Методы определения электромеханических характеристик линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне
Получены электромеханические тяговые характеристики линейного асинхронного двигателя (ЛАД) с токопроводящим слоем на бегуне, величины которые были рассчитаны численным методом конечных элементов по программе FEMM и подтверждены экспериментальным путем. Отримані електромеханічні тягові характеристики...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143201 |
| 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: | Методы определения электромеханических характеристик линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне / Г.М. Голенков, А.В. Веремеенко, М.В. Богаенко, В.С. Попков // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 3. — С. 17-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859717218286174208 |
|---|---|
| author | Голенков, Г.М. Веремеенко, А.В. Богаенко, М.В. Попков, В.С. |
| author_facet | Голенков, Г.М. Веремеенко, А.В. Богаенко, М.В. Попков, В.С. |
| citation_txt | Методы определения электромеханических характеристик линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне / Г.М. Голенков, А.В. Веремеенко, М.В. Богаенко, В.С. Попков // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 3. — С. 17-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Електротехніка і електромеханіка |
| description | Получены электромеханические тяговые характеристики линейного асинхронного двигателя (ЛАД) с токопроводящим слоем на бегуне, величины которые были рассчитаны численным методом конечных элементов по программе FEMM и подтверждены экспериментальным путем.
Отримані електромеханічні тягові характеристики лінійного асинхронного двигуна (ЛАД) зі струмопровідним шаром на бігуні, показники які були розраховані за допомогою чисельного методу кінцевих елементів за програмою FEMM та підтверджені експериментальнім шляхом.
Electromechanical propulsion performance characteristics of a linear asynchronous motor with conductive layer on the finger are obtained. Parameters of the propulsion performance characteristics are calculated via a numerical finite-element method with FEMM program and verified experimentally.
|
| first_indexed | 2025-12-01T08:13:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №3. 17
УДК 621.316
Г.М. Голенков, А.В. Веремеенко, М.В. Богаенко, В.С. Попков
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ТОКОПРОВОДЯЩИМ СЛОЕМ
НА БЕГУНЕ
Отримані електромеханічні тягові характеристики лінійного асинхронного двигуна (ЛАД) зі струмопровідним шаром
на бігуні, показники які були розраховані за допомогою чисельного методу кінцевих елементів за програмою FEMM та
підтверджені експериментальнім шляхом.
Получены электромеханические тяговые характеристики линейного асинхронного двигателя (ЛАД) с токопроводя-
щим слоем на бегуне, величины которые были рассчитаны численным методом конечных элементов по программе
FEMM и подтверждены экспериментальным путем.
ВВЕДЕНИЕ
Применение линейного асинхронного электро-
двигателя для привода рабочего органа, например,
манипуляторов, дозаторов, толкателей, разъедините-
лей, ударных механизмов и т.д. [1, 2, 3, 4], является
актуальной задачей.
В настоящее время для определения электромеха-
нических параметров электрических машин и их ха-
рактеристик широко применяется численный метод
конечных элементов [5]. Этот метод может быть ис-
пользован и для расчета электромеханических характе-
ристик линейного асинхронного электродвигателя [6].
Как правило, существующие стенды для испыта-
ния ЛАД [7] недостаточно эффективны и при снятии
экспериментальных параметров имеют значительную
погрешность в определенных электромеханических
характеристиках двигателя.
Таким образом, целью данной работы является
расчет электромеханических характеристик линейно-
го асинхронного двигателя с токопроводящим слоем
на бегуне методом конечных элементов, а также раз-
работка методики экспериментального исследования
ЛАД на автоматизированном испытательном стенде,
разработанном авторами данной работы [8].
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ЛАД
Автоматизированный стенд для испытания и
контроля электромеханических характеристик линей-
ного асинхронного электродвигателя с токопроводя-
щим слоем на бегуне изображен на рис. 1. На рис. 2
изображена блок-схема электрическая стенда для ав-
томатизированного контроля электромеханических
параметров ЛАД. Схематическое конструктивное
изображение ЛАД представлено на рис. 3.
Предложенный автоматизированный стенд для
испытания ЛАД (см. рис. 1) содержит: 1- линейный
асинхронный электродвигатель; 2 - контрольно-
измерительную аппаратуру; 3 - привод подвижной
рамки с датчиком (ИД).
Рис. 1. Автоматизированный стенд для испытания
линейного асинхронного электродвигателя
Рис. 2. Блок-схема электрическая стенда для испытания ЛАД
Блок-схема электрическая стенда для испытания
ЛАД (см. рис. 2) включает: линейный асинхронный
двигатель; электропривод (М) подвижной рамки 3 с
индуктивным датчиком (ИД); автотрансформатор
(АТр); комплект измерительных приборов К-51; мил-
ливольтметр (МВ) В3-57; персональный компьютер
(ПК) и принтер (Пр), а также автоматические выклю-
чатели QF1, QF2, и QF3.
Линейный асинхронный двигатель (см. рис. 3) со-
стоит из: магнитопровода статора 4 цилиндрической
формы с зубцовой структурой в виде разрезных шайб
5; статорной обмотки 6 в виде катушек; магнитопрово-
да бегуна 7 с токопроводящим слоем на бегуне 8.
Рис. 3. Конструктивное изображение ЛАД
Исследуемый коаксиально – линейный асин-
хронный двигатель имеет следующие электромехани-
ческие и конструктивные параметры: номинальная
мощность Р2= 1,5 кВт; подводимое напряжение
Uф=127 В; частота сети f=50 Гц; пусковой ток Iп=10 А;
электромагнитное тяговое усилие Fэм=300 Н; масса
статора m1=19,2 кг; масса бегуна m2=13,6 кг; немаг-
нитный зазор δ=2,5 мм; толщина токопроводящего
слоя бегуна ∆h=1,5 мм; число витков фазы статорной
18 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №3.
обмотки W1=80; сечение проводника ∆Sст=1,12 мм2;
схема соединений начала и концов обмоток статора
соответствует AZZBXXCYY.
Индуктивный датчик (ИД) закреплен на тексто-
литовой ленте подвижной рамки 3. Датчик ИД имеет
Wим=10 витков, уложенных в виде квадратной катуш-
ки размером ∆Sид=10×10 мм2.
Концы индуктивного датчика ИД подключены к
милливольтметру В3-57 и персональному компьютеру.
Определение магнитной индукции Вδ в воздуш-
ном зазоре между активной частью статора и бегуна
является одна из основных величин при расчете элек-
тромагнитного тягового усилия ЛАД.
При экспериментальном исследовании ЛАД с
целью получения значений магнитной индукции в
воздушном зазоре между зубцовой зоной магнито-
провода статора и активной частью бегуна с токопро-
водящим слоем датчик ИД автоматически перемеща-
ется в зазоре двигателя под воздействием привода М
подвижной рамки. Исследования ЛАД проводились в
режиме короткого замыкания, т. е. при заторможен-
ном бегуне. Датчик ИД протарирован согласно [9], а
также с применением некоторых положений из
[10, 11] по определению магнитной индукции.
Тогда действующее значение ЭДС в индуктив-
ном датчике ИД определяется из выражения:
Е=4,44f1WидФmax, (1)
где f1 – частота сети, Гц; Wид – число витков индук-
тивного датчика ИД; Фmax – максимальное значение
магнитного потока, Вб. Следовательно, магнитный
поток Фmax определяется по формуле:
Фmax=Е/4,44f1Wид, (2)
а значение магнитной индукции Вδ- по формуле:
Вδ=Фmax/∆Sид, (3)
где ∆Sид- площадь катушки индуктивного датчика ИД, м2.
Включение и отключение подачи электрической
энергии для питания ЛАД, привода М подвижной
рамки с датчиком ИД и контролирующей аппаратуры
осуществляется при помощи автоматических выклю-
чателей QF1, QF2 и QF3 при соответствующей техно-
логической последовательности проведения испыта-
ния ЛАД (см. рис. 2). При помощи автотрансформа-
тора АТр устанавливается выходное напряжение пи-
тания двигателя.
Магнитное поле статора наводит в обмотке дат-
чика ЭДС, действующее значение которой Е фикси-
руется на шкале милливольтметра В3 57. Полученные
значения параметров магнитной индукции автомати-
чески обрабатываются на персональном компьютере
ПК, а распечатка осуществляется на принтере Пр.
Картина распределения магнитной индукции Вδ вдоль
зубцовой зоны Z статора отражена на дисплее персо-
нального компьютера.
График распределения магнитной индукции
вдоль зубцовой зоны статора Вδ=f(Z), полученный
экспериментальным путем, изображен на рис. 4 а.
Для подтверждения значений полученной маг-
нитной индукции были проведены расчеты числен-
ным методом с помощью программы FEMM [5].
Задача решалась в цилиндрической системе [6]
координат в плоскости roz которая осесимметрична
для векторного потенциала A , имеющего единствен-
ную ϕ-компоненту.
Из дифференциальных уравнений Максвелла для
квазистационарного магнитного поля:
rot H = j, rot E=-∂B / ∂t,
div B = 0, div j=0 (4)
и уравнения состояния магнитного материала, запи-
санного в виде:
HB ⋅μ= )(B
еff , j = σ [E + v × B], (5)
получим уравнение для векторного магнитного потен-
циала A, при неподвижном бегуне v = 0 имеет вид [9]:
стр)rot
)(
1
rot( JAA +ωσ−=
μ
j
Beff
. (6)
Здесь Е – напряженность электрического поля,
В/м; H – напряженность магнитного поля, А/м; B –
магнитная индукция, Тл; Jстр– плотность тока в об-
мотке статора, А/мм2; μeff(B) – эффективная магнитная
проницаемость, зависящая от В, Г/м; j – плотность то-
ка, А/м2; j – мнимая единица; ω – угловая частота,
рад/с; σ– удельная электрическая проводимость токо-
проводящего слоя на бегуне (медь), См/м.
На рис. 4 б показан график распределения маг-
нитной индукции вдоль зубцовой зоны статора
Вδ=f(Z), полученного в результате расчетов на
программеFEMM.
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0 50 100 150 200 250
Z, мм
В,Тл
эксперимент (а)
расчет по программе FEMM (б)
Рис. 4. Графики распределения магнитной индукции вдоль
зубцовой зоны статора Вδ=f(Z): а) – экспериментальным
путем, б) – расчетным
Равномерный всплеск индукции на межфазных
зубцах указывает, что фазные зоны были одинаковыми.
Анализируя графики зависимости Вδ=f(Z) (см.
рис. 4), можно сделать следующие выводы: сходи-
мость экспериментальных и расчетных значений маг-
нитной индукции составляет 95÷96%; провалы на
графиках Вδ=f(Z) обусловлены зубцовой структурой
магнитопровода статора ЛАД; в краевых зонах актив-
ной части магнитопровода статора магнитное поле
ослабевает из-за разрыва магнитной цепи. Макси-
мальное значение индукции в воздушном зазоре Вδ
зафиксировано на участках зубцовой зоны магнито-
провода статора и составляет 0,11 Тл.
На рис. 5 показано распределение силовых ли-
ний модуля магнитной индукции |B| вдоль активной
части магнитопровода статора и бегуна ЛАД при
плотности тока в обмотке статора 5 А/мм2.
Здесь 1 - зубец магнитопровода статора ЛАД, 2 -
спинка магнитопровода, 3 - магнитопровод бегуна, 4 -
токопроводящий слой бегуна.
Из картины распределения магнитной индукции
(см. рис. 5) видно, что максимальное значение индук-
ции достигается в угловых зонах зубцов магнитопро-
вода статора и составляет 1,9 Тл.
При определении параметров тягового усилия,
развиваемого ЛАД, экспериментальным путем статор
двигателя был закреплен на станине стенда, а бегун
соединен через динамометр со спинкой данного стен-
да. Питание ЛАД осуществлялось по схеме, представ-
ленной на рис. 2. При питающем линейном напряже-
нии обмоток статора ЛАД U=127 В, плотность тока
j = 5 А/мм2, коэффициент заполнения паза Кп=0,35, а
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №3. 19
пусковое тяговое усилие двигателя FН=300 Н.
Рис. 5. Распределение модуля магнитной индукции |B| ЛАД
При расчетах электромагнитного тягового уси-
лия, развиваемого ЛАД, необходимо, кроме геомет-
рических параметров двигателя, учитывать соедине-
ние начала и концов катушек статорной обмотки в за-
висимости от толщины токопроводящего слоя бегуна
Fэм= f (∆h,f0).
Расчеты проводились согласно закону регулиро-
вания U/f=const [4, 10].
В данной работе электромагнитной силы ЛАД,
действующей на бегун, рассчитывались при помощи
программы FEMM на основании тензора натяжения
Максвелла T согласно следующему выражению [9]:
,
эм ∫=
S
dSnTF (7)
причем вычислялась осевая компонента силы. Здесь
n - единичный вектор внешней нормали к поверхно-
сти бегуна S, м2.
На рис. 6. изображено семейство расчетных
электромеханических характеристик ЛАД Fэм=f(∆h,f0).
То есть зависимость электромагнитного тягового уси-
лия Fэм, развиваемого двигателем, от толщины токо-
вого слоя ∆h при различных частотах питающей сети
f0, а также при различных соединениях начала и кон-
цов трехфазной обмотки статора ЛАД.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5
aabbcc 10
aabbcc 50
azbxcy 10
azbxcy 50
azzbxxcyy 10
azzbxxcyy 50
∆h,
Fэм,
Рис. 6. Семейство электромеханических характеристик
ЛАД Fэм=f(∆h,f0)
Из анализа графиков зависимости Fэм=f(∆h,f0)
(см. рис. 6) при различных соединениях начала и кон-
цов трехфазной обмотки статора ЛАД следует, что
наибольшее значение тягового усилия Fэм=325 Н име-
ет место при частоте питания тока обмоток статора
f = 10 Гц, толщине токового слоя бегуна ∆h = 1,2 мм и
схеме соединения начала и концов обмоток статора
AZZBXXCYY.
ВЫВОДЫ
Полученные результаты при расчете электроме-
ханических характеристик ЛАД с токопроводящим
слоем на бегуне методом конечных элементов позво-
лили с большой вероятностью приблизиться к экспе-
риментальным данным. Ошибка составляет 4÷5%.
Предложенный стенд и методика испытания ли-
нейных асинхронных электродвигателей с токопрово-
дящим слоем на бегуне позволяют автоматически фик-
сировать величины электромеханических характери-
стик, магнитную индукцию Вδ в воздушном зазоре.
Неравномерное распределение магнитной ин-
дукции в воздушном зазоре между активной частью
магнитопровода статора и бегуна связано с Г-
образным профилем полюсного концентратора (зуб-
ца) исследуемого двигателя.
Исследования электромеханических характери-
стик методом конечных элементов позволили опера-
тивно и с большой точностью рассчитать электроме-
ханические характеристики двигателя, которые близ-
ки к экспериментальным.
Полученные результаты по исследованию ЛАД с
токопроводящим слоем на бегуне дают основание для
дальнейшего развития и усовершенствования конст-
рукции линейного асинхронного двигателя и его па-
раметров с целью применения ЛАД в качестве приво-
да рабочих органов возвратно – поступательных уст-
ройств и, в частности, строительных машин и меха-
низмов ударного действия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент на корисну модель № 23757 Богаєнко Е.М.,
Богаєнко М.В., Веремієнко А.В., Голенков Г.М., Попков В.
С., Електродвигун зворотно-поступального руху. Україна
Опубл. від 11.06.2007.
2. Деклараційний патент на корисну модель заявка № а
2006 13644 Богаєнко Е.М., Богаєнко М.В., Веремієнко А.В.,
Голенков Г.М., Попков В.С., Електродвигун зворотно-
поступального руху. Україна Опубл. від 22.12.2006.
3. А.С. №137579 (СССР). Голенков Г.М. и др. Электромаг-
нитный молот для забивки свай. Опубл. В БИ №7 1998.
4. Веселовский О.Н. Линейные асинхронные двигатели. М.
Энергоатомиздат, 1991. 256 с.
5. http://femm.foster-miller.net
6. Голенков Г.М., Веремеенко А. В. Оптимизация пара-
метров линейного асинхронного двигателя с токопроводя-
щим слоем на бегуне методом конечных элемен-
тов."Электротехника и электромеханика". Науково – прак-
тичний журнал. Харків. НТУ "ХПІ" №5, 2007. - С. 9-12.
7. Ямамура С. Теория линейных асинхронных двигателей.
Л. Энергоатомиздат, 1983. 180 с.
8. Патент на корисну модель № 29884 Богаєнко Е.М.,
Богаєнко М.В., Веремієнко А.В., Голенков Г.М., Попков
В.С., Стенд для випробування лінійних електродвигунів.
Україна. Опубл. від 25.01.2008.
9. Шимони К. Теоретическая электротехника. Мир, 1964. 774 с.
10. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические ма-
шины. Ч.2 – Машины переменного тока. Учебник для сту-
дентов высших техн. учеб. заведений. Изд. 3-е перераб. Л.:
"Энергия", 1973. 648 с.
11. Гольдберг О.Д., Гурин Я. С., Свириденко И.С. Проекти-
рование электрических машин: Учебник для втузов. Под ре-
дакцией О.Д. Гольдберга. - М. Высшая школа, 1984. 432 с.
Поступила 24.10.2008
Голенков Геннадий Михайлович, к.т.н., доц.,
Веремеенко Андрей Владимирович,
Киевский национальный университет строительства
и архитектуры
Украина, 03037, Киев, пр. Воздухофлотский 31, КНУСА,
кафедра электротехники и электропривода
тел. (044) 241-55-65
Богаенко Николай Владимирович,
Попков Владимир Сергеевич
Научно-внедряющее предприятие
"Промелектрооборудование"
Украина, 03179, Киев, ул. Ирпенская, 63а/125
тел. (044) 459-52-42
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143201 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2074-272X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T08:13:05Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Голенков, Г.М. Веремеенко, А.В. Богаенко, М.В. Попков, В.С. 2018-10-26T17:39:17Z 2018-10-26T17:39:17Z 2009 Методы определения электромеханических характеристик линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне / Г.М. Голенков, А.В. Веремеенко, М.В. Богаенко, В.С. Попков // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 3. — С. 17-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143201 621.316 Получены электромеханические тяговые характеристики линейного асинхронного двигателя (ЛАД) с токопроводящим слоем на бегуне, величины которые были рассчитаны численным методом конечных элементов по программе FEMM и подтверждены экспериментальным путем. Отримані електромеханічні тягові характеристики лінійного асинхронного двигуна (ЛАД) зі струмопровідним шаром на бігуні, показники які були розраховані за допомогою чисельного методу кінцевих елементів за програмою FEMM та підтверджені експериментальнім шляхом. Electromechanical propulsion performance characteristics of a linear asynchronous motor with conductive layer on the finger are obtained. Parameters of the propulsion performance characteristics are calculated via a numerical finite-element method with FEMM program and verified experimentally. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Методы определения электромеханических характеристик линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне Techniques for electromechanical characteristics specification for a linear asynchronous motor with conductive layer on the finger Article published earlier |
| spellingShingle | Методы определения электромеханических характеристик линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне Голенков, Г.М. Веремеенко, А.В. Богаенко, М.В. Попков, В.С. Електричні машини та апарати |
| title | Методы определения электромеханических характеристик линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне |
| title_alt | Techniques for electromechanical characteristics specification for a linear asynchronous motor with conductive layer on the finger |
| title_full | Методы определения электромеханических характеристик линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне |
| title_fullStr | Методы определения электромеханических характеристик линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне |
| title_full_unstemmed | Методы определения электромеханических характеристик линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне |
| title_short | Методы определения электромеханических характеристик линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне |
| title_sort | методы определения электромеханических характеристик линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне |
| topic | Електричні машини та апарати |
| topic_facet | Електричні машини та апарати |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143201 |
| work_keys_str_mv | AT golenkovgm metodyopredeleniâélektromehaničeskihharakteristiklineinogoasinhronnogodvigatelâstokoprovodâŝimsloemnabegune AT veremeenkoav metodyopredeleniâélektromehaničeskihharakteristiklineinogoasinhronnogodvigatelâstokoprovodâŝimsloemnabegune AT bogaenkomv metodyopredeleniâélektromehaničeskihharakteristiklineinogoasinhronnogodvigatelâstokoprovodâŝimsloemnabegune AT popkovvs metodyopredeleniâélektromehaničeskihharakteristiklineinogoasinhronnogodvigatelâstokoprovodâŝimsloemnabegune AT golenkovgm techniquesforelectromechanicalcharacteristicsspecificationforalinearasynchronousmotorwithconductivelayeronthefinger AT veremeenkoav techniquesforelectromechanicalcharacteristicsspecificationforalinearasynchronousmotorwithconductivelayeronthefinger AT bogaenkomv techniquesforelectromechanicalcharacteristicsspecificationforalinearasynchronousmotorwithconductivelayeronthefinger AT popkovvs techniquesforelectromechanicalcharacteristicsspecificationforalinearasynchronousmotorwithconductivelayeronthefinger |