Стартовая >> Оборудование >> Эл. машины >> Проектирование электрических машин переменного тока

Проектирование асинхронных машин с частотным управлением на минимум веса - Проектирование электрических машин переменного тока

Оглавление
Проектирование электрических машин переменного тока
Требования, предъявляемые к проектируемой машине
Основные элементы конструкции
Формулировка задачи проектирования
Магнитная цепь
Рассеяние обмоток возбуждения
Магнитное поле в сердечнике статора и ротора
Ток ротора и поле в воздушном зазоре под нагрузкой
Обмотки статоров
Схемы статорных обмоток
Транспозиция элементарных проводников статорной обмотки
Роторные обмотки
Обмотки асинхронных машин
Основные условия разработки конструкции
Основные конструктивные элементы статоров
Основные конструктивные элементы роторов
Вопросы конструкции, связанные с системой охлаждения
Турбогенераторы
Основные параметры турбогенераторов
Параметры возбуждения и охлаждающей воды
Общая компоновка турбогенераторов
Особенности конструкции обмотки статора турбогенераторов
Особенности конструкции обмотки ротора турбогенераторов
Задание по проектированию
Основные принципы проектирования обмоток с непосредственным охлаждением
Основные размеры
Электрические нагрузки
Магнитные нагрузки
Обмоточные данные ротора
Предварительный выбор размеров асинхронных машин при проектировании
Конструктивное исполнение асинхронных общепромышленных серий
Конструктивное исполнение асинхронных двигателей для особых условий эксплуатации
Диаметр и длина сердечника явнополюсных синхронных машин
Конструктивное исполнение явнополюсных синхронных машин
Конструктивное исполнение полюсов явнополюсных  роторов гидрогенераторов
Конструктивное исполнение явнополюсных синхронных  компенсаторов
Оптимизация проекта
Проектирование гидрогенераторов с помощью ЭВМ
Проектирование асинхронных машин с частотным управлением на минимум веса
Проектирование асинхронных двигателей на минимум приведенной стоимости

Задача оптимизации двигателя с частотным управлением, в процессе работы которого изменяется значение частоты, тока и напряжения в соответствии с изменениями нагрузки и скорости вращения, может быть разделена на три этапа: 1) выбор номинального расчетного режима (для системы ограничений), 2) поиск приемлемого решения, 3) поиск оптимального решения.

Рис. 10-11. Основные типы графиков нагрузки асинхронных двигателей при частотном управлении: а — вентиляторная характеристика; б — характеристика
На первом этапе анализируется зависимость мощности или момента от скорости вращении. Рассмотрим два крайних случая: вентиляторную нагрузку и режим постоянной мощности.
В первом случае мощность пропорциональна кубу, а момент—квадрату частоты (рис. 10-11, а). Подбирая соответствующие оптимальные зависимости U (f), можно обеспечить во всем диапазоне регулирования удовлетворительный к. п. д. Максимальный ток и напряжение, равно как и максимальные потери и нагрев, а также максимальные центробежные силы имеют место при наибольшей частоте. Следовательно, этот режим должен быть принят за расчетный и к нему должна относиться система ограничений. Наиболее характерным для транспортных установок (электровозы, автопоезда с электротрансмиссией и т. п.) является график нагрузки, изображенный на рис. 10-11, б. В интервале nmах— n1 Р=const, а в интервале n1—nminМ=const. Ограничения по прочности для диаметра и жесткости ротора должны вводиться в режиме nmах, а ограничения по нагреву — в режиме n1, которому соответствует максимальный ток и максимальный магнитный поток. Следовательно, молельная мощность машины определяется режимом n= n1. Из этого, между прочим, следует, что всякое расширение диапазона регулирования за счет уменьшения n1 при nmах=const или увеличения nmах при n1= const ведет к ухудшению технико-экономических параметров привода независимо от вида закона управления.
Аналогично обосновывается расчетный режим для других видов зависимости мощности от скорости вращения.

На втором этапе производится выбор оптимальной номинальной частоты и соответствующих значений главных размеров. Одним из наиболее распространенных критериев является минимальная масса. В описываемом алгоритме расчет проводится по минимуму массы активных материалов, масса конструктивных материалов определяется приближенно.
Во многих практических случаях диаметр сердечника или окружная скорость являются основным ограничением.

Рис. 10-12. Зависимость массы и других показателей асинхронного двигателя от частоты
при D=const (а) и диаметра при f=const (б)
При заданном диаметре зависимость массы активных материалов от частоты имеет вид, показанный на рис. 10-12. Она получена при условии x1≈0,5xк=const, из которого следует приближенная зависимость линейной нагрузки от частоты:

Масса активных материалов определяется выражением:

Рис. 10-13. Структурная схема программы расчета асинхронного двигателя, оптимального по массе
Задаваясь определенными значениями индукции для каждого возможного диаметра, легко подсчитать зависимость G (f) (см. рис. 10-12, а) и найти абсолютный экстремум. Кроме того, можно использовать метод поочередного изменения одной переменной при фиксированном экстремальном значении другой (метод Гаусса—Зейделя) и найти минимум G как по f, так и по D. Диаметр часто определяется конструктивными соображениями. Из рис. 10-12, а, б видно, что отклонение частоты на ±50% от оптимальной изменяет массу в 3 раза, в то время как отклонение диаметра на ±50% от оптимального вызывает увеличение массы на 20—60%.
Войдя таким образом в зону поиска экстремума, можно приступить к третьему этапу — оптимизации.
На третьем этапе расчета, как видно из блок-схемы рис. 10-13, производится выбор размеров активной зоны по лимитерам, которыми являются индукции и плотности тока, а также перепад температуры в изоляции, аналогично тому, как это делается при проектировании гидрогенераторов 110-31 1 (см. выше). Варьируется число пазов статора z1, число параллельных ветвей обмотки а и значение сокращения шага обмотки β. При вариации каждого параметра расчет доводится до проверки лимитеров и определения массы, причем запоминается вариант с наименьшей массой, который затем подвергается полному поверочному расчету. Для ускорения счета вводится направленный упорядоченный поиск.



 
« Продолжительность сушки электрических машин   Пропитка и сушка электродвигателей »
электрические сети