Изчисляване на характеристиките на синхронен трифазен двигател с многополюсен ротор при константа
Изчисляване на трифазен синхронен двигател с многополюсен ротор с постоянен магнит
1. Въведение
Появата на постоянни магнити с висока коерцитивност и по-специално на редкоземни магнити с високи стойности на магнитна енергия позволява в някои случаи да се отървете от намотките на ротора на електрическа машина, без да влошавате характеристиките му. Електрическа машина с ротор с постоянен магнит няма колектор и четки, което може значително да увеличи нейната надеждност и време на работа без поддръжка и ремонт. Една от конкретните задачи е проектирането на синхронни трифазни задвижващи двигатели с многополюсен ротор, които имат достатъчно висока стойност на въртящия момент на вала, което позволява да се използват директно като задвижване без скоростна кутия.
2. Дизайн на двигателя
Напречното сечение на двигателя е показано на фиг. 2.1.
Ориз. 2.1. Напречно сечение на синхронен трифазен двигател с 16-полюсен ротор с постоянен магнит.
Двигателят се състои от ротор и статор. Конструкцията на ротора включва стоманен цилиндър (външен диаметър 140 mm, дебелина на стената 10 mm), върху който са монтирани 16 постоянни магнита от състава неодим-желязо-бор (Ne-Fe-B, остатъчна индукция около 1,2 T, коерцитивна сила по отношение на намагнитването около 1000 kA/m) под формата на подковообразни сегменти с височина 10 mm с променлива посока на намагнитване . Външният диаметър на ротора е 160 mm. Височина на ротора 50 мм. Статорът е стоманен цилиндър (направен от листова електротехническа стомана) с 12 вътрешни гнезда, в които са поставени намотки (3 фази, 4 намотки, свързани последователно във всяка фаза). Вътрешният диаметър на статора е 162 mm. Външният диаметър на статора е 210 мм.Височина на статора 50 мм. Обороти на двигателя до 1000 об/мин. За управление на двигателя се използва трифазна последователност от импулси на напрежение с променлива полярност.
3. Изчисляване на магнитни характеристики
Изчисляването на магнитната индукция и други свързани параметри, по-специално статичният момент, може да се извърши чрез метода на крайните елементи [1 - 4]. На фиг. 3.1 показва разпределението на магнитното поле в магнитната система на двигателя, а роторът е в положение, при което посоката на тока в една от фазите е обърната. Плътността на тока във всяка намотка е 3 A/mm2. При коефициент на опаковане, равен на 0,6, плътността на тока в намотката ще бъде 5 A/mm2.
Ориз. 3.1. Разпределението на магнитното поле в магнитната система на двигателя в момента на превключване на посоката на тока в една от фазите. Плътността на тока във всяка намотка е 3 A/mm2.
Таблица 3.1. Зависимостта на статичния момент от ъгъла на въртене на ротора.