Распределение магнитной индукции в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне
Описан разработанный стенд для испытания линейных электродвигателей и приведены измеренные характеристики магнитного поля в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне. Выполнен расчет численным методом конечных элементов по программе FEMM магнитной индукции в заз...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143250 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Распределение магнитной индукции в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне / Г.М. Голенков, А.В. Веремеенко, М.В. Богаенко, В.С. Попков // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 6. — С. 18-20. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143250 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Голенков, Г.М. Веремеенко, А.В. Богаенко, М.В. Попков, В.С. 2018-10-27T14:11:42Z 2018-10-27T14:11:42Z 2009 Распределение магнитной индукции в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне / Г.М. Голенков, А.В. Веремеенко, М.В. Богаенко, В.С. Попков // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 6. — С. 18-20. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143250 621.316 Описан разработанный стенд для испытания линейных электродвигателей и приведены измеренные характеристики магнитного поля в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне. Выполнен расчет численным методом конечных элементов по программе FEMM магнитной индукции в зазоре этого двигателя и показано хорошее согласие с результатами эксперимента . Розроблено стенд для випробування лінійних двигунів та приведено характеристики магнітного поля в зазорі коаксиально-лінійного асинхронного двигуна з фазною обмоткою на бігуні. Проведено розрахунок чисельним методом кінцевих елементів за програмою FEMM магнітної індукції в зазорі цього двигуна та одержано задовільне узгодження з результатами експерименту. The paper describes a test bench developed for linear motors and presents magnetic field characteristics measures in the gap of a coaxial linear induction motor with a phase winding on the runner. Numerical FEMM-based computation of magnetic induction the motor gap is made, good correlation with experimental results shown. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Распределение магнитной индукции в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне Magnetic induction distribution in the gap of a coaxial linear induction motor with a phase winding on the runner Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Распределение магнитной индукции в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне |
| spellingShingle |
Распределение магнитной индукции в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне Голенков, Г.М. Веремеенко, А.В. Богаенко, М.В. Попков, В.С. Електричні машини та апарати |
| title_short |
Распределение магнитной индукции в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне |
| title_full |
Распределение магнитной индукции в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне |
| title_fullStr |
Распределение магнитной индукции в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне |
| title_full_unstemmed |
Распределение магнитной индукции в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне |
| title_sort |
распределение магнитной индукции в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне |
| 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. |
| topic |
Електричні машини та апарати |
| topic_facet |
Електричні машини та апарати |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Електротехніка і електромеханіка |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Magnetic induction distribution in the gap of a coaxial linear induction motor with a phase winding on the runner |
| description |
Описан разработанный стенд для испытания линейных электродвигателей и приведены измеренные характеристики магнитного поля в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне. Выполнен расчет численным методом конечных элементов по программе FEMM магнитной индукции в зазоре этого двигателя и показано хорошее согласие с результатами эксперимента .
Розроблено стенд для випробування лінійних двигунів та приведено характеристики магнітного поля в зазорі коаксиально-лінійного асинхронного двигуна з фазною обмоткою на бігуні. Проведено розрахунок чисельним методом кінцевих елементів за програмою FEMM магнітної індукції в зазорі цього двигуна та одержано задовільне узгодження з результатами експерименту.
The paper describes a test bench developed for linear motors and presents magnetic field characteristics measures in the gap of a coaxial linear induction motor with a phase winding on the runner. Numerical FEMM-based computation of magnetic induction the motor gap is made, good correlation with experimental results shown.
|
| issn |
2074-272X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143250 |
| citation_txt |
Распределение магнитной индукции в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне / Г.М. Голенков, А.В. Веремеенко, М.В. Богаенко, В.С. Попков // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 6. — С. 18-20. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT golenkovgm raspredeleniemagnitnoiindukciivzazorekoaksialʹnolineinogoasinhronnogodvigatelâsfaznoiobmotkoinabegune AT veremeenkoav raspredeleniemagnitnoiindukciivzazorekoaksialʹnolineinogoasinhronnogodvigatelâsfaznoiobmotkoinabegune AT bogaenkomv raspredeleniemagnitnoiindukciivzazorekoaksialʹnolineinogoasinhronnogodvigatelâsfaznoiobmotkoinabegune AT popkovvs raspredeleniemagnitnoiindukciivzazorekoaksialʹnolineinogoasinhronnogodvigatelâsfaznoiobmotkoinabegune AT golenkovgm magneticinductiondistributioninthegapofacoaxiallinearinductionmotorwithaphasewindingontherunner AT veremeenkoav magneticinductiondistributioninthegapofacoaxiallinearinductionmotorwithaphasewindingontherunner AT bogaenkomv magneticinductiondistributioninthegapofacoaxiallinearinductionmotorwithaphasewindingontherunner AT popkovvs magneticinductiondistributioninthegapofacoaxiallinearinductionmotorwithaphasewindingontherunner |
| first_indexed |
2025-11-25T22:54:43Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:54:43Z |
| _version_ |
1850576263299727360 |
| fulltext |
18 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6
УДК 621.316
Г.М. Голенков, А.В. Веремеенко, Н.В. Богаенко, В.С. Попков
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В ЗАЗОРЕ
КОАКСИАЛЬНО-ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНОЙ
ОБМОТКОЙ НА БЕГУНЕ
Описан разработанный стенд для испытания линейных электродвигателей и приведены измеренные характеристики
магнитного поля в зазоре коаксиально-линейного асинхронного двигателя с фазной обмоткой на бегуне. Выполнен
расчет численным методом конечных элементов по программе FEMM магнитной индукции в зазоре этого двигателя
и показано хорошее согласие с результатами эксперимента .
Розроблено стенд для випробування лінійних двигунів та приведено характеристики магнітного поля в зазорі коакси-
ально-лінійного асинхронного двигуна з фазною обмоткою на бігуні. Проведено розрахунок чисельним методом кінце-
вих елементів за програмою FEMM магнітної індукції в зазорі цього двигуна та одержано задовільне узгодження з ре-
зультатами експерименту.
Введение. Применение коаксиально-линейного
асинхронного электродвигателя (ЛАД) для привода
рабочего органа строительных машин возвратно-
поступательного движения, например, толкателей,
разъединителей, ударных механизмов и т.д.
[1,2,3,4,8], является актуальной задачей.
В настоящее время широко используется ЛАД с
короткозамкнутой обмоткой на бегуне [4]. Как из-
вестно, такого типа двигатели не позволяют увели-
чить пусковое тяговое усилие, а также уменьшить
пусковой ток при номинальном напряжении.
Исследуемый линейный асинхронный двигатель
с фазной обмоткой на бегуне изображен на рис. 1, где
1 - статор ЛАД, 2 - магнитопровод статора, 3 - обмот-
ка статора, 4 - магнитопровод бегуна, 5 - обмотка бе-
гуна, уложенная в паз.
Рис. 1. Схематическое изображение ЛАД с фазной
обмоткой на бегуне
Существующие в настоящее время методы и
стенды для исследования недостаточно эффективны
при снятии экспериментальных величин, например,
магнитной индукции в зазоре, а также электромеха-
нических характеристик двигателя [4,7,8].
Наряду с методами экспериментального иссле-
дования электромеханических характеристик и пара-
метров электрической машины, в последнее время все
более широко применяется численный метод конеч-
ных элементов [5]. Этот метод может быть использо-
ван и для расчета магнитной индукции в зазоре ЛАД с
фазной обмоткой на бегуне.
Целью данной работы является анализ распреде-
ления магнитной индукции в зазоре ЛАД с фазной
обмоткой на бегуне методом конечных элементов на
программе FEMM, а также разработка методики экс-
периментального исследования магнитного поля в за-
зоре ЛАД.
Для испытания линейного асинхронного двига-
теля был разработан экспериментальный стенд (рис.
2). Стенд включает: 1 - линейный асинхронный дви-
гатель, 2 - милливольтметр (МВ) В3-57, персональ-
ный компьютер (ПК) и принтер (Пр), 3 - электропри-
вод (М) подвижной рамки с индуктивным датчиком
(ИД).
Рис. 2. Стенд для испытания линейного асинхронного
электродвигателя с фазной обмоткой на бегуне
Расчетное и экспериментальное исследование
ЛАД. Исследуемый линейный асинхронный двига-
тель имеет следующие характеристики и конструк-
тивные параметры: номинальная мощность
Р2=1500 Вт; подводимое напряжение Uф=127 В; час-
тота сети f=50 Гц; пусковой ток Iп=10 А; электромаг-
нитное тяговое усилие Fэм=300 Н; масса статора
m1=19,2 кг; масса бегуна m2=13,6 кг; немагнитный за-
зор δ=2,5 мм; число витков фазы статорной обмотки
W1=80; сечение проводника ∆Sст=1,12 мм2; схема со-
единения катушек обмотки статора соответствует
AZZBXXCYY. Число витков фазной обмотки бегуна
W2=200; сечение проводника ∆Sфч=0,69 мм2; а схема
соединения фазных обмоток бегуна – звезда abcxyz.
Одной из основных величин, определяющих тя-
говое усилие ЛАД, является величина магнитной ин-
дукции Вδ в воздушном зазоре между статором и бе-
гуном. Для расчета магнитной индукции в работе ис-
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6 19
пользовался численный метод конечных элементов,
реализованный в программе FEMM [5].
Задача по расчету магнитного поля в зазоре ЛАД
решалась в цилиндрической системе координат в
плоскости roz , для векторного магнитного потенциала
A& , имеющего единственную ϕ – компоненту [6].
Из системы дифференциальных уравнений Мак-
свелла для квазистационарного магнитного поля в
комплексном виде
JH && =rot , B&& ω−= jErot ,
0=B&div , 0=J&div (1)
и уравнения состояния для магнитного материала, за-
писанного в виде
( )HB && Beffμ= , [ ]BEJ &&& ×+σ= ѓЛ , (2)
уравнение для векторного магнитного потенциала A& ,
AB && rot= при неподвижном бегуне ( v =0) имеет вид [9]
( ) ⋅
+ωσ−=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⋅
μ
× стрj
1
J&&& AArot
B
rot
eff
. (3)
Здесь E& – напряженность электрического поля,
В/м; H& – напряженность магнитного поля, А/м; B& –
магнитная индукция, Тл; стрJ& – плотность тока в об-
мотке статора и бегуна, А/мм2 (определялась по изме-
ренным значения тока); )(Beffμ – эффективная маг-
нитная проницаемость, зависящая от B , Г/м; j –
мнимая единица; ω – угловая частота, рад/с; σ –
удельная электрическая проводимость массивных
элементов двигателя, См/м.
На рис. 4, б показана расчетная кривая распреде-
ления магнитной индукции в зазоре между статором и
бегуном исследуемого ЛАД.
Для подтверждения расчетных значений магнит-
ной индукции было проведено экспериментальное ис-
следование на стенде = см. рис. 2, блок-схема которо-
го показана на рис. 3. На этой блок-схеме обозначены:
линейный асинхронный двигатель 1; электропривод
(М) подвижной рамки 3 с индуктивным датчиком
(ИД); автотрансформатор (АТр); комплект измери-
тельных приборов К-51; милливольтметр (МВ) В3-57;
персональный компьютер (ПК) и принтер (Пр), а так-
же автоматические выключатели QF1, QF2, QF3.
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 тех-
нологической последовательности проведения испы-
тания ЛАД.
Индуктивный датчик (ИД) (см. рис.3) закреплен
на текстолитовой ленте подвижной рамки 3. Датчик
ИД имеет Wим=10 витков, уложенных в виде квадрат-
ной катушки размером ∆Sид=10х10мм2.
Концы индуктивного датчика ИД подключены к
милливольтметру В3-57 и персональному компьютеру
ПК.
Рис. 3. Блок-схема электрическая стенда для
испытания ЛАД
При измерении распределения магнитной ин-
дукции в воздушном зазоре двигателя датчик ИД не-
прерывно перемещался в этом зазоре с помощью при-
вода М подвижной рамки. Исследования ЛАД прово-
дились в режиме короткого замыкания, т.е. при за-
торможенном бегуне. Датчик ИД был протарирован
согласно [9], а также с применением некоторых реко-
мендаций из [10,11] по определению магнитной ин-
дукции.
Известно [10], что действующее значение ЭДС в
индуктивном датчике ИД может быть определено из
выражения
maxид1ид
Ф44,4 WfE = , (4)
где 1f – частота сети, Гц;
ид
W – число витков индук-
тивного датчика ИД; maxФ –максимальное значение
магнитного потока, Вб. Отсюда, величина магнитного
потока maxФ будет равна
ид1
max 44.4
Ф
Wf
E= , (5)
а значение магнитной индукции δB равно
ид
maxФ
S
B
Δ
=δ , (6)
где
ид
SΔ – площадь катушки индуктивного датчика
ИД, м2.
При прохождении переменного тока по обмот-
кам статора возникает бегущее магнитное поле, кото-
рое своими силовыми линиями пересекает обмотку
индуктивного датчика ИД и наводит ЭДС
ид
E .
Величина этой ЭДС фиксируется на шкале мил-
ливольтметра В3-57. Полученные значения магнитной
индукции автоматически обрабатываются на персо-
нальном компьютере ПК, а их распечатка осуществ-
ляется на принтере Пр. Картина распределения маг-
нитной индукции Вδ вдоль зубцовой зоны Z статора
отображается на дисплее персонального компьютера.
20 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6
График распределения магнитной индукции
вдоль зубцовой зоны статора Вδ=f(Z), полученный
экспериментально, приведен на рис.4б.
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0 50 100 150 200 250
Z,мм
В,Тл Расчет
Эксперимент
Рис.4. Графики распределения магнитной индукции вдоль
зубцовой зоны статора Вδ=f(Z) – по результатам расчета и
эксперимента
По данным рис.4) можно заключить следующее:
среднеквадратичное расхождение экспериментальных
и расчетных значений магнитной индукции не пре-
вышает 15%; провалы на графиках Вδ=f(Z) обуслов-
лены зубцовой структурой магнитопровода статора и
бегуна ЛАД; в краевых зонах активной части магни-
топровода статора магнитное поле ослабевает из-за
разрыва магнитной цепи. Максимальное значение ин-
дукции в воздушном зазоре Вδ получено в средней зо-
не магнитопровода статора и составляет 0,07 Тл.
Выводы. Разработана методика расчета магнит-
ного поле в зазоре ЛАД с фазной обмоткой на бегуне
с использованием численного метода конечных эле-
ментов. Результаты проведенных расчетов хорошо
совпадают с экспериментальными данными - средне-
квадратичное расхождение не превышает 15%.
Разработан стенд и методика испытания линей-
ных асинхронных электродвигателей с фазной обмот-
кой на бегуне, позволяющие в автоматическом режиме
получать распределение магнитной индукции в зазоре
Вδ по длине статора, а также исследовать электромеха-
нические характеристики линейного двигателя.
Полученные результаты работы по исследованию
ЛАД с фазной обмоткой на бегуне могут быть исполь-
зованы для усовершенствования конструкции линейно-
го асинхронного двигателя и повышения эффективно-
сти его использования в качестве привода возвратно –
поступательного движения, в частности, в строитель-
ных машинах и механизмах ударного действия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент на корисну модель № 23757 Богаєнко Е.М.,
Богаєнко М.В., Веремієнко А.В., Голенков Г.М., Поп-
ков 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. Электро-
магнитный молот для забивки свай. Опубл. В БИ №7 1998.
4. Веселовский О.Н. Линейные асинхронные двигатели.
М. Энергоатомиздат, 1991. 256с.
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 двигате-
лей. Л. Энергоатомиздат, 1983. 180 с
8. Патент на корисну модель № 29884 Богаєнко Е.М.,
Богаєнко М.В., Веремієнко А.В., Голенков Г.М., Поп-
ков В.С., Стенд для випробування лінійних електродвигу-
нів. Україна. Опубл. від 25. 01. 2008.
9. Шимони К. Теоретическая электротехника. Мир, 1964.
774 с.
10. Терлецкий Я.П., Рыбаков Ю.П., Электродинамика;
Учебное пособие для студентов физико-специализирован-
ных университетов. 2-е изд. М.; Высшая школа, 1990.– 352с.
11. 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. 648с.
12. 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 29.09.2009
Голенков Геннадий Михайлович, к.т.н., доцент,
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
"Промэлектрооборудование"
Украина, 03179, Киев, ул. Ирпенская, 63а/125
тел. (044) 459-52-42
G.M. Golenkov, A.V. Veremeenko, M.V. Bogaenko, V.S. Popkov
Magnetic induction distribution in the gap of a coaxial linear
induction motor with a phase winding on the runner
The paper describes a test bench developed for linear motors
and presents magnetic field characteristics measures in the gap
of a coaxial linear induction motor with a phase winding on the
runner. Numerical FEMM-based computation of magnetic in-
duction the motor gap is made, good correlation with experi-
mental results shown.
Key words – test bench, coaxial linear induction motor,
magnetic induction distribution, FEMM-based computation
|