Моделирование тяговых характеристик линейных асинхронных электродвигателей
Исследованы вопросы, связанные с отрицательным влиянием “краевого эффекта” на энергетические параметры линейного асинхронного электродвигателя (ЛАД), и пути их улучшения. Дано математическое выражение зависимости тягового усилия от электрических и конструктивных параметров двигателя....
Saved in:
| Date: | 2003 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2003
|
| Series: | Електротехніка і електромеханіка |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143671 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Моделирование тяговых характеристик линейных асинхронных электродвигателей / Г.М. Голенков // Електротехніка і електромеханіка. — 2003. — № 4. — С. 21-22. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-143671 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1436712018-11-09T01:23:07Z Моделирование тяговых характеристик линейных асинхронных электродвигателей Голенков, Г.М. Електричні машини та апарати Исследованы вопросы, связанные с отрицательным влиянием “краевого эффекта” на энергетические параметры линейного асинхронного электродвигателя (ЛАД), и пути их улучшения. Дано математическое выражение зависимости тягового усилия от электрических и конструктивных параметров двигателя. Досліджені питання, пов'язані з негативним впливом "крайового ефекту" на енергетичні параметри лінійного асинхронного електродвигуна (ЛАД), та шляхи їх покращення. Розраховано математичний вираз залежності тягового зусилля від електричних і конструктивних параметрів двигуна. Edge effect influence on the parameters of the linear induction motor is investigated. Mathematical equation of electromagnetic power in function of the motor constructive characteristics is obtained. 2003 Article Моделирование тяговых характеристик линейных асинхронных электродвигателей / Г.М. Голенков // Електротехніка і електромеханіка. — 2003. — № 4. — С. 21-22. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143671 621.313 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати |
| spellingShingle |
Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Голенков, Г.М. Моделирование тяговых характеристик линейных асинхронных электродвигателей Електротехніка і електромеханіка |
| description |
Исследованы вопросы, связанные с отрицательным влиянием “краевого эффекта” на энергетические параметры линейного асинхронного электродвигателя (ЛАД), и пути их улучшения. Дано математическое выражение зависимости тягового усилия от электрических и конструктивных параметров двигателя. |
| format |
Article |
| author |
Голенков, Г.М. |
| author_facet |
Голенков, Г.М. |
| author_sort |
Голенков, Г.М. |
| title |
Моделирование тяговых характеристик линейных асинхронных электродвигателей |
| title_short |
Моделирование тяговых характеристик линейных асинхронных электродвигателей |
| title_full |
Моделирование тяговых характеристик линейных асинхронных электродвигателей |
| title_fullStr |
Моделирование тяговых характеристик линейных асинхронных электродвигателей |
| title_full_unstemmed |
Моделирование тяговых характеристик линейных асинхронных электродвигателей |
| title_sort |
моделирование тяговых характеристик линейных асинхронных электродвигателей |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| publishDate |
2003 |
| topic_facet |
Електричні машини та апарати |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143671 |
| citation_txt |
Моделирование тяговых характеристик линейных асинхронных электродвигателей / Г.М. Голенков // Електротехніка і електромеханіка. — 2003. — № 4. — С. 21-22. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Електротехніка і електромеханіка |
| work_keys_str_mv |
AT golenkovgm modelirovanietâgovyhharakteristiklinejnyhasinhronnyhélektrodvigatelej |
| first_indexed |
2025-07-10T17:41:42Z |
| last_indexed |
2025-07-10T17:41:42Z |
| _version_ |
1837282684312748032 |
| fulltext |
ISBN 966-593-254-3 Електротехніка і Електромеханіка. 2003. №4 21
УДК 621.313
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЯГОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНЕЙНЫХ
АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Голенков Г.М., к.т.н., доцент
Киевский национальный университет строительства и архитектуры
Украина .03037. Киев, пр. Воздухоплавания 31, КНУСА. кафедра “Электротехники и электропривода”
тел. (044) 241-55-65
Досліджені питання, пов'язані з негативним впливом "крайового ефекту" на енергетичні параметри лінійного асинх-
ронного електродвигуна (ЛАД), та шляхи їх покращення. Розраховано математичний вираз залежності тягового
зусилля від електричних і конструктивних параметрів двигуна.
Исследованы вопросы, связанные с отрицательным влиянием “краевого эффекта” на энергетические параметры
линейного асинхронного электродвигателя (ЛАД), и пути их улучшения. Дано математическое выражение зависимо-
сти тягового усилия от электрических и конструктивных параметров двигателя.
Для изучения процессов, протекающих во вто-
ричном элементе (ВЭ) линейного асинхронного элек-
тродвигателя (ЛАД), был использован метод симмет-
ричных составляющих. Из анализа [1, 2, 3] известно,
что во ВЭ из–за краевого эффекта (КЭ) возникает
многофазная несимметричная система токов. Иссле-
дования [3] показали, что на активном участке ВЭ
число стержней короткозамкнутой (к. з.) обмотки
должно быть кратно трём, что облегчает расчёт ЛАД.
В этом случае данную несимметричную систему то-
ков можно разложить на симметричные составляю-
щие: прямую и обратную последовательности.
Чтобы получить аналитические выражения тяго-
вых и рабочих характеристик ЛАД, сделаны следую-
щие допущения: индуктор ЛАД изготовлен с конеч-
ным числом пар полюсов, а ВЭ может быть секцион-
ным или сплошным. Секция ВЭ имеет форму парал-
лелепипеда, собранного из листов электротехниче-
ской стали с пазами, которые выполнены на плоско-
стях активной части. В эти пазы уложена к. з. обмот-
ка, имеющая вид многофазной обмотки без общего
нуля, число пар полюсов которой равно числу пар
полюсов бегущего магнитного поля индуктора. Число
фаз соответствует числу стержней ВЭ и кратно трём.
Лобовые соединения между звеньями отсутствуют.
Для испытания ЛАД был разработан стенд, представ-
ляющий собой раму с блоком и ведущим цевочным
колесом, через которые переброшен ленточный ку-
сочно-линейный ВЭ. Ведущее колесо с помощью
вала и муфты соединено с нагрузочной машиной
постоянного тока. Питание ЛАД осуществлялось от
тиристорного преобразователя частоты.
Стенд позволяет проводить экспериментальные
исследования ЛАД в длительном режиме. Исследова-
ния электромагнитных процессов, протекающих во ВЭ
ЛАД, состоящем из звеньев с к. з. обмоткой, показали,
что в исследуемом контуре возникает многофазная
несимметричная система токов [3]. Данная система
токов во ВЭ возникает из-за того, что токи в крайних
стержнях звена, а также в стержнях, находящихся в
краевых зонах воздействия бегущего магнитного поля
индуктора, равны току, протекающему по лобовой
части к. з. Обмотки и направлены в противоположную
сторону по отношению к току соответствующей фазы.
Все остальные токи в фазах к.з. обмотки равны по
модулю между собой и составляют трехфазную сим-
метричную систему токов в многофазном контуре ВЭ.
Несимметричную систему токов во ВЭ можно разло-
жить на симметричные составляющие токов прямой и
обратной последовательности. Степень несимметрии
фазных токов ВЭ ЛАД оценивается отношением моду-
лей токов симметричных составляющих обратной и
прямой последовательности, т.е. коэффициентом не-
симметрии ξ, что соответствует обратной величине
числу пар полюсов – p:
p2
1
. (1)
Распределение магнитного потока в зависимости
от действия симметричной системы токов вторичного
контура прямой последовательности ЛАД аналогично
распределению основного магнитного потока асин-
хронных машин с вращающимся ротором (АД).
Следовательно, схема замещения ЛАД для дан-
ного вида последовательности идентична схеме за-
мещения обычного АД. Частота токов ВЭ соответст-
вует: f2.1 = sf1, где s - скольжение; f1 - частота питаю-
щей сети, Гц.
Схема распределения магнитных потоков в зави-
симости от воздействия симметричных токов ВЭ
обратной последовательности подобна распределе-
нию магнитных потоков АД, питание которого осу-
ществляется со стороны ротора с фазной обмоткой
током с частотой f2.2 = (2s -1) f1 .
Таким образом, ЛАД можно представить в виде
двух соединенных ЛАД общим ВЭ, один из которых
питается со стороны статорной обмотки, другой – со
стороны обмотки ВЭ.
Для вывода математических выражений, описы-
вающих характеристики электромагнитного тягового
усилия и рабочих характеристик ЛАД, схемы заме-
щения прямой и обратной последовательности пред-
ставлены в виде каскадно-соединенных электриче-
ских цепей, а затем с учетом коэффициента несим-
метрии преобразованы таким образом, чтобы намаг-
ничивающий контур был подключен к сети.
Эквивалентная схема замещения ЛАД (рис.1)
имеет следующие параметры: U1 - подводимое на-
пряжение, В; I1 - ток индуктора, А; Iμ - ток контура
намагничивания, А; I`2.1, I`2.2 - приведенные рабочие
токи ВЭ прямой и обратной последовательности, А;
R1, Х1 - активное и индуктивное сопротивления об-
мотки статора, Ом; R`2, Х`2 - приведенные активное и
индуктивное сопротивления обмоток ВЭ, Ом; Rμ, Хμ -
22 Електротехніка і Електромеханіка. 2003. №4 ISBN 966-593-254-4
активное и индуктивное сопротивления намагничи-
вающего контура, Ом; 11 VVVs – скольжение,
где 11 2 fV – скорость бегущего магнитного поля
статора, м/с; τ – полюсное деление, м; V – скорость
вторичного элемента (бегуна), м/с.
Рис.1. Эквивалентная схема замещения ЛАД
Эквивалентная схема замещения (см. рис.1) имеет
три явно выраженных контура: с током намагничивания
ZUI 1 , (2)
где Źμ =Rμ+jXμ - полное сопротивление контура на-
магничивания, Ом;
с рабочим током прямой последовательности:
21121` ZUI , (3)
где )`(/` 211121
XXXjRSRRZ – полное
сопротивление рабочей ветви для симметричных
токов прямой последовательности, Ом;
с рабочим током обратной последовательности:
22122` ZUI , (4)
где )()12/(/` 1
2112122 XXjsRsRRZ
– пол-
ное сопротивление рабочей ветви для симметричных
токов обратной последовательности, Ом.
Тогда активная мощность, потребляемая ЛАД с
учетом выражений (3) и (4), будет соответствовать:
.
12
`
`
`
` 12
2
22
2
2
21
s
R
s
R
I
s
R
IPэкв (5)
Электромагнитное тяговое усилие, развиваемое
ЛАД с учетом выражения (5), описывается уравнением:
,
))12/(/`((/`
2
221
12
2
11
2
211
2
2
11
ZV
sRsRUm
ZV
sRUm
Fэка
(6)
где 2
21
2
21
2
21 )`()/`( XXXRsRRZ –
квадрат модуля полного сопротивления рабочей вет-
ви для симметричных токов прямой последователь-
ности; 2
21
2
21
2
22 )`())12(/`( XXsRsRRZ –
квадрат модуля полного сопротивления рабочей вет-
ви для симметричных токов обратной последователь-
ности; m1 – число фаз обмотки статора.
Первое слагаемое выражения (5) - это тяговая ха-
рактеристика ЛАД для симметричной системы токов
прямой последовательности, а второе - обратной. Из
анализа тяговой характеристики ЛАД следует, что ей
присущи "провалы" в области скольжения s = 0,5
(рис. 2), которые отрицательно сказываются на энер-
гетических параметрах ЛАД, снижая cosφ и КПД.
Рис.2. Семейство тяговых характеристик ЛАД
Теоретические исследования были подтверждены
экспериментально. Использовались два ЛАД со сле-
дующими энергетическими и конструктивными пара-
метрами: номинальное напряжение U1 = 380 В; частота
f1 = 50 Гц; номинальная мощность Pн = 3,1 кВт; cosφ =
0,6; КПД = 0,65; номинальное тяговое усилие Fн = 1090
Н; длина магнитопровода – 1.0 м; ширина магнитопро-
вода – 0,12 м; полюсное деление – 0.045 м; обмотка
трёхфазная однослойная; число пар полюсов – 10;
число пазов в магнитопроводе – 60. Магнитопровод
индуктора выполнен из листов электротехнической
стали толщиной 0,5 мм, секции ВЭ длиной 0,2 м, ши-
риной 0,04 м и высотой 0,12 м изготовлены из набран-
ных в пакет листов электротехнической стали. На ак-
тивной части секций ВЭ сделаны пазы, залитые алю-
миниевым сплавом. Полученная секция ВЭ представ-
ляет собой к. з. обмотку, имеющую 18 стержней нако-
ротко замкнутых между собой. Немагнитный зазор
между индуктором и ВЭ составляет 2 мм.
На рис. 2 представлено семейство тяговых харак-
теристик ЛАД. F*=F/Fн –тяговое усилие развиваемое
ЛАД в относительных единицах. 1 – характеристика
тягового усилия развиваемого ЛАД для симметричных
токов прямой последовательности; 2 – для обратной
последовательности; 3 – расчетная характеристика; 4 –
экспериментальная тяговая характеристика ЛАД .
Теоретические и экспериментальные исследова-
ния данного ЛАД показали, что токи ВЭ являются
явно несимметричными за счёт конструктивных осо-
бенностей двигателя; так несимметрия токов отрица-
тельно действует на энергетические параметры: КПД
составляет до 30%, коэффициент мощности - до 0,45,
а линейная скорость ВЭ снижается до 50% синхрон-
ной скорости бегущего магнитного поля статора.
Следовательно, для улучшения энергетических
параметров ЛАД целесообразно исключить разрывы
как электрической, так и магнитной цепей ВЭ, а так-
же увеличить число пар полюсов статора.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Насар С. А., Болдса И. Линейные тяговые электриче-
ские машины / Под ред. А. С. Курбасова. - М.: Транс-
порт, 1981. -176с.
[2] Ямамура С. Теория линейных асинхронных двигателей
/ Пер. С англ. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинград, отд -
ние, 1983. - 180с.
[3] Голенков Г. М. Несиметрія режимів роботи лінійних
асинхронних двигунів // Наука і техніка в міському
господарстві. Вип. 24. - Київ: Будівельник, 1973. - С.
13- 18.
Поступила 05.09.2003
|