Асинхронный электродвигатель с большим центральным отверстием для многооборотного электропривода

Список литературы

1. Компьютерные технологии проектирования приводов летательного аппарата с использованием САПР Solidworks и Matlab / В.М. Понят-ский [и др.] // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные основы баллистического проектирования»: в 2 т. СПб.: Изд-во БГТУ, 2010. Т. 2.

2. Понятский В.М., Кушников Д.В., Федорищева В.Г. Автоматизированная технология генерации программы среде MATLAB для реализации алгоритмов управления рулевого привода // Изв. ТулГУ. Технические науки. Вып. 2. Проблемы специального машиностроения. 2011. С. 357-362.

V.M. Ponyatsky

GENERATION FROM MODEL MATLAB A S-CODE FOR THE MICROPROCESSOR REALISING THE CONTROL ASSEMBLY OF A DRIVE

Application of the is model-focused approach of designing of the difficult dynamic systems based on use of dynamic models is considered, at synthesis of the С-code in the environment of Matlab algorithm of management for a steering drive of the flying machine.

Key words: algorithm of management, the servo-driver, program generation, microprocessor system.

Получено 18.10.11

УДК 621.833

А.С. Кобелев, канд. техн. наук, нач. сектора (Россия, Владимир, ОАО «НИПТИЭМ»), Р.В. Алалауев, канд. техн. наук, доц.,

Ю.В. Иванов, д-р техн. наук, проф.,

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С БОЛЬШИМ ЦЕНТРАЛЬНЫМ ОТВЕРСТИЕМ ДЛЯ МНОГООБОРОТНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Сформулированы требования к конструкции асинхронного электродвигателя с большим центральным отверстием для перспективного многооборотного электропривода. Приведены результаты расчета основных размеров и обмоточных данных электродвигателя, а также эскиз его компоновки.

Ключевые слова: многооборотный электропривод, асинхронный двигатель, проектирование.

В соответствии с требованиями к многооборотным электроприводам на базе силовых трансмиссий 7РПМ-88/230 и ВЗП электродвигатель должен иметь технические характеристики, приведенные в табл. 1.

247

Для обеспечения изменения величины момента на выходном валу многооборотного электропривода и частоты его вращения без изменения передаточного числа редуктора электродвигатель должен быть управляемым.

Технические характеристики асинхронных частотно-регулируемых электродвигателей марки АДЧР, выпускаемых серийно, приведены в табл. 2.

Таблица 1

Технические характеристики электродвигателя

№ п/п Характеристики электродвигателя Единицы измерения Значения

1 Мощность, не менее кВт 2,8

2 Номинальная частота вращения ротора -1 мин 1820

3 Максимальная частота вращения ротора -1 мин 3000

4 Номинальный крутящий момент, не менее Нм 15

5 Пусковой крутящий момент, не менее Нм 37

Таблица 2

Технические характеристики асинхронных частотно-регулируемых электродвигателей марки АДЧР

№ п/п Тип АДЧР 90Ь4 АДЧР 90Ь2 АДЧР 100Б4 АДЧР 10082

1 Ном. мощность, кВт 2,2 3,0 3,0 4,0

2 Ном. скорость, мин-1 1400 2830 1410 2850

3 Макс. скорость, мин-1 4500 4500 4500 4500

4 Ном. момент, Нм 14,8 10,0 20,3 13,4

5 Диаметр, мм 200 226

6 Длина, мм 465 485

7 Масса, кг 19 21

Из табл. 2 видно, что серийно выпускаемые асинхронные частотно-регулируемые электродвигатели марки АДЧР не отвечают в полном объеме требованиям, предъявляемым к электродвигателям многооборотного электропривода по ряду характеристик.

Двухполюсные асинхронные двигатели АДЧР90Ь2 и АДЧР100Б2 развивают требуемую номинальную частоту вращения, но имеют недостаточный номинальный момент на валу. Четырехполюсные асинхронные двигатели АДЧР90Ь4 и АДЧР100Б4 обеспечивают заданное значение номинального момента, но имеют низкую частоту вращения, что не позволяет получить заданные значения частоты вращения выходного вала электропривода. Приведенные выше типы асинхронных электродвигателей имеют большие габариты и массу по сравнению с синхронными двигателями с постоянными магнитами. Кроме того, ни один из приведенных электродвигателей не может быть использован в конструкции электропривода, у которого электродвигатель установлен на одной оси со шпинделем шиберной задвижки из-за отсутствия большого центрального отверстия в роторе.

Таким образом, для перспективного многооборотного электропривода необходимо разработать новую конструкцию асинхронного частотно-управляемого электродвигателя, обладающего следующими характеристиками:

1. Асинхронный электродвигатель должен иметь встраиваемое исполнение, то есть выполнен в виде отдельных сборочных единиц - статора и ротора. Встраиваемость обеспечивает компактность конструкции при непосредственном соединении с трансмиссией, возможность наращивания момента и мощности за счет сосной установки нескольких двигателей, пропуск шпинделя запорной арматуры через центральное отверстие в роторе, которое одновременно является посадочной поверхностью. Встраиваемая конструкция электродвигателя позволяет за счет рациональной компоновки улучшить массогабаритные характеристики редукторного электропривода.

2. Уменьшение массогабаритных характеристик асинхронного электродвигателя может быть достигнуто также за счет повышения частоты напряжения сети. При этом необходимо увеличивать число пар полюсов для ограничения величины синхронной частоты вращения. Значительно увеличивать число пар полюсов электродвигателя нецелесообразно, так как при этом повышение частоты напряжения сети не дает эффекта снижения массы и габаритов. В связи с этим необходимо вести расчет асинхронного двигателя для многооборотного электропривода с числом пар полюсов р = 4. При этом для получения номинальной частоты вращения 1820 мин-1 частота напряжения сети, согласно известной формуле, должна быть 121 Гц. Такое значение частоты напряжения питания асинхронного электродвигателя может быть обеспечено, например, преобразователем частоты серии МУАДМ производства ОАО «Электрум АВ».

3. Для обеспечения пропуска шпинделя диаметром до 50 мм через центральное отверстие в роторе электродвигателя, диметр отверстия должен быть 72 мм.

4. Для обеспечения встраиваемости в конструкцию силовой трансмиссии 7РПМ-88/230 диаметр статора электродвигателя должен быть не более 190 мм, длина пакета магнитопровода статора не более 110 мм.

В соответствии с изложенными требованиями для исходных данных, приведенных в табл. 1, проведен расчет специализированного асинхронного электродвигателя для многооборотного электропривода запорной арматуры.

Оптимизация электродвигателя проведена по критерию минимизации массы и габаритов за счет выбора частоты регулирования. Для охлаждения электродвигателя предусмотрен внешний обдув.

Проведены расчеты двух вариантов электродвигателя. В первом варианте рассчитан двигатель с повышенным скольжением на базе ротора со сплавом АМцх12. Во втором варианте рассчитан электродвигатель основного исполнения с ротором из алюминия.

Расчет производился на базе специализированного программного обеспечения «СПРУТ АЭД» [1, 2].

Результаты расчета основных размеров и обмоточных данных электродвигателя с различными типами роторов представлены в табл. 3 и табл. 4.

Таблица 3

Результаты расчета основных размеров и обмоточных данных электродвигателя с ротором со сплавом АМцх12

Основные размеры

Наименование параметра Параметр Ед.изм. Статор Ротор

Внешний диаметр сердечника Da мм 191 131.3

Внутренний диаметр сердечника Ы мм 132 90

Длина сердечника L мм 105 103

Воздушный зазор Del мм 0.35

Число зубцов Z 48 61

Скос зубцов ротора Bck зуб. дел. 0.0 1

Площадь паза Qn 2 мм 92.652 22.333

Площадь паза за вычетом площади изоляции 2 мм 64.301

Сечение короткозамкнутого кольца Qk 2 мм 100

Диаметр вентиляционного канала dk мм 0 0

Число вентиляционных каналов nk 0 0

Конструктивные характеристики

Марка стали 2412, ГОСТ21427.2-83

Материал стержней ротора АМцХ-12, СТП ВИГЕ.520011.013-2000

Материал колец ротора АМцХ-12, СТП ВИГЕ.520011.013-2000

Коэффициент заполнения пакета статора 0.97

Окончание табл. 3

Обмоточные данные

Вид обмотки статора Двухслойная шестизонная

Марка круглого провода ПЭТД-180 ТУ16-705.264-82

Марка прямоугольного провода Отсутствует

Класс нагревостойкости изоляции Н ГОСТ 8865-93

Толщина осн. паз. изол./доп. паз. изол./клина 0.24 0 2.6

Таблица 4

Результаты расчета основных размеров и обмоточных данных электродвигателя с ротором из алюминия

Основные размеры

Наименование параметра Параметр Ед. изм. Статор Ротор

Внешний диаметр сердечника Ва мм 191 131.3

Внутренний диаметр сердечника Вг мм 132 90

Длина сердечника Ь мм 105 103

Воздушный зазор Ве1 мм 0.35

Число зубцов 2 48 61

Скос зубцов ротора Бек зуб. дел. 0.0 1

Площадь паза Оп 2 мм 92.652 22.333

Площадь паза за вычетом площади изоляции оп' 2 мм 64.301

Сечение короткозамкнутого кольца Ок 2 мм 100

Диаметр вентиляционного канала йк мм 0 0

Число вентиляционных каналов пк 0 0

Конструктивные характеристики

Марка стали 2412, ГОСТ21427.2-83

Материал стержней ротора Алюминий по СТП ВИГЕ.520011.013-2000

Материал колец ротора Алюминий по СТП ВИГЕ.520011.013-2000

Коэффициент заполнения пакета статора 0.97

Обмоточные данные

Вид обмотки статора Двухслойная шестизонная

Марка круглого провода ПЭТД 180 ТУ 16-705.264-82

Марка прямоугольного провода Отсутствует

Класс нагревостойкости изоляции Н ГОСТ 8865-93

Толщина осн. паз. изол./доп. паз. изол./клина 0.24 0 2.6

На рис. 1 показаны механические характеристики асинхронного электродвигателя обычного исполнения с ротором из алюминия и с повышенным скольжением на базе ротора со сплавом АМцх12, полученные в результате расчета.

Из графиков следует, что электродвигатель сохраняет заданное при расчете значение номинального момента 15 Нм при увеличении частоты вращения до 3000 об/мин. Это позволяет изменять скорость вращения выходного вала электропривода с помощью преобразователя частоты в широких пределах без снижения значения вращающего момента.

На рис. 2 показаны зависимости вращающего момента на валу электродвигателя от величины скольжения для различных материалов ротора.

Рис. 1. Механические характеристики электродвигателя: «-» - ротор из алюминия; «—» - ротор со сплавом АМцх12

Рис. 2. Зависимости вращающего момента на валу электродвигателя от величины скольжения для различных

материалов ротора: «-» - ротор из алюминия; «—» - ротор со сплавом АМцх12

252

Из графиков видно, что применение ротора со сплавом АМцх12 позволяет создать электродвигатель с повышенным скольжением и обеспечивает неизменность вращающего момента на валу при изменении скольжения в более широком диапазоне, чем у электродвигателя с ротором из алюминия.

На рис. 3 показан эскиз компоновки асинхронного электродвигателя с центральным отверстием.

Рис. 3. Эскиз компоновки асинхронного электродвигателя с центральным отверстием

Выводы

1. Результаты расчета подтверждают возможность создания асинхронного электродвигателя с большим центральным отверстием для многооборотного электропривода.

2. Применение трехфазного напряжения питания повышенной частоты с использованием преобразователя частоты позволяет при одинаковых поперечных размерах уменьшить продольный размер асинхронного электродвигателя по сравнению с прототипами в 2,3 раза, а массу -в 1,3 раза.

3. По сравнению с синхронным электродвигателем 5ДБМ185-16-3-3-540 продольный размер асинхронного электродвигателя больше в 2,3 раза, а масса - в 1,7 раза. Однако асинхронный электродвигатель не требует применения датчика положения ротора, имеет более простую систему регулирования скорости вращения и должен быть дешевле в производстве.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ.

Список литературы

1. Кобелев А.С. Развитие расчетной подсистемы интеллектуальной САПР АЭД // Труды XI Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электротехнические материалы и компоненты» (ICEEE-2006). Ч. 1. Крым. Алушта. 2006. С. 251 -253.

2. Кобелев А.С. Организация расчетной подсистемы САПР АД на базе системы экспертного программирования SprutExpro // Известия вузов. Электромеханика. 2002. № 5. С. 16 - 21.

A.S. Kobelev, R.V. Alaluev, Yu.V. Ivanov

ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR WITH A LARGE CENTRAL HOLE FOR THE MULTI-TURN ELECTRIC DRIVE

The specifications for the construction of the asynchronous electric motor with a large central hole for the multi-turn electric drive are formulated. The results of the calculation of the boundary dimensions and electric motor winding data and also its arrangement draw are given.

Key words: multi-turn electric drive, asynchronous electric motor, design engineering.

Получено 18.10.11