Способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей

Наведено аналіз переваг і недоліків заходів щодо підвищення пускових характеристик асинхронних двигунів, призначених для приводу авіаційних агрегатів.

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автор:	Шарабан, Ю.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2007
Назва видання:	Електротехніка і електромеханіка
Теми:	Електричні машини та апарати
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142828
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей / Ю.В. Шарабан // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 1. — С. 45-48. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-142828
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1428282025-02-23T19:33:36Z Способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей Ways of improvement of starting characteristics of aviation asynchronous motors Шарабан, Ю.В. Електричні машини та апарати Наведено аналіз переваг і недоліків заходів щодо підвищення пускових характеристик асинхронних двигунів, призначених для приводу авіаційних агрегатів. Приведен анализ преимуществ и недостатков мероприятий по повышению пусковых характеристик асинхронных двигателей, предназначенных для привода авиационных агрегатов. Advantages and short-comings of ways of improving starting characteristics of asynchronous motors intended for aviation accessory drive are analyzed. 2007 Article Способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей / Ю.В. Шарабан // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 1. — С. 45-48. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142828 621.313 ru Електротехніка і електромеханіка application/pdf 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 Шарабан, Ю.В. Способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей Електротехніка і електромеханіка
description	Наведено аналіз переваг і недоліків заходів щодо підвищення пускових характеристик асинхронних двигунів, призначених для приводу авіаційних агрегатів.
format	Article
author	Шарабан, Ю.В.
author_facet	Шарабан, Ю.В.
author_sort	Шарабан, Ю.В.
title	Способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей
title_short	Способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей
title_full	Способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей
title_fullStr	Способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей
title_full_unstemmed	Способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей
title_sort	способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142828
citation_txt	Способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей / Ю.В. Шарабан // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 1. — С. 45-48. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT šarabanûv sposobypovyšeniâpuskovyhharakteristikaviacionnyhasinhronnyhdvigatelej AT šarabanûv waysofimprovementofstartingcharacteristicsofaviationasynchronousmotors
first_indexed	2025-11-24T16:07:54Z
last_indexed	2025-11-24T16:07:54Z
_version_	1849688561093181440
fulltext	Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №1 45 УДК 621.313 СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АВИАЦИОННЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Шарабан Ю.В. Государственное предприятие "Харьковское агрегатное конструкторское бюро" Украина, 61023, Харьков, ул. Сумская, 132, ГП "ХАКБ" тел. (057) 707-02-71, факс (057) 707-02-73, e-mail: khadb@ukr.net Наведено аналіз переваг і недоліків заходів щодо підвищення пускових характеристик асинхронних двигунів, призначе- них для приводу авіаційних агрегатів. Приведен анализ преимуществ и недостатков мероприятий по повышению пусковых характеристик асинхронных двигателей, предназначенных для привода авиационных агрегатов. Авиационные асинхронные двигатели питаются напряжением 115/200 В частотой 400 Гц от бортовой системы электроснабжения. При повышении частоты тока прямопропорционально увеличиваются индук- тивные сопротивления и при отсутствии скин- эффекта остаются неизменными активные сопротив- ления. При использовании раскроя магнитопроводов двигателей, работающих на частоте 50 Гц, прямопро- порционально частоте увеличивают номинальную мощность и обратнопропорционально частоте уменьшают число витков обмотки. Это приводит к тому, что активные и индуктивные сопротивления уменьшаются обратнопропорционально квадрату числа витков, но соотношение между активными и индуктивными сопротивлениями остается прежним, но уменьшенным по сравнению с его значением при частоте 50 Гц в 8 раз. Увеличение индуктивных со- противлений приводит к тому, что при одинаковом раскрое магнитопровода общепромышленного и авиационного асинхронного двигателя механическая характеристика последнего резко снижается и значе- ния кратностей моментов не соответствуют техниче- ским требованиям, предъявляемым к авиационным электродвигателям. Опыт проектирования и эксплуа- тации асинхронных двигателей для авиационных аг- регатов показывает, что такие двигатели должны иметь повышенные пусковые характеристики. Тре- буемые уровни кратностей моментов и пускового то- ка могут быть достигнуты при: 1) увеличении магнитного потока; 2) увеличении наружных диаметров статора и ро- тора и соответствующем уменьшении длины пакета магнитопровода, позволяющими нарастить высоту паза ротора и добиться увеличения активного и уменьшения индуктивного сопротивлений ротора в пусковом режиме за счет вытеснения тока и демпфи- рования магнитного потока рассеяния соответственно; 3) использовании конфигурации пазов, обеспе- чивающей усиление скин-эффекта и демпфирование магнитного потока рассеяния; 4) применении двойной клетки ротора; 5) использовании для клетки ротора материалов с повышенным удельным сопротивлением; 6) уменьшении сечения короткозамыкающего кольца. Возможно также применение той или иной сово- купности перечисленных мероприятий. Целью настоящей работы является анализ недос- татков и преимуществ некоторых мероприятий по обеспечению требуемых кратностей моментов и пус- кового тока, иллюстрированный конкретными вне- дренными конструкторскими решениями и разработка рекомендаций по проектированию авиационных асинхронных двигателей. Для экспериментального определения пусковых параметров были изготовлены глубокопазные двига- тели номинальной мощностью 8 кВт, предназначен- ные для привода насосной станции, с тремя конструк- тивными исполнениями короткозамкнутых роторов – с пакетом, шихтованным из листов электротехниче- ской стали 2411 толщиной 0,35 мм; с пакетом, со- стоящим из четырех пластин толщиной 9мм каждая из стали 10895; и со сплошным (массивным с пазами) пакетом из этой же стали. Стержни, выполненные из алюминия А5, были приварены к короткозамыкаю- щим кольцам. Форма паза статора и ротора приведена на рис. 1. В этом двигателе с глубокими трапецеи- дальными пазами в роторе используется явление вы- теснения тока в стержнях обмотки ротора, обуслов- ленное пазовыми потоками рассеяния. Результаты испытаний двигателей с данными роторами при но- минальной мощности Р2Н= 8 кВт приведены в табл. 1. Самым тяжелым режимом является запуск дви- гателя в составе насосной станции при температуре окружающей среды и рабочей жидкости в гидросис- теме минус 60°С. Двигатель со сплошным ротором запускается в составе насосной станции при темпера- туре минус 60°С, при этом время выхода станции на номинальный режим составляет 0,9 с. Двигатель с ротором, состоящим из четырех пластин, выводит насосную станцию, на номинальный режим за 1,2 с, а с шихтованным ротором – за 1,4 с при номинальном напряжении 115/200 В и частоте 400 Гц. При пуске двигателя со сплошным (массивным) ротором пусковой момент и пусковой ток увеличи- лись на 20%, но в то же время при нагрузке увеличи- лось скольжение и потребляемый ток по сравнению с двигателем, имеющим шихтованный ротор. Исследования [1] показывают, что при малых скольжениях и при одинаковых токовых нагрузках статорных обмоток такие двигатели развивают 46 Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №1 Таблица 1 Рис. 1. Форма паза статора и ротора вращающий момент, составляющий 70-80% вращаю- щего момента, развиваемого асинхронной машиной с шихтованным ротором; в то же время при больших скольжениях они могут развивать вращающий мо- мент, в несколько раз больший, чем у обычной асин- хронной машины. Такой двигатель может оказаться предпочти- тельным при больших скольжениях вследствие своей высокой добротности в условиях частых пусков и реверсов в различных механизмах. Для электрических машин с массивными рото- рами характерно повышенное значение добавочных потерь на поверхности ротора. Эти потери складыва- ются из ряда составляющих и оказывают влияние на снижение энергетических характеристик двигателей. Снижение добавочных потерь на поверхности массивного ротора может быть достигнуто за счет увеличения воздушного зазора, выполнения рифлений на поверхности ротора или установки в пазы статора магнитных клиньев. С целью проверки возможности повышения энергетических характеристик электродвигателя, ста- тор был подвергнут магнитокапсулированию ферро- магнитодиэлектрической массой ФМДМ, предназна- ченной для изготовления магнитных клиньев в пазах и проведены испытания двигателя с указанными ро- торами. Результаты испытаний двигателя до и после магнитокапсулирования статора приведены в табл. 2. Анализ приведенных данных свидетельствует о снижении добавочных потерь в электродвигателе, т.к. уменьшение потребляемой мощности в режиме холо- стого хода составляет для сплошного ротора 46,5%, для ротора из четырех пластин – 27%, для шихтован- ного ротора – 13%; потребляемого тока на 11,9%, 9% и 4,7% соответственно. КПД в номинальном режиме (8кВт) электродвигателя с ротором из четырех пла- стин увеличился на 3%, двух остальных практически не изменился. Добавочные потери, не связанные с образовани- ем полезного вращающего момента и представляю- щие собой сумму потерь от рабочей гармоники и вы- сокочастотных потерь от высших гармоник поля в воздушном зазоре, уменьшились. Таблица 2 Шихтованный ротор Ротор из четырех пластин Сплошной ротор Наименование параметра до после до после до после Ток холостого хода, IХХ, А 17,8 17 17,67 16,07 17,83 15,7 Потребляемая мощность, Р1ХХ, Вт 590 520 1300 950 1550 830 Режим холо- стого хода cosφХХ 0,096 0,088 0,21 0,17 0,25 0,15 Ток, IН, А 34 33,8 37,3 37,07 40,5 40,67 Потребляемая мощность, P1H, Вт 8700 8630 9900 9800 10100 10010 КПД 0,91 0,92 0,79 0,82 0,79 0,79 Режим номи- нальной мощ- ности (8 кВт) cosφН 0,74 0,74 0,78 0,77 0,71 0,71 Конструкция пакета ротора с пазами Шихтованный Наименование параметра Расчет Фактически Состоящий из четырех пластин Сплошной Ток холостого хода, А IХХ 14 18 16,6 18 Потребляемая мощность ХХ, Вт Р1ХХ 575 1130 1550 Коэффициент мощности ХХ cosφХХ 0,09 0,19 0,25 Номинальный ток, А IН 33,2 34 36,5 40,5 Потребляемая мощность при Р2Н, Вт P1H 8670 9750 10100 Номинальная частота вращения, об/мин n 11820 11680 11620 11670 Скольжение, % s 2,25 2,66 3,16 2,75 КПД η 0,91 0,91 0,81 0,79 Коэффициент мощности cosφн 0,79 0,74 0,76 0,71 Пусковой ток, А IП 125 122 142 147 Кратность пускового тока КIП 3,9 3,58 3,89 3,63 Пусковой момент, Н·м МП 8,77 8,7 9,75 11,2 Кратность пускового момента КМП 1,35 1,32 1,477 1,697 Максимальный момент, Н·м Ммакс 13,9 11,2 Кратность максимального момента KМмакс 2,1 1,7 Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №1 47 Применение магнитных клиньев для улучшения энергетических, механических и виброакустических характеристик машин переменного тока целесообраз- но при любой форме пазов статора [2]. Они снижают амплитуду зубцовых гармоник магнитной индукции в воздушном зазоре, добавочные потери и вибрации магнитного происхождения. Также были проведены испытания двигателя при мощности 8 кВт на шихтованном роторе с увеличен- ным воздушным зазором между ротором и статором. Результаты испытаний приведены в табл. 3. Таблица 3 Величина воздушного зазора, мм Изменение Наимено- вание па- раметра 0,25 0,3 +20% IХХ 18 19,4 +7,7% Р1ХХ 610 620 +1% IН 34 35,8 +5% P1H 8670 9200 +6% η 91 87 -4% МП 8,27 8,45 +2% IП 116 130 +12% КМП 1,25 1,28 +2% Увеличение воздушного зазора привело к незна- чительному увеличению пускового момента, но также и к ухудшению энергетических характеристик. Но из этого не следует, что увеличение воздуш- ного зазора нецелесообразно. На тех двигателях, где достаточно велики добавочные потери и где снижение добавочных потерь с увеличением воздушного зазора больше, чем их прирост в обмотке статора за счет увеличения реактивной составляющей тока, может наблюдаться увеличение КПД [3]. Кратности момен- тов возрастают в любом случае с увеличением воз- душного зазора, в особенности кратности минималь- ного момента. Статор двухклеточного двигателя не отличается от статора двигателя с трапецеидальным пазом (рис. 1), ротор имеет двойную беличью клетку. Форма паза ротора приведена на рис. 2. Верхняя клетка выполнена из латуни, нижняя из меди. Латунь имеет большее удельное сопротивление и меньшее сечение, чем медь, поэтому активное со- противление верхней, пусковой обмотки больше, чем нижней, рабочей обмотки. Принцип действия двухклеточного двигателя основан на том, что в первый момент пуска, когда частота тока в роторе примерно равна частоте тока в обмотке статора, верхняя клетка имеет меньшее ин- дуктивное и полное сопротивление и при большем активном сопротивлении по ней протекает больший ток, чем по нижней клетке, поэтому наибольший вращающий момент в основном развивает лишь верх- няя клетка. А по мере разгона и при достижении пол- ной скорости индуктивные сопротивления обеих кле- ток уменьшаются и токи в них определяются актив- ными сопротивлениями клеток. Верхняя и нижняя клетки могут иметь или одно общее короткозамыкающее кольцо или каждая из об- моток может замыкаться своим собственным кольцом. Рис. 2. Форма паза двухклеточного ротора Таблица 4 Конструкция короткозамыкающего кольца ротора Наименование параметра Расчет Общее кольцо (толщина 8мм) Раздельные кольца (толщина 8мм) Раздельные кольца (толщина 5мм) Раздельные кольца (толщина3мм) Iхх 14 19,92 19,42 21 20,46 Р1хх 725 725 725 725 cosϕхх 0,105 0,112 0,100 0,102 Iн 33,4 36 36,43 36,97 37,47 Р1н 9140 9020 9100 9190 n 11820 11640 11610 11530 11230 s 1,57 3 3,25 3,91 6,41 η 0,92 86,7 87,6 86,1 83,1 cosϕн 0,75 0,71 0,717 0,714 0,711 Iп 146 112,5 110 107,5 100 КIп 4,37 3,13 3,02 2,91 2,67 Мп 11,6 11,2 11 10,5 9,75 КМп 1,8 1,7 1,66 1,59 1,48 Таблица 5 Mп/Мн Мmax/Мн Мmin/Мн Iп/Iн Исполнение ротора Расчет Факт. Расчет Факт. Расчет Факт. Расчет Факт. Глубокопазный 1,35 1,32 1,8 1,7 0,84 1,2 3,9 3,58 Двухклеточный 1,8 1,7 2,1 2,2 1,16 1,6 4,37 3,125 48 Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №1 Сечение медной клетки в данном роторе выбрано таким образом, чтобы в номинальном режиме эквива- лентное сопротивление ротора было таким, как у ро- тора с алюминиевой клеткой. Были проведены испытания двигателей с общим для двух клеток короткозамыкающим кольцом на ро- торе, с разделенными кольцами и с кольцами умень- шенной толщины. Уменьшенная толщина колец более предпочтительна при производстве роторов, т.к. ме- сто соединения кольца со стержнями надежнее прова- ривается при их сварке. Результаты испытаний двигателя при мощности 8 кВт с двухклеточным ротором приведены в табл. 4. При запуске в составе насосной станции при температуре окружающей среды и рабочей жидкости минус 60°С двигатель с двухклеточным ротором и шихтованным магнитопроводом вышел на номиналь- ный режим и обеспечил нормальное функционирова- ние насоса, который при увеличенном моменте обес- печил номинальные параметры расхода и давления жидкости. Анализ приведенных данных свидетельствует о том, что наилучшие пусковые характеристики имеет двигатель с общим короткозамыкающим кольцом. Уменьшение сечения кольца или разделение колец в данной конструкции ротора не привело к увеличению пусковых характеристик. Соотношения между фактической кратностью пускового и максимального моментов и кратностью пускового тока для глубокопазных (с трапецеидаль- ными пазами) и двухклеточных двигателей, реально применяемых в авиационных агрегатах, полученные при испытаниях этих двигателей, приведены в табл. 5. Рис. 3. Механическая характеристика двигателя: 1 – двухклеточный ротор; 2 – глубокопазный ротор. Увеличение пускового момента двигателя с двухклеточным ротором по сравнению с глубокопаз- ным составляет 29%, механическая характеристика (рис. 3) смещается в сторону бóльших моментов. Сравнение результатов испытаний глубокопаз- ного и двухклеточного ротора на одном и том же дви- гателе (на одном статоре) показывает, что наилучшие пусковые характеристики имеет двигатель с двухкле- точным ротором. Поэтому, несмотря на то, что КПД такого двигателя несколько ниже, чем у глубокопаз- ного, с целью исключения затяжных пусков, обеспе- чения нормальной работы авиационных агрегатов во всем диапазоне рабочих нагрузок и температур пред- почтительно применение именно такого двигателя. Рис. 4. Электродвигатель ДА-8 Спроектированный и изготовленный, исходя из этих принципов, асинхронный двигатель ДА-8 с но- минальной мощностью 8 кВт (рис. 4) имеет полную массу 8,5 кг, т.е. удельную массу 1,06 кг/кВт и удель- ную мощность 0,94 кВт/кг. Масса активных частей (ротор и статор с обмоткой) составляет 5,7 кг, т.е. удельные показатели активных частей составляют соответственно 0,71 кг/кВт и 1,4 кВт/кг. Двигатель ДА-8 прошел весь цикл стендовых наземных испытаний и в настоящее время проходит летные испытания в составе насосной станции на бор- ту самолета АН-148. ЛИТЕРАТУРА [1] Куцевалов В.М. Асинхронные и синхронные машины с массивными роторами. –2-е изд. перераб. и доп.- М.: "Энергия", 1979. [2] Макаров Ф.К.. Электрические машины переменного тока с магнитными клиньями.– М.:Энергоиздат, 1981. [3] Бакумов Ю.В., Кожарин А.С., Финкельштейн В.Б. Рас- крой жестей маловиброактивных двигателей // Пробле- мы технической электродинамики. Вып. 39.-К.: "Науко- ва думка", 1973. Поступила 04.04.2006

Способы повышения пусковых характеристик авиационных асинхронных двигателей

Репозитарії

Схожі ресурси