книги / Применение постоянных магнитов в электромеханических системах

ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОВЫШЕННОЙ ИОИртОСШ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ЭЛШРОПРИВОДА

Науч.со»р.Г:И..ГУРОВ^ канд. техн.наук Зав. лаб.. В. Б. НИКАНОРОВ, д -р техн. неук проф. И.Н.ОРЛОВ, ст.н а уч .сотр . А.П.СЕЛЕЗНЕВ, науч.сотр.В.К.ЩУКИН, науч.сото. Б.А.ЯКОВЛЕВ

Таким важнейшим требованиям к ёлектръдэигателям для высокоско­

ростного электропривода ОВЭП), как/ прочность, стабильность и про­ стота конструкций ротора, в наибольшей степени отвечают синхрон­

ные Гистерезисные двигатели (СГД) с безобмоточным ротором в виде цилиндра или диска из магнитотвердого материала. Они широко при­ меняются вместо асинхронных двигателей (АД), имепцих нестабильные многокомпонентные роторы б-обмоткой, в.маломссшоУ ВЭП гироскопов, центрифуг; шпинделей, турбомолекулярных насосов, .характеризующихся высокими требованиями к разбалансировке ротора..

По сравнению с АД СГД имеют повышенную стабильность частоты

.вращения, более благоприятную для разгона инерционных механизмов механическую характеристику ( момент мело зависит от скольжения);

тей применения. Известны единичные попытки' создания .СГД мощностью до 3 кВт [.1,23 с использованием магнитотвердого материала с малой прочностью.

Ниже приведены результаты расчетно-экспериментального анализа возможности повышения предельной мощности СГД при использовании

.отечественных гистерезисных, материалов и оптимизации их конструк­ ции.

Предельная мощность СГД на валу определяется как

значения индукции и напряженности петли гистерезиса материала р о -

изготавливают либ*з шихтованной из пластиа, либо витой из проволо­ ки (рис. 1 а ). При этом Ур не превышает 10-40$ объема ротора и его

?ис.1., Варианты роторе. СГД: а) шихтованный ротор;

•кобальтовые -сплавы выпускаю? в виде прутка к трубы; что позволяет

М. При этом повышается стабильность ротора, уменьшается его-

(рисЛ в) меняется характер перемагничивания с пульсационного на эллиптяческий, уменьшается индукция. (для ее сохранения необходимо увеличить объем железа статора), возрастают потери от вихревы* токов и высших гармоник пойя. Учесть в расчете влияние на НЬнт.

совокупности всех указанных факторов, на дачном этапе невозможно. Поэтому были* проведены эксперименты на макете СГД 'повышенной мощ-

нрстк по оценке показателей.

Для корректного сопоставления характеристик СГД и ЛД одинако­ вой, мощности , упрселения- и удешевления исследования макет СГД выполнен на базе, серийного ЛД типа 4Л8СА2УЗ; номинальной мощно­ стью р2н = 1 ,5 кВт с одной парой полюсов при частоте питания ^ в в 50 Гц. Активная часть ротора изготовлена из сплава 25ХК15 а двух вариантах (СГД1 и СГД2), различающихся толщиной ротора при одина-.

следующие магнитные свойства в точкемаксимальной магнитной прони­

внутренний диаметр втулки ротора).

На СГД1 имитировались предельные магнитные характеристики пр.именяемых в настоящее Время гистерезисных материалов при тради­

ционной конструкций ротора.с гистерезисным слоем на немагнитной втулке. Второй ротор по конструкции близок к однокомпонелтному, и на нем определялись предельные возможности СГД , реализуемые при использовании перспективных гистерезисных материалел.

Приведем основные результаты расчетного и экспериментального •анализа двух вариантов СГД. Выявлено, что СГД повышенной мощности конкурентоспособен.с АД, а также магнитоэлектрическими двигателя­ ми только в режиме перевозбуждения. В экспериментах увеличение степени возбуждения СГД осуществлялось амплитудным методом, т . е . 1 путем снижения напряжения питания в Ни. раз при входе в синхронизм. На рис.2 . представлены электромеханические характеристики СГД2 при перевозбуждении (показатели дляСГД1 по характеру аналогичны).

При Аа = 1,42 ток уменьшается в 5 раз, а потребляемая мощность

Рис^2; Энергетические характеристик^ СГД2 при уменьшении нопряяения в синхронном режиме в ни раэ( ^ = 1,3* кВт;

П= 3000 об/мин)

го прочего от условий ввода.в синхронизм: «ем меньше момент нагруз­ ки при вводе СГД в синхронизм! тем больше М^в/х Р03а^* Тек как разгон некоторых механизмов (ткацких и инструментальных

шпинделей» турбокомпрессоров и турбонасосов, центрифуг и т . д . ) про­ изводят без нагрузки,.то'запас по полезному моменту в синхронизма при использовании СГД монет быть увеличен более чем я 1 ,5 раза.

' Сравнение характеристик АД (каталожные данные) и ПСГД2 пока­

зывает Огабл.З), что ПСГД.не уступает АД с беличьей клеткой по энергетическим характеристикам, имея потенциальные преимущества по прочности н стабильности ротора.

Отметим, что опытный СГД .имеет воздушный зазор 0 ,5 мм, а у

серийного АД зазор составляет 0,35 мм. Сопоставление.ПСГД с АД с увеличенным воздушным зазором (что желательно при использовании

.АД в ВЭП) или АД с массивным однокомпонентным ротором без -обмотки г имеющим примерно одинаковые с СГД прочностные, свойства, свидетель­ ствует о -преимуществах ПСГД по энергетическим характеристикам.

В предварительных исследованиях выявлено, что хромокобальто-

вый с плев марки 25ХК15 имеет достаточно высокую прочность (до 6С0у

тор, выполненный из этого сплава, может развивать без банцажиров-

Использование оригинальных режимов термомагнитной обработки [ 4 } • позволяет подойти к созданию однокомлононтных роторов СГД(рисДв), в которых в зависимости от функционального назначения элементов

как относительно большой долей ВДр ротора в общей МДС,. так и ослаб­ лением влияния:не Маня высших гармоник с- увеличением ^ . При увеличении .зазора снижаются требования к. точности изготовления, уменьшается вероятность касания ротором Ьтатооа пои больших часто­ тах эрещения/пояблгется возможность дополнительной баДОЯДфОййН ротора, что является важным преимуществом СГД при использовании

АЛГОРИТМ К ПРОГРАМ’ШЛЯ СИСТЕМА РАСЧЁТА ХАРАКТЕРИСТИК ГИСТЕРЕЗИСНОГО' ДВИГАТЕЛЯ С ПАССИВНЫМ РОТОРОМ

:Науч. сотр. С.Ю. ОСТАНИН, науч; сотр. Б.А.ЯКОВЛЕВ'

Первые гистерезисные двигатёли (ГД) промышленного применения име­

ли массивный ротор и были, по современ;шм представлениям, малоэф­

фективными и з-за - искажений механической характеристики, вызван­ ных проявлением зубцовых и обмоточных гармонических составляющих

магнитного поля, обусловленных несовершенством конструкции стато­

ра и гелинейкостью гистерезисного слоя (ГС) ротора. .Шихтовка ро­ тора, стазаая возможной благодаря повышению энергетических хара­

не хуже, чем у эккаллоя. На их основе созданы ГД с массивным ро­ тором, не уступающие ГД с шихтованным ротором по своим характери­ стикам и, кроме тог о, имеющие повышенный пусковой момент, более техно­

логичные и обладающие заметными конструкционными преимуществами. Этим объясняется интерес к использованию ГД с. массивным ротором.

В ГД с шихтованным и в ГД с массивны' роторами могут иметь место неепмметриг. и- несинусоидальность питания л присутствуют выс­ шие временные и пространственнее гармонические составляющие маг­

достаточно надежных и корректных методов учета вихревых токов в ГД с массивным ротором, и их разработка является, весьма акту­

альной.

В данной работе в развитий способа исследования ГД с массив­

Н’л В— - соответственно напряженность и индукция на поверх-

как цилиндрическая втулка с известными электрическими и магнитны­

г-чдукцу.ч в роторе гои напряженности ротора, ргвной напряженности

реализован на Ж 1.

Программа построения динамической кривой намагничивания и уч с:а массивности магниторровгца введена в разработанную ранее

систему, программ расчета ГД. Таким образом, создана программная

система псперочного расчета ГД с шихтованным- и массивным ротором. В последнем случае осуществляется учет влияния вихревых токов на пусковые характеристики ГД.- Блок-схейа алгоритма .поверочного рас­ чета ГД р массивным ротором представлена на р к сЛ .

Разработанная программная. система испытывалась в ходе вычис­ лительного эксперимента по исследованию влияния вихревых токов на динамические характеристики материала ротора ГД. Вычислитель­ ный эксперимент позволил убедиться в качественной и'количествен­ ной достоверности результатов расчета процессов в массивном ро­

торе при наличии вихревых токов; выявить характер влияния часто­ ты перемагничивания массивных роторов, изготовленных из различных материалов, на их динамические параметры; оценить характер влия­ ния геаметри-' массивного ротора на его динамические потери.

Для количественной оценки созданной, системы программ выполне­

но сравнение расчет.' 1ьгх и экспериментальных характеристик матери­ ала. Образцы экспериментальной партии изготоглены в форме вту­

лок из углеродистой стали и хромокобальтового сплава - наиболее

прпспектпо'ного материала для роторов ГД [5 ] . Все испытания про­

водились прл перемагничивянги образцов материала в полях рЧзных

частот в дигппвбпе 2СМ00 Гц. Статические кривые намагничивания материалов, необходимые для расчета частотных зависимостей, полу­

чичееиио характеристики смещаются вправо-, это подтверждает пра­ вильность Прг«ДСТОПЛСНИЯ. физических Процессов.В ЫЛСС.1ВНЫХ магнит­ ных материалах лри нг линии вихревых токов.. Расхождение экспери­ ментальных и расчетных ячочший нриг"вечности ррк фиксированной