Параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами
Приведен расчет и идентификация параметров явнополюсного вентильного двигателя с постоянными магнитами . Наведено розрахунок та ідентифікація параметрів явнополюсного вентильного двигуна з постійними магнітами. Calculation and identification of parameters of a brushless DC motor with permanent magne...
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/123456789/143143 |
| 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: | Параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами / И.Н. Радимов, М.В. Гулый, В.В. Рымша, Чан Тхи Тху Хыонг // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 6. — С. 40-43. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143143 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Радимов, И.Н. Гулый, М.В. Рымша, В.В. Чан Тхи Тху Хыонг 2018-10-24T17:21:57Z 2018-10-24T17:21:57Z 2008 Параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами / И.Н. Радимов, М.В. Гулый, В.В. Рымша, Чан Тхи Тху Хыонг // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 6. — С. 40-43. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143143 621.313.13 Приведен расчет и идентификация параметров явнополюсного вентильного двигателя с постоянными магнитами . Наведено розрахунок та ідентифікація параметрів явнополюсного вентильного двигуна з постійними магнітами. Calculation and identification of parameters of a brushless DC motor with permanent magnets are presented. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами Parameters of a brushless DC motor with permanent magnets Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами |
| spellingShingle |
Параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами Радимов, И.Н. Гулый, М.В. Рымша, В.В. Чан Тхи Тху Хыонг Електричні машини та апарати |
| title_short |
Параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами |
| title_full |
Параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами |
| title_fullStr |
Параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами |
| title_full_unstemmed |
Параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами |
| title_sort |
параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами |
| author |
Радимов, И.Н. Гулый, М.В. Рымша, В.В. Чан Тхи Тху Хыонг |
| author_facet |
Радимов, И.Н. Гулый, М.В. Рымша, В.В. Чан Тхи Тху Хыонг |
| topic |
Електричні машини та апарати |
| topic_facet |
Електричні машини та апарати |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Електротехніка і електромеханіка |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Parameters of a brushless DC motor with permanent magnets |
| description |
Приведен расчет и идентификация параметров явнополюсного вентильного двигателя с постоянными магнитами .
Наведено розрахунок та ідентифікація параметрів явнополюсного вентильного двигуна з постійними магнітами.
Calculation and identification of parameters of a brushless DC motor with permanent magnets are presented.
|
| issn |
2074-272X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143143 |
| citation_txt |
Параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами / И.Н. Радимов, М.В. Гулый, В.В. Рымша, Чан Тхи Тху Хыонг // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 6. — С. 40-43. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT radimovin parametryventilʹnogodvigatelâspostoânnymimagnitami AT gulyimv parametryventilʹnogodvigatelâspostoânnymimagnitami AT rymšavv parametryventilʹnogodvigatelâspostoânnymimagnitami AT čanthithuhyong parametryventilʹnogodvigatelâspostoânnymimagnitami AT radimovin parametersofabrushlessdcmotorwithpermanentmagnets AT gulyimv parametersofabrushlessdcmotorwithpermanentmagnets AT rymšavv parametersofabrushlessdcmotorwithpermanentmagnets AT čanthithuhyong parametersofabrushlessdcmotorwithpermanentmagnets |
| first_indexed |
2025-11-27T05:49:58Z |
| last_indexed |
2025-11-27T05:49:58Z |
| _version_ |
1850803358941577216 |
| fulltext |
40 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6
УДК 621.313.13
ПАРАМЕТРЫ ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Радимов И.Н., к.т.н., доц., Гулый М.В.
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
Одесский национальный политехнический университет
Украина, 65044, Одесса, пр. Шевченко, 1, ИЭЭ, кафедра электрических машин
тел. (048) 738-58-55, E-mail: rimsha61@gmail.com, office@zelnk.com
Наведено розрахунок та ідентифікація параметрів явнополюсного вентильного двигуна з постійними магнітами.
Приведен расчет и идентификация параметров явнополюсного вентильного двигателя с постоянными магнитами .
Заводом "Электротехника" в настоящее время
осваивается выпуск вентильных двигателей с посто-
янными магнитами (ВДПМ) и мотор-редукторов, по-
строенных на базе ВДПМ, для медицинской техники,
сварочного оборудования, насосных систем, спецтех-
ники и т.д. [1].
Во всех выпускаемых ВДПМ принята единая
идеология конструктивного исполнения, а именно:
статор выполняется явнополюсным с малым числом
полюсов (зубцов), обмотка статора – катушечная с
шагом y =1, ротор содержит постоянные магниты
марки NdFeB. Один из возможных вариантов конст-
рукции трехфазного ВДПМ с числом зубцов статора
SZ =6 и числом полюсов ротора p2 =8 представлен
на рис. 1.
Рис. 1. Поперечное сечение ВДПМ
Несмотря на явнополюсную конструкцию стато-
ра с малым числом зубцов и числом пазов на полюс и
фазу 41=q , как фазные, так и линейные ЭДС в
ВДПМ с оптимальными геометрическими соотноше-
ниями зубцевой зоны, минимизирующими величину
реактивного момента, получаются синусоидальной
формы. Это иллюстрируется рис. 2, где приведены
экспериментальные зависимости линейной и фазной
ЭДС в функции времени )(tfe = , записанные с по-
мощью цифрового осциллографа марки GDS-840S.
а)
б)
Рис. 2. Линейная (а) и фазная (б) ЭДС обмотки статора
Представленные на рис. 2 зависимости получены
для ВДПМ, данные которого приведены в табл. 1.
Таблица 1
Внешний диаметр, мм 57
Внутренний диаметр статора, мм 29
Длина активной части, мм 15
Воздушный зазор, мм 0,65
Высота магнита, мм 2,2
Число витков катушки обмотки статора 44
Схема соединения обмотки Y
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6 41
Линейная ЭДС (рис. 2,а) снималась на зажимах
обмотки статора при вращении ротора со скоростью
ω =200 1
с
− , а фазная ЭДС (рис. 2,б) определялась с
помощью пробной обмотки с числом витков N = 11
при вращении ротора со скоростью ω =110 1
с
− .
Из представленных осциллограмм следует, что,
вследствие синусоидальности ЭДС, ВДПМ данной
конструкции имеет широкие возможности примене-
ния как в простых электроприводах со 120-градусной
коммутацией транзисторных ключей, так и в преци-
зионных электроприводах с векторным управлением.
Для анализа динамических и квазиустановивши-
ся режимов работы такого двигателя используется
система уравнений, записанная в координатных осях
(d;q) [2]:
,
)];([
2
3
;
;
СЭ
Э
МM
dt
d
J
LLiiipM
iL
dt
di
Liru
iL
dt
di
Liru
qdqdmq
mdd
q
qqSq
qq
d
ddSd
−=ω
−+Ψ=
Ψω+ω++=
ω−+=
Σ
(1)
где Sr - активное сопротивление обмотки статора;
qd LL , - продольная и поперечная индуктивности;
mΨ - максимальное потокосцепление обмотки статора
с потоком ротора; ω - скорость вращения ротора;
ЭM - электромагнитный момент; ΣJ - суммарный мо-
мент инерции; СM - момент сопротивления.
Для решения системы уравнений (1) необходимо
знать индуктивности qd LL , и потокосцепление mΨ ,
которые могут быть получены в результате решения
полевой задачи. Полевая модель является достаточно
точной для этих целей, т.к. позволяет учесть реаль-
ную геометрию ВДПМ, насыщение стали, характери-
стики постоянных магнитов. Для нахождения индук-
тивностей qd LL , были проведены полевые расчеты
для двух положений ротора при МДС катушки обмот-
ки статора Fs=0 A и Fs=66 A. При этом две фазы об-
мотки статора включались последовательно, т.е. из
шести катушек задействованы четыре.
На рис. 2 показано распределение магнитного поля
при ориентации ротора по оси d. Сопоставление распре-
деления векторного магнитного потенциала на рис. 2,а
(Fs=0 A) и рис. 2,б (Fs=66 A) показывает, что реакция
якоря является намагничивающей, о чем свидетельству-
ет увеличение числа магнитных силовых линий.
Максимальное потокосцепление mΨ обмотки
статора с потоком ротора:
Вб0124.010)047.7048.7(442
)(2
5
21 00
=⋅+⋅⋅=
=+⋅⋅=Ψ
−
== sFsF
ФФnkm
, (2)
где kn - число витков катушки обмотки статора,
01 =sF
Ф ,
02 =sF
Ф - магнитные потоки через зубцы статора
(см. рис. 2) при МДС катушки обмотки статора Fs=0 A.
а)
б)
Рис. 2. Магнитное поле ВДПМ по оси d
при Fs=0 (а) и Fs=66 А (б)
Индуктивность dL по продольной оси по дан-
ным полевого расчета определяется следующим обра-
зом:
,
)(2
066066 2211
2
S
k
d F
ФФФФn
L sFsFsFsF ====
−+−⋅⋅
= (3)
где
661 =sF
Ф ,
662 =sF
Ф - магнитные потоки при Fs=66 A.
На рис. 3 показано распределение магнитного
поля при ориентации ротора по оси q. По отношению
к оси d ротор смещен против часовой стрелки на ме-
ханический угол 22,5° (90 эл. град.).
42 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6
а)
б)
Рис. 3. Магнитное поле ВДПМ по оси q
при Fs=0 (а) и Fs=66 А (б)
Индуктивность qL по поперечной оси по дан-
ным полевого расчета определяется следующим обра-
зом:
,
)(2
066066 2211
2
S
k
q F
ФФФФn
L sFsFsFsF ====
−+−⋅⋅
= (4)
где
01 =sF
Ф ,
02 =sF
Ф - магнитные потоки (см. рис. 3)
при МДС катушки обмотки статора Fs=0 A,
661 =sF
Ф ,
662 =sF
Ф - магнитные потоки при Fs=66 A.
Результаты определения магнитных потоков и
результаты расчета индуктивностей по (3) и (4) све-
дены в табл. 2.
Таблица 2
01 =sF
Ф
02 =sF
Ф
661 =sF
Ф
662 =sF
Ф L
Вб*10-5
Вб*10-5 Вб*10-5 Вб*10-5 мГн
Ось d 7.048 7.047 8.459 8.458 1.656
Ось q -4.084 4.092 -2.736 5.433 1.578
Данные табл. 2 подтверждают известный факт о
том, что у двигателей с постоянными магнитами ин-
дуктивности по осям d и q мало отличаются [3]. В
данном случае их отличие не превышает 5%.
Для идентификации значения индуктивности
обмотки статора qdS LLL ≈≈ был проведен экспери-
мент на установке, схема которой представлена на
рис. 4.
Рис. 4.
В данной схеме при подаче однополярного пита-
ния +U осуществляется импульсное регулирование
тока, проходящего через две последовательно вклю-
ченные фазы статора (Аx, By). Ротор ВДПМ при этом
автоматически ориентируется по оси d. Амплитуда
изменения тока составляет Δi, измерение тока выпол-
няется резистором Rизм.
При включении транзистора VT уравнение элек-
трического равновесия для цепи [+U – Ax – yB – Rизм
– VT – общий провод]:
,1
11
dt
di
LiRU S+⋅= (5)
где 1R - активное сопротивление контура прохожде-
ния тока 1i , t - время. В данном режиме работы схе-
мы 01 >
dt
di
.
При выключении транзистора VT уравнение
электрического равновесия для цепи [ Ax – yB – Rизм
– диод VD]:
,0 2
22 dt
di
LiR S+⋅= (6)
где 2R - активное сопротивление контура прохожде-
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6 43
ния тока 2i . В этом режиме 02 <
dt
di
.
График изменения тока двигателя в функции
времени, построенный по результатам эксперимента,
приведен на рис. 5.
Рис. 5. График изменения тока ВДПМ
Из уравнений (5), (6) могут быть получены сред-
ние значения токов 1I и 2I за интервалы времени
1tΔ и 2tΔ в квазиустановившемся режиме регулиро-
вания тока:
1
1
1
1 R
t
i
LU
I
S Δ
Δ−
= ,
2
2
2
2 R
t
i
L
I
S Δ
Δ−
= . (7)
Исходя из того, что iii Δ=Δ−=Δ 21 , 21 II = и
считая, что 21 RR ≈ индуктивность статора определя-
ется так:
21
21
tt
tt
i
U
LS Δ+Δ
Δ⋅Δ⋅
Δ
= . (8)
По экспериментальным данным U = 24,1 В,
=Δi 0,43 А, 1tΔ = 32 мкс, 2tΔ = 228 мкс. Тогда индук-
тивность по (8) SL = 1,572 мГн, что близко к расчет-
ному значению, полученному исходя из решения по-
левой задачи. Здесь же отметим, что полевая задача
решалась в плоской постановке, при которой вклад
лобовых частей обмотки статора в общую индуктив-
ность не учитывается. Однако, ввиду того, что в рас-
сматриваемой конструкции ВДПМ с явновыражен-
ными полюсами вылет лобовых частей мал, результат
расчета индуктивности в плоской постановке полевой
задачи получается достаточно корректным.
Для дополнительной проверки правильности
идентификации индуктивности обмотки статора и
ввода в расчет условия 21 RR ≈ по уравнениям (7)
определим значения активных сопротивлений конту-
ров прохождения токов 1i и 2i . В эксперименте при
регулировании ток обмотки статора изменялся в пре-
делах от 1,14 А до 1,57 А, т.е. его среднее значение
составило I = 1,355 А.
Тогда по (7) сопротивление 1R = 2,19 Ом, сопро-
тивление 2R =2,2 Ом. В то же время собственное со-
противление обмотки статора при температуре 20 °С
составляет 1,57 Ом, а сопротивление токоизмеритель-
ного резистора в схеме по рис. 4 Rизм = 0,2 Ом. Учи-
тывая сопротивление полупроводниковых приборов
VT и VD, можно сделать вывод о достаточно хоро-
шем соответствии расчетных значений сопротивлений
1R и 2R реальным значениям сопротивлений этих
контуров.
На рис. 6 представлена расчетная механическая
характеристика исследуемого в данной работе ВДПМ,
полученная на основе решения системы уравнений (1)
с учетом изложенной выше методики определения
индуктивностей обмотки статора по осям qd LL , и
потокосцепления mΨ . Также на рис. 6 представлена
экспериментальная механическая характеристика
ВДПМ. Сопоставление расчетной и эксперименталь-
ной механических характеристик позволяет сделать
заключение о том, что решение полевой задачи в
двухмерной постановке дает возможность с достаточ-
ной точностью определить все необходимые данные
для расчета динамических режимов электропривода с
явнополюсным ВДПМ.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Расчет
Эксперимент
ω,c-1
M,Нм
Рис. 6. Механические характеристики ВДПМ
ЛИТЕРАТУРА
[1] Калюжный А.Н., Рымша В.В. Вентильные электродви-
гатели и электроприводы производства николаевского
завода "Электротехника" // Рынок электротехники. –
2007. № 4(8). – С. 90.
[2] Столов Л.А., Афанасьев А.Ю. Моментные двигатели
постоянного тока. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 224 с.
[3] Косулин В.Д., Михайлов Г.Б., Омельченко В.В., Путни-
ков В.В. Вентильные электродвигатели малой мощности
для промышленных роботов. – Л.: Энергоатомиздат,
Ленингр. Отд-ние, 1988. – 184 с.
Поступила 03.04.2008
|