Вплив насичення магнітопроводу асинхронного двигуна з масивними торцевими феромагнітними екранами на аналіз пускових режимів електропривода

Abstract

Асинхронні електроприводи широко застосовуються в різних галузях промисловості. Більшість таких приводів є нерегульованими. Їхнім основним недоліком є невеликий пусковий момент за високих пускових струмів. У нерегульованих асинхронних електроприводах для зменшення значення пускового струму зі збільшенням значення крутного моменту можливе використання асинхронних двигунів з масивними лицьовими феромагнітними екранами елементів за межами робочого повітряного зазору. За відповідного вибору геометрії екрана в таких асинхронних двигунах можна сформувати механічну характеристику типу «екскаватор». Це дозволяє отримати пусковий крутний момент моменту двигуна з величиною, близькою до максимуму, що одночасно обмежує значення пускового струму. Обмеження значень пускових струмів при збільшенні величини крутного моменту асинхронного двигуна з масивними лицьовими феромагнітними екранами елементів обертового контуру за межами робочого повітряного зазору покращує динамічні властивості електропривода і зменшує втрати енергії в пускових режимах.

Однак наявність феромагнітних екранів призводить до додаткових втрат у стаціонарних робочих режимах за рахунок збільшення активного опору уповільнених стержнів обмотки ротора та елек­тромагнітних ефектів самих екранів. Використання таких двигунів доцільне в електроприводах, які працюють з частковими запусками, коли зменшення втрати енергії в режимі пуску перевищує додаткові втрати при роботі на постійній швидкості.

Параметри роторного контуру такого двигуна залежать від струму та ротора, а для їх розрахунку використовується ітераційна процедура. В режимах запуску струми асинхронного двигуна значно перевищують номінальні значення, що приводить до зміни величини магнетизму магнітного контуру. Процедура одночасного визначення змінних двох різних контурів, які впливають один на другий, досить складна.

Виконано порівняльний аналіз величин втрат з урахуванням насичення магнітної мережі машини та без неї. Розглянуто процеси за прямого запуску електропривода та з насиченням поточної величини за рахунок використання пристроїв з м’яким стартером. Результати дослідження порівнюються з аналогічними режимами роботи електропривода серійним асинхронним двигуном з короткозамкненим ротором тієї ж потужності.

Результати досліджень показали, що за таких умов вплив величин насичення на параметри пускових режимів зменшується, тому помилка в обчисленнях енергетичних індексів у разі нехтування цього параметра становить 7...8 %, що допустимо для інженерних розрахунків.

Асинхронные электроприводы широко применяются в разных областях промышленности. Большинство таких приводов являются нерегулируемыми. Их основной недостаток — небольшой пусковой момент при высоких пусковых токах. В нерегулируемых асинхронных электроприводах для уменьшения значения пускового тока с увеличением значения крутящего момента возможное использование асинхронных двигателей с массивными лицевыми ферромагнитными экранами элементов за пределами рабочего воздушного зазора. При соответствующем выборе геометрии экрана в таких асинхронных двигателях возможно сформировать механическую характеристику типа «экскаватор». Это позволяет получить пусковой крутящий момент двигателя со значением, близким к максимуму, одновременно ограничивая значение пускового тока. Ограничение значения пусковых токов при увеличении величины крутящего момента асинхронного двигателя с массивными лицевыми ферромагнитными экранами элементов вращающегося контура за пределами рабочего воздушного зазора улучшает динамические свойства электропривода и уменьшает потери энергии в пусковых режимах.

Однако наличие ферромагнитных экранов приводит к дополнительным потерям в стационарных рабочих режимах за счет увеличения активного сопротивления удлиненных стержней обмотки ротора и электромагнитных эффектов самих экранов. Использование таких двигателей целесообразно в электроприводах, которые работают с частыми запусками, когда уменьшение потерь энергии в режиме пуска превышает дополнительные потери при работе на постоянной скорости.

Параметры роторного контура такого двигателя зависят от тока скольжения и ротора, а для их расчета используется итерационная процедура. В режимах запуска токи асинхронного двигателя значительно превышают номинальные значения, что приводит к изменению величины намагниченности магнитной цепи. Процедура одновременного определения переменных двух разных контуров, которые влияют друг на друга, довольно сложна.

Проведен сравнительный анализ величины потерь с учетом насыщения магнитной цепи машины и без нее. Рассмотрены процессы при прямом запуске электропривода и с насыщением текущего значения за счет использования устройств с мягким стартером. Результаты исследования сравниваются с аналогичными режимами работы электропривода с серийным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором той же мощности.

Результаты исследований показали, что при таких условиях влияние величины насыщенности на параметры пусковых режимов уменьшается, поэтому ошибка в вычислениях энергетических индексов с пренебрежением этим параметром составляет 7...8 %, что приемлемо для части инженерных расчетов.

Asynchronous electric drives have become widely spread for different industrial applications, many of them are unregulated. Their main disadvantage is small starting torque at high starting currents.

In unregulated asynchronous electric drives to reduce the value of the starting current with an increase in the torque value, is possible with the use of asynchronous motors with massive face ferromagnetic screens of the elements of the rotary circuit outside the working air gap. With the appropriate choice of screen geometry in such asynchronous motors, it is possible to form a mechanical characteristic of the “excavator type”. This allows obtaining the starting torque of the motor, with the value close to the maximum, while simultaneously limiting the value of starting current. Limiting the value of starting currents with increasing the magnitude of the torque of an asynchronous motor with massive face ferromagnetic screens of elements of the rotary circuit outside of the working air gap improves the dynamic properties of the electric drive and reduces energy loss in the starting modes.

However, the presence of ferromagnetic screens leads to additional losses in the steady-state operating modes due to an increase of the active resistance of the elongated rods of the rotor winding and the electromagnetic effects of the screens themselves. The use of such motors is expedient, in electric drives, which operate with frequent startups, when the reduction of energy losses in the starting mode exceeds additional losses at operation on the steady speed.

The parameters of the rotor circuit of such motor depend on slip and rotor current, and for their calculation, iterative procedure is used. In startup modes, the currents of the asynchronous motor significantly exceed the nominal values, which lead to a change in the value of magnetization of the magnetic circuit. The procedure for simultaneous determination of variables of two different contours that affect each other is rather complicated.

The paper deals with a comparative analysis of the loss value, taking into account the saturation of the magnetic circuit of the machine and without it. The processes considered in the direct start of the electric drive and with the saturation of the current value due to the use of soft-starter devices. The results of the research are compared with the similar operation modes of the electric drive with serial asynchronous motor with squirrel-cage rotor of the same power.

The results of the studies have shown that under such conditions the influence of magnitude saturation on the parameters of starting modes decreases, therefore, the error in calculating energy indices when neglecting this parameter is 7...8 %, which is acceptable for a considerable part of engineering calculations.