О влиянии соотношения между числами пазов статора и ротора на равномерность вращения роторов микродвигателей

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 212 1971

О ВЛИЯНИИ СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ЧИСЛАМИ ПАЗОВ СТАТОРА И РОТОРА НА РАВНОМЕРНОСТЬ ВРАЩЕНИЯ РОТОРОВ МИКРОДВИГАТЕЛЕЙ

В. Б. Анненков, А. С. Куракин, Н. В. Рыбин

(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин

и общей электротехники)

Одной из основных проблем, возникающих при создании асинхронных микродвигателей, является выбор соотношения между числами пазов статора Ъ\ и ротора От этого фактора во многом зависит гармонический состав магнитного поля воздушного зазора, определяющий общий уровень переменных сил, действующих в электродвигателе. Эти силы затрудняют запуск машин, а также обусловливают их шум и вибрации. Вопросам выбора соотношения между и с точки зрения ма-лошумности, отсутствия вибраций и провалов в механической характеристике посвящено большое количество работ. Однако развитие новых направлений техники вынуждает вновь обратиться к рассмотрению соотношения между числами пазов статора и ротора, в свете требований высокой равномерности вращения роторов.

Как показывают исследования, кривая изменения мгновенной скорости вращения роторов микромашин носит характер вынужденных колебаний, поэтому поиск причин возникновения вынуждающих сил является одним из основных вопросов при изучении физики процесса колебаний роторов. При этам естественным является поиск причин таких колебаний в общем уровне переменных сил, действующих в электрической машине. Этим объясняется распространенное в настоящее время мнение об одной и той же природе шумов, вибраций и колебаний мгновенной скорости вращения роторов электромашин. Если теория влияния соотношения между числами пазов Ъ\ и на шумы и вибрации подтверждена многочисленными экспериментальными доказательствами, то работ по влиянию этого соотношения на равномерность вращения роторов асинхронных машин опубликовано не было. Это обстояте льство ста-шп проведение таких исследований в ряд актуальных задач.

При проведении экспериментальных исследований равномерность вращения роторов оценивалась по величине нестабильности их мгновенной скорости, равной [1]>

эд ^тач Пггпп

где пГПах> Пщт, п0 — соответственно максимальное, минимальное и среднее значения скорости вращения ротора при ее колебаниях.

Величина N измерялась частотно-инерционным методом, позволяющим преобразовывать колебания мгновенной скорости вращения валов

р электрический сигнал. Форма и величина этого сигнала полностью повторяют характер колебаний ротора.

Для экспериментальных исследований были использованы асинхронные двигатели мощностью 30 вт, имеющие статор с = 24. В каждый из статоров укладывалась трехфазная обмотка, фазы которой соединены в звезду. Обмотки статоров отличались числом пар полюсов и конструктивно были выполнены таким образом, что позволяли изменять число пазов q на полюс и фазу без разборки двигателя. В каждый из статоров мог быть вставлен один из роторов с 22 = 0, 11, 14, 17, 31. Роторы имели закрытые пазы, что позволяет исключить влиян-ие на их равномерность вращения высших гармонических полей, обусловленных зубчатостью ротора. Таким образом, выбранный метод проведения исследований позволяет изменять как обмоточные поля статора, так и поля реакции ротора на спектр полей статора. Удельный вес высших гармонических н. с. статора оценивался коэффициентом гармоник, равным

V

кг - 1_!____  100

где

Р] —действующее значение первой гармоники, И действующее значение суммы v-ыx гармоник н. с. статорной обмотки,

V —порядковый номер высших гармоник н. с.

Величина кг подсчитывалась с учетом высших гармоник до 59 включительно, поскольку амплитуда остальных гармоник весьма мала по сравнению с основной волной н. с.

Опуская из рассмотрения широко известные методы определения порядкового номера и величины отдельных гармоник статора и ротора, перейдем непосредственно к результатам эксперимента. Как показывают исследования, форма кривой нестабильности мгновенной скорости вращения роторов асинхронных микродвигателей отличается от синусоиды. Ее гармонический состав зависит от соотношения между числами пазов статора и ротора, а также от удельного веса высших гармонических н. с. статорной обмотки. При проведении исследований кривая колебаний ротора с помощью анализатора гармоник раскладывалась в тригонометрический ряд. В табл. 1—6 представлены результаты такого анализа. Частота высших гармонических составляющих кривой колебаний скорости обозначена через Гк, ее амплитуда — через ¡Чк, амплитуда результирующей кривой — через ¡Чкр.

Таблица 1

р= 2 У = т кГ = 28,5%

1к [ГЦ]

г2 = 0 го-11 22=Ы 22 = 17 г2-31

/^н * Ю-4

25 2,2 1,2 0,14 9 9

50 — 0,5 — 3,2 —

75 — 0,7 0,8 7 1,4

90 0,7 1,4 0,8 — 1,6

100 1,8 32 3 2,4 14

200 — 0,5 1,4 0,32 1,4

\ткр - 10~4 5,8 39,2 5,9 23,5 29,2

р — 2 4 = 2 кг = = 17,34%

Ь [ГЦ]^^

1 = 0 2,= 14 2:7=17 = 31

--ю-4

25 2,8 1Д 2 2,2 7

50 1 0,3 1,6 4,2 —

90 0,4 1,4 0,2 — 0,4

100 0,39 28 1,6 0,8 3

Мкр • Ю"4 5,1 31,8 5,4 7,2 10,4

Таблица 3

р=2 4 = 2 У = 5/бТ

[К [гц]

г2=о 22=11 22 = 14 г,=17 22 = 31

25 2 16 1,8 7 11

36 __ 0,6 0,8 0,2 —

50 — — 0,11 0,4 —

75 — 0,9 0,5 0,5 —

100 2 0,3 1,2 0,1 3

1\[к-10-4 4,8 18,7 5,1 8,3 14

Таблица 4

р=2 4 = 2 У = 2/зТ

Гк [ГЦ] 1

/^к-Ю"4 22—11 14 25= 17 | 2^-31

25 32

1,6 0,6

15 1,8

2,8

50 — — 0,18 0,6

100 0,12 0,24 1,14 1,6

Мкр • ю-* 2,7 17,5 4,8 9,2

11

1,7 13,7

Таблица 5

р=1 у = т к

/к [ГЦ]

^/N«•10-* о 2,= 11 г2=14 г,= 17 23 = 31

50 1 0,6 0,8 0,4 1,8

100 1 1,8 0,6 0,7 1

150 0,04 0,4 0,25 0.3 ОД

200 — 0,5 0,2 0,2 0,2

N^•10-' 2,1 3,7 2,1 2' 3,4

Р=1 Я —4 У —3Лт к г-6%

МГЦ]

у/ 1^0 12= 11 22-14 72-17 2« = 31

/Мк-Ю-4

50 0,9 0,25 0,8 2,0

100 1 1.2 0,45 0,75 0,4

150 0,8 1,8 — — —

200 — ОД 0,2 0,18 _

1Ч„ • Ю-4 зд 3,8 0,9 2,15 2,4

Выводы

1. Соотношение между числами пазов статора и ротора асинхронных электродвигателей оказывает существенное влияние на равномерность вращения роторов. За счет благоприятного выбора этого соотношения и обмоточных данных статорной обмотки можно повысить равномерность вращения ротора более чем в 10 раз.

2. Основное влияние на степень равномерности вращения роторов асинхронных микродвигателей оказывает небольшое число гармоник качений,

3. Изменение гармонического состава поля статора при 22 = 0 не : оказывает существенного влияния на равномерность вращения ротора,

несмотря на улучшение динамических свойств двигателя за счет двухкратного увеличения скорости.

4. При данном соотношении между Ъ\ и 2г улучшение гармонического состава н. с. статорной обмотки уменьшает как общий уровень неравномерности вращения ротора, так и величину отдельных гармоник качаний. Количество высших гармоник в кривой качаний также уменьшается.

5. С точки зрения получения высоких показателей равномерности вращения ротора и оптимальных характеристик электродвигателя наиболее благоприятны следующие числа пазов ротора при 21=24: 14, 17, 31.

6. Наиболее неблагоприятно с позиций равномерности вращения при 2] =24 число пазов ротора 22=11.

ЛИТЕРАТУРА

1. А. С. Куракин, В. Б. Анненков. Равномерность вращения синхронных микродвигателей. «Электротехника», 1967, № 2.