Аналіз магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів
Выполнен расчет магнитного поля стартер-генератора постоянного тока с неявнополюсним статором для тепловозов в режиме работы без нагрузки на основе решения полевой задачи с использованием программы FEMM. Проведено розрахунок магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним стато...
Saved in:
| Published in: | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143404 |
| 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: | Аналіз магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів / А.Ю. Варванський // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 6. — С. 18-19. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859687223036739584 |
|---|---|
| author | Варванський, А.Ю. |
| author_facet | Варванський, А.Ю. |
| citation_txt | Аналіз магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів / А.Ю. Варванський // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 6. — С. 18-19. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Електротехніка і електромеханіка |
| description | Выполнен расчет магнитного поля стартер-генератора постоянного тока с неявнополюсним статором для тепловозов в режиме работы без нагрузки на основе решения полевой задачи с использованием программы FEMM.
Проведено розрахунок магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів в режимі роботи без навантаження на основі рішення польової задачі з використанням програми FEMM.
FEMM-based computation of magnetic field of a locomotive nonsalient-stator DC starter-generator is made for no-load operating mode on the basis of a field problem solution.
|
| first_indexed | 2025-11-30T23:09:44Z |
| format | Article |
| fulltext |
18 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №6
УДК 621.313
А.Ю. Варванський
АНАЛІЗ МАГНІТНОГО ПОЛЯ СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОРА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
З НЕЯВНОПОЛЮСНИМ СТАТОРОМ ДЛЯ ТЕПЛОВОЗІВ
Проведено розрахунок магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для
тепловозів в режимі роботи без навантаження на основі рішення польової задачі з використанням програми FEMM.
Выполнен расчет магнитного поля стартер-генератора постоянного тока с неявнополюсним статором для тепло-
возов в режиме работы без нагрузки на основе решения полевой задачи с использованием программы FEMM.
Сучасний етап розвитку електромашинобуду-
вання характеризується значним зростанням викорис-
тання активного об'єму машин. Для забезпечення на-
дійної роботи новостворюваних типів електричних
машин потрібно істотно підвищити точність розраху-
нків окремих елементів і машини в цілому. В резуль-
таті виникає необхідність обліку нових чинників, які
раніше або взагалі не бралися до уваги, або врахову-
валися дуже приблизно.
З розвитком чисельних методів і пакетів прикла-
дних програм, що використовуються для розрахунків
магнітних полів і дослідження електричних машин
(ЕМ) істотно полегшуються [1]. Розраховувачам за-
лишається адаптувати чисельні методи і прикладні
програми до визначення конкретних параметрів і ха-
рактеристик ЕМ. У зв'язку з цим метою даної роботи є
чисельний аналіз магнітного поля стартер-генератора
постійного струму з неявнополюсним статором в ре-
жимі роботи без навантаження виконаного методом
скінчених елементів (МСЕ).
Досліджується стартер-генератор постійного
струму з неявнополюсним статором з такими параме-
трами: потужністю Р2 = 65 кВт, 110 В, 591 А,
1050/3333 об/хв., збудження незалежне 100 В. Конс-
трукція стартер-генератора докладно наведена в [2].
Він має наступні основні параметри: довжина сталі
якоря, основних і додаткових полюсів l = 205 мм,
діаметр якоря 332,4 мм, число пазів якоря Za = 48,
кількість колекторних пластин k = 144, секції однови-
ткові, число активних провідників Na = 288. Кількість
полюсів і паралельних віток 2p = 2a = 6, повітряний
зазор = 1,3 мм. Залізо статора – з асинхронного дви-
гуна ВАО5П280L4, внутрішній діаметр Di = 340 мм,
зовнішній діаметр Dз = 520 мм.
Обмотка незалежного збудження виконана із 2р
концентричних котушкових груп, по дві котушки в
групі. Великі котушки з кроком у1 = 7 мають кількість
витків wk1 = 90, малі котушки з кроком у2 = 5 мають
кількість витків wk2 = 50 (рис. 1). Навантаження на
обмотку незалежного збудження модернізованого
стартер-генератора значно менше в порівняні з серій-
ним завдяки меншому повітряному зазору, а також
завдяки тому, що частина основного магнітного пото-
ку створюється спільною дією МРС обмотки якоря і
генераторної статорної обмотки.
Магнітне поле, як це і прийнято для класичних ти-
пів ЕМ, розглядається в поперечному перетині (рис. 1) і
описується відомим [3] диференціальним рівнянням:
JA )
)μ(
1(
B
, (1)
де А – векторний магнітний потенціал (ВМП); J – гус-
тина струму; B, μ – магнітна індукція і проникність.
Рис. 1. Поперечний перетин стартер-генератора
Область розрахунку (рис. 1) обмежується зовні-
шньою поверхнею осердя статора, де для векторного
магнітного потенціалу задана умова Дирихле [1]. Роз-
в'язання рівняння (1) у позначеній області проводить-
ся методом скінчених елементів [3] з використанням
програми FEMM [4]. Стартер-генератор графічно реа-
лізовано в програмі КОМПАС V11 та перенесено в
стандартний пакет FEMM, де додатково задана крива
намагнічування сталі 2212 і коефіцієнт заповнення
нею осердя, а також розподілені струми обмотки збу-
дження по пазах статора (рис. 1).
Струм збудження розрахований при проектуван-
ні iв = 17,2 А, в пазах якоря струм відсутній, так як
розглянуто режим роботи без навантаження.
При запуску програми FEMM будується сітка з
трикутною кінцевоелементною структурою: у нашому
випадку були 653882 елементи. Потім відбувається
розрахунок і виходить розподіл векторного магнітно-
го потенціалу (ВМП) по вузлах сітки.
Картина магнітного поля стартер-генератор у ре-
жимі роботи без навантаження наведена на рис. 2 у
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №6 19
вигляді ліній рівного ВМП (максимальне значення
ВМП складає 0,0598 Вб/м). Картина відображає реаль-
ний розподіл магнітного поля – на відміну від спроще-
ної його структури, що апріорі задається, відповідної
класичному методу розрахунку магнітного кола.
Рис. 2. Поперечний перетин стартер-генератора з картиною
магнітного поля обмотки збудження
Між сусідніми лініями поля на рис. 2 розміщу-
ється 5 % від повного потоку статора на полюсному
діленні. Детальніше картина поля на одному з полюс-
них ділень в зубцево-пазовій зоні представлена на
рис. 3, де між сусідніми силовими лініями розміщено
1 % від повного потоку статора.
Рис. 3. Картина магнітного поля в області зазору
на полюсному діленні
У результаті розрахунку магнітного поля можна
визначити цілий ряд параметрів ЕМ. Зокрема, легко
обчислюється магнітний потік, що проходить через
повітряний проміжок на полюсному діленні:
)-( ab AAl , (2)
де l – активна довжина; Аа, Аb – значення ВМП у точ-
ках а і b (рис. 3), віддалених один від одного на полю-
сне ділення.
Так, з проведеного розрахунку магнітного поля
магнітний потік, створений обмоткою збудження
Ф = 0,19210-2 Вб, що складає 50 % від основного маг-
нітного потоку створеного спільною дією МРС обмо-
тки якоря і генераторної статорної обмотки. Крім то-
го, після розрахунку магнітного поля визначені зна-
чення магнітної індукції в повітряному проміжку,
проведено розрахунок ЕРС в обмотці якоря. Результа-
ти розрахунків (МСЕ) у порівняні з результатами, що
зроблені в [2], та результатами, отриманими при ви-
пробуваннях макетного зразка стартер-генератора на
ПАТ "Електромашина" наведено у табл. 1.
Таблиця 1
Параметр (МСЕ) Спрошений
метод [2]
Результати
випробувань
Ф, Вб 210005,1
210975,0
2100029,1
В, Тл 0,9 0,85 0,87
Е, В 114 113 113,5
Таким чином, можна зробити висновок, що
спрощений метод не дає необхідну точність розраху-
нку електромагнітних параметрів стартер-генератора
з неявнополюсним статором. Потрібно вдосконалити
розробку методик розрахунку саме для цього класу
ЕМ, яка б враховувала багато режимність роботи ста-
ртер-генератора.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Милых В.И., Полякова Н.В. Определение электромаг-
нитных параметров электрических машин на основе чис-
ленных расчетов магнитных полей // Електротехніка і
електромеханіка. – 2006. – №2. – С. 40-46.
2. Лущик В.Д., Варванський А.Ю. Стартер-генератр по-
стійного струму з неявнополюсним статором // Електротех-
ніка і електромеханіка. – 2009. – №6. – С. 40-46.
3. Сильвестер П., Феррари Р. Метод конечных элементов
для радиоинженеров и инженеров электриков. Пер. с англ. –
М.: Мир, 1986. – 318 с.
4. Meeker D. Finite Element Method Magnetics. Version 4.0.
User’s Manual, January 26, 2004 //http://femm.berlios.de.
Надійшла 20.09.2010
Варванський Артем Юрійович
Донбаський державний технічний університет
кафедра "Електричні машини і апарати"
94204, Алчевськ, пр. Леніна, 16
тел. (050) 230-36-49, e-mail: Art_v_u@rambler.ru
A.Yu. Varvanskyi
Analysis of a locomotive nonsalient-stator DC
starter-generator magnetic field.
FEMM-based computation of magnetic field of a locomotive
nonsalient-stator DC starter-generator is made for no-load oper-
ating mode on the basis of a field problem solution.
Key words – locomotive DC starter-generator, nonsalient
stator, magnetic field, no-load operating mode, computation.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143404 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2074-272X |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-30T23:09:44Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Варванський, А.Ю. 2018-11-01T18:39:33Z 2018-11-01T18:39:33Z 2010 Аналіз магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів / А.Ю. Варванський // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 6. — С. 18-19. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143404 621.313 Выполнен расчет магнитного поля стартер-генератора постоянного тока с неявнополюсним статором для тепловозов в режиме работы без нагрузки на основе решения полевой задачи с использованием программы FEMM. Проведено розрахунок магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів в режимі роботи без навантаження на основі рішення польової задачі з використанням програми FEMM. FEMM-based computation of magnetic field of a locomotive nonsalient-stator DC starter-generator is made for no-load operating mode on the basis of a field problem solution. uk Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Аналіз магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів Analysis of a locomotive nonsalient-stator DC starter-generator magnetic field Article published earlier |
| spellingShingle | Аналіз магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів Варванський, А.Ю. Електричні машини та апарати |
| title | Аналіз магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів |
| title_alt | Analysis of a locomotive nonsalient-stator DC starter-generator magnetic field |
| title_full | Аналіз магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів |
| title_fullStr | Аналіз магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів |
| title_full_unstemmed | Аналіз магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів |
| title_short | Аналіз магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів |
| title_sort | аналіз магнітного поля стартер-генератора постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів |
| topic | Електричні машини та апарати |
| topic_facet | Електричні машини та апарати |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143404 |
| work_keys_str_mv | AT varvansʹkiiaû analízmagnítnogopolâstartergeneratorapostíinogostrumuzneâvnopolûsnimstatoromdlâteplovozív AT varvansʹkiiaû analysisofalocomotivenonsalientstatordcstartergeneratormagneticfield |