Розрахунок характеристик синхронного трифазного двигуна з багатополюсним ротором на постійних
Розрахунок характеристик синхронного трифазного двигуна з багатополюсним ротором на постійних магнітах
1. Введення
Поява висококоерцитивних постійних магнітів і, особливо, рідкісноземельних магнітів з високими значеннями магнітної енергії дозволяє у ряді випадків позбутися струмових обмоток на роторі електричної машини без погіршення її характеристик. Електромашина з ротором на постійних магнітах не має колектора та щіток, що дозволяє суттєво підвищити її надійність та час роботи без обслуговування та ремонту. Однією з приватних завдань є конструювання синхронних трифазних виконавчих двигунів з багатополюсним ротором, що мають досить високе значення моменту на валу, що дозволяє використовувати їх безпосередньо як привод, обходячись без редуктора.
2. Конструкція двигуна
Поперечний переріз двигуна показано на рис. 2.1.
Мал. 2.1. Поперечний переріз синхронного трифазного двигуна із 16-полюсним ротором на постійних магнітах.
Двигун складається з ротора та статора. У конструкцію ротора входить сталевий циліндр (зовнішній діаметр 140 мм, товщина стінки 10 мм), на якому кріпляться 16 постійних магнітів складу неодим-залізо-бор (Ne-Fe-B, залишкова індукція приблизно 1.2 Тл, коерцитивна сила по намагніченості приблизно 10 /м) у вигляді підковоподібних сегментів висотою 10 мм з напрямком намагніченості, що чергується. Зовнішній діаметр ротора 160 мм. Висота ротора 50 мм. Статор являє собою сталевий циліндр (набраний з листової електротехнічної сталі) з 12 внутрішніми прорізами, в які поміщаються обмотки (3 фази по 4 послідовно включених обмотки в кожній фазі). Внутрішній діаметр статора 162 мм. Зовнішній діаметр статора 210 мм.Висота статора 50 мм. Частота обертання двигуна до 1000 об/хв. Для керування двигуном використовується трифазна послідовність імпульсів напруги змінної полярності.
3. Розрахунок магнітних характеристик
Розрахунок магнітної індукції та інших пов'язаних з нею параметрів, зокрема статичного моменту, можна зробити методом кінцевих елементів [1 - 4]. На рис. 3.1 показано розподіл магнітного поля в магнітній системі двигуна, причому ротор знаходиться в положенні, при якому напрям струму в одній фаз змінюється на протилежне. Щільність струму у кожній обмотці 3 А/мм 2 . При факторі упаковки, що дорівнює 0.6, щільність струму в обмотувальному дроті становитиме 5 А/мм 2 .
Мал. 3.1. Розподіл магнітного поля в магнітній системі двигуна в момент перемикання напрямку струму в одній із фаз. Щільність струму у кожній обмотці 3 А/мм 2 .
Таблиця 3.1. Залежність статичного моменту від кута повороту ротора.