Аналитический метод оценки вибраций электромагнитного происхождения в семифазной машине переменного тока
В.М. Терешкин
Вестник ИГЭУ, 2019 г. выпуск 1, сс. 61—69
Скачать PDF
Состояние вопроса. При возрастании числа фаз двигателя уменьшается величина фазного тока и снижается уровень вибраций электромагнитного происхождения. Существуют работы, в которых приводится анализ спектра пространственно-временных гармоник результирующего тока четырехфазной, а также пятифазной и трехфазной обмоток. Вопрос влияния временных гармоник фазных токов симметричной семифазной обмотки на формирование пространственно-временных гармоник токов прямого и обратного следования не исследован. В связи с этим актуальным является выявление уникальных свойств семифазной обмотки, пространственно-временной спектр результирующего тока которой содержит только первую гармонику.
Материалы и методы. Расчет пространственно-временных гармоник результирующего тока семифазной обмотки по заданным временным гармоникам фазных токов произведен с использованием аналитического метода. Использованный аналитический подход является оригинальным и представляет собой развитие теории электрических машин. При исследовании предполагается, что воздушный зазор является равномерным. Рассмотрение вопроса при данном допущении позволяет выявить главные особенности поля в воздушном зазоре, формируемого семифазной обмоткой по сравнению с обмотками, имеющими иное количество фаз.
Результаты. Рассмотрена семифазная обмотка электрической машины, а именно ее способность формировать результирующий (пространственно-временной) ток синусоидальной формы, несмотря на наличие временных гармоник фазных токов. Установлено, что нечетные временные гармоники фазных токов симметричной семифазной обмотки протекают по фазам, но не формируют пространственно-временные гармоники прямого и обратного следования, что в принципе исключает один из факторов вибраций электромагнитного происхождения. Фазные токи седьмой временной гармоники симметричной семифазной обмотки не имеют относительного временного сдвига, что исключает сам факт возможности их протекания.
Выводы. Установлено в спектре результирующего пространственно-временного тока семифазной обмотки, формирующего намагничивающую силу и поток в зазоре, отсутствуют высшие гармоники. Указанное обстоятельство может благоприятно влиять на снижение уровня вибраций электромагнитного происхождения. Особый интерес свойства семифазной обмотки могут представлять при реализации электропривода с векторным управлением.
1. Chan C.C. The State of the Art of Electric, Hybrid and Fuel Cell Vehicles // Proc IEEE. – 2007. – Vol. 95, no. 4. – Р. 704–718.
2. Chan C.C., Bouscayrol A., Chen K. Electric, Hybrid, and Fuel-Cell Vehicles: Architectures and Modeling // IEEE Transact Vehicular Technol. – 2010. – Vol. 59, no. 2. Р. 589–598.
3. Global EV Outlook: Understanding the Electric Vehicle Landscape to 2020, Apr. 2013. Available at: http://www.iea.org/publications/globalevoutlook_2013.pdf.
4. Multiphase Induction Motor Drives – A Technology Status Review / E. Levi, R. Bojoi, F. Profumo et al. // IET Electric Power Applic. – 2007. – Vol. 1, no. 4. – Р. 489–516.
5. Dwari S., Parsa L. Fault–Tolerant Control of Five–Phase Permanent–Magnet Motors With Trapezoidal Back EMF // IEEE Transact Indust Electron. – 2011. – Vol. 58, no. 2. – P. 476–485.
6. Williamson S., Smith S. Pulsating Torque and Losses in Multiphase Induction Machines // IEEE Transact Indust Applic. – 2003. – Vol. 39, no. 4. – P. 986–993.
7. Duran Mario J., Barrero F.J., Toral S.L. Multi-Phase Space Vector Pulse Width Modulation: Applications and Strategies // Int. Conf. on Renewable Energies and Power Quality (RE&PQJ), Journal. – 2007. – № 5.
8. Multi-dimensional space vector pulse width modulation scheme for five-phase series-connected two-motor drives / Mario J. Duran, F.J. Barrero, S.L. Toral, E. Levi // IEEE Int. Elec. Machines and Drives Conf. (IEMDC), Antalya. – 2007.
9. Levi E. Multiphase electric machines for variable-speed applications // IEEE Trans. Industrial Electronics. – May 2008. – Vol. 55(5). – P. 1893–1909.
10. Dwari S., Parsa L. Fault–Tolerant Control of Five–Phase Permanent–Magnet Motors With Trapezoidal Back EMF // IEEE Transact Indust Electron. – 2011. – Vol. 58, no. 2. – P. 476–485.
11. Williamson S., Smith S. Pulsating Torque and Losses in Multiphase Induction Machines // IEEE Transact Indust Applic. – 2003. – Vol. 39, no. 4. – P. 986–993.
12. Vieri Xue. Center-Aligned SVPWM Realization for 3- Phase 3- Level Inverter, Application Report SPRABS6. – October, 2012.
13. Голубев А.Н., Игнатенко C.B. Влияние числа фаз статорной обмотки асинхронного двигателя на его виброшумовые характеристики // Электротехника. – 2000. – № 6. – С. 28–31.
14. Голубев А.Н., Игнатенко C.B. Многофазный асинхронный электропривод в аномальных режимах работы // Электротехника. – 2001. – № 10. – С. 17–22.
15. Бабаев М.Б., Голубев А.Н., Игнатенко C.B. Влияние числа фаз на пульсации момента и виброшумовые характеристики АД // II Междунар. конф. по электромеханике и электротехнологиям: тез. докл. в 2 ч. Ч. 2. – Крым, 1996. – С. 150–152.
16. Козярук А.Е., Рудаков В.В. Системы управления электроприводов. Прямое управление моментом в электроприводе переменного тока. – СПб.: СПГГИ(НИУ), 2007. – 75 с.
17. Козярук А.Е. Прямое управление моментом в электроприводе переменного тока машин и механизмов горного производства. – СПб.: СПГГИ(НИУ), 2008. – 99 с.
18. Усольцев A.A. Современный асинхронный электропривод оптико-механических комплексов. – СПб.: СПб НИУ ИТМО, 2011. – 164 c.
19. Вольдек А.И. Электрические машины. – Л.: Энергия, 1974.
20. Терешкин В.М. Определение гармонического состава результирующего тока 4-х фазной симметричной обмотки электрической машины // Вестник Московского авиационного института. – 2018. – Т. 25, № 3. – С. 212–219.
21. Терешкин В.М. Теоретическое обоснование возможности снижения вибраций электромагнитного происхождения в пятифазной машине переменного тока по сравнению с трехфазной машиной // Вестник Московского авиационного института. – 2018. – Т. 25, № 4. – С. 229–239.