Геометрические соотношения в вентильном двигателе с постоянными магнитами
Выполнена минимизация реактивного момента вентильного двигателя с постоянными магнитами путем выбора рациональных геометрических соотношений его активной зоны. Виконано мінімізацію реактивного моменту вентильного двигуна з постійними магнітами шляхом вибору раціональних геометричних співвідношень йо...
Saved in:
| Published in: | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143103 |
| 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: | Геометрические соотношения в вентильном двигателе с постоянными магнитами / И.Н. Радимов, В.В. Рымша, Чан Тхи Тху Хыонг, З.П. Процина // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 5. — С. 26-28. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860095781021679616 |
|---|---|
| author | Радимов, И.Н. Рымша, В.В. Чан Тхи Тху Хыонг Процина, З.П. |
| author_facet | Радимов, И.Н. Рымша, В.В. Чан Тхи Тху Хыонг Процина, З.П. |
| citation_txt | Геометрические соотношения в вентильном двигателе с постоянными магнитами / И.Н. Радимов, В.В. Рымша, Чан Тхи Тху Хыонг, З.П. Процина // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 5. — С. 26-28. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Електротехніка і електромеханіка |
| description | Выполнена минимизация реактивного момента вентильного двигателя с постоянными магнитами путем выбора рациональных геометрических соотношений его активной зоны.
Виконано мінімізацію реактивного моменту вентильного двигуна з постійними магнітами шляхом вибору раціональних геометричних співвідношень його активної зони.
Minimization of the cogging torque in a brushless DC motor through choice of rational geometrical proportions of its active zone is described.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:25:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
26 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №5
УДК 621.313.13
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ В ВЕНТИЛЬНОМ ДВИГАТЕЛЕ
С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Радимов И.Н., к.т.н., доц.
ООО "Завод "Электротехника"
Украина, 54028, Николаев, ул. Новозаводская, 19
тел. (048) 738-58-55, E-mail: office@zelnk.com
Рымша В.В., д.т.н., проф., Чан Тхи Тху Хыонг, Процина З.П.
Одесский национальный политехнический университет
Украина, 65044, Одесса, пр. Шевченко, 1, ИЭЭ, кафедра электрических машин
тел. (048) 738-58-55, E-mail: office@zelnk.com
Виконано мінімізацію реактивного моменту вентильного двигуна з постійними магнітами шляхом вибору раціональ-
них геометричних співвідношень його активної зони.
Выполнена минимизация реактивного момента вентильного двигателя с постоянными магнитами путем выбора
рациональных геометрических соотношений его активной зоны.
Вентильные двигатели с постоянными магнитами
(ВДПМ) на сегодняшний день находят широкое при-
менение в системах автоматизации технологических
процессов [1, 4]. Это связано с доступностью высоко-
коэрцитивных постоянных магнитов (ПМ) и развитием
полупроводниковой техники. При серийном производ-
стве ВДПМ на первый план выходит упрощение тех-
нологии их изготовления и, следовательно, снижение
себестоимости производства. Одним из возможных
вариантов решения данной проблемы является приме-
нение в ВДПМ явнополюсного статора с сосредото-
ченными катушками его обмотки (рис. 1).
Рис. 1. Поперечное сечение ВДПМ
Для примера (см. рис. 1) при числе зубцов (па-
зов) статора 61 =Z выполняется обмотка с числом
фаз 3=m . Число полюсов ротора 82 =p . При этом
соблюдается симметрия обмотки статора, имеющей
дробное число пазов на полюс и фазу:
4
1
38
6
2
1 =
⋅
=
⋅
=
mp
Zq .
Шаг обмотки по пазам: 1=y , т.е. катушки име-
ют минимальные по длине лобовые части.
В то же время явнополюсная структура статора
ВДПМ и связанная с этим неравномерность воздуш-
ного зазора приводит к возникновению реактивных
моментов как от действия МДС постоянных магни-
тов, так и от действия МДС реакции якоря. Наиболее
существенное влияние на свойства и характеристики
электроприводов с ВДПМ оказывает реактивный мо-
мент РM от действия МДС постоянных магнитов.
Существует несколько способов уменьшения отрица-
тельного влияния этого реактивного момента, а имен-
но: скос зубцов (пазов) статора, либо скос ПМ, нахо-
дящихся на роторе; сдвиг ПМ в несколько ступеней;
вырезы на поверхности полюсного башмака [3,5].
Указанные способы являются достаточно эффектив-
ным инструментом в борьбе с реактивным моментом.
Однако их применение ведет к усложнению техноло-
гии изготовления ВДПМ. В этой ситуации представ-
ляется целесообразным таким образом подобрать
геометрические соотношения активной зоны двигате-
ля, чтобы получить минимально возможный реактив-
ный момент при токе статора 0=SI и, тем самым,
избежать необходимости применения способов сни-
жения РM , ведущих к удорожанию ВДПМ.
Решение сформулированной задачи проведем для
двигателя с наружным диаметром статора 81 мм и
длиной пакета 45 мм. Материал постоянных магнитов
– NdFeB. Номинальный момент двигателя – 1 Нм.
В качестве исходных варьируемых геометриче-
ских размеров примем (рис. 2):
- длину воздушного зазора δ ;
- полюсную дугу магнита магα ;
- дугу шлица шлα .
Целевой функцией служит минимальная величи-
на амплитуды реактивного момента maxРM , т.е.
minmaxР ⇒M , определяемая по результатам расчета
магнитного поля ВДПМ методом конечных элементов
(рис. 3).
Для обзора области исследования пределы изме-
нения варьируемых переменных приняты следующи-
ми (табл. 1).
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №5 27
Рис. 2. Фрагмент поперечного сечения ВДПМ
а) б)
Рис. 3. Разбивка расчетной области на конечные
элементы (а) и распределение магнитного поля
для одного из расчетных вариантов (б)
Таблица 1
Пере-
менная
Размер-
ность
Минимальное
значение
Максимальное
значение
δ мм 0,7 1,6
магα град. 32 36
шлα град. 6 12
Первоначально, методом случайного поиска, был
определен ряд из 19 вариантов сочетания варьируе-
мых переменных, для которых проводился расчет за-
висимости )(Р Θ= fM при изменении угла поворота
ротора ВДПМ в пределах (Θ =0÷45) градусов с шагом
0,5 градуса. По результатам расчетов вычислялась
амплитуда maxРM .
Исходные данные и результаты расчетов величи-
ны maxРM сведены в табл. 2.
Как следует из представленных в табл. 2 данных,
лучшим вариантом является вариант № 19, для кото-
рого maxРM =0,0092 Нм.
Анализ полученных результатов показывает це-
лесообразность сужения области поиска в окрест-
ность значений δ =1,3 мм, магα =34 град., шлα =7
град., принадлежащих варианту № 19.
Исходя из этого, второй этап расчетных исследо-
ваний был проведен с применением методики рацио-
нального планирования эксперимента [2] при вариа-
ции переменных на 5 уровнях (табл. 3). Классическая
схема полного исследования влияния трех факторов,
каждый из которых может принимать пять различных
значений, требует расчета 53=125 различных вариан-
тов. В соответствии с [2] выбрана схема планирова-
ния, при которой надо исследовать только 25 вариан-
тов (табл. 4).
Таблица 2
№ вар. δ , мм магα ,
град.
шлα ,
град.
maxРM ,
Нм
1 0,7 35 9 0,218
2 1,3 35 12 0,029
3 1,5 34 7 0,016
4 1,3 33 10 0,057
5 1,4 33 11 0,069
6 0,7 35 8 0,22
7 1,1 34 11 0,029
8 0,7 32 11 0,155
9 1,6 36 7 0,037
10 1,3 34 8 0,011
11 1,1 35 8 0,075
12 1,6 35 10 0,011
13 0,9 35 6 0,136
14 1,6 33 6 0,027
15 1,5 34 11 0,037
16 1,1 32 10 0,11
17 1,2 34 10 0,021
18 1,3 32 11 0,11
19 1,3 34 7 0,0092
Таблица 3
Уровни факторов Переменная Размерность 1 2 3 4 5
δ мм 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4
магα град. 33 33,5 34 34,5 35
шлα град. 6 6,5 7 7,5 8
Результаты полевых расчетов – значения ампли-
туды реактивного момента maxРM - приведены в
столбце 5 табл. 4.
Из представленных в таблице 4 данных следует,
что лучшим вариантом является вариант № 17, для
которого maxРM = 0,0088 Нм при следующих геомет-
рических размерах: δ =1,25 мм, магα =34 град.,
шлα =8 град. Очевидно, что второй этап поиска не дал
существенного снижения величины maxРM . И на
первом, и на втором этапах отношение момента
maxРM к номинальному моменту в лучших вариантах
составляет менее 1%, что свидетельствует о нецеле-
сообразности проведения дальнейших поисковых ис-
следований с целью снижения величины maxРM .
Определенный интерес представляет оценка
влияния геометрических соотношений на форму и
амплитуду реактивного момента. Как показано в [5]
для снижения величины maxРM увеличивают частоту
изменения функции )(Р Θ= fM .
Для этого на полюсных наконечниках статора
выполняют различное количество вырезов прямо-
угольной или овальной формы. Такой путь приводит
к усложнению конструкции штампа для вырубки пла-
стин статора ВДПМ.
Покажем, что эффект увеличения частоты и сни-
жения величины maxРM наблюдается без усложнения
технологии производства.
28 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №5
Таблица 4
№ вар. δ , мм магα , град. шлα , град. maxРM , Нм
1 2 3 4 5
1 1,2 34,5 7 0,03718
2 1,25 33 7,5 0,03329
3 1,3 35 6 0,03999
4 1,35 33,5 8 0,02318
5 1,4 34 6,5 0,00934
6 1,2 33 6,5 0,02361
7 1,25 35 7 0,04700
8 1,3 33,5 7,5 0,01954
9 1,35 34 6 0,01118
10 1,4 34,5 8 0,01228
11 1,2 35 8 0,05241
12 1,25 33,5 6,5 0,01434
13 1,3 34 7 0,00922
14 1,35 34,5 7,5 0,01929
15 1,4 33 6 0,02435
16 1,2 33,5 6 0,01113
17 1,25 34 8 0,00879
18 1,3 34,5 6,5 0,02665
19 1,35 33 7 0,03144
20 1,4 35 7,5 0,03008
21 1,2 34 7,5 0,01569
22 1,25 34,5 6 0,03286
23 1,3 33 8 0,03958
24 1,35 35 6,5 0,03500
25 1,4 33,5 7 0,02058
Для этого рассмотрим изменение формы функ-
ции )(Р Θ= fM для трех вариантов из табл. 4: № 15
( δ =1,4 мм, магα =33 град., шлα = 6 град.), № 21
( δ =1,2 мм, магα =34 град., шлα = 7,5 град.), № 17
( δ =1,25 мм, магα =34 град., шлα = 8 град.) (рис. 4).
Наибольшая амплитуда реактивного момента на-
блюдается в варианте № 15, где величина первой (ос-
новной) гармоники составляет 93,8% от maxРM =
0,0244 Нм.
При переходе к варианту № 21 функция
)(Р Θ= fM имеет уже две весомые гармоники – пер-
вую и вторую (соответственно 45,5% и 51,8% от
maxРM =0,0157 Нм). В варианте № 17 амплитуда пер-
вой гармоники становится пренебрежимо малой, а
основной вклад вносят вторая и третья гармоники с
процентным отношением 54,6% и 41% к величине
maxРM =0,0088 Нм.
Сказанное выше проиллюстрировано на рис. 5,
где показана гистограмма амплитуд гармоник νРM ,
содержащихся в зависимости )(Р Θ= fM , от номера
гармоники ν для трех расчетных вариантов.
Рис. 4. Зависимости )(р Θ= fM
Рис. 5. Гармонический анализ зависимостей )(р θ= fM
Таким образом, варьируя геометрическими раз-
мерами активной зоны ВДПМ, можно получить
уменьшение периода изменения функции
)(Р Θ= fM и, соответственно, существенное сниже-
ние амплитуды реактивного момента.
На рис. 6 представлено семейство зависимостей
электромагнитного момента )(Θ= fM при различ-
ных значениях МДС обмотки статора SF , рассчи-
танных для сочетания геометрических размеров, со-
ответствующих варианту № 17. Из данных зависимо-
стей видно, что проведенная минимизация maxРM
позволила практически исключить влияние реактив-
ного момента на форму )(Θ= fM в рабочем диапа-
зоне тока статора SI .
Рис. 6. Зависимости )(θ= fM при var=SF
ЛИТЕРАТУРА
[1] Овчинников И.Е. Вентильные электрические двигатели
и привод на их основе. СПб.: КОРОНА-Век, 2007. –
336 с.
[2] Протодъяконов М.М., Тедер Р.И. Методика рациональ-
ного планирования экспериментов. – М.: Наука, 1970. –
76 с.
[3] Радимов И.Н., Рымша В.В., Гулый М.В., Процина З.П.,
Чан Тхи Тху Хыонг Разработка вентильных двигателей
с постоянными магнитами на базе штампа статора реак-
тивной машины // Электротехника и электромехника. –
2008. - № 1. – С. 41-43.
[4] Ткачук В. Електромеханотроніка: Підручник. – Львів:
Видавництво НУ "Львівська політехніка", 2006. – 440 с.
[5] Bolognani S., Bianchi N., Malesani L., Zigliotto M., Cer-
varo S. Brushless motor drives for ventilation // Department
of Electrical Engineering, University of Padova, Italy, 2003.
Поступила: 08.04.2008
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143103 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2074-272X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:25:40Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Радимов, И.Н. Рымша, В.В. Чан Тхи Тху Хыонг Процина, З.П. 2018-10-24T14:30:11Z 2018-10-24T14:30:11Z 2008 Геометрические соотношения в вентильном двигателе с постоянными магнитами / И.Н. Радимов, В.В. Рымша, Чан Тхи Тху Хыонг, З.П. Процина // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 5. — С. 26-28. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143103 621.313.13 Выполнена минимизация реактивного момента вентильного двигателя с постоянными магнитами путем выбора рациональных геометрических соотношений его активной зоны. Виконано мінімізацію реактивного моменту вентильного двигуна з постійними магнітами шляхом вибору раціональних геометричних співвідношень його активної зони. Minimization of the cogging torque in a brushless DC motor through choice of rational geometrical proportions of its active zone is described. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Геометрические соотношения в вентильном двигателе с постоянными магнитами Geometrical proportions in a brushless DC motor Article published earlier |
| spellingShingle | Геометрические соотношения в вентильном двигателе с постоянными магнитами Радимов, И.Н. Рымша, В.В. Чан Тхи Тху Хыонг Процина, З.П. Електричні машини та апарати |
| title | Геометрические соотношения в вентильном двигателе с постоянными магнитами |
| title_alt | Geometrical proportions in a brushless DC motor |
| title_full | Геометрические соотношения в вентильном двигателе с постоянными магнитами |
| title_fullStr | Геометрические соотношения в вентильном двигателе с постоянными магнитами |
| title_full_unstemmed | Геометрические соотношения в вентильном двигателе с постоянными магнитами |
| title_short | Геометрические соотношения в вентильном двигателе с постоянными магнитами |
| title_sort | геометрические соотношения в вентильном двигателе с постоянными магнитами |
| topic | Електричні машини та апарати |
| topic_facet | Електричні машини та апарати |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143103 |
| work_keys_str_mv | AT radimovin geometričeskiesootnošeniâvventilʹnomdvigatelespostoânnymimagnitami AT rymšavv geometričeskiesootnošeniâvventilʹnomdvigatelespostoânnymimagnitami AT čanthithuhyong geometričeskiesootnošeniâvventilʹnomdvigatelespostoânnymimagnitami AT procinazp geometričeskiesootnošeniâvventilʹnomdvigatelespostoânnymimagnitami AT radimovin geometricalproportionsinabrushlessdcmotor AT rymšavv geometricalproportionsinabrushlessdcmotor AT čanthithuhyong geometricalproportionsinabrushlessdcmotor AT procinazp geometricalproportionsinabrushlessdcmotor |