые.19Рисунок 1.9 – Асинхронный двигатель серии УАД с продольным разрезом.Обратим внимание на то, что корпуса асинхронных микродвигателейменьших мощностей не имеют ребер, развивающих охлаждаемую поверхность,а часто и вентилятора для наружного обдува.

Примером этого являются микродвигатели серии УАД.Под асинхронными микродвигателями мы понимаем такие электродвигатели, мощность которых меньше 150 Вт. Выше этой мощности активное сопротивление обмотки статора, выраженное в относительных единицах начинаетснижаться плавно, хотя и эта граница в определенной степени условна. Теориятаких электродвигателей базируется на классической теории и в значительноймере разработана. Имеется ряд учебной литературы и монографии [17-21].20Рисунок 1.10 – Асинхронный двигатель серии УАД с поперечным разрезом.Профессора и ученые Московской и Санкт-Петербургской научныхшкол играют в ее создании ведущую роль.

Это Чечет Ю.С., Хрущев В.В., Каасик П.Ю., Юферов Ф.М., Лопухина Е.М., Семенчуков Г.А и другие.Дополнительные допущения в асинхронных микродвигателях приходится принимать, когда рассматривается однофазный режим работы [17,20,21]. Часто для решения такой задачи используют метод симметричных составляющих.Особый вид характеристикам асинхронных микродвигателей придаетспецифическое соотношение параметров схемы замещения по сравнению сасинхронными двигателями малой и средней мощностей. Активное сопротивление обмотки статора в относительных единицах в асинхронных микродвигателях увеличивается значительно. Этой причиной объясняется следующая закономерность: со снижением номинальной мощности асинхронного двигателяего КПД неуклонно снижается.

Такая тенденция общеизвестна. Как будет показано ниже, ее следует рационально учитывать при проектировании, а не пытаться искусственно изменить.21Таким образом, требования, которые предъявляются при проектировании асинхронных микродвигателей, во многом перекликаются с аналогичнымитребованиями для асинхронных двигателей большей мощности.1.2 Обзор способов расчета электромагнитного момента в асинхронныхмикродвигателяхДля получения лучших характеристик асинхронных двигателей требуется проектировать электрическую машину так, чтобы кривая магнитного поля ввоздушном зазоре была по форме, по возможности, ближе к синусоидальной.Для этой цели обмотки статоров выполняют распределенными, а часто и двухслойными, что обеспечивает возможность выполнить укорочение обмотки[1,2,5-7].