Авторское резюме Состояние вопроса: Выбору параметров обмотки статора частотно-регулируемых асинхронных двигателей уделяется недостаточное внимание. На повышенных частотах обычно применяются специализированные асинхронные двигатели, но возможно и использование двигателей общепромышленного исполнения меньшей мощности, частоты вращения и стоимости без повышения фазного напряжения при измененной обмотке статора. Целесообразно обоснование выбора параметров обмотки статора асинхронных двигателей для частотнорегулируемого электропривода. Материалы и методы: Параметры асинхронных двигателей с измененными обмотками определены на основе схемных моделей двигателей. Результаты расчетов поверены на полевых электромагнитных моделях методом конечных элементов. Рентабельность модернизации определены методами оценки затрат при капитальном ремонте и методом сравнения стоимостей аналогов. Результаты: Определены направления выбора параметров обмотки статора частотно-регулируемых асинхронных двигателей. Рассчитаны показатели двигателей при повышенной частоте напряжения для обмотки с увеличенным числом параллельных ветвей, сниженным числом последовательно соединенных витков фазы при сохранении числа полюсов и фазного напряжения. При импульсной модуляции напряжения размеры элементарных проводников должны определяться несущей частотой модуляции. Выполнено сравнение стоимости и массогабаритных показателей асинхронных двигателей общепромышленного исполнения с измененной обмоткой и специализированных аналогов. Выводы: Установлено, что для асинхронных двигателей, работающих на повышенных частотах, целесообразно увеличение параллельных структур обмотки-параллельных ветвей и элементарных проводников, снижение последовательно соединенных витков фазы при сохранении числа полюсов и фазного напряжения, что позволяет сохранить электрическую прочность изоляции и магнитный поток, повысить мощность и КПД, снизить номинальное и критическое скольжения. При мощности привода более 11 кВт модернизация обмотки двигателей общепромышленного исполнения с числами полюсов 4 или 6 позволяет достичь меньших стоимости и массогабаритных показателей, чем для специализированных аналогов. Ключевые слова: асинхронный двигатель, обмотка статора, число параллельных ветвей, вольт-частотная характеристика, частотно-регулируемый электропривод.
Авторское резюмеСостояние вопроса: Механические напряжения в зубцах электрических двигателей и их деформации вследст-вие действия электромагнитных сил не должны превышать допустимых значений. Существующие методики по-зволяют определять механические напряжения в зубцах и их деформации при синусоидальном питающем дви-гатель напряжении. Современные электротехнические установки часто используют системы частотного управле-ния с несинусоидальным питающим напряжением от преобразователей частоты. Наличие высших временных гармоник напряжения вызывает дополнительный спектр электромагнитных сил в электродвигателе. В связи с этим необходима оценка влияния несинусоидальности питающего напряжения на напряжения смятия зубцов асинхронных двигателей. Материалы и методы: Использована разработанная имитационная модель асинхронного частотно-регулируемого электропривода в среде Simulink пакета Matlab, применен метод разложения кривой напряжения на временные гармоники, использованы методы спектрального анализа токов и конечно-элементного моделиро-вания электромагнитных полей, сил и изгибающих моментов, метод определения суммарных механических на-пряжений. Результаты: Разработана методика оценки влияния несинусоидальности питающего напряжения на напряжения смятия зубцов асинхронных двигателей, которая учитывает форму несинусоидальности, в том числе в виде ши-ротно-импульсной модуляции, зубчатость сердечников статора и ротора, электромагнитное состояние двигателя, спектр временных и пространственных гармоник электромагнитных сил. Оценены напряжения смятия зубцов статора асинхронного двигателя при синусоидальной форме питающего напряжения и при питании от преобра-зователя частоты с широтно-импульсной модуляцией напряжения. Выводы: Несинусоидальность питающего напряжения вызывает появление спектра временных гармоник на-пряжения, дополнительного спектра электромагнитных сил в электродвигателе, что изменяет напряжения смятия и деформацию зубцов. Разработанная методика позволяет проводить оценку влияния несинусоидальности пи-тающего напряжения на напряжения смятия зубцов асинхронных двигателей. Применение преобразователей частоты с широтно-импульсной модуляцией для питания асинхронных двигателей, по сравнению с источником синусоидального напряжения, приводит к увеличению изгибающего момента и напряжения смятия зубцов стато-ра до 10 %, по сравнению с синусоидальным питающим напряжением. Повышение несущей частоты широтно-импульсной модуляции снижает дополнительную деформацию зубцов асинхронных двигателей.Ключевые слова: асинхронный двигатель, несинусоидальное питающее напряжение, конечно-элементные мо-дели, магнитное поле, электромагнитные усилия, изгибающие моменты, напряжения смятия зубцов. Evaluation of supply voltage non-sinusoidality effect on tooth buckling stress in asynchronous engines Materials and methods:The study employed the developed simulation model of asynchronous variable-frequency electric drive in the Simulink environment of the Matlab package, the method of voltage curve decomposition into time harmonics, methods of curre...
Авторское резюме Состояние вопроса. Своевременная диагностика работоспособности синхронных генераторов снижает ущерб электростанций от их отказов. Внешние электромагнитные поля синхронных генераторов создаются электромагнитными процессами в элементах синхронных генераторов. Поэтому повреждения в синхронных генераторах будут вызывать изменение внешних электромагнитных полей. Существуют системы регистрации внешних электромагнитных полей синхронных генераторов, их изменений, но отсутствуют математические модели изменения внешних электромагнитных полей при повреждаемости элементов синхронных генераторов. В связи с этим актуальным является поиск математически обоснованных взаимосвязей между дефектами синхронных генераторов и изменением внешних электромагнитных полей. Материалы и методы. Использован метод конечных элементов. Модельный анализ внешних электромагнитных полей синхронных генераторов 538 кВт выполнен для режимов холостого хода, активной, индуктивной и емкостной нагрузок при дефектах в обмотке возбуждения, обмотке якоря с учетом демпфирующего действия корпуса при синхронной частоте вращения ротора. Результаты. Разработан метод диагностики дефектов синхронных генераторов на основе анализа результатов конечно-элементного моделирования внешних электромагнитных полей и их изменений. Установлено, что наибольшее изменение внешних электромагнитных полей при повреждении обмотки возбуждения возникает при активно-индуктивной нагрузке: при 25 %-ном витковом замыкании обмотки возбуждения одного полюса индукция над соседними полюсами возрастает на 90 %; при 50 %-ном замыкании-на 235,6 %; при 75 %-ном замыкании-на 416 %. Обрыв параллельной ветви обмотки якоря приводит к разным по амплитуде распределениям индукции внешних электромагнитных полей во времени на корпусе синхронных генераторов. Проведены измерения внешних электромагнитных полей работающего исправного синхронного генератора, подтвердившие наличие внешних электромагнитных полей. Дефекты элементов синхронных генераторов вызывают изменение внешних электромагнитных полей. Повреждение обмотки возбуждения полюса приводит к увеличению индукции внешних электромагнитных полей в области других полюсов. Дефект обмотки якоря проявляется в отличии амплитуд распределений индукции внешних электромагнитных полей во времени в разных точках на корпусе. Предложен метод диагностики повреждений элементов синхронных генераторов по изменению его внешних электромагнитных полей. Выводы. Предложенный метод диагностики дефектов синхронных генераторов позволяет по изменениям внешнего электромагнитного поля определять виды и степень повреждения обмоток статора и ротора синхронных генераторов. Ключевые слова: синхронные генераторы, дефекты обмотки возбуждения, обмотка якоря, диагностика синхронных генераторов, внешние электромагнитные поля, конечно-элементное моделирование
Авторское резюмеСостояние вопроса: Частотно-регулируемые асинхронные двигатели с питанием от преобразователей частоты с широтно-импульсной модуляцией напряжения являются источниками высокочастотных внешних электромаг-нитных полей и помех, которые оказывают влияние на оборудование и обслуживающий персонал, вызывают проблемы электромагнитной совместимости. Уровень магнитных полей и помех при заданной частоте не должен превышать допустимых значений. Существующие расчетные методики не позволяют определять внешние элек-тромагнитные поля и энергию помех асинхронных двигателей при несинусоидальном питающем напряжении. Необходима оценка энергии внешних электромагнитных помех частотно-регулируемых асинхронных двигателей при разных несущих частотах преобразователей частоты. Материалы и методы: Разложение формы кривой напряжения на временные гармоники выполнено с использо-ванием рядов Фурье. Расчет гармоник тока выполнен на основании схем замещения асинхронного двигателя с учетом изменения сопротивлений в зависимости от частоты гармоник. Моделирование электромагнитных полей при действии спектра токовых гармоник выполнено методом конечных элементов. Расчеты энергии внешних электромагнитных помех частотно-регулируемых асинхронных двигателей выполнены с использованием резуль-татов расчета электромагнитных полей. Результаты: Разработана методика оценки влияния несинусоидальности питающего напряжения на энергию внешних электромагнитных помех частотно-регулируемых асинхронных двигателей, учитывающая широтно-импульсную модуляцию напряжения при разных несущих частотах преобразователя и спектр временных гармоник электромагнитных полей. Определены величины энергии электромагнитных помех и индукции внешних электро-магнитных полей частотно-регулируемых асинхронных двигателей разной мощности при питании от преобразова-теля частоты с широтно-импульсной модуляцией напряжения с разной несущей частотой преобразователя. Уста-новлено, что высокочастотные составляющие внешних электромагнитных полей частотно-регулируемых АД при использовании преобразователей частоты с широтно-импульсной модуляцией напряжения расширяют частотный диапазон воздействия, повышают индукцию внешних электромагнитных полей до 13,5 % и энергию электромагнит-ных помех до 10 %, по сравнению с синусоидальным питающим напряжением, что отрицательно сказывается на электромагнитной совместимости работы магниточувствительных устройств и на обслуживающем персонале. Выводы: С увеличением несущей частоты инвертора ШИМ результирующая индукция внешних электромагнит-ных полей и энергия электромагнитных помех частотно-регулируемых АД снижается и приближается к случаю питания синусоидальным напряжением. Разработанная методика позволяет оценить внешние электромагнитные поля частотно-регулируемых асинхронных двигателей и определить их влияние на электромагнитную совмести-мость работы магниточувствительных устройств и на обслуживающий персонал.Ключевые слова: частотно-регулируемый асинхронный двигатель, несинусоидальное питающее напряжение, гармо-нический анализ, внешние магнитные поля, э...
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.