авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Переходные процессы в специальных асинхронных двигателях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Корнеев Константин Викторович

Переходные процессы в специальных асинхронных двигателях

Специальность 05.09.01 – Электромеханика и электрические аппараты

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск – 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент
Пастухов Владимир Викторович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор Пластун Анатолий Трофимович
- доктор технических наук Калужский Дмитрий Леонидович

Ведущее предприятие: НПО «ЭЛСИБ» ОАО, г. Новосибирск

Защита состоится « 01 » декабря 2011 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.04 при ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет» по адресу: 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского Государственного Технического Университета.

Автореферат разослан «___» октября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д. т. н., профессор Нейман В. Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современной практике электромашиностроения большое внимание уделяется вопросам проектирования специальных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью более 400 кВт. Отличительной особенностью машин данного класса являются:

  1. Невозможность совместной эксплуатации с полупроводниковыми устройствами регулирования;
  2. Тяжелые условия функционирования в переходных режимах работы, что обусловлено значительными моментами инерции приводного механизма и большим числом регламентных повторных пусков из горячего состояния, ограничением продолжительности времени пуска;
  3. Обеспечение гарантированного пуска в условиях значительной просадки напряжения (до 0,8Uном);
  4. Исполнение электродвигателя с учетом работы на индивидуальную нагрузку, в том числе учет характера нагрузки в режиме пуска;
  5. Малая потребляемая мощность в установившихся режимах работы;
  6. Повышенные требования к показателям надежности.

В качестве примера такого нерегулируемого привода можно привести питательные и циркуляционные насосы, применяемые на атомных станциях; вентиляторы внутреннего проветривания, вакуумные фильтры, конвейеры, мельницы и дробилки, применяемые в металлургической, горнодобывающей и химической промышленности. В ряде случаев, когда условия эксплуатации позволяют применять полупроводниковые устройства, например на нефте-, газоперекачивающих станциях, для обеспечения бесперебойной работы двигатель должен допускать прямой пуск от сети, причём при пониженном напряжении.





Чтобы гарантировать безаварийную работу специальных электродвигателей большой мощности в переходных режимах работы, что, в данном случае является приоритетной задачей, применяются конструкции пазов ротора, отличающиеся от общеизвестных. Так, например, НПО ЭЛСИБ ОАО (г. Новосибирск) разработаны оригинальные конструкции паза ротора, обеспечивающие надежное крепление стержня, уменьшение потерь и повышения пускового момента [пат. RU 54272 U1 МПК H02K17/16, пат. RU 59903 U1 МПК H02K17/16]. Испытания опытных образцов и эксплуатация подтвердили заявленные преимущества машин в сравнении с аналогами, а так же выявили необходимость проведения следующих мероприятий:

  1. Повышение точности расчета переходных режимов работы с помощью современных методов и средств вычислительной техники;
  2. Учет особенности конфигурации паза и стержня ротора, а так же характера нагрузки при математическом моделировании переходных режимов работы;
  3. Определения степени влияния на переходные процессы не только параметров асинхронного двигателя (индуктивности рассеяния, активного сопротивления фазы ротора и т.д.), но и их соотношений, что крайне необходимо при расчете ударных токов и моментов.

Таким образом, комплекс задач, связанный с расчетом переходных режимов работы и проектированием специальных асинхронных двигателей, пользующихся повышенным спросом не только на предприятиях Российской Федерации, но и в промышленности других стран, крайне важен, поэтому исследования в данной области являются актуальными, имеют научную новизну и практическую ценность.

Целью работы является разработка аналитических и численных моделей специальных асинхронных двигателей, расчет их параметров и переходных режимов работы с учетом взаимного влияния эффектов вытеснения тока и насыщения зубцово-пазовой зоны потоками рассеяния, а также создание методик расчета, пригодных для применения в научно-инженерной практике.

Для достижения данной цели поставлены следующие основные задачи:

  1. Выполнить обзор и провести анализ существующих методов расчета параметров, переходных и установившихся режимов работы асинхронных двигателей с учетом эффектов вытеснения тока и насыщения магнитопровода потоками рассеяния;
  2. Разработать и реализовать математическую модель, позволяющую определять параметры стержня ротора асинхронного двигателя на основе современных численных методов расчета магнитного поля;
  3. Получить выражения составляющих пусковых и ударных значений тока и момента специальных асинхронных двигателей, пригодные для применения в инженерной практике;
  4. Исследовать влияние как отдельных параметров двигателя, так и их сочетаний на составляющие момента и тока в переходных процессах;
  5. Построить и реализовать алгоритм расчета переходных режимов работы асинхронного двигателя с учетом взаимного влияния эффектов вытеснения тока и насыщения зубцово-пазовой зоны потоками рассеяния;
  6. Оценить влияние размеров и радиального положения бокового клина паза ротора на пусковые характеристики асинхронного двигателя. Сформулировать рекомендации по выбору размеров и радиального положения бокового клина;
  7. Произвести верификацию результатов математического моделирования с данными экспериментального определения характеристик асинхронных двигателей.

Методы исследования. Основные результаты диссертационной работы получены на базе фундаментальных теорем и уравнений электродинамики, в том числе теории обобщенного электромеханического преобразователя энергии с использованием методов аналитического и численного моделирования, методов приближения функций (аппроксимация, сплайн-интерполяция и др.). Моделирование электромагнитного поля выполнено с помощью программы конечно-элементного анализа FEMM (Finite Element Method Magnetics), расчет установившихся и переходных режимов работы с использованием языка инженерного программирования MATLAB (Matrix Laboratory).

Достоверность результатов исследований подтверждена параллельными расчетами различными методами, сравнением отдельных результатов решения с результатами расчетов с помощью методик, предложенных другими авторами и опытного определения характеристик серийных образцов электродвигателей.



Научная новизна и значимость работы.

Получены аналитические выражения для расчета составляющих ударного и пускового тока и момента специальных асинхронных двигателей большой мощности, пригодные для применения в инженерной практике.

Исследовано и количественно оценено влияние на характер переходного процесса как отдельно взятых параметров асинхронного двигателя (индуктивности рассеяния, активного сопротивления фазы ротора и т.д.), так и их сочетаний, необходимое при выполнении оптимизации пусковых характеристик электродвигателя по ударному, пусковому току или моменту.

Доказано, что модель, состоящая из трех пазов ротора, является достаточной для инженерного расчета динамической индуктивности рассеяния и активного сопротивления стержня ротора электродвигателей с симметричной распределенной обмоткой статора с целым числом пазов на полюс и фазу больше единицы и отношением зубового деления к полюсному: tz/=0.03-0.085. Предложенная модель позволяет учесть взаимное влияние эффектов вытеснения тока и насыщения зубцово-пазовой зоны потоками рассеяния, а также наличие магнитопровода статора на параметры ротора.

Разработан и реализован алгоритм расчета переходных режимов работы асинхронного двигателя с использованием комбинированного подхода к исследованию переходных процессов в электрических машинах с применением косвенной связи уравнений теории электромагнитного поля и электрических цепей.

Исследовано и количественно оценено влияние боковой заклиновки на параметры стержня ротора и пусковые характеристики асинхронного двигателя.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Выражения для тока, момента и потокосцеплений и их составляющих в переходных режимах работы, пригодные для расчета величин ударного и пускового тока и момента;
  2. Результаты аналитического исследования, позволяющие уточнить влияние параметров асинхронного двигателя и их соотношений на ударный и пусковой ток и момент, показавшие наличие экстремумов функций ударного и пускового момента от соотношения параметров;
  3. Результаты исследований, позволившие уменьшить расчетную область модели для определения активного сопротивления и динамической индуктивности стержня с совместным учетом эффектов вытеснения тока, насыщения зубцово-пазовой зоны потоками рассеяния;
  4. Алгоритм расчета переходных режимов работы асинхронного двигателя с применением комбинированного подхода к моделированию электрических машин и косвенной связи уравнений теории электромагнитного поля и электрических цепей с погрешностью не превышающей 6%;
  5. Результаты исследований влияния размеров и радиального положения бокового клина стержня ротора на пусковые характеристики асинхронных двигателей, использование которых позволяет улучшить пусковые характеристики электродвигателя.

Практическая ценность работы. Получены простые и удобные выражения, позволяющие оценить значение ударного тока и момента асинхронных двигателей. Предложена модель для определения динамической индуктивности и активного сопротивления стержня ротора, пригодная для инженерных расчетов. Разработан и реализован алгоритм, позволяющий уточнить расчет переходных процессов в асинхронных двигателях. Показано, что рациональный выбор размеров и радиального положения бокового клина позволяет повысить пусковой момент на 15% и уменьшить время пуска на 20% без увеличения кратности пускового тока и значительного ухудшения параметров машины в номинальном режиме работы.

Апробации работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях различного уровня: «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы EECCES-2011», г. Екатеринбург, 2011 г.; «Современная техника и технологии», Томский Политехнический Университет, 2007, 2011 г.; «The 3rd international forum on strategic technologies. IFOST – 2008», 2008, Novosibirsk-Tomsk. и др. в рамках ряда конференций работа была отмечена дипломами различной степени.

Публикации. Основные научные результаты и материалы исследований опубликованы в 14 печатных работах, из них 2 статьи в журналах, входящих в перечень рекомендованных ВАК изданий; 2 статьи в сборниках научных трудов;10 работ – в материалах международных и всероссийских конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 191 наименований и приложения. Работа содержит 195 страниц основного текста с 90 иллюстрациями и 10 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность темы, сформулированы цели и задачи работы, описаны методы исследования. Приведены основные положения работы, выносимые на защиту, изложены сведения о научной значимости и практической ценности, реализации и апробации работы.

В первой главе выполнен обзор применяемых технических решений и методов исследований переходных процессов в асинхронных двигателях. В частности рассмотрено оригинальное решение, связанное с применением боковой заклиновки стержня ротора с помощью ферромагнитного выступа, расположенного на боковой поверхности паза и соответствующего ему углублению в стержне, которое используется в серийных электродвигателях 4АЗМВ и 4АРМАк и позволяет обеспечить улучшенные характеристики по сравнению с аналогами.

Сформирован алгоритм расчета переходных режимов работы, основанный на комбинированном подходе к изучению электрических машин с использованием косвенной связи уравнений теории магнитного поля и электрических цепей. При реализации косвенной взаимосвязи использовалось следующее допущение: параметры обмотки ротора при расчете переходных процессов определяются на каждом шаге интегрирования; в пределах шага интегрирования параметры обмотки неизменны, а их значение соответствует значению данного параметра в установившемся режиме работы при амплитуде тока, равной мгновенному значению амплитуды тока в переходном режиме работы и равенстве мгновенного значения частоты тока в переходном и установившемся режиме работы.

Во второй главе, проведено исследование переходных процессов в специальных асинхронных двигателях. Для удобства восприятия материала, запись исходных уравнений, их решение и все расчетные значения представлены в относительных единицах. В качестве математического описания асинхронного двигателя, в диссертационной работе используются известные уравнения в ортогональной неподвижной координатной системе статора и системе вращающейся с синхронной частотой вращения поля.

Координатная система статора использована при записи системы уравнений, описывающей включение асинхронного двигателя с заторможенным ротором или режим короткого замыкания. Решение системы дифференциальных уравнений применительно к асинхронным двигателям большой мощности позволило в явном виде выделить потокосцепления, токи и моменты, действующие в режиме короткого замыкания:

где , - коэффициенты затухания в обмотках статора и ротора соответственно при замкнутой обмотке ротора и статора; , - коэффициенты связи обмотки статора и ротора; - коэффициент рассеяния двух магнитосвязаных контуров (статора и ротора);  - корни характеристического уравнения;. -14 - корни характеристического уравнения; .

После ряда упрощений были получены аналитические выражения для составляющих ударного и пускового тока и момента, пригодные для применения в научно-инженерной практике:

; .

Полученные выражения позволили определить влияние отдельных параметров асинхронного двигателя и их соотношений на значения ударного и пускового тока и момента, анализ которых показал наличие экстремума функции пускового и ударного момента от соотношения активных сопротивлений обмоток статора и ротора, рис. 1.

а.  б. в. г. Влияние соотношения-18 б.  в. г. Влияние соотношения-19
в.  г. Влияние соотношения активных-20 г.
 Влияние соотношения активных-21


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.