Зубцовые зоны энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат наук Юрканов, Владимир Владимирович

• Юрканов, Владимир Владимирович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Юрканов, Владимир Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Анализ современного состояния вопроса

1.1 Научная и техническая литература по проектированию асинхронных микродвигателей

1.2 Обзор способов расчета электромагнитного момента в асинхронных машинах

1.3 Использование численных методов для расчета электромагнитного поля

1.4 Выводы и постановка задачи

2 Формирование зубцовой зоны трехфазного асинхронного микродвигателя мощностью 40 Вт

2.1 Положения аналитической теории асинхронной машины, нуждающиеся в уточнении

2.2 Создание конечно-элементной модели универсального асинхронного микродвигателя серии УАД

2.3 Моделирование номинального и пускового режимов базовой конструкции

2.4 Совершенствование магнитопровода универсального асинхронного микродвигателя УАД-62

2.4.1 Число пазов ротора принято неизменным, варьируется их площадь

2.4.2 Увеличение числа пазов ротора модернизируемого варианта при фиксированных размерах последних

2.4.3 Форма паза ротора по результатам п.2.4.2 и паз статора варьируется

2.5 Выводы

3 Формирование зубцовой зоны трехфазного асинхронного микродвигателя мощностью 1,5 Вт

3.1 Моделирование универсального асинхронного микродвигателя серии УАД методом конечных элементов

3.2 Совершенствование магнитопровода универсального микродвигателя

3.3 Разработка варианта активной части энергоэффективного микродвигателя и проверка выполнимости обмотки

3.4 Выводы

4 Формирование зубцовой зоны асинхронных двигателей мощностью 90 и 120 Вт

4.1 Моделирование асинхронного двигателя 4А50А2 методом

' конечных элементов

4.2 Совершенствование зубцовой зоны ротора

4.3 Выводы

5 Экспериментальное подтверждение достоверности проведенных теоретических исследований

5.1 Исследование серийного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

5.2 Разработка нового ротора

5.3 Проведение сравнительных испытаний

5.4 Выводы

Рекомендации по проектированию асинхронных микродвигателей

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Зубцовые зоны энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Аналитическая теория асинхронной машины на протяжении длительного времени используется для проектирования и расчета ее характеристик. Учебники знаменитых российских электротехников: Вольде-ка А.И., Глебова И.А., Горева A.A., Данилевича Я.Б., Загорского А.Е., Иванова-Смоленского A.B., Казаковского Е.Я., Копылова И.П., Костенко М.П., Пиотровского Л.М., Петрова Г.Н., Сипайлова Г.А., Стрельбицкого Э.К., Трещева И.И., Хрущева В.В., Чечета Ю.С., Юферова Ф.М. и других стали классическими для изложения теории электрических машин, в целом, и асинхронных машин в частности. Написаны эти учебники были в разные годы, но их объединяет подробность изложения материала и несомненное качество проработки вопросов. Теория изложения асинхронной машины аналитическая. Уравнения, схемы замещения и векторные диаграммы позволяют получать аналитические выражения рабочих характеристик, а в ряде случаев и пусковых. Основные допущения, используемые при этом - это допущения идеализированной электрической машины.

Даже сегодня, с учетом современных возможностей вычислительной техники и развития численных методов, следует отметить, что по-другому качественно изложить теорию асинхронной машины не получится. С другой стороны, аналитическая теория прочно заняла место в учебной литературе по проектированию асинхронных машин. До тех пор, пока средства вычислительной техники и их программное обеспечение не достигли определенного уровня развития, например, к 2000-м годам в нашей стране, такое положение можно было признать вполне удовлетворительным. Однако, сегодня проектировать современный асинхронный двигатель только с позиций идеализированной асинхронной машины качественно удается не всегда. Аналитическая теория асинхронной машины в некоторых случаях приводит к неоправданно большим погрешностям при проектировании. Приходится вводить поправочные коэффициенты, выполнять дополнительное макетирование.

Точно оценить реальные характеристики асинхронной машины при помощи аналитической теории затруднительно. Первая причина - это нелинейность кривой намагничивания магнитопровода. В этом случае метод наложения, которым пользуются для оценки суммарного влияния высших гармоник магнитного поля на работу электрической машины, строго говоря, неприменим. Магнитопроводы статора и ротора асинхронной машины, в основном, имеют зубчатое строение. Попытка учесть увеличение воздушного зазора за счет шлицов введением коэффициента Картера не является строго обоснованным. Так можно было бы поступить, если бы зубчатое строение в равной степени влияло бы на все высшие гармоники магнитного поля. Ожидать от метода наложения удовлетворительных результатов в методиках по проектированию асинхронных микродвигателей по этой причине не стоит.

Таким образом, при проектировании асинхронных микродвигателей следует в расчетные методики включать численные методы расчета электромагнитного поля. Аналитическая теория асинхронной машины на текущий момент нуждается в дополнении уже полученных результатов и подтверждения их работоспособности при крайне малых мощностях: в области микромашин.

Анализ имеющихся методик проектирования асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором подводит к необходимости считать, что активное сопротивление обмотки ротора следует принимать минимально возможным. В этом случае принято считать, что КПД в номинальном режиме повышается. Как будет показано из дальнейших исследований, так бывает не всегда. Уменьшение активного сопротивления обмотки ротора при неизменном ее материале требует увеличения площади паза. Площадь поперечного сечения зубцов ротора при этом неизбежно снижается. Как показывают предварительные результаты исследований, использовать допустимые уровни индукций на соответствующих участках магнитной системы из практики машин малой и средней мощности, следует не всегда. Это может привести к увеличению степени насыщения магнитопровода ротора и уменьшению его проводимости для магнитного потока.

Достижения теории асинхронной машины к настоящему моменту дают основание для следующей гипотезы, которая будет в работе проверена. Соотношения, определяющие необходимую площадь пазов ротора, часто дают завышенные значения, что, в конечном счете, может вызвать ухудшение характеристик асинхронного микродвигателя.

И, наконец, объект исследования выбран не случайно. Проведя заявленные исследования в асинхронных микродвигателях можно получить подтверждение или опровержение уже полученных особенностей влияния зубчатого строения магнитопровода на энергоэффективность асинхронных двигателей малой и средней мощности.

Исследованию асинхронных двигателей и микродвигателей посвящены работы таких авторов, как Костенко М.П., Казовский Е.Я., Домбровский В.В., Данилевич Я.Б., Вольдек А.И., Геллер Б., Иванов-Смоленский А.И., Каасик П.Ю., Куракин A.C., Гусельников Э.М., Муравлев О.П., Похолков Ю.П., Стрельбицкий Э.К., Цибулевский Ф.И. и многих других авторов. Со времени опубликования работ этих авторов прошел уже значительный срок. Сегодня появились новые средства научного анализа и решения прикладных задач. Поэтому усовершенствование методик, основанных на расчете электромагнитного поля в асинхронных двигателях, позволит повысить качество проектирования.

Таким образом, на основании изложенного выше актуальность темы исследования определена необходимостью создания более точной методики проектирования асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы «Исследование и оптимизация специальных электрических машин» ГРНТИ 45.29.02; 45.29.31; 45.29.33.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является развитие методики проектирования асинхронных микродвигателей в части рационального расчета пазовой зоны ротора.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научно-технические задачи:

1. Выполнить моделирование трехфазных асинхронных микродвигателей разных серий мощностью 1,5; 40; 90 и 120 Вт, предназначенных для модернизации.

2. Предложить варианты конструкции магнитной системы и ротора в частности, позволяющей улучшить энергоэффективность работы трехфазного асинхронного микродвигателя данной мощности.

3. Сформулировать требования по проектированию усовершенствованной зубцовой зоны ротора энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором.

4. Провести экспериментальные исследования для подтверждения правильности основных положений работы.

Методы исследований. При проведении в работе исследований, посвященных обозначенным вопросам электротехники, использовались методы теории электрических и магнитных цепей и методы теории поля. Теоретические исследования проводились на базе широко известных, прошедших широкую апробацию математических методов. Для подтверждения достоверности полученных результатов использовался метод физического эксперимента.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие результаты, имеющие научную новизну:

- научно обоснован и дополнен перечень требований к проектированию ротора энергоэффективного асинхронного микродвигателя: знать только соотношения пазов ротора и статора с предельно-допустимыми уровнями индукций на отдельных участках оказывается необходимо, но недостаточно;

- выдвинута и подтверждена научная идея о том, что для каждой пары чисел пазов ротора и статора существует оптимальная суммарная площадь пазов ротора, которая повышает эффективность электромеханического преобразования энергии в трехфазных асинхронных микродвигателях с короткозамкнутым ротором;

- варьирование в широких пределах геометрическими параметрами зуб-цовых зон позволило выявить новые закономерности влияния активного сопро-

тивления ротора на способность асинхронного двигателя к эффективному преобразованию энергии.

Практическая значимость работы. Практическую ценность диссертационной работы составляют:

- рекомендации по проектированию пазовой зоны ротора асинхронных микродвигателей;

- результаты физического эксперимента, подтверждающего основные положения диссертационной работы.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- варьирование в широких пределах геометрических параметрами зубцо-вых зон позволило выявить новые закономерности влияния активного сопротивления ротора на способность асинхронного двигателя к эффективному преобразованию энергии;

- проведенные исследования эффективности магнитных систем микроэлектродвигателей мощностей 1,5;. 40; 90 и 120 Вт показали, что следующие соотношения между пазами и площадью стали магнитопроводов позволяют получить лучшие результаты:

1) часть площади зубцового деления листа статора, занимаемая пазом лежит в пределах 0,25 - 0,26;

2) отношение площадей пазов ротора к пазам статора составляет 0,21 -

0,31;

3) доля всех пазов в поперечном сечении активной части равна 0,230,25;

- проведенные испытания на физическом образце электродвигателя с новым ротором, спроектированным в соответствии и рекомендациями теоретических разделов данной работы, дали положительные результаты:

о КПД в модернизируемом электродвигателе возрос на 7,7%;

о пусковой момент сохранился, а ток уменьшился на 3%.

Реализация результатов работы. Полученные теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы реализованы на предприятии ЗАО «МЭЛ» г. Воронеж, а также внедрены в учебный процесс кафедры «Электромеханических систем и электроснабжения» ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» в лекционные курсы « Проектирование специальных электрических машин» и «Математическое моделирование и переходные процессы электрических машин».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава кафедры электромеханических систем и электроснабжения в рамках всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении производстве» (Воронеж, 2013); на всероссийской научной конференции «Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники» (Воронеж, 2012, 2013, 2014). Всего по теме диссертации было опубликовано 12 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 93 наименований. Работа изложена на 142 страницах, на которых приведены 14 таблиц, 89 рисунков и приложения.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечены научная новизна и практическая ценность результатов проведенных исследований, показана структура диссертации, дана общая характеристика работы.

В первом разделе рассмотрена проблема создания асинхронных микродвигателей в части оптимального формирования магнитопровода ротора и пазовой зоны. Показано, что в известных методиках проектирования асинхронных двигателей и микродвигателей указанная проблема изложена нечетко и позволяет использовать неоднозначные толкования. Рассмотрены известные ранее методики и предложены способы решения вопроса. В завершении раздела определена цель и сформулированы задачи исследования.

Во втором разделе рассматривается положения теории асинхронной машины, которые могут быть уточнены. В качестве объекта анализа выбран универсальный асинхронный микродвигатель серии УАД мощностью 40 Вт. Рассмотрена математическая модель, позволяющая решить рассматриваемые задачи. Показано как без увеличения массы активных материалов и не изменяя технологию изготовления можно улучшить рабочие и пусковые характеристики. Используя результаты параметрической оптимизации, предложены конструкции магнитопровода для энергоэффективных микродвигателей.

Далее анализу подвергнут асинхронный двигатель мощностью 1,5 Вт. Подтверждено, что и в этом случае без дополнительных затрат на материалы и не изменяя технологию изготовления можно улучшить рабочие и пусковые характеристики. Вычислительным экспериментом показано, что площади пазов ротора и статора электродвигателя, взятого за основу, были далеки от оптимальных значений.

В третьем разделе анализу подвергнут асинхронный двигатель мощностью 90 Вт. Рассмотрены основные режимы. В результаты проведенной параметрической оптимизации предложены новые конструкции ротора, увеличивающие эффективность электромеханического преобразования энергии. Результаты распространены на двигатели мощностью 120 В.

В четвертом разделе произведены испытания асинхронного двигателя типа 4ААМ50В2 со штатным и новым ротором, разработанным по предлагаемым рекомендациям. Сравнение результатов эксперимента дало положительные результаты.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в ходе теоретических и экспериментальных исследований, а также обоснована возможность повышения энергетических характеристик асинхронных микродвигателей.

В приложениях приведены акты внедрения результатов диссертационной работы.

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1Л Научная и техническая литература по проектированию асинхронных микродвигателей

Общий курс электрических машин изложен в учебной литературе нашей страны и за рубежом достаточно подробно [1-7]. Наряду с теоретическими основами электротехники его отличает глубина и стройность. Недаром авторы учебников и монографий пользуются среди специалистов несомненным авторитетом. Среди таких ученых отметим Костенко М.П., Пиотровского Л.М., Вольдека А.И., Домбровского В.В., Данилевича Я.Б., Иванова-Смоленского A.B., Петрова Т.Н. Они воспитали своих учеников, которые также работают в области электротехники и электромеханики, и сами являются основателями научных направлений и школ.

Для получения аналитических выражений, описывающих характеристики и процессы электрических машин авторы пользуются общепринятой системой упрощающих допущений. Без них теория электрических машин была бы сложна и мало пригодна для обучения в вузах.

Одним из допущений является представление задачи по расчету поля в электрической машине как задачу магнитных цепей [1]. Это позволяет не рассматривать электромагнитное поле в электрической машине и заметно упростить расчет. Следующим достаточно важным допущением, имеющим заметное влияние на весь ход проектирования асинхронной машины, является замена зубчатого магнитопровода статора и ротора гладкими поверхностями с введением коэффициента воздушного зазора [1,2]. При этом делают следующее допущение. Считается, что неравномерность воздушного зазора, связанная с его зубчатым строением, и насыщение оказывают на поле высших гармоник такое же влияние, как и на поле основной гармоники [1-2, 4-7].

Последнее требуется, чтобы в электрической машине был применим метод наложения, справедливый, как известно, только для линейных систем. Для

этого часто используют следующее допущение: магнитная цепь электрической машины либо ненасыщенна, либо имеет постоянный уровень насыщения [1,2,6,7]. Даже сейчас, такого уровня допущения приемлемы, когда ставится задача ориентировочных расчетов первого приближения.

Теория асинхронной машины, или как ее еще называют, аналитическая теория асинхронной машины [6], опирается на схему замещения и понятие круговой диаграммы [1-7]. Несмотря на то, что использование круговых диаграмм сопряжено с вероятными погрешностями ими до сих пор широко пользуются. Визуальный эффект, который позволяет донести до пользователя круговыми диаграммами, важен для понимания и объяснения режимов работы и процессов, протекающих в асинхронной машине.

Перечисленные допущения можно отнести к явным, в отличие от следующих. Некоторые эффекты, например, вытеснения тока в глубокопазных роторах, рассматриваются при помощи рассмотрения одного паза [1,2,5-7]. Например, если рассматривать глубокий паз в совокупности с соседними пазами, то может оказаться, что увеличение их высот неизбежно приведет к увеличению длины средней магнитной силовой линии. Эффект «глубокого паза» при этом будет заметно ослабляться. Если использовать теорию магнитных цепей, то это допущение, тем не менее, вписывается в общий комплект принимаемых допущений.

Предварительное замечание может быть следующим: общий курс электрических машин достаточно сложен, поэтому авторы специально приносят точность 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 на том теоретическом материале, который был доступен. Изданные по асинхронным машинам справочники, учебники по проектированию и учебные пособия широко известны не только в нашей стране, но и за рубежом [8-16]. Отмеченные книги, используемые в проектировании асинхронных машин, изданы в ин-

тервале между 1963 и 1990 годами. Причем в монографии Терзяна А.А [14] приводятся автоматизированные методы расчета электрических машин. В том числе 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 работе показано, 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, производятся как 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 охватывала диапазон 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 серия трехфазных 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 допущения идеализированной электрической машины.

Подход к дальнейшему широкому использованию вычислительных машин был применен и далее при разработке единой серии 4А (1969-1972 гг.) и последующих серий (АИР, 5А, 6А). На рисунке 1.1 показан эскиз асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором общепромышленного исполнения.

Устройство 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 с внешним 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.

Рисунок 1.2 - Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором общепромышленного исполнения серии 5А.

Рисунок 1.3 - Вид на коробку выводов с соединением выводных концов обмотки.

Рисунок 1.4 - Ротор в сборе с передним подшипниковым щитом.

Рисунок 1.5 - Статор в сборе.

До 2008 г. разработчики асинхронных двигателей в конструкторских бюро нашей страны использовали программное обеспечение, базирующееся, в основном, на допущениях идеализированной асинхронной машины. Другими

словами 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 - выводные концы).

Рисунок 1.7- Асинхронный двигатель с внешним ротором

Рисунок 1.8 - Статор и внешний ротор электродвигателя, показанного на рисунке 1.7.

В настоящее время в мире и в нашей промышленности обращается особое внимание на разработку и производство энергоэффективных асинхронных двигателей, имеющих повышенный КПД, по сравнению с асинхронными дви-

гателями стандартных исполнений. Использование асинхронных двигателей с более 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 смысле асинхронные 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 с максимальным КПД. Если этого удастся достичь без заметного усложнения технологии изготовления и увеличения себестоимости задачу можно считать решенной.

В настоящее время в РФ асинхронные микродвигатели с короткозамкну-тым ротором выпускаются в виде серии УАД. Их выпускает промышленно-производственная группа «ИОЛЛА» г. Пермь, ул. Стахановская, 54. Эта серия универсальных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором предназначена для работы от сети переменного тока промышленной частоты трехфазной 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 были опубликованы в справочной литературе [16] еще в 1969 году. Серия УАД была разработана 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 - алюминиевый корпус 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.

Рисунок 1.9 - Асинхронный двигатель серии УАД с продольным разрезом.

Обратим внимание на то, что корпуса асинхронных микродвигателей меньших 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 начинает снижаться плавно, хотя и эта граница в определенной степени условна. Теория таких электродвигателей базируется на классической теории и в значительной мере разработана. Имеется ряд учебной литературы и монографии [17-21].

Рисунок 1.10- Асинхронный двигатель серии УАД с поперечным разрезом.

Профессора и ученые Московской и Санкт-Петербургской научных школ играют в ее создании ведущую роль. Это Чечет Ю.С., Хрущев В.В., Ка-асик 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 придает специфическое соотношение параметров схемы замещения по сравнению с асинхронными 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 двигателя его КПД неуклонно снижается. Такая тенденция общеизвестна. Как будет показано ниже, ее следует рационально учитывать при проектировании, а не пытаться искусственно изменить.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Юрканов, Владимир Владимирович, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Костенко М.П., Пиотровский Л. М. Электрические машины. В 2-х ч. Ч. 2. - Машины переменного тока. Учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений. - Л.: Энергия, 1973. - 648 с.

2. Вольдек А.И. Электрические машины: Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. - Л.: Энергия, 1974. - 840 с.

3. Геллер Б., Гамата В. Высшие гармоники в асинхронных машинах/ Пер. с англ. под ред. З.Г. Каганова. -М.: Энергия, 1981. - 352 с.

4. Данилевич Я.Б., Домбровский В.В., Казовский Е.Я. Параметры электрических машин переменного тока. -М.-Л.: Наука, 1965. - 340 с.

5. Домбровский В.В., Зайчик В.М. Асинхронные машины: Теория, расчет, элементы проектирования. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1990. -368 с.

6. Иванов-Смоленский A.B., Электрические машины: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. - 928 с.

7. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч. 2: Асинхронные и синхронные машины. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 416 с.

8. Асинхронные двигатели общего назначения / Бойко Е.П., Ковалев Ю.М. и др.; Под ред. В.М. Петрова и А.Э. Кравчика. - М.: Энергия, 1980. - 488 с.

9. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик и др. -М.: Энергоатомиздат, 1982. - 504с.

10. Гаинцев Ю.В. Добавочные потери в асинхронных двигателях. - М.: Энергоиздат, 1981. - 184 с.

11. Данилевич Я.Б., Кашарский Э.Г. Добавочные потери в электрических машинах. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 214 с.

12. Копылов И.П. и др. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов / И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков и др. - М.: Энергия, 1980.-496 с.

13. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для ВУЗов. - М.: Логос, 2000. - 607 с.

14. Терзян А.А. Автоматизированное проектирование электрических машин. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 256 с.

15. Унифицированная серия асинхронных двигателей Интерэлектро / Под ред. В.И. Радина - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 416 с.

16. Лодочников Э.А. Микроэлектродвигатели для систем автоматики: справочник / под ред. Э.А. Лодочникова, Ф.М. Юферова. - М.: Высшая школа, 1969.-272 с.

17. Чечет Ю.С. Электрические микромашины автоматических устройств. - М.: Л.: Энергия, 1964. - 424 с.

18. Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики. - Л.: Энергия, 1985.-363 с.

19. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств -М.: Высшая школа, 1988. - 479 с.

20. Лопухина Е.М., Семенчуков Г.А. Проектирование асинхронных микродвигателей с применением ЭВМ. - М.: Высш. школа, 1980. - 359 с.

21. Лопухина Е.М. Асинхронные исполнительные микродвигатели для систем автоматики - М.: Высш. школа, 1988. - 328 с.

22. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. - М. - Высшая школа, 1976. -479 с.

23. Беспалов В.Я., Мощинский Ю.А., Петров А.П. Математическая модель асинхронного двигателя в обобщенной ортогональной системе координат // Электричество. - 2002. - № 8. - с. 33-39.

24. Кругликов О.В., Макаров Л.Н. Состояние и перспективы разработок и производства новых электродвигателей специалистами ОАО «НПТИЭМ» и ОАО «ВЭМЗ» // Электротехника. 2008. № 11. с. 3 - 11.

25. Грузов Л.Н. Методы математического исследования электрических машин. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1953. - 264 с.

26. Каасик Ю.П., Несговорова Е.Д., Борисов А.П. Расчет управляемых короткозамкиутых двигателей. - Л.: Энергия, 1972. - 170 с.

27. Минаков В.Ф. О схемах замещения асинхронных и синхронных машин // Электричество. - 1995. - № 4. - с. 27-29.

28. Гаррис М.Н. и др. Системы относительных единиц в теории электрических машин. - Пер. с англ. -М.: Энергия, 1975. - 120 с.

29. Кононенко Е.В. и др. Электрические машины (спец. курс): Учеб пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1975. - 279 с.

30. Копылов И.П., Мамедов Ф.А., Беспалов В.Я. Математическое моделирование асинхронных машин. -М.: Энергия, 1969. - 96 с.

31. Максвелл Д.К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. -М.: Гостехиздат, 1954. - 688 с.

32. Тамм И.Е. Основы теории электричества. 9-е изд. - М.: Наука, 1976,

620 с.

33. Абрамкин Ю.В. Теория и расчет пондеромоторных и электродвижущих сил и преобразования энергии в электромагнитном поле. - М.: Изд-во МЭИ, 1997.-208 с.

34. Абрамкин Ю.В., Алиевский Б.Л., Аванесов М.А. Объемные силы и тензоры поля в магнетиках // Электричество. - 1988. - № 10. - с. 76-87.

35. Архангельский Н.Л., Курнышев Б.С., Захаров П.А. Применение тензорной методологии к описанию электромагнитных процессов в асинхронном двигателе // Электричество. - 1995. - № 2. - с. 37-39.

36. Бахвалов Ю.А., Гречихин В.В., Юфанова Ю.В. Комбинированная математическая модель квазистационарного магнитного поля на основе скалярных и векторного потенциалов // Известия вузов. Электромеханика. - 2002. - № 5.-с. 8-11.

37. Бахвалов Ю.А., Никитенко А.Г., Гринченков В.П., Косиченко М.Ю. Численное моделирование стационарных магнитных полей магнитоэлектрических систем методом конечных элементов // Электротехника. - 1999. - № 1 - с. 29-32.

38. Брынский Е.А., Данилевич Я.Б., Яковлев В.И. Электромагнитные поля в электрических машинах. - JL: Энергия, Ленингр. Отд., 1979. - 176 с.

39. Гречихин В.В., Юфанова Ю.В. Моделирование магнитных полей разомкнутых магнитных систем с малыми воздушными зазорами модифицированным методом интегральных уравнений // Известия вузов. Электромеханика. -2001.-№4-5.-с. 5-8.

40. Демирчян К.С. Моделирование магнитных полей. - Л.: Энергия, 1974.-288 с.

41. Домбровский В.В. Справочное пособие по расчету электромагнитного поля в электрических машинах. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1983.-256 с.

42. Иванов-Смоленский A.B. Определение электромагнитных сил в нелинейной магнитной системе по изменению энергии при малом перемещении // Электричество. - 1985. - № 5. - с. 27-36.

43. Иванов-Смоленский A.B. Определение электромагнитных сил в нелинейной магнитной системе по их объемной плотности // Электричество. -1985.-№9.-с. 18-28.

44. Иванов-Смоленский A.B. Определение электромагнитных сил в нелинейной магнитной системе по натяжениям // Электричество. - 1985. - № 7. -с. 12-21.

45. Иванов-Смоленский A.B. Клоков Б.К., Гончаров В.И., Фисенко В. Г. Расчет переходных процессов в короткозамкнутых асинхронных двигателях методом проводимостей зубцовых контуров / В сб. "Динамические режимы работы и параметры электрических машин", 1985. - с. 8-14.

46. Иванов-Смоленский A.B., Кузнецов В.А. Универсальный численный метод моделирования электромеханических преобразователей и систем // Электричество. - 2000. - № 7. - с. 24-33.

47. Иванов-Смоленский A.B. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах: Учеб. пособие для вузов по спец. "Электромеханика". - М.: Высш. шк., 1989. - 312 с.

48. Иванов-Смоленский A.B. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и их физическое моделирование. - М.: Энергия, 1969. -304 с.

49. Иванов-Смоленский A.B., Цуканов В.И., Давыдов A.B. Экспериментальное исследование упругих деформаций в ферромагнитных телах под действием магнитного поля // Электричество. - 1988. - № 9. - с. 21-26.

50. Сильвестр П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков: Пер. с англ. - М.: Мир, 1986. - 229 с.

51. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов: Пер. с англ. - М.: Мир, 1979.-392 с.

52. Сабоннадьер Ж.-К., Кулон Ж.-Л. Метод конечных элементов и САПР: Пер. с франц. -М.: Мир, 1989. - 190 с.

53. Ковалев О.Ф. Расчет магнитных полей комбинированным методом конечных элементов и вторичных источников // Известия вузов. Электромеханика. - 2000. - № 4. - с. 14-16.

54. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация (перевод с англ.). -М.: Мир, 1986. - 318 с.

55. Чигарев A.B., Кравчук A.C., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: Справ, пособие. - М.: Машиностроение - 1, 2004. - 512 с.

56. Шмелев В.Е., Сбитнев С.А. Математическая основа конечно-элементных пространственно-фазовых методов анализа электромагнитных полей в электромеханических устройствах // Электротехника. - 2000. - № 8. - с. 13-16.

57. Кобзистый С.Ю. Влияние параметров на установившиеся и переходные режимы работы трехфазных асинхронных двигателей: Автореферат дис. канд. техн. наук. - Воронеж: 2004. - 17 с.

58. Кобзистый С.Ю., Кочерга A.B., Тонн Д.А. Анализ неравномерности скорости вращения конденсаторных асинхронных двигателей. Электротехнические комплексы и системы управления. Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: гос. техн. ун-т, 2004. - с. 76-80.

59. Кобзистый С.Ю., Кононенко A.B., Тонн Д.А. Математические модели конденсаторных асинхронных двигателей с двухфазными последовательно соединенными шунтовыми обмотками. Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве НТ - 2005. Тр. всероссийской конференции. - Воронеж, с. - 28-29.

60. Кобзистый С.Ю., Кононенко A.B., Тонн Д.А. Экспериментальные исследования однофазного асинхронного двигателя. Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве НТ - 2005. Тр. всероссийской конференции. - Воронеж, с. - 148-153.

61. Кононенко A.B. Особенности расчета магнитного поля в асинхронных двигателях обращенной конструкции. Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве НТ - 2005. Тр. всероссийской конференции. - Воронеж, с. - 17-18.

62. Кононенко A.B. Шиянов А.И. Влияние геометрии зубцовой зоны на рабочие характеристики асинхронных двигателей малой мощности. Электромеханические преобразователи энергии (ЭПЭ - 2005). Тр. международной технической конференции. - Томск. - с. - 44-48.

63. Кочерга A.B. Выбор рационального соотношения числа пазов конденсаторных асинхронных двигателей// Энергия-XXI век. - 2004. - №3(53). - с. 38-44.

64. Луценко Е.В., Кононенко К.Е. Анализ влияния соотношения чисел пазов статора и ротора асинхронного двигателя на величину пускового момента // Энергия XXI век. - 2009. - №3 (73). - С. 32-41.

65. Луценко Е.В., Кононенко К.Е. Исследование влияния величины скоса пазов ротора на величину реактивного момента в асинхронных машинах // Энергия XXI век. - 2009. - №2 (72). - С. 16-23.

66. Луценко Е.В. Реактивные моменты в асинхронных двигателях малой мощности и способы борьбы с ними // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. №10 (т. 5). - С. 135 - 138.

67. Кононенко К.Е., Кононенко A.B., Крутских C.B. Основной резерв повышения энергоэффективности асинхронных двигателей с короткозамкну-тым ротором // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2012. № 1. С. 54-60.

68. Кононенко К.Е., Кононенко A.B., Крутских C.B. Оценка некоторых технических решений, принятых при создании асинхронных двигателей серии RA с позиций теории электромагнитного поля // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2009. № 3. С. 79-80.

69. Кононенко A.B. Влияние геометрии зубцовой зоны на рабочие и пусковые характеристики асинхронных двигателей малой мощности // Автореферат дисс. канд. техн. наук., Воронеж. 2006. - 16 с.

70. Луценко Е.В. развитие методики проектирования асинхронных двигателей малой мощности в части расчета реактивных моментов// Автореферат дисс. канд. техн. наук., Воронеж. 2009. - 18 с.

71. Белозоров С.А. Оценка эффективности обмоток трехфазных асинхронных двигателей с учетом зубчатого строения воздушного зазора// Автореферат дисс. канд. техн. наук., Воронеж. 2012. - 17 с.

72. Кононенко A.B. Формирование геометрии поперечного сечения маг-нитопровода энергоэффективного асинхронного микроэлектродвигателя с ко-роткозамкнутым ротором / A.B. Кононенко, В.В. Юрканов // Электротехнические комплексы и системы управления. 2012. №2. - С. 1-5.

73. Щедрин В.В. Моделирование универсального асинхронного микродвигателя серии УАД методом конечных элементов / В.В. Щедрин, В.В. Юрканов, A.B. Кононенко // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды всеросс. студенческой НТК-Воронеж: ВГТУ, 2012. С. 21-22.

74. Щедрин В.В. Положения аналитической теории асинхронной машины, нуждающиеся в уточнении / В.В. Щедрин, A.B. Кононенко, В.В. Юрканов // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды всеросс. студенческой НТК - Воронеж: ВГТУ, 2012. С. 38-40.

75. Щедрин В.В. Формирование зубцовой зоны асинхронного микроэлектродвигателя, мощностью 90 Вт / В.В. Щедрин, А.В. Кононенко, В.В. Юрканов // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды все-росс. студенческой НТК-Воронеж: ВГТУ, 2013. С. 34-35.

76. Щедрин В.В. Выбор рационального варианта формы элемента для построения сети конечно-элементной модели при расчете электромагнитного поля в асинхронном двигателе /В.В. Щедрин, А.В. Кононенко, В.В. Юрканов // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды всеросс. студенческой НТК - Воронеж: ВГТУ, 2013. С. 60-61.

77. Кононенко К.Е. Моделирование дефекта стержня ротора асинхронного двигателя / К.Е. Кононенко, С.В. Крутских, В.В. Юрканов // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве НТ-2013: труды всеросс. конф. Воронеж: ВГТУ, 2013. - С. 174-175.

78. Кононенко К.Е. О необходимости замены всего парка асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором на энергоэффективные исполнения / К.Е. Кононенко, А.В. Кононенко, В.В. Юрканов // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве НТ-2013: труды всеросс. конф. Воронеж: ВГТУ, 2013. - С. 221-222.

79. Mario Cesar Е. S. Ramos, Hedio Tatizawa, Geraldo F. Burani, Mario Cesar G. Ramos Methodology for Assessment and Optimization of Induction Electric Motors Aiming Energy Conservation, Aided by Computer Simulation, WSEAS Transactions on Power System, Vol. 8, 2009, pp. 410 - 419.

80. Dezheng Wu, Steven D. Pekarek, Babak Fahimi A Field Reconstruction Technique for Efficient Modeling of the Fields and Forces Within Induction Machines, IEEE Trans. Energy Convers., vol. 24, no. 2, Jun. 2009, pp. 366 - 374.

81. L. M. Neto, J. R. Camacho, С. H. Salerno, B. P. Alvarenga Analysis of a Three-phase Induction Machine Including Time and Space Harmonic Effects: the A, В, С Reference Frame, IEEE Trans. Energy Convers., vol. 14, no. 1, March 1999, pp. 80-85.

82. P. S. Hamer, В. M. Wood, R. L. Doughty, R. L. Gravell, R. C. Hasty, S. E. Wallace, J. P. Tsao Flammable Vapor Ignition by Hot Rotor Surfaces Within an Induction Motor: Reality or Not?, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 35, no. 1, Jan. 1999, pp. 100-110.

83. B. Boualem, F. Puissance Numerical Models for Rotor Cage Induction Machines Using Finite Element Method, IEEE Trans. Magnet., vol. 34, no. 5, Sept. 1998, pp. 3202-3205.

84. A. M. Nogueira Lima, С. B. Jacobina, E. B. de Souza Filho Nonlinear Parameter Estimation of Steady-State Induction Machine Models, IEEE Trans. Ind. Electon., vol. 44, no. 3, June 1997, pp. 390 - 397.

85. D. Bae, D. Kim, C. S. Koh Determination of Induction Motor Parameters by Using Neural Network Based on FEM Results, IEEE Trans. Magnet., vol. 33, no. 2, March 1997, pp. 1924 - 1927.

86. P. Baldassari, N. A. Demerdash A Combined Finite Element-State Modeling Environment for Induction Motors in the ABC Frame of Reference: the Blocked-Rotor and Sinusoidal Energized Load Conditions, IEEE Trans. Energy Convers., vol. 7, no. 4, Dec. 1992, pp. 710 - 720.

87. R. Belmans, R. D. Findlay, W. Geysen A Circuit Approach to Finite Element Analysis of a Double Squirrel Cage Induction Motor, IEEE Trans. Energy Convers., vol. 5, no. 4, Dec. 1990, pp. 719 - 724.

88. S. Williamson, L. H. Lim, M. J. Robinson Finite-Element Models for cage Induction Motor Analysis, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 26, no. 6, Dec. 1990, pp. 1007-1017.

89. L. Alberti, N. Bianchi, S. Bolognani Variable-Speed Induction Machine Performance Computed Using Finite Element, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 47, no. 2, March. 2011, pp. 789-796.

90. Кононенко K.E. Экспериментальное подтверждение теоретических положений, улучшающих энергоэффективность асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором / К.Е. Кононенко, В.В. Юрканов // Электротехнические комплексы и системы управления. 2013. №4. - С. 36-39.

91. Юрканов B.B. Проектирование зубцовой зоны энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором / В.В. Юрканов // Электротехнические комплексы и системы управления. 2014. №2. -С. 29-34.

92. Щедрин В.В. Физическое моделирование алюминиевой короткоза-мкнутой обмотки асинхронного двигателя эквивалентной медной / В.В. Щедрин, A.B. Кононенко, В.В. Юрканов // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды всеросс. студенческой НТК - Воронеж: ВГТУ, 2014.-С. 7-10.

93. Щедрин В.В. Исследование электромагнитного вращающего момента асинхронного двигателя с беспазовым статором в габаритах стандартного / В.В. Щедрин, A.B. Кононенко, В.В. Юрканов // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды всеросс. студенческой НТК - Воронеж: ВГТУ, 2014. - С. 27-29.

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор - главный конструктор ^Ю «МЭЛ», к.т.н.

А.А. Соловьев

2014 г.

АКТ

внедрения в производственный процесс результатов диссертационной работы Юрканова Владимира Владимировича «Зубцовые зоны энергоэффективных трехфазных асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором»

Полученные теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы Юрканова В.В. использованы при разработке асинхронных двигателей в рамках ОКР «Разработка трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором межвидового исполнения повышенной надежности с мощностью от 0,75 до 15 кВт в модульном исполнении с микропроцессорным преобразователем частоты».

Практическая апробация основных теоретических выводов работы произведена на макетном образце электродвигателя в испытательной лаборатории ЗАО «МЭЛ». Правильность принятых технических решений подтверждена положительными результатами испытаний.

Заместитель начальника научно-исследовательского проектно-конструкторского отдела, к.т.н

уС*^ Е.В, Луценко « /5» /О 2014 г.

16 августа 2013 г. г. Воронеж

Иенытотвлмшя лаборатория отд. № 94$ ЗАО «МЭЛ»

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ ЛАБОРАТОРНОГО ОБРАЗЦА АСИНХРОННОГО ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ МОЩНОСТЬЮ 120 ВТ

Классы точности измерительных приборов были следующими. Нагрузочное устройство имело класс точности 2,5; ваттметры - 0,5; амперметр и вольтметр - 1,0. При испытаниях была использована схема с двумя ваттметрами. Результаты измерений приведены в таблицах 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1 Результаты испытаний со штатным ротором

Нагрузка (М2), Н-м

Х.х. Х.х" 0,49 0,392 0,294 0,196 0,0981

и, в 380 380 380 380 380 380 380

п, об/мин 2980 2950 2709 2777 2835 2885 2932

Рп, Вт 20 85 152,5 132,5 117,5 102,5 90

Р|2, Вт -12,5 -30 65 50 30 10 -10

1.А 0,31 0,32 0,41 0,36 0,33 0,31 0,30

Таблица 4.2 Результаты испытаний с новым ротором

Нагрузка (М2), Нм

Х.х. Х.х.* 0,49 0,392 0,294 0,196 0,0981

и, В 380 380 380 380 380 380 380

п, об/мин 2975 2960 2649 2722 2793 2857 2916

Рц,Вт 77,5 83,8 155 135 120 107,5 92,5

Р|2, ВТ -20 -25 37 25 15 5 -7,5

1.А 0,30 0,31 0,42 0,375 0,34 0,32 0,31

В таблицах звездочкой (*) отмечен режим, когда на валу электродвигателя закреплен нагрузочный стакан без установки последнего в нагрузочное устройство.

Заместитель начальника научно-исследовательского проектно-конструкторского отдела, к

Е.В. Луценко

Инженер - испытатель электрических машин, приборов и аппаратов

В.Н. Катькалов