Оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов

Рассмотрена конструкция коммутационного аппарата, приводом которого является коаксиально-линейный асинхронный электродвигатель с токопроводящим слоем на вторичном элементе и выполнена оптимизация его параметров методом конечных элементов....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
Hauptverfasser:	Голенков, Г.М., Веремеенко, А.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2007
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Електричні машини та апарати
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142909
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов / Г.М. Голенков, А.В. Веремеенко // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 5. — С. 9-11. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-142909
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1429092018-10-21T01:22:57Z Оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов Голенков, Г.М. Веремеенко, А.В. Електричні машини та апарати Рассмотрена конструкция коммутационного аппарата, приводом которого является коаксиально-линейный асинхронный электродвигатель с токопроводящим слоем на вторичном элементе и выполнена оптимизация его параметров методом конечных элементов. Розглянуто конструкцію комутаційного апарату, приводом якого є коаксіально-лінійний асинхронний електродвигун з струмопровідним шаром на вторинному елементі і виконано оптимізацію його параметрів методом кінцевих елементів. The design of the switch device which is driven by the coaxial-linear asynchronous electric motor with the combined winding on the armature is considered by the finite element method and parameters of the motor is optimized. 2007 Article Оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов / Г.М. Голенков, А.В. Веремеенко // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 5. — С. 9-11. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142909 621.316 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Голенков, Г.М. Веремеенко, А.В. Оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов Електротехніка і електромеханіка
description	Рассмотрена конструкция коммутационного аппарата, приводом которого является коаксиально-линейный асинхронный электродвигатель с токопроводящим слоем на вторичном элементе и выполнена оптимизация его параметров методом конечных элементов.
format	Article
author	Голенков, Г.М. Веремеенко, А.В.
author_facet	Голенков, Г.М. Веремеенко, А.В.
author_sort	Голенков, Г.М.
title	Оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов
title_short	Оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов
title_full	Оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов
title_fullStr	Оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов
title_full_unstemmed	Оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов
title_sort	оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142909
citation_txt	Оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов / Г.М. Голенков, А.В. Веремеенко // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 5. — С. 9-11. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT golenkovgm optimizaciâparametrovlinejnogoasinhronnogodvigatelâstokoprovodâŝimsloemnabegunemetodomkonečnyhélementov AT veremeenkoav optimizaciâparametrovlinejnogoasinhronnogodvigatelâstokoprovodâŝimsloemnabegunemetodomkonečnyhélementov
first_indexed	2025-07-10T16:01:50Z
last_indexed	2025-07-10T16:01:50Z
_version_	1837276397910884352
fulltext	Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №5 9 УДК 621.316 ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ТОКОПРОВОДЯЩИМ СЛОЕМ НА БЕГУНЕ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Голенков Г.М., к.т.н., доц., Веремеенко А.В. Киевский национальный университет строительства и архитектуры Украина, 03680, Киев, пр. Воздухофлотский, 31, КНУСА, кафедра "Электротехники и электропривода" тел. (044) 241-55-65 Розглянуто конструкцію комутаційного апарату, приводом якого є коаксіально-лінійний асинхронний електродвигун з струмопровідним шаром на вторинному елементі і виконано оптимізацію його параметрів методом кінцевих елементів. Рассмотрена конструкция коммутационного аппарата, приводом которого является коаксиально-линейный асин- хронный электродвигатель с токопроводящим слоем на вторичном элементе и выполнена оптимизация его пара- метров методом конечных элементов. ВВЕДЕНИЕ Коммутационные аппараты широко применяют- ся в стройиндустрии, на транспорте, в электроприво- дах дозаторов, в различных устройствах автоматики и т.д. В качестве исполнительных механизмов чаще всего используются приводы электромагнитной, пневматической и гидравлической систем. Данные аппараты имеют такие недостатки, как низкий коэф- фициент полезного действия, недостаточную надеж- ность, ограниченность применения в труднодоступ- ных местах объектов, связанных, например, с высокой температурой, агрессивной средой и влажностью. Конструкция существующих коммутационных аппаратов с линейным асинхронным двигателем (ЛАД) [1, 2, 3] могли бы исключить перечисленные недостатки. Однако эти аппараты с приводом испол- нительного механизма ЛАД недостаточно изучены. В связи с этим целью данной работы является расчет методом конечных элементов электромагнитного по- ля и сил в ЛАД с токопроводящим слоем на вторич- ном элементе (медным покрытием). ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ На рис. 1 изображена конструкция коаксиально- линейного асинхронного двигателя с токопроводя- щим слоем на вторичном элементе, который состоит из: корпуса статора 1, магнитопровода статора 2, зуб- цов статора 3, обмотки статора 4, трубы магнитопро- вода 5, токопроводящего слоя (медная труба) 6. При подаче переменного тока на обмотку стато- ра возникает бегущее магнитное поле, которое при взаимодействии с индуктируемыми токами во вто- ричном контуре (бегуне) вызывает электромагнитное усилие, которое приводит к перемещению бегуна. При проектировании такого типа ЛАД важной задачей является оптимизация конструктивных пара- метров бегуна двигателя, т.е. определение толщины стальной трубы и толщины медного покрытия. В данной работе с целью получения конструк- тивных и энергетических параметров ЛАД с токопро- водящим слоем на вторичном элементе необходимо провести исследования двигателя в заторможенном режиме. В работе на данном этапе исследуется двига- тель при взаимодействии медного покрытия с бегу- щим полем статора. Для анализа основных характеристик исследуе- мого двигателя в работе выполнялся численный рас- чет магнитного поля методом конечных элементов с помощью программы FEMM [4]. Задача решалась в осесимметричной постановке в цилиндрической системе координат в плоскости roz для векторного потенциала A , имеющего единствен- ную ϕ - компоненту - )0,,0( ϕ= AA в магнитостатиче- ском приближении. Из системы дифференциальных уравнений Мак- свелла для квазистационарного магнитного поля ABJH rot,rot == (1) и уравнения состояния магнитного материала, запи- санного в виде: HBB еff ⋅μ= )( , (2) получим следующее уравнение для векторного по- тенциала: стр)rot )( 1(rot JAjA Beff +ωσ−= μ × . (3) Рис. 1. Линейный асинхронный двигатель с токопроводящим слоем на бегуне 10 Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №5 Здесь H - напряженность магнитного поля А/м, B - магнитная индукция, Тл, A - векторный потенци- ал, Вб/м2, стрJ - плотность тока в обмотке статора – полагается известной величиной, А/мм2, )(Beffμ - эф- фективная магнитная проницаемость, зависящая от В, j - мнимая единица, ω - угловая частота, рад/с, σ - электропроводность материала бегуна, Ом-1. Расчет величины электромагнитной силы, дейст- вующей на бегун, выполнялся на основании тензора натяжения Максвелла T согласно следующему вы- ражению [5]: ∫ ⋅⋅⋅⋅π⋅= S эм dSr TnF 2 , (4) причем вычислялась осевая компонента силы. Здесь n - единичный вектор внешней нормали к поверхно- сти бегуна S. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА На рис. 2 показано распределение модуля маг- нитной индукции (а), модуля напряженности магнит- ного поля (б), модуля плотности электрического тока (в) в осевом сечении линейного асинхронного двига- теля, а также распределение средневзвешенного тен- зора натяжения Максвелла (величины nT) в воздуш- ном зазоре между бегуном и статором. Тонкими чер- ными линиями показана действующая составляющая векторного магнитного потенциала, серыми – мнимая. Из картины распределения поля видно, что макси- мальное значение индукции достигается в угловых зонах и имеет значение около 1,9 Тл при токовой на- грузке 5 А/мм2; существует небольшой магнитный поток рассеяния. На рис. 3 показан график распределения модуля магнитной индукции вдоль активной части бегуна в середине воздушного зазора между вторичным эле- ментом и статором. Неравномерное распределение магнитной ин- дукции в средней части графика связано с Г-образным профилем полюсного концентратора на статоре. Определяем максимальное тяговое усилие при изменении толщины медного покрытия с разрезанной и сплошной стальной трубой. На рис. 4 показана оптимальная толщина медно- го покрытия, равная 2,2 мм, тяговое усилие при этом составляет максимальное значение 580 Н; при отсут- ствии медного покрытия тяговое усилие в начале ко- ординат значительно меньше. С увеличением толщи- ны покрытия более чем 2,2 мм тяговое усилие снижа- ется. В данной работе все графики рассчитывались в заторможенном режиме двигателя т.е. при скольже- нии, равном единице. Анализируя рис. 5 (график зависимости тягового усилия от толщины стенки бегуна ЛАД), заметим, что тяговое усилие практически не изменяется при тол- щине стальной трубы, больше 1,5 мм, и медного по- крытия, равного 2,2 мм. Из-за конструктивных особенностей коммутаци- онного механизма толщину стальной трубы бегуна принимаем равной 5 мм. Исследования двигателя показали, что при пере- мещении бегуна (рис. 6), начиная с 50 мм, усилие без медного покрытия составляет 80÷180 Н, а с медным покрытием 150÷580 Н. а) б) в) Рис. 2. Распределение модуля магнитной индукции (а), модуля напряженности магнитного поля (б), модуля плотности электрического тока (в) в осевом сечении линейного асинхронного двигателя Рис. 3. Распределение по длине модуля магнитной индукции в середине воздушного зазора Видно, что из-за наличия зубцов на статоре воз- никает пульсирующие силы, но благодаря медному покрытию они сглаживается. На рис. 7 видно, что при увеличении плотности тока до 15 А/мм2 тяговое усилие возрастает прибли- зительно пропорционально квадрату тока, а выше этой величины линейно, что связано с явлением на- сыщения стали. Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №5 11 Следовательно, при расчете основных энергети- ческих параметров двигателя следует рассчитывать плотность тока до 15 А/мм2. При кратковременном режиме работы максимальное тяговое усилие состав- ляет 400 Н, что достаточно для коммутационных ап- паратов такого класса [2,3]. ВЫВОДЫ В работе исследовано влияние на величину элек- тромагнитной силы ЛАД основных параметров его бегуна и показано, что: - при толщине медного покрытия, равной 2,2 мм, тяговое усилие максимальное и составляет 580 Н; - при отсутствии медного покрытия тяговое уси- лие составляет 180 Н; - при разрезанной и сплошной стальной трубах, где толщина более 1,5 мм, тяговое усилие практиче- ски не изменяется и составляет 580 Н, при перемеще- нии бегуна на 250 мм; - при проектировании двигателя толщина сталь- ной трубы должна быть не менее 1,5 мм. 0 100 200 300 400 500 600 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 ∆S, мм F, Н Lопт Fmax Рис. 4. Зависимость тягового усилия от толщины медного покрытия при разрезанной (пунктиром) и сплошной (черной) стальной трубе бегуна ЛАД 0 100 200 300 400 500 600 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 ∆S, мм F, H Lопт 10Гц 50Гц Рис. 5. Зависимость тягового усилия от толщины стенки стальной трубы бегуна ЛАД (разрезанной и сплошной) ЛИТЕРАТУРА [1] Голенков Г.М., Веремеенко А.В. – Моделирование ра- боты коммутационного аппарата с комбинированной обмоткой линейного асинхронного двигателя. - Луганск: Научный журнал, 2007г. [2] Богаєнко Е.М., Богаєнко М.В., Веремієнко А.В., Голен- ков Г.М., Попков В.С. Електродвигун зворотно- поступального руху. Деклараційний патент на корисну модель, заявка № а 2006 13644 від 22.12.2006. [3] Богаенко Н.В., Григоренко В.Н., Кукуруза П.В. Безредук- торный привод на основе линейного электродвигателя для разъединителя системы электроснабжения метрополите- нов. Метрополитен. ЦНИИТЭИ МПС, 1983. Бюл. №1. [4] http://femm.foster-miller.net [5] Шимони К. Теоретическая электротехника. Мир, 1964, 774 с. [6] Гольдберг О.Д. Проектирование электрических машин. М.: Высшая школа, 1984, 432 с. [7] Грудинский П.Г. Чиликин М.Г. Электротехнический справочник. Москва "Энергия". 1974. Поступила 16.07.2007

Оптимизация параметров линейного асинхронного двигателя с токопроводящим слоем на бегуне методом конечных элементов

Institution

Ähnliche Einträge