Материал: Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники. Инженерные идеи XXI века. Шелякин В.П., Пархомен Г.А

УДК 621.313

И.В. Беляев, С.А. Белозоров, Т.Е. Черных

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ДРОБНОГО ЧИСЛА ПАЗОВ НА ПОЛЮС И ФАЗУ, А ТАКЖЕ УКОРОЧЕНИЯ ОБМОТКИ

НА КРИВУЮ ЭДС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Рассматривается влияние укорочения на форму кривой ЭДС при выборе числа пазов на полюс и фазу дробным на примере синхронного генератора с постоянными магнитами

В современном мире остро стоит вопрос об экономии электроэнергии. В связи с этим особенно актуально применение возобновляемых и неисчерпаемых источников энергии. Наиболее динамично развивающейся отраслью, использующей альтернативные источники энергии, является ветроэнергетика. Синхронные генераторы с постоянными магнитами имеют ряд преимуществ перед другими типами электрических машин при использовании в ветроустановках.

Важным вопросом при проектировании синхронного генератора с постоянными магнитами является выбор числа пазов на полюс и фазу q. Для уменьшения отрицательного влияния высших гармоник ЭДС принято выбирать число пазов на полюс и фазу дробным.

Для ряда обмоток с целым q было установлено, что снизить влияние высших гармоник кривой ЭДС можно при выборе укорочения β, равного 0,8.

Рассмотрим влияние выбора укорочения на кривую ЭДС на примере трехфазного синхронного генератора с постоянными магнитами, имеющего следующие номинальные параметры: мощность 1 кВт, напряжение 220 В, частота вращения 200 об/мин. Для исследования зададимся двумя значениями числа q, учитывая вышеизложенные рекомендации и условия симметрии обмотки:

.

Рассчитаем параметры обмотки и зубцовой зоны статора для выбранных значений и .

С помощью программного продукта, реализующего метод конечных элементов, моделируем полученные магнитные системы генератора. В результате моделирования получаем зависимости

51

ЭДС от времени для разных значений укорочения (рисунки 1,2).

Рис. 1. Зависимость Е(t) для при разных шагах обмотки y

Полученные кривые ЭДС разложим в ряд Фурье и оценим амплитуды нескольких гармоник. Результаты расчета представлены в табл. 1,2.

В результате анализа табл. 1 и 2 можно сделать несколько

53

выводов: при числе q 6 амплитуды чётных гармоник (2,4,6,8)

5

имеют значения в разы больше, чем при q 3 , при этом

2

амплитуды нечётных гармоник (остаются примерно одинаковыми). Это говорит о том, что амплитуда чётных гармоник по большей степени зависит от конфигурации зубцовой зоны генератора, а также схемы той обмотки, которая будет ней располагаться.

Амплитуды нечётных гармоник очень сильно зависят от укорочения обмотки β. Авторами рекомендуется использовать укорочение обмотки β = 0,8, так как при таком укорочении наблюдается минимальное влияние нечётных гармоник на кривую поля. При анализе таблиц 1 и 2 следует отметить, что величина укорочения смещается в меньшую сторону. Так для обмотки с

q 6 , оптимальным укорочением является β = 0,56, а для обмотки

5

с q 3 укорочение должно составить β = 0,67.

2

Следовательно, для дробных обмоток, условие для выбора оптимального укорочения обмотки β = 0,8, не актуально. При выборе укорочения для дробных обмоток следует определять укорочение исходя из анализа гармонического спектра выходной кривой ЭДС генератора. При этом на стадии проектирования, очень важно правильно подобрать величину q для дробной обмотки.

При дальнейших исследованиях возможно установить необходимые значения укорочения обмотки для получения оптимальной формы кривой ЭДС для ряда обмоток с дробным числом пазов на полюс и фазу.

Литература

1. Балагуров В. А., Галтеев Ф. Ф. Электрические машины с постоянными магнитами. — М.: Энергоатомиздат, 1988.

Воронежский государственный технический университет

54

УДК 621.313.292

И.С. Федосова, В.В. Бабенко, О.А.Киселёва

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НА БАЗЕ БЕСКОНТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Рассматриваются интегральные свойства электроприводов на базе бесконтактных двигателей постоянного тока

При проектировании электроприводов (ЭП) на базе бесконтактных двигателей постоянного тока (БДПТ) в первую очередь ставится вопрос об использовании датчиков положения ротора в цепи обратной связи или наблюдателей состояния.

Из литературы следует, что для таких ЭП можно выделить три группы характеризующих его свойств: взаимодействие системы с внешней средой; внутреннее строение; интегральные свойства. Свойства первой группы характеризуют все виды взаимодействия ЭП с БДПТ и внешней средой, определяют состав и уровни эксплуатационных воздействий, их изменчивость и изученность.

Вторая группа свойств характеризует внутреннее строение системы и её структурную реализацию, определяет логику и алгоритм функционирования. Это позволяет математически описать и смоделировать функционирование ЭП, по математической модели изучить её свойства.

В третью группу свойств ЭП с БДПТ входят структурные или системные свойства, к которым относят полезность, эффективность, самоорганизацию, безопасность, информационная устойчивость, управляемость и надёжность.

Анализируя эти свойства можно констатировать, что полезность представляет собой выходной конечный эффект, или способность системы решать поставленную задачу. Процесс исследования ЭП по отдельным качествам строится исходя из того, что по остальным он идеален. Такой подход приводит к завышенным оценкам эффективности и целостности всей системы и в ряде практических ситуаций оказывается недостаточным по ряду причин. При исследовании сложности ЭП описанный выше подход не позволяет получить точный и достоверный результат.

55