ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОЛЬЦЕВЫМИ ОБМОТКАМИ
DOI:
https://doi.org/10.14529/power220103Ключевые слова:
асинхронный двигатель, электромагнитный момент, схема замещения, индуктивные сопротивления, ANSYS MaxwellАннотация
Аннотация. Асинхронный двигатель с кольцевыми обмотками (АДКО) предназначен для переработки
ядерных отходов в условиях повышенной радиации и температуры. Для увеличения срока службы машины в
тяжелых рабочих условиях катушки обмотки статора АДКО покрываются керамической изоляцией, обладающей повышенной устойчивостью к радиации, но при этом данный тип изоляции обладает высокой хрупкостью,
что приводит к необходимости выполнять катушки обмотки статора концентрической формы, чтобы минимизировать угол сгиба катушки при изготовлении обмотки, в то время как обмотки статора классических машин
выполняются в форме «лодочки». Статор АДКО также имеет специфическую конструкцию, отличную от конструкции статора классического асинхронного двигателя, состоящую из зубцовых наконечников, расположенных вокруг оси вращения, и зубцовых сердечников, размещенных поверх зубцовых наконечников по спирали.
Первый опытный образец АДКО, изготовленный УрФУ совместно с ЗАО «Уралэлектромаш», выполнен на тех
же диаметрах, что и асинхронный двигатель классической конструкции мощностью Р = 2,2 кВт, с синхронной
скоростью вращения n = 1000 об/мин. Одной из задач на данном этапе разработки АДКО является проверка
возможности изготовления нового двигателя в тех же габаритах и с теми же параметрами, которые присущи серийному асинхронному двигателю серии АО2. Одним из способов оценки характеристик АДКО является определение параметров схемы замещения и электромагнитных моментов двигателя и сравнение полученных параметров с данными двигателя серии АО2. Принципиально новая конструкция якоря предполагает поиск новых
решений для определения параметров машины: индуктивных сопротивлений, электромагнитных моментов.
В статье рассматривается метод расчета параметров схемы замещения АДКО с помощью прикладного программного пакета ANSYS Maxwell в 3D-режиме. Для определения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора используется статический анализ модели с вынутым ротором; взаимное индуктивное сопротивление определяется как разность между полным индуктивным сопротивлением фазы обмотки статора и индуктивным сопротивлением рассеяния. В работе проводится анализ параметров схемы замещения с помощью характеристик холостого хода и короткого замыкания АДКО, полученных в ANSYS Maxwell. Расчет механической характеристики двигателя типа АДКО проводится двумя способами: с помощью аналитического метода
(АМ), предполагающего использование расчетных параметров схемы замещения, и методом конечных элементов (МКЭ). Использование МКЭ для расчета механической характеристики подразумевает анализ АДКО в динамическом режиме, что позволяет при заданной пользователем скорости вращения ротора определить электромагнитный момент. В заключение приводится сравнительный анализ параметров двигателя классического
исполнения серии АО2 и АДКО, выполненных в одном габарите, проводится оценка возможности выполнения
двигателя АДКО мощностью Р = 2,2 кВт в тех же габаритах, что и серийный двигатель АО2, даются рекомендации по дальнейшему улучшению конструкции двигателя типа АДКО.
Скачивания
Библиографические ссылки
High temperature nanocomposite insulation for high power density machines / W. Yin, R. Flanagan,
R. Zhao et al. Текст: электронный // 2016 IEEE International Conference on Dielectrics (ICD). Montpellier,
France, 2016. DOI: 10.1109/ICD.2016.7547620
Nanostructured-coated XPLE showing improved electrical properties: Partial discharge resistance and
space charge accumulation / D. Fabiani, G. Montanari, A. Cavallini et al. Текст: электронный // Proceedings of
International Conference on Electrical Insulating Materials (ISEIM). Kyoto, Japan, 2011. DOI:
1109/ISEIM.2011.6826265
Nanostructured hybrid sheets for electrotechnical high-power insulating applications: The sol-goal route /
L. Banet, G. Camino, J. Castellon et al. Текст: электронный // 2012 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP). Monreal, QC, Canada, 2012. DOI: 10.1109/ CEIDP.2012.6378931
Ильин А.Н. Полимерцемент как электроизоляционный материал для электротехнических систем //
Электротехнические системы и комплексы. 2015. № 1 (26). С. 25–27.
Нанооксидные материалы для повышения эксплуатационных характеристик машин переменного
тока / М.В. Баранов, А.Р. Бекетов, В.И. Денисенко и др. // Труды Свердловского научно-исследовательского института химического машиностроения. Серия: Оборудование для оснащения технологических
производств. 2012. Вып. 20 (84). С. 68–76.
Патент 2121207 Российская Федерация, МПК6 H02K 1/16. Якорь многофазной электрической машины /
А.Т. Пластун; заявитель А.Т. Пластун. № 96111144/09; заявл. 09.06.1996; опубл. 27.10.1998; Бюл. № 30. 10 с.
Патент 2684898 Российская Федерация, МПК6 H02K 1/16, Н02К 3/238. Якорь многофазной электрической машины / А.С. Бердичевский, А.Т. Пластун, О.В. Тихонова и др.; заявитель УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина. № 2018111892; заявл. 02.04.2018; опубл. 16.04.2019; Бюл. № 11. 38 с.
Optimal design of Axial-Flux Induction Motors based on an improved analytical model / S. Kahourzade,
A. Mahmoudi, E. Roshandel, Z. Cao. Текст: электронный // Energy. 2021. DOI: 10.1016/j.energy.2021.121552
Boughrara K., Dubas F., Ibtiouen R. 2-D analytical prediction of eddy currents, circuit model parameters,
and steady-state performances in solid rotor induction motors // IEEE Transactions on Magnetics. 2014. DOI:
1109/TMAG.2014.2342666
Hong C., Huang W., Hu Z. Design and analysis of a high-speed dual stator slotted solid-rotor axial-flux
induction motor // IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2019. P. 71–79. DOI:
1109/TTE.2018.2880301
Dianati B., Kahourzade S., Mahmoudi A. Analytical design of axial-flux induction motors // 2019 IEEE
Vehicle Power and Propulsion Conference. DOI: 10.1109/VPPC46532.2019.8952172
Eremochkin S., Dorokhov D. Analysis of Methods for Calculating Parameters of the Equivalent Circuit of
a Squirrel Cage Induction Motor // 2021 XVIII International Scientific Technical Conference Alternating Current
Electric Drives (ACED). 2021. DOI: 10.1109/ACED50605.2021.9462297
Efficient Approach Based on Equivalent Electric Circuit Model to Determine Rotor Bar Currents of Squirrel Cage Induction Machines / J. Marault, A. Tounzi, F. Gillon, M. Hecquet. Текст: электронный // IEEE Transactions on Magnetics. 2021. DOI: 10.1109/TMAG.2020.3011612
Simulation Calculation of Loss of Induction Traction Motor / N. Duan, X. Ma, S. Lu, S. Wang // Lecture
Notes in Electrical Engineering. 2020. P. 599–606. DOI: 10.1007/978-981-33-6609-1_54
An Analytical-Numerical Approach to Model and Analyse Squirrel Cage Induction Motors / A. Marfoli,
L. Papini, P. Bolognesi, C. Gerada // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2021. P. 421–430. DOI:
1109/TEC.2020.3007385
Analytical Calculations of Magnetic Fields Induced by MMF Spatial Harmonics in Multiphase Cage Rotor Induction Motors / H. Chen, J. Zhang, J. Zhao et al. // IEEE Transactions on Magnetics. 2021. DOI:
1109/TMAG.2021.3103643
Vassent E., Meunier G., Foggia A. Simulation of induction machines using complex magnetodynamic
finite element method coupled with the circuit equations // IEEE Transactions on Magnetics. 1991. P. 4246–4249.
DOI: 10.1109/20.105039
Проектирование электрических машин: учеб. для вузов / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; под ред. И.П. Копылова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Юрайт, 2011. 767 с. ISBN
-5-9916-0904-3.
Вольдек А.И. Электрические машины: учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений. 2-е изд.,
перераб. и доп. Л.: Энергия, 1974. 840 с.
Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: учеб. для вузов: в 2 т. 2-е изд., перераб. и доп.
М.: МЭИ, 2006. Т. 2. 652 с. ISBN 5-903072-52-6.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
