Содержание

Часть 1

1.1

1.2

1.3

1.4

Часть 2

2.1

2.2

2.3

2.4

Часть 3

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

Литература

 Кафедра ЭМ

Применение полевых методов в электромагнитных расчетах электрических машин

2.2. Снижение пульсаций момента в синхронных машинах
 с постоянными магнитами

( 1  2  3  4  5  6 )

Синхронные машины с постоянными магнитами, как генераторы, так и двигатели, находят в последнее время все более широкое применение. Объясняется это, прежде всего, появлением материалов, обладающих высокой энергией, - самарий-кобальтовых сплавов и соединений типа NdFeB (ниодим-железо-бор). Однако в таких машинах, особенно имеющих зубчатые сердечники, пульсации электромагнитного момента часто оказываются весьма значительными.

Пульсации момента, обусловленные дискретностью статорной и роторной частей магнитной системы машины, будем называть зубцовыми. В англоязычной литературе широко используется термин cogging torques, обозначающий моменты, обусловленные взаимодействием гармоник МДС постоянных магнитов с гармониками проводимости зазора, обусловленными зубчатостью сердечников [2-5]. При неправильно выбранных соотношениях числа полюсов и числа зубцов в синхронных двигателях с постоянными магнитами могут наблюдаться циклические изменения частоты вращения, возникают вибрации и повышенный шум, в особенности при малых нагрузках и малых частотах вращения [2-6, 2-7]. В [2-5] качество конструкции машины с точки зрения уровня возникающих зубцовых моментов предлагается оценивать по величине так называемого коэффициента добротности

,                                        (2.3)

где Z_s – число зубцов сердечника, на котором уложена обмотка якоря, НОМ(Z_s,2p) – наименьший общий множитель числа полюсов 2р и числа зубцов Z_s.

Чем больше коэффициент С_Т, тем большей амплитуды зубцовых пульсаций момента следует ожидать.

В [2-5] проанализировано влияние на зубцовые моменты таких размеров, как раскрытия пазов и относительная ширина поверхностных постоянных магнитов. Оценено также влияние на пульсации момента числа пазов на полюс и фазу. Кроме того, авторами [2-5] предложено для снижения пульсаций момента предусматривать на сердечнике дополнительные (вспомогательные) пазы и/или зубцы.

Решению проблемы пульсаций момента посвящено много работ. Среди предложенных мер можно назвать как традиционные, давно используемые в машинах и других типов – скос пазов и/или магнитов, так и меры, характерные только для машин с постоянными магнитами.

Скос зубцов и полюсов машины приводит к тому, что магнитное поле в ней становится существенно трехмерным. Такие поля трудно рассчитывать и численный анализ их требует более сложного программного обеспечения и большего времени. Следует отметить также, что скос пазов и полюсов усложняет технологию изготовления машины.

В то же время многие из способов снижения пульсаций момента сводятся лишь к изменению поперечного сечения машины, которое на всей ее длине остается неизменным. В этом случае магнитные поля, несмотря на то, что они могут быть довольно сложными, могут рассчитываться с помощью двухмерных конечно-элементных программ. В предлагаемой главе рассмотрены именно такие способы снижения пульсаций момента и примеры расчета именно таких двухмерных полей.

На величину пульсаций момента в значительной мере влияет форма постоянных магнитов. В качестве примера сошлемся на результаты исследования, выполненного в Харбинском технологическом институте (КНР) [2-8]. Целью этой работы являлась оптимизация размеров поперечного сечения
3-фазного 4-полюсного двигателя мощностью 2 кВт, имеющего на статоре шесть зубцов (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Синхронный двигатель с постоянными магнитами для компрессора,
мощность 2 кВт [2-8].

 (Permanent magnet - постоянный магнит, magnetic bridge-магнитная (стальная) перемычка)

Таблица 2.2

Данные двигателя, приведенные в [2-8]

Таблица 2.3

Сравнение пульсаций момента при различной относительной ширине магнитов (данные из [2-8] )

Таблица 2.4

Сравнение пульсаций момента при различной  ширине мостика магнитов

(данные из [2-8] )

  Назад   Продолжение