Русская версия English version

Оценка влияния несинусоидальности питающего напряжения на напряжения смятия зубцов асинхронных двигателей

Е.А. Шумилов, С.К. Гнутов, А.В. Тамьяров, Ю.Б. Казаков

Вестник ИГЭУ, 2017 г. выпуск 1, сс. 33—39

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса: Механические напряжения в зубцах электрических двигателей и их деформации вследствие действия электромагнитных сил не должны превышать допустимых значений. Существующие методики позволяют определять механические напряжения в зубцах и их деформации при синусоидальном питающем двигатель напряжении. Современные электротехнические установки часто используют системы частотного управления с несинусоидальным питающим напряжением от преобразователей частоты. Наличие высших временных гармоник напряжения вызывает дополнительный спектр электромагнитных сил в электродвигателе. В связи с этим необходима оценка влияния несинусоидальности питающего напряжения на напряжения смятия зубцов асинхронных двигателей.

Материалы и методы: Использована разработанная имитационная модель асинхронного частотно-регулируемого электропривода в среде Simulink пакета Matlab, применен метод разложения кривой напряжения на временные гармоники, использованы методы спектрального анализа токов и конечно-элементного моделирования электромагнитных полей, сил и изгибающих моментов, метод определения суммарных механических напряжений.

Результаты: Разработана методика оценки влияния несинусоидальности питающего напряжения на напряжения смятия зубцов асинхронных двигателей, которая учитывает форму несинусоидальности, в том числе в виде широтно-импульсной модуляции, зубчатость сердечников статора и ротора, электромагнитное состояние двигателя, спектр временных и пространственных гармоник электромагнитных сил. Оценены напряжения смятия зубцов статора асинхронного двигателя при синусоидальной форме питающего напряжения и при питании от преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией напряжения.

Выводы: Несинусоидальность питающего напряжения вызывает появление спектра временных гармоник напряжения, дополнительного спектра электромагнитных сил в электродвигателе, что изменяет напряжения смятия и деформацию зубцов. Разработанная методика позволяет проводить оценку влияния несинусоидальности питающего напряжения на напряжения смятия зубцов асинхронных двигателей. Применение преобразователей частоты с широтно-импульсной модуляцией для питания асинхронных двигателей, по сравнению с источником синусоидального напряжения, приводит к увеличению изгибающего момента и напряжения смятия зубцов статора до 10 %, по сравнению с синусоидальным питающим напряжением. Повышение несущей частоты широтно-импульсной модуляции снижает дополнительную деформацию зубцов асинхронных двигателей.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, несинусоидальное питающее напряжение, конечно-элементные модели, магнитное поле, электромагнитные усилия, изгибающие моменты, напряжения смятия зубцов.

Список литературы на русском языке: 
  1. Ананьев С.С., Голубев А.Н. Асинхронный электропривод с улучшенными виброшумовыми характеристиками // Электричество. – 2008. – № 8. – С. 52–56.
  2. Попов В.И., Тихонов С.И. Электромагнитные расчеты характеристик и магнитных шумов трехфазных 2р = 6, 8, 10-полюсных асинхронных двигателей серии RA на высоте оси вращения Н = 132 мм. – Нижний Новгород: ВГИПУ, 2006. – 28 с.
  3. Герман-Галкин С.Г. Школа MATLAB. Урок 7 // Силовая электроника. – 2008. – № 1. – С. 92–99.
  4. Казаков Ю.Б. Моделирование энергоэффективности работы асинхронных двигателей от преобразователя с широтно-импульсным модулированным напряжением // Труды VII Междунар. симпозиума «ЭЛМАШ-2009»: «Энергетика и электротехника. Проблемы и перспективы». – М.: МА «Интер-электромаш», сентябрь 2009. – Т. 1. – С. 131–136.
  5. Компьютерное моделирование внешних электромагнитных полей асинхронного частотно-регулируемого электродвигателя / Ю.Б. Казаков, Е.А. Шумилов, Д.О. Чуянов, С.М. Воронин // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. Ч.1. – Тольятти: Изд-во ТГУ, 2012. – С. 161–166.
  6. Шубов И.Г. Шум и вибрации электрических машин. – Л.: Энергоатомиздат, 1986.
  7. Романов М.Я. Сборник задач по деталям машин. – М.: Машиностроение, 1984. – 238 с.
  8. Геллер Б., Гамата В. Высшие гармоники в асинхронных машинах. – М.: Энергия, 1981. – 352 с.
  9. Зырянов В.М., Митрофанов Н.А., Соколовский Ю.Б. Анализ гармонического состава напряжения частотного электропривода // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2015. – № 1. – С. 154–159.
  10. Elcut – руководство пользователя. ООО «Тор». – СПб., 2015.
Ключевые слова на русском языке: 
асинхронный двигатель, несинусоидальное питающее напряжение, конечно-элементные модели, магнитное поле, электромагнитные усилия, изгибающие моменты, напряжения смятия зубцов
Ключевые слова на английском языке: 
asynchronous engine, non-sinusoidal supply voltage, finite-element models, magnetic field, electromagnetic efforts, bending moments, tooth buckling stresses
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2017.1.033-039
Количество скачиваний: 
22