Влияние тепловых и электромагнитных процессов в двухслойных роторах на эффективность асинхронных двигателей
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-2-114-123Ключевые слова:
электродвигатель, короткозамкнутый ротор, двухслойный ротор, поле температур, электромагнитное поле, наведенная анизотропияАннотация
Рассмотрены актуальные вопросы эффективного использования асинхронных двигателей с двухслойными роторами. Целью исследования является установление причинно-следственных связей тепловых и электромагнитных процессов в двухслойных роторах с характеристиками асинхронных электрических двигателей, определяющих области их эффективного применения. Вентиляционный и тепловой расчеты электродвигателей произведены с использованием метода эквивалентных тепловых схем. Решена задача по расчету аксиального распределения температур в двухслойном роторе. Установлено, что температуры двухслойного ротора в среднем в 1,7 раза выше температур короткозамкнутого ротора, при этом температуры в центральной части могут превышать половину температуры точки Кюри железомедного сплава двухслойного ротора. Акцентируется внимание на повышенное нагревание, неравномерное поле температур и температурную зависимость магнитных свойств активного материала двухслойного ротора. Электромагнитный расчет производился методом конечных элементов с учетом температурной зависимости кривых намагничивания материала ротора и его температурного портрета. Результаты расчета свидетельствуют о вытеснении магнитного поля на периферию двухслойного ротора, поскольку снижение индукции в воздушном зазоре наиболее горячей зоны превышает 15 %, а в железомедном сплаве активной части ротора - 35 %. Искажение магнитного поля в неравномерном температурном поле авторы объясняют явлением наведенной температурной магнитной анизотропии в активном материале ротора, которая прекращает свое влияние в равномерном температурном поле при охлаждении ротора. По этой причине не рекомендуется перегружать двигатели с двухслойным ротором и применять их в длительных режимах работы без снижения номинальной нагрузки на 15…20 %. В кратковременных режимах эти двигатели имеют преимущество, если продолжительность работы не превышает 70 % постоянной времени нагрева двигателя. В приводах с частыми пусками они эффективны во всем диапазоне нормированных значений продолжительностей включения 15…60 % - при независимом охлаждении, и в нижнем диапазоне продолжительностей включения 15…25 % - при самовентиляции.Библиографические ссылки
Бурков А. Ф. Краткая эволюция электрических машин до конца XIX века // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. 2019. Т. 1, № 4 (40). С. 11-15.
Шестаков И. В., Сафин Н. Р. Оценка необходимости модификации асинхронных двигателей и аспекты их управления при работе с преобразователями частоты // Энергобезопасность и энергосбережение. 2019. № 2. С. 44-48.
Мартынов К. В., Носков В. А., Пантелеева Л. А. Совершенствование конструкции обмотки статора асинхронного двигателя // Вестник ВИЭСХ. 2017. № 1 (26). С. 5-12.
Gryzlov A.A., Grigorev M.A., Kurnaev A.V. New approaches to designing of electrical machines for modern controlled AC electric drives. Russian Electrical Engineering, 2020, vol. 91, no 7, pp. 452-456.
Высоцкий В. Е., Чушев В. Д., Нагирняк А. А. Малошумный асинхронный двигатель с двухслойным ротором для модельных испытаний // Энергетические системы и установки. 2017. Т.3, № 3. С. 33-38.
Нагирняк А. А., Высоцкий В. Е. Анализ и оптимизация режимов работы асинхронного двигателя с двухслойным ротором // Modern Science. 2020. № 5-1. С. 551-556.
Кононенко К. Е., Кононенко А. В., Щедрин В. В. Экспериментальная проверка влияния обрыва стержня ротора асинхронного двигателя на его работу в случае невыявления дефекта при сборке // Энергия - XXI век. 2018. № 3 (103). С. 50-56.
Методика диагностики и идентификации неисправностей обмоток асинхронного двигателя в режиме его функционирования / Р. Г. Мугалимов, А. Р. Мугалимова, Ю. А. Калугин, К. Э. Одинцов // Электротехнические системы и комплексы. 2018. № 3 (40). С. 70-78.
Пугачев А. А., Космодамианский А. С., Иньков Ю. М. Упрощенная эквивалентная тепловая схема замещения статора асинхронного двигателя // Электротехника. 2017. № 9. С. 54-59.
Оценка теплового состояния электродвигателей переменного тока компрессорных станций магистральных газопроводов / А. М. Зюзев, О. В. Крюков, В. П. Метельков, С. Г. Михальченко // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332, № 1. С. 88-96.
Rajput S., Bender E., Averbukh M. Simplified algorithm for assessment equivalent circuit parameters of induction motors. IET Electric power applications, 2020, vol. 14, no 3, pp. 426-432.
Зюзев А. М., Метельков В. П. Аналитический метод оценки нагрева обмотки ротора высоковольтных асинхронных двигателей в пусковых режимах // Электротехнические системы и комплексы. 2017. № 1 (34). С. 60-67.
Vaficov V.L., Gohvchan A.V., Todris B.M., Kotedov V.V., Mitsiuk V.J. Jumplike magnetic disordering processes stimulated by a magnetic field in systems with structural instability. Physics of the Solid State, 2020, vol. 62, no 5, pp. 798-807.
Горожанкин А. Н., Грызлов А. А., Хаятов Е. С. Расчет потерь и тепловых режимов работы регулируемых электроприводов переменного тока // Электротехника. 2017. № 4. С. 18-21.
Полякова Л. С., Андреев В. И. Решение осесимметричной задачи термоупругости радиально неоднородной цилиндрической оболочки численно-аналитическим методом и методом конечных элементов // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2019. Т. 15, № 4. С. 323-326.
Vysotsky V.F., Nagirniak A.A., Gulyaev I.V., Oleinikov A.M., Chushev V.D. Features of an asynchronous motor with a double-layer rotor in ship pumping equipment. Russian Electrical Engineering, 2019, vol. 90, no 1, pp. 2-6.
Электромагнитный и тепловой анализ электрических машин из композитных материалов / Ф. Р. Исмагилов, В. Е. Вавилов, И. Ф. Саяхов, Е. Л. Ематин // Вестник МЭИ. 2020. № 2. С. 52-61.
Гречихин В. В., Краевский И. С., Матвеева О. С. Анализ и синтез плоско-параллельных магнитных полей актуаторов с эффектом памяти формы комбинированным методом конечных элементов и точечных магнитных моментов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2020. Т. 63, № 4. С. 5-12.
