ОСОБЛИВОСТІ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ СХЕМИ ЗАМІЩЕННЯ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА ДЛЯ РЕЖИМУ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ
| Autor: | I. M. Kotsur, Dmytro S. Yarymbash, S. T. Yarymbash, M. I. Kotsur |
|---|---|
| Rok vydání: | 2017 |
| Předmět: |
Electric motor
тривимірне моделювання асинхронний двигун коротке замикання електромагнітні поля метод скінченних елементів апроксимуючі функції енергія магнітного поля Engineering business.industry Squirrel-cage rotor Stator 020209 energy Electrical engineering 02 engineering and technology Mechanics three-dimensional modeling induction motor short-circuit mode electromagnetic field finite element method the approximating function the magnetic field energy AC motor Field coil Wound rotor motor law.invention Quantitative Biology::Subcellular Processes трехмерное моделирование асинхронный двигатель короткое замыкание электромагнитные поля метод конечных элементов аппроксимирующие функции энергия магнитного поля law 0202 electrical engineering electronic engineering information engineering business Synchronous motor Induction motor |
| Zdroj: | Electrical Engineering and Power Engineering; No 1 (2017): Electrical Engineering and Power Engineering; 24-30 Электротехника и электроэнергетика; No 1 (2017): Электротехника и электроэнергетика; 24-30 Електротехніка та електроенергетика; No 1 (2017): Електротехніка та електроенергетика; 24-30 |
| ISSN: | 2521-6244 1607-6761 |
| DOI: | 10.15588/1607-6761-2017-1-4 |
| Popis: | Мета. Розробка нової методики визначення параметрів асинхронного двигуна за допомогою реалізації тривимірної математичної моделі нестаціонарних електричних і магнітних полів, що забезпечує високу точність і достовірність результатів при врахуванні особливостей конструкції асинхронних двигунів, нелінійності електрофізичних і магнітних властивостей активних та конструкційних матеріалів.Методика. Чисельне моделювання сполучених просторових нестаціонарних електричних і магнітних полів асинхронного двигуна в режимі короткого замикання методами теорії електромагнітних полів, кінцевих елементів, теорії електричних машин і електричних кіл.Результати. Представлені теоретичні дослідження і дані моделювання на основі чисельної реалізації методом кінцевих елементів тривимірної нестаціонарної математичної моделі електромагнітних полів в асинхронному двигуні, що відображає особливості процесів перетворення енергії змінного струму в режимі дослідного короткого замикання. Дослідженнями встановлено, що в асинхронних двигунах малої потужності енергія магнітного поля локалізується в основному в областях сердечників і пазів статора і ротора. Але при цьому в зоні лобових частин обмоток статора виділяється до 15% від енергії магнітного поля асинхронного двигуна. У центральних зонах, протяжність яких сягає 60% довжини сердечників статора і ротора, магнітне поле наближається до плоскопаралельного поля, істотно видозмінюючись в зонах торців сердечників і лобових частин обмоток статора. Встановлено вплив характерних особливостей розподілу магнітного поля, його енергії на параметри короткого замикання асинхронного двигуна малої потужності і режими його роботи. Співвідношення між індуктивними опорами лобових частин обмоток статора і пазових частин статора і ротора для досліджуваного асинхронного двигуна для режиму дослідного короткого замикання склали відповідно 14,7% і 85,3%.Наукова новизна. Встановлено закономірності просторового розподілу індукції і енергії магнітного поля в режимі дослідного короткого замикання, визначені кількісні співвідношення між індуктивними опорами при локалізації енергії магнітного поля в області лобових частин обмоток статора і в областях сердечників і пазів статора і ротора асинхронних двигунів малої потужності.Практична значимість. За допомогою реалізації динамічної просторової моделі електромагнітних полів методом кінцевих елементів і даних чисельного моделювання динамічного режиму дослідного короткого замикання асинхронного двигуна визначено параметри його схеми заміщення з урахуванням конструктивних особливостей статора і ротора, нелінійності властивостей активних матеріалів в багатокомпонентної області моделювання. Обґрунтовано, що новий підхід до визначення параметрів схеми заміщення асинхронних двигунів на основі даних польового моделювання забезпечує істотне підвищення точності в порівнянні з загальновідомими ітераційно-емпіричними методами. Purpose. Development of a new method for determining the parameters of an induction motor, based on a three-dimensional transient mathematical model of the electrical and magnetic fields, that provides high accuracy and reliability of results and considering the design features of induction motors, nonlinearity of the electrophysical and magnetic properties of active and structural materials.Methods. Numerical simulation of the conjugate spatial transient electrical and magnetic fields of the induction motor in the short-circuit mode, with help methods of the theory of electromagnetic fields, finite element, theory of electrical machines and electrical circuits. Results. Theoretical researches and simulation results, which based on numerical realization of the finite element method of three-dimensional transient mathematical model of the electrical and magnetic fields in induction motor which displayed the features of the processes of AC energy conversion in the experimental short-circuit mode are obtained.The magnetic field energy is localized mainly in the area of the cores and slots of the stator and rotor of the low-power induction motors by researches was determined. In the zone of the frontal parts of the stator windings, up to 15% of the magnetic field energy of the induction motor is evolved. In the central area of the active part of the induction motor, a length up to 60% of the total length of the stator and rotor core, the magnetic field has plane-parallel form, but is transformed into zones of coil ends of the stator windings and near its end of the core. The influence of the characteristic features of the magnetic field distribution, its energy on the substitution circuit parameters of the low power induction motor and its operating modes are defined. The ratios between the resistances inductive coil ends zone of the stator windings and slots zone stator and rotor windings for an induction motor in short-circuit mode were respectively 14.7% and 85.3%.Originality. The regularities of the spatial distribution of induction and the energy of the magnetic field in the experimental short-circuit mode are defined. When the localization of the magnetic field energy in the frontal parts zone of the stator windings and in the cores and slots regions of the stator and rotor of low-power induction motors, the quantitative relations between the inductive resistances are determined.Practical value. Through the implementation of the dynamic spatial model of electromagnetic fields by the finite element method and numerical simulation data of the short-circuit dynamic mode of the induction motor, the parameters taking into account the structural features of the stator and rotor, and the nonlinear properties of active materials in the multicomponent modeling domain of its substitution circuit are determined. It is proved, that the new approach to the determination of the substitution circuit parameters of induction motors based on simulation data field provides a significant increase in accuracy compared to conventional iterative-empirical methods. Цель. Разработка новой методики определения параметров асинхронного двигателя посредством реализации трехмерной математической модели нестационарных электрических и магнитных полей, обеспечивающей высокую точность и достоверность результатов при учете особенностей конструкции асинхронных двигателей, нелинейности электрофизических и магнитных свойств активных и конструкционных материалов.Методика. Численное моделирование сопряженных пространственных нестационарных электрических и магнитных полей асинхронного двигателя в режиме короткого замыкания методами теории электромагнитных полей, конечных элементов, теории электрических машин и электрических цепей.Результаты. Представлены теоретические исследования и данные моделирования на основе численной реализации методом конечных элементов трехмерной нестационарной математической модели электромагнитных полей в асинхронном двигателе, отображающей особенности процессов преобразования энергии переменного тока в режиме опытного короткого замыкания. Исследованиями установлено, что в асинхронных двигателях малой мощности энергия магнитного поля локализуется в основном в областях сердечников и пазов статора и ротора. Но при этом в зоне лобовых частей обмоток статора выделяется до 15% от энергии магнитного поля асинхронного двигателя. В центральных зонах, протяженность которых достигает 60% длины сердечников статора и ротора, магнитное поле имеет плоскопараллельный характер, а в зонах торцов сердечников и лобовых частей обмоток статора существенно трансформируется. Установлено влияние характерных особенностей распределения магнитного поля, его энергии на параметры короткого замыкания асинхронного двигателя малой мощности и режимы его работы. Соотношения между индуктивными сопротивлениями лобовых частей обмоток статора и пазовых частей статора и ротора для исследуемого асинхронного двигателя для режима опытного короткого замыкания составили соответственно 14,7% и 85,3%.Научная новизна. Установлены закономерности пространственного распределения индукции и энергии магнитного поля в режиме опытного короткого замыкания, определены количественные соотношения между индуктивными сопротивлениями при локализации энергии магнитного поля в области лобовых частей обмоток статора и в областях сердечников и пазов статора и ротора асинхронных двигателей малой мощности.Практическая значимость. Посредством реализации динамической пространственной модели электромагнитных полей методом конечных элементов и данных численного моделирования динамического режима опытного короткого замыкания асинхронного двигателя определены параметры его схемы замещения с учетом конструктивных особенностей статора и ротора, нелинейности свойств активных материалов в многокомпонентной области моделирования. Обосновано, что новый подход к определению параметров схемы замещения асинхронных двигателей на основе данных полевого моделирования обеспечивает существенное повышение точности по сравнению с общеизвестными итерационно-эмпирическими методами. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|