Wunna Swe Master THESIS (the Whole)

МОСКОВСКИЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) УДК: Факультет: ИЭТ Кафедра: ЭМ

Специальность: 551300,“Электротехника, электромеханика и электротехнологии”

МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

Программа: Тема: Исследование линейных асинхронных двигателей

Студент ЭЛ-11-99 Вунна Шве

группа подпись Фамилия И.О.

Научный руководитель доцент к.т.н. Соколова Е.М должность звание подпись Фамилия И.О.

Консультант должность звание подпись Фамилия И.О.

Рецензент ст.н.с к.т.н. Богаченко Д.Д должность звание подпись Фамилия И.О.

Магистерская диссертация допущена к защите

Зав. кафедрой доцент к.т.н. Ширинский С.В звание подпись Фамилия И.О.

Дата МОСКВА 2005 г.

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Факультет: ИЭТ Кафедра: ЭМ

Направление: 551300,“Электротехника, электромеханика и электротехнологии”

ЗАДАНИЕ НА МАГИСТЕРСКУЮ

ДИССЕРТАЦИЮ

по программе подготовки магистров: Тема: Исследование линейных асинхронных двигателей Время выполнения работ с 01.09.2003 по 30.06.2005 Студент Вунна Шве ЭЛ-11-99

фамилия и.о. группа подпись Научный руководитель доцент. к.т.н. Соколова Е.М

должность звание фамилия и.о. подпись Консультант

должность звание фамилия и.о. подпись Консультант

должность звание фамилия и.о. подпись Зав. кафедрой

подпись дата фамилия и.о. № приказа утверждения задания

Место выполнения научной работы: кафедра ЭМ Москва “ ” 2005 г. Глава 1. Общие Сведения О Линейных Асинхронных Двигателях

1.1. Особенности линейный асинхронный двигатель Для образования бегущего электромагнитного поля достаточно, чтобы в близлежащих катушечных группах обмотки протекали электрические токи, сдвинутые по фазе на определенный угол, не равный нулю, 180, 360. Наилучшие условия образования бегущего электромагнитного поля получаются при использовании m1- фазной обмотки, когда m1-целое число. Если угол сдвига α фаз токов в активных катушечных групп имеет постоянное значение, то он определяется из выражения

α =360/2m1. (1) Линейные асинхронные машины по конструктивным признакам и особенности физических процессов подразделяются на машины с поперечным и аксиальным магнитным потоком. Машину с поперечным магнитным потоком представляют как разрезанную по образующей и развернутую в плоскость обычную асинхронную машину вращательного движения (рис. 1.1.) . Вращающееся магнитное поле преобразуется, таким образом, в поле, перемещающееся по прямой линии и способное сообщать ускорение плоскому короткозамкнутому вторичному элементу. Возможности применения линейного асинхронного двигателя, очень ограничены, так как при движении вторичного элемента в какую-либо сторону все большие участки статора становятся пассивными при потере электромагнитной связи с вторичным элементом, но потребляют энергию из сети ( рис. 1.2.,а ) .

Если требуется, чтобы движение происходило на значительном протяжении и не вызывало излишней затраты мощности, то необходимо увеличивать длину вторичного элемента. В некоторых случаях целесообразно, чтобы длина вторичного элемента была меньше длины статора.

В связи с упомянутыми признаками линейные асинхронные машины подразделяются на два больших класса: машины с коротким статором и машины с коротким вторичным элементом. Примеры этих разновидностей показаны соответственно на рис. 1.2.,б и в. Возможны варианты с секционированным статороми возбуждением лишь секций, которые в данный момент находятся в работе.

Рабочие характеристики, к.п.д. и стоимость линейной асинхронной машины определяются конструкциями статора и вторичного элемента. Типы статоров плоских линейных асинхронных машин приведены на рис. 1.3. Машина с электрически односторонним статором представлена на рис. 1.3.,а. Одна сторона такого статора не имеет обмотки и служит лишь для замыкания магнитной цепи. Более сильный магнитный поток через вторичный элемент может быть создан в электрически двусторонней машине(рис. 1.3.б), содержащей две обмотки. Линейные машины с одним статором, аналогичные представленной на рис. 1.3.,в. относят к электрически и магнитно-односторонним машинам.

Во многих случаях невозможно изготовить вторичные элементы с пазами для обмотки по типу обычных асинхронных машин с беличьей клеткой. При этом находят применение более простые решения (рис. 1.4.). Наиболее простую конструкцию имеет вторичный элемент в виде листа из меди, алюминия или ферромагнитной стали (рис. 1.4.,а). Применение медного или алюминиевого листа в ряде случаев не позволяет получить хорошие к. п. д. и тяговые характеристики двигателя. Составные вторичные элементы из листов проводникового и ферромагнитного материала (рис. 1.4.,б) или в виде проводящих листов, прошитых стальными заклепками (рис. 1.4.,в), могут улучшить прохождение магнитного потока и характеристики машины. Вторичные элементы в виде стального листа обеспечивают хорошие пусковые характеристики двигателя вследствие локализации токов в поверхностном слое листа. Характер распределения электрических токов в листовом вторичном элементе зависит от его конструкции. На рис. 1.5., а изображена картина токов в случае вторичного элемента решетчатого типа, являющегося эквивалентом ротора типа беличье колесо. В таком проводнике ток из одной поперечной перекладины в другую попадает только через продольные краевые участки, в то время как в сплошном листе диаграмма токов имеет вид, показанный на рис. 1.5., б. При взаимодействии магнитных полей токов статора, вторичного элемента и ферромагнитных материалов создаются различные по направлению и значению электромагнитные силы. Кроме основной силы, совпадающей по направлению с бегущим магнитным полем, возникают силы, перпендикулярные к скорости бегущего поля. В ряде случаев дополнительные усилия сравнительно велики и влияют на работу машины. Листовой вторичный элемент из немагнитного проводящего материала при отклонении от нейтрального положения по ширине статора испытывает действие бортовых усилий, которые стремятся

увеличить это отклонение, иными словами, вытолкнуть лист вбок. Такой вторичный элемент, помещенный между двумя статорами с обмотками, создающими согласные потоки через лист, притягивается к близлежащему статору. При этом поведение проводящего листа аналогично поведению ферромагнитной пластинки, но усилия в последней существенно больше.

Если вторичный элемент без железа находится в магнитном поле одностороннего статора рис., то он испытывает не только воздействие продольных сил, но также и перпендикулярное его плоскости отталкивающее усилие. Под действием этого усилия вторичный элемент может устойчиво висеть над статором. Интересной особенностью машины без железа во вторичном элементе является наличие над поверхностью статора наряду с бегущей составляющей магнитного поля еще и чисто вращающейся составляющей. В этом можно убедиться с помощью рис. 6. Картина бегущего магнитного поля с течением времени смещается вдоль оси Ох, поэтому направление силовых магнитных линий внутри неподвижного круга s будет изменяться. Так, в начальный момент времени, т. е. при х = 0, поле внутри круга соответствует положению 1, при х = 0,5 t -- положению 2, при х = t -- положению 3, при х = 1,5 t -- положению 4, при х = 2t -- положению 5. Сравнение направлений линий магнитной индукции в круге s показывает, что они вращаются с частотой, равной частоте тока статора. С помощью этого поля можно привести во вращение небольшой ротор наподобие кремальеры, в связи с чем указанное

явление получило название кремальерного эффекта. Такая конструкция сочетает в себе особенности машин поступательного и вращательного движения.

Вторичный элемент, содержащий ферромагнитный материал, при поперечном смещении с осевой линии может вместо отталкивания притягиваться к статору. Поэтому вопрос об устойчивости составного вторичного элемента оказывается сложным, и результат зависит от скорости вторичного элемента, соотношения объемов магнитного материала и проводника, размера воздушного зазора и других факторов. Усилие притяжения статора максимальном при синхронной скорости, а продольное тяговое усилие максимально при пуске и минимально при синхронной

скорости, а продольное тяговое усилие максимально при пуске и максимально при синхронной скорости. Направление движения вторичного элемента определяется из условия получения наибольшего магнитного потока двигателя. Типичным представителем машин с аксиальным потоком является трубчатый линейный асихронный двигатель. Его можно получить, если плоский линейный асинхронный двигатель мысленно свернуть в трубу вокруг оси, параллельной направлению движения бегущего магнитного поля (рис. 1.7.).

В обычных машинах вращательного движения, а также в плоских линейных асинхронных двигателях обмотки работают как бы только в пределах пазов (рис. 1.8.,а). Лобовые части обмоток необходимы лишь для перетекания тока от одного полюса к другому, и если не считать, что они способствуют охлаждению, то получится. что они работают вхолостую, ухудшая к. п. д. и cosф машины. В трубчатом двигателе обмотка статора принимает вид уложенных друг на друга в определенной последовательности цилиндрических катушек (рис. 1.8., б) или непрерывных слоев провода (рис. 1.9.), что резко упрощает ее изготовление. Вторичные токи протекают по кольцевидным контуром параллельно катушкам статора. Другое отличие трубчатого двигателя состоит в том, что магнитный поток, проходящий из одного полюса в другой должен пройти в продольном направлении внутри обмотки вторичного элемента. Поперечные электромагнитные силы взаимодействия статора и вторичного элемента трубчатого двигателя в значительной степени взаимно компенсируются, но полностью избавиться от их влияния все же не удается.

Прохождение магнитного потока двигателя в аксиальном направлении

значительно улучшается при использовании центрального неподвижного ферромагнитного сердечника или вторичного элемента с железом. В отличие от машин с плоским магнитным потоком, для которых требуется, чтобы ток, пересекающий машину в одном направлении, пересекал ее и в другом, машины с осевым потоком могу работать с любым, в том числе и нецелым числом полюсов статора. Двигатель с аксиальным магнитным потоком может быть создан при использовании плоских статоров, если они обеспечивают создание магнитных потоков, которые входят встречно во вторичный элемент и проходят внутри его продольном направлении.

Обмотки линейных асинхронных машин имеют те же схемы соединения, что и обычные двигатели. Схема соединения обмотки статора линейной асинхронной машины в ряде случаев оказывает существенное влияние на ее механические характеристики, к. п. д., коэффициент мощности, рациональное использование материалов в магнитных и электрических цепях. Как правило, бывает выгодно включать обмотки параллельно в машинах с коротким статором. При параллельном включении магнитный поток вдоль машины практически постоянный, а токи на отдельных участках зависят от положения вторичного элемента и его скорости. Последовательное соединение обмотки дает одинаковые токи в катушках статора и равномерное распределение потерь мощности вдоль машины, но магнитный поток и потери в стали распределяются неравномерно, если вторичный элемент не полностью перекрывает активную часть статора. 1.2. Особенности цилиндрических линейных асинхронных двигателей Цилиндрические ЛАД, как правило, изготавливаются с меньшим воздушным зазором по сравнению с плоскими. Отсутствие поперечного краевого эффекта, неактивных лобовых частей приводит к лучшему использованию обмоточной меди и улучшению массогабаритных и энергетических показателей. Указанные преимущества способствуют более широкому применению цилиндрических ЛАД в электроприводах разных промышленных установок. К этому числу приводов можно отнести цилиндрические магнитогидродинамические насосы, как разновидность ЛАД с жидкометаллическим рабочим телом. Они применяются при больших расходах жидкого металла и больших давлениях. Однако они имеют более сложную конструкцию, а их разработка без нарушения целостности жидкометаллического тракта практически невозможна. Аналогичные трудности препятствуют применению цилиндрических ЛАД в транспортных установках. Наиболее выгодно электроприводы с цилиндрическими ЛАД использовать в механизмах, работающих в кратковременном и повторно кратковременном режимах работы и не требующих большого хода вторичного элемента. К этому числу относятся приводы механизмов гибкого автоматизированного производства, различных установок ударного действия, привод прокладчика уточной нити ткацкого станка, глубинного

плунжерного насоса, а также приводы разъединителей, масляных выключателей, толкателей стрелочного перевода, привод мотыльковых сбрасывателей труб, привод раздвижных дверей, механизма перемещения бутылок. Конструктивно цилиндрический ЛАД состоит из индуктора и вторичного элемента, который может быть длиннее или короче индуктора. Исходя из этого, различают ЛАД с коротким индуктором и коротким вторичным элементом. Линейные приводы толкателей, таскателей, сбрасывателей, масляных выключателей требуют конструкции цилиндрических ЛАД с коротким индуктором. Вторичные элементы таких ЛАД изготавливаются из ферромагнитной трубы или из немагнитной трубы проводникового материала (меди, алюминия), из трубы немагнитного материала с ферромагнитным сердечником, который может быть как из шихтованной, так и монолитной стали. Также вторичный элемент может быть изготовлен из шихтованной стали с токопроводящими кольцами или из чередующихся шайб ферромагнитного и проводникового материала. В ряде случаев на ферромагнитный сердечник наносится гальваническое покрытие немагнитного материала или плотно, виток за витком, наматывается медная проволока, которая пропаивается по образующей. Ферромагнитный сердечник или ферромагнитные участки вторичного элемента служат для уменьшения сопротивления магнитному потоку и улучшению характеристик двигателя. Вторичные элементы цилиндрических ЛАД с ферромагнитными сердечниками обладают большей массой по сравнению с полыми при тех же конструктивных параметрах. Наличие увеличенной массы бегуна является преимущественной конструкцией ЛАД для привода масляного выключателя, так как запас кинетической энергии, накопленной в процессе движения, способствует завершению включения контактов масляного выключателя даже при снижении напряжения сети до нуля процессе включения. Конструкция производственного механизма накладывает конкретные требования и на конструктивные параметры разрабатываемого электропривода. Например, основным конструктивным требованием при разработке линейного электропривода масляного выключателя принимается размещение ЛАД в приводном шкафу, т.е. производственный механизм накладывает требования на длину индуктора и вторичного элемента. При выбранном полюсном делении, однозначно определяющим синхронную скорость линейного двигателя, это требование приводит к снижению числа полюсов ЛАД, В ЛАД, обладающим небольшим числом пар полюсов, влияние ПКЭ проявляется в большей степени. Уменьшением развиваемой силы под действием ПКЭ можно пренебречь, если число пар полюсов 2Р>3. Более точный анализ тягового усилия показывает, что оно увеличивается с увеличением числа полюсов до Р=24. Но такое число полюсов для многих двигателей производственных механизмов практически оказывается слишком большим. В связи с этим возникает задача оценки влияния оценки

влияния ПКЭ на развиваемое усилие и расчёта основных его параметров с учётом снижения усилия. 1.3. Особенности физических процессов, протекающих в линейной асинхронной машине Разомкнутость магнитной системы линейных асинхронных машин приводит к тому, что индуктивности и взаимные индуктивности катушечных групп становятся различными и зависят от их расположения по длине статора. Ввиду этого при симметричной системе напряжений питания токи в фазах обмотки оказываются несимметричными. Появляются токи обратной последовательности, а при соединении обмотки в треугольник или в звезду с нулевым проводом возникают также токи нулевой последовательности. Наибольшие токи имеют место в тех фазах обмотки, катушечные группы которых расположены на концах статора. Эти фазы потребляют и наибольшую активную мощность. Средняя фаза потребляет наименьший ток и мощность. В некоторых случаях ее активная мощность может быть даже отрицательной. При движении вторичного элемента наибольшая мощность наблюдается в той фазе обмотки статора, катушечные группы которой находятся на входном конце. Все это приводит к искажению распределения магнитного поля по длине воздушного зазора статора. Поэтому представляет интерес создание двухфазных линейных асинхронных машин, в которых легче получить одинаковые токи и мощности в фазах.

Наиболее глубокое исследование магнитного поля линейных и дугастаторных машин в режиме холостого хода при равномерной линейной нагрузке было произведено и развито. В пределах обмотанной части статора (рис. 10) индукция В в рабочем зазоре равна: 1sin( ) ( 1) sin ( 1) cos ,m mc msB B t x pB ch x t pB sh x tω α β ω β ω= − − − − − (2) где; ;mc c mB k B= ;ms s mB k B= )];( / [ (1c ш шk sh p sh pβ τλ β τ λ= + ( ) / [ (1 )];s ш шk ch p ch pβτ βτ λ π βτ λ= + 1 / ;α π τ= 02 / ";hβ µ µ δ=

0 ./ " ;m н сB F kδµ= 1 2 ;обm

kmF Ip

ωπ

= 2 2. / .1н сk αβ= +

В приведенных выражениях обозначены: ω―число витков; p ― число пар полюсов статора; I ― эффективный фазный ток статора; µ0 ― магнитная проницаемость вакуума; коб ― обмоточный коэффициент; λш ― отношение магнитной проводимости шунтирующих участков магнитной цепи к магнитной проводимости активной зоны воздушного зазора; δ" ― приведенная величина воздушного зазора с учетом наличия пазов и насыщенная зувцовой зоны; кн.с ― коэффициент, учитывающий насыщение ярма; Вm ― амплитуда индукции бегущего поля; Fm ― амплитуда н.с. статора. Остальные обозначения соответствуют обозначениям на рис.10. При выводе уравнения (2) предполагалось, что железо статора и вторичного элемента не насыщено и обладает относительной магнитной проницаемостью µ. Магнитное сопротивление стали статора и вторичного элемента в направлении, перпендикулярном к плоскости железного пространства, принималось равным нулю, сопротивление зубцов учитывалось соответствующим увеличением рабочего зазора δ. С целью оценки влияния магнитного шунтирования между железного пространства

машины железо статора принято удлиненным с каждого конца активной зоны на y. Первый член в формуле (2) определяет нормальное поле, бегущее в направлении положительной координаты х (рис. 10), а остальные два члена ― пульсирующие поля, обусловленные разомкнутостью магнитопровода. Возникновение пульсирующих магнитных полей в рабочем зазоре статора при равномерной линейной нагрузке получило название, продольного краевого эффекта в первичной цепи. последний член уравнения (2) обусловлен конечным значением магнитной проницаемости стали ярма. Это следует из того, что при большом рабочем зазоре машины, когда насыщением стали магнитопровода можно пренебречь (α = ∞), параметры β и ks обращаются в нуль. Второй член уравнения (2) обусловлен прохождением магнитного потока вне рабочего зазора. При λш = 0 он обращается в нуль. Искажение картины магнитного поля при холостом ходе машины сохраняется и в рабочих режимах, ухудшая ее тяговые и энергетические характеристики. Поэтому представляют практический интерес мероприятия по снижению пульсации индукции в рабочем зазоре. Установлено, что пульсации потока уменьшаются при увеличении числа полюсов машины, а также при выполнении обмотки статора двухслойной с укороченным шагом. В плоских линейных асинхронных машинах магнитные потоки, шунтирующие основной поток рабочего зазора, исходят из торцевых и боковых граней сердечника и спинки статора. Эффект шунтирования зависти также от типа обмотки и лобовых частей. В цилиндрических линейных индукционных машинах шунтирующие потоки возникают фактически только с торцов магнитопровода, поэтому пульсирующие поля в них значительно слабее. Учет в процессе проектирования линейной асинхронной машины приведенных факторов и обеспечение минимально возможного рабочего зазора способствуют снижению пульсирующих полей. Пульсирующее поле в принципе можно скомпенсировать с помощью катушки, которая охватывает активную часть сердечника и включена последовательно в фазу С обмотки при условии, что катушки фаз А и В расположены на концах статора. Такими образом можно добиться полного уничтожения пульсирующей составляющей. Однако создание пологого спада индукции на концах машины приведет к неполному использованию магнитопровода, что неприемлемо, если статор имеет небольшую длину активной части и малое число полюсов. Кроме того, при большом числе полюсов пульсирующие потоки в зазоре значительно уменьшаются. Следовательно, данный метод имеет ограниченную область применения. Выбор нечетного дробного числа полюсов в некоторых случаях снижает пульсации индукции в средней части машины, но приводит к нежелательным явлениям во вторичной цепи и усложняет изготовление обмотки. В цилиндрических линейных асинхронных машинах пульсирующее поле может быть скомпенсировано добавочными кольцевидным катушками, расположенными по концам

магнитопровода в дополнительных пазах, их роль могут выполнять медные короткозамкнутые кольца. При рассмотрение магнитного поля линейной асинхронной машины можно также исходить из условия симметрии системы напряжений, приложенных к статору. В этом случае магнитное поле статора конечной длины можно представить, пользуясь методом суперпозиции, в виде полей отдельных катушек (витков), а для некоторых типов цилиндрических машин ― с помощью интеграла Фурье. Данные способы достаточно точны, но неудобны для анализа, а при большом числе катушек ― и для вычислений. Анализ свойств переменного электромагнитного поля в рабочем зазоре линейной асинхронной машины показывает, что бегущее электромагнитное поле существует не на всей обмотанной части статора не говоря о необмотанных его частях. При отсутствии компенсирующих обмоток можно читать, что оно существует между серединами наружных активных сторон секций фаз плоской обмотки, расположенных на концах статора, или между серединами аналогичных катушечных групп для цилиндрической обмотки. На участках от торцов статора до середины крайних активных сторон секций или катушечных групп действует пульсирующее электромагнитное поле. При неподвижном вторичном элементе пульсирующие поля создают выталкивающие электромагнитные силы, направленные встречно. Возникновение этих сил обусловливает потери энергии в концевых зонах статора и вторичного элемента. Поступательное движение вторичного элемента связано с изменением параметров его электрических цепей, расположенных в рабочем зазоре короткого статора, и протекающих в них токов, а также с динамическим торможением в пульсирующем магнитном поле концевых участков статора. В случае короткого вторичного элемента изменяются также количество и состав цепей статора, имеющих с ним магнитную связь. Возможны случаи, когда одновременно изменяется состав цепей статора и вторичного элемента. Вследствие этого режим работы линейных асинхронных машин при постоянной скорости органически сочетается с переходными процессами в статоре и вторичном элементе. Продолжительность переходных процессов изменения токов определяется электромагнитными постоянными времени цепей. Явления столь своеобразной коммутации не имеют места в обычных асинхронных машинах. Они тормозят движение вторичного элемента и дополнительно ухудшают энергетические показатели машины. Конечная длина статора обусловливает наличие продольного краевого эффекта во вторичном элементе. Действие эффекта проявляется в том, индуктируемые во вторичном элементе, токи растекаются за пределы активной зоны машины. В результате этого протекают своеобразные электромагнитные процессы как за пределами, так и внутри активной зоны. Вопросу продольного краевого эффекта во вторичном элементе посвящены многочисленные исследования. Конечная ширина вторичного элемента вызывает появление составляющих тока, параллельных направлению движения поля. Эти

составляющие аналогичны токам в лобовых частях электрических машин и не участвуют в создании полезных усилий. Удлинение линий тока приводит к уменьшению полезной составляющей тока и значительному снижению тягового усилия. такое явление называется поперечным краевым эффектом и наблюдается в машинах с листовым вторичным элементом. Известны теоретические и экспериментальные исследования для случая плоского поля в зазоре. Явления поперечного краевого эффекта во вторичном элементе приводит к неравномерности распределения индукции рабочего зазора по ширине машины и усложняют теоретически анализ. Поперечный краевой эффект и продольный краевой эффект во вторичной цепи отсутствуют в линейных асинхронных машинах трубчатого типа. При значительной толщине проводящего слоя вторичного элемента приходится считаться с размагничивающим действием вторичных токов и поверхностным эффектом. Искажение симметрии токов в фазах приводит к тому, что скорость бегущего магнитного поля становится неравномерной по длине машины. В местах, где больше угол сдвига между токами в соседних катушечных группах, больше скорость поля, и наоборот. Поэтому формула 0 2 ,fυ τ= (3) Где 0υ ― скорость бегущего электромагнитного поля; τ ― полюсное деление обмотки; f ― частота тока, справедлива только для симметричных токов в фазах обмотки и позволяет определять среднюю скорость бегущего поля. Кроме отмеченных специфических явлений, в линейных асинхронных машинах наблюдаются зубцовые эффекты, электромагнитные переходные процессы и другие явления, характерные для машин вращательного движения.

Глава2. Проектирование Линейный Асинхронный Двигатель

Цель работы - спроектировать линейный асинхронный

двигатель со следующими параметрами.

Индуктор Напряжение фазное Uн 220:= В Частота сети fн 50:= Гц

m1 3:= Число фаз

Номинальное усилие Fн 25:= H

мc

Синхронная скорость Vc 3.6:= P 4:=

Число полюсов 2P 8=

наружные и диаметра ярма d7 .064:= м Внутренний диаметра ярма d6 .058:= м Длина индуктора Lн .288:= м

Ширина зубца вz1 .00282:= м

Ширина паза вп1 .0092:= м Внутренний диаметр d3 .022:= м δ 0.0005:= Воздушный зазор м

Обмотка индуктора

Число катушек Nk 24:=

Число витков в катушке Wk 254:=

число витков в фазе Wф 1016:=

м Диаметр провода d 0.00053:=

Число пазов на полюс и фазу 1

k0 1:= Обмоточный коэффициент

м Наружный диаметр катушки d5 .057:=

м Внутренний диаметр катушки d4 .024:=

м Наружный диаметр слоя d2 .021:=

м Внутренний диаметр слоя d1 .0186:=

q 1:=

2.1. Выбор главных размеров

Aм

А 30 104⋅:= Линейная нагрузка

I1 АLн

2 m1⋅ Wф⋅⋅:=

I1 14.173= A f1 50:= Гц

полюсное деление

τVc2 f1⋅

:= τ 0.036= м

индукция в воздушном зазоре

Bδ 0.5:= Тл

обмоточный коэффициент полюсного перекрытия

Lδπ d3 d1+( )⋅

2:=

αδLδτ

:= αδ 1.772=

магнитный поток Φδ αδ τ⋅ π⋅ d3⋅ Bδ⋅:= Φδ 2.204 10 3−×= Вб

kв 1.11:=

k0 1:=

ЭДС обмотки индуктора E 4 kв⋅ f1⋅ k0 Wk⋅( )⋅ Φδ⋅:=

E 124.273= В

Расчетная мощность двигателя

P2 m1 E⋅ I1⋅:= P2 5.284 103×= Вт

Линейная нагрузка

Aм

A 30 104⋅:=

Активная длина индуктора

Lн2 m1⋅ Wф⋅ I1⋅

A:=

Lн 0.288= м Smin 0.3:= Sн Smin:=

Vн Vc Sн Vc⋅( )−:= Vн 2.52=

Номинальная мощность

Pн Fн Vн⋅:= Pн 63=

kη1 Sн−( )

Sн:= kη 2.333=

koc 0.85:= kE 0.95:= kв 1.09:=

cos фн( )kE kη⋅ Fн⋅

π koc⋅ kв⋅ k0⋅ αδ⋅ d3⋅ Lн⋅ A⋅ Bδ⋅:=

λd3Lн

:= λ 0.076=

2.2. Расчет геометрии зубцов и пазов индуктора и вторичного элемента

число пар полюсов ярма

PLн2 τ⋅

:= P 4=

Ширина двигателя по зазору

Lδπ d3 d1+( )⋅

2:=

Lδ 0.064= м

Зубцовое деление индуктора

tz1 0.012= м tz1 вz1 вп1+:=

значение индукции в ярме индуктора

Вя1 1.35:= Тл

найденная высота ярма

hя1αδ Bδ⋅ τ⋅ d3⋅

2 Вя1⋅ d6⋅:=

hя1 4.48 10 3−×= м

rz1

вп1δ

⎛⎜⎝

⎞

⎠

2

5вп1δ

+⎛⎜⎝

⎞

⎠

:=

rz1 14.468=

kδ1tz1

tz1 rz1 δ⋅−( ):= kδ1 2.512=

Bz2 1.65:= Тл Bδ 0.5= Тл

вz2Bδ

0.46 Bz2⋅:=

мм вz2 0.659=

вz2 0.659 10 3−⋅:= м

tz2

вz20.46

:= tz2 1.433 10 3−×= мм

вп2 7.736 10 4−×= вп2 0.54 tz2⋅:= м

Эквивалентный воздушный зазор δэ 1.256 10 3−×= мδэ kδ1 δ⋅:=

ωc 2 π⋅ f1⋅:= ωc 314.159=

гнм

Ом м⋅( ) 1− µ0 4 π⋅ 10 7−⋅:= rcu 40.7 106⋅:= kµ 1.04:=

απ

τ:= ∆ 1.2 10 3−⋅:= α 87.266= м

Электромагнитная добротность

ε0µ0 ωc⋅ rcu⋅ ∆⋅

kµ δэ⋅ α2⋅:=

ε0 1.939=

2.3. Расчет обмотки индуктора

Dэ

2 P⋅ τ⋅

π:= Dэ 0.092=

hп1 0.150:=

ширина паза по средней линии паза индуктора

Lпнπ d5 d4+( )⋅

2:=

Lпн 0.127= м

Ток фазы индуктора

I1 Atz1Wk⋅:= I1 14.197= A

Сечение проводника

j 4.5 106⋅:=

qмI1j

:= qм 3.155 10 6−×= м2 Коэффициент заполнения паза медью

Sп0.5 d6 d3−( )⋅

вп1:= Sп 1.957=

Kзм WkqмSп⋅:=

Kзм 4.096 10 4−×= м2

средний диаметр катушки статора

Dkcpd5 d4+( )

2:=

Dkcp 0.041= м

средняя длина витка Lвср π Dkcp⋅:= Lвср 0.127= м Длина провода катушки

Lk 32.318= Lk Lвср Wk⋅:= м

2.4 Определение параметров схемы замещения Активное сопротивление фазы обмотки индуктора Ом м⋅( ) 1− γcu 40.7 106⋅:=

R1Nk3

1

γcu⋅

Lkqм⋅:= Ом R1 2.014=

Главное индуктивное сопротивление k0 1:= (Для ЦЛАД)

Xm4 µ0⋅ m1⋅ f1⋅ τ⋅ Lδ⋅ Wk k0⋅( )2⋅

kµ π⋅ δэ⋅ P⋅:=

Xm 6.805= Ом

Активное сопротивление вторичного элемента

R'2Xmε0

:=

R'2 3.51= Ом

hобмd5 d4−

2:=

hобм 0.017=

hz1d6 d3−

2:=

h1 1.5 10 3−×= h1 hz1 hобм−:=

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния паза индуктора

λп1hобм3 вп1⋅

h1вп1

+:= λп1 0.761=

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния коронок зувцов

λк1

2 π⋅ln

δвz1

⎛⎜⎝

⎞

⎠

2

0.5+⎡⎢⎣

⎤⎥⎦

4 δ⋅вz1

atanвz12 δ⋅

⎛⎜⎝

⎞

⎠⋅+

⎡⎢⎣

⎤⎥⎦

⋅:= λк 0.038= q 1:=

Суммарное индуктивное сопротивление

Xпк15.8 10 8−⋅ f1⋅ Lпн⋅ Wф k0⋅( )2⋅

P q⋅:=

Xпк 0.259=

kп

1 0.5π δ⋅

τ⎛⎜⎝

⎞⎠

2

+

1 0.5π δ⋅

2 τ⋅⎛⎜⎝

⎞⎠

2

+

:=

kп 1.001=

Сопротивление рассеяние от основной гармоники в воздушном зазоре

Xбδ kп 1−( ) Xm⋅:=

Xбδ 4.857 10 3−×= Ом

σd 0.097:=

Сопротивление дифференциального рассеяния, обусловленное высшим гармониками поля

Ом Xd σd Xm⋅:= Xd 0.66=

λпπ d7

2 2d7 d6⋅+ 3 d62⋅+( )⋅

12 вп1⋅

π d62 d5

2−( )⋅

4вп1+

π d52 d4

2−( )4вп1

+:=

Lп µ0 Wk

2⋅ λп⋅:=

X1Lп2 P⋅

2⋅ π⋅ f1⋅:= Ом X1 2.716=

dcpd1 d2⋅( )

2:=

dcp 1.953 10 4−×= м2

hz2d2 d1−

2:= hz2 1.2 10 3−×= м

λп2hz2

3 вп2⋅:= λп2 0.517=

Kδ2

5вп2δэ

+

5вп2δэ

1вп2tz2

−⎛⎜⎝

⎞

⎠⋅+

:=

Kδ2 1.063=

λd2

tz211.9 δэ⋅ Kδ2⋅

:=

λd2 0.09=

Индуктивное сопротивление наборного вторичного элемента ( С проводящим слоем без пазов ) X'2 0:= Ом

2.5. Рабочие характеристики

i 1 10..:= Si i 0.1⋅:= Si0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

=

ZвхiR1

Si Xm2⋅ R'2⋅

R'2 Si Xm⋅( )2++

⎡⎢⎢⎣

⎤⎥⎥⎦

i X1Xm R'2

2⋅

R'22 Si Xm⋅( )2+

+⎡⎢⎢⎣

⎤⎥⎥⎦

+:=

RвхcuiR1

Si Xm2⋅ R'2⋅

R'2 Si Xm⋅( )2++:=

XвхiX1

Xm R'22⋅

R'22 Si Xm⋅( )2+

+:=

Rвхcui

00123456789

6.1048.0768.3657.968

7.46.8466.3565.9375.58

5.276

= Xвхi

00123456789

9.2748.6317.8016.9656.2245.6085.1114.7144.3984.146

=

Ток фаза индуктора

I1cui

00123456789

19.81518.61219.23520.78822.75124.86

26.97429.02230.96432.785

=

I1cui

Uн

Rвхcui( )2 Xвхi( )2+⎡⎣

⎤⎦

:=

Zi

00123456789

27.6097.6523.9572.6632.0641.7391.5431.4161.3291.266

=

Магнитная добротность ЦЛАД

εcXmR'2

:= Zi1

Si ε0⋅⎛⎜⎝

⎞

⎠

21+:=

Fcui

3 R'2⋅ I1cui( )2⋅

Si 2⋅ τ⋅ f1⋅ Zi⋅:= ηcui

Fcuiτ⋅ f1⋅ 1 Si−( )⋅

Fcui2⋅ τ f1⋅ 3 R1⋅ I1cui( )2⋅+

:=

ηcui

0.1740.2130.2080.1860.1570.1250.0930.0610.03

0

= Fcui

415.988662.109911.781

1.187·10 3

1.467·10 3

1.732·10 3

1.97·10 3

2.175·10 3

2.346·10 3

2.483·10 3

=

cosфcui

Fcui2⋅ τ⋅ f1⋅ 3 R1⋅+ I1cui( )2+

3 Uн⋅ I1cui⋅

:= cosфcui

0.1450.2230.2880.3430.3870.4180.44

0.4530.46

0.463

=

Vi

Vc 1 Si−( )⋅:= Vi3.242.882.522.161.8

1.441.080.720.36

0

=

Механический характеристик

400 610 820 1030 1240 1450 1660 1870 2080 2290 25000

0.35

0.7

1.05

1.4

1.75

2.1

2.45

2.8

3.15

3.5

Н

м/с V

i

Fcui

Характеристики цилиндрического линейного асинхронного двигателя

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.07

0.14

0.21

0.28

0.35

0.42

0.49

0.56

0.63

0.7

cosфcui

ηcui2⋅

I1cui0.02⋅

Si

2.6. Исследование Механические Характеристики Цилиндрических Линейных Асинхронных Двигатели При проектирование ЦЛАД, проводящий слой может конструироваться не только из меди, но и других материалов. Каждый материалы имеют сбой физические постоянные свойства. В таблица 2.1 показаны физические постоянные материалов применяемые для изготовления ЦЛАД.

Удельное электрическое сопротивление

(Ом. м) 10-8

Материал

При 00

С При 1150

С

Температурный коэффициент сопротивления

10-3 ( к-1 )

Плотность кг/м3

Алюминий Медь Бронза кадмиевая Дюралюминий Ст.3 Ст.10 Ст.1411 Ст.2013

2,7 1,8 2,2 3,3 13 15 50 17

4,87 2,43 3,28 2,2 – – – –

4,2 4,3 4,3 2,2 9 9 3

1,5

2700 8900 8900 2800 7800 7800 7750 7820

Таблица 2.1

При использовании разных материалов проводящего слоя вторичного элемента, получатся разные магнитного числа Рейнольдса ε0 (как видно на уравнения 4). Это значит что для разных материалов проводящего слоя получатся разные механическая характеристика двигателя.

00 2

c cu

эkµ

µ ωεδ αγ

=∆

(4)

Уравнения (4) используется для расчета числа Рейнольдса ε0 для случая медной трубы, насаженной на стальной сердечник. Если используется другие материалы, электрическое сопротивление γ изменяется и получается другие числи Райнольдса ε0 . И на результате, получается другие характеристики двигателя.

2.6.1. Статическое характеристики двигателя с вторичным элементом из бронза кадмиевая

Рис.2.3. Механический характеристик

Рис.2.4. Статическое Характеристики

2.6.2. Статическое характеристики двигателя с вторичным элементом из дюралюминии



2.6.3. Статическое характеристики двигателя с вторичным элементом из алюминии



2.6.4. Исследование механических характеристик цилиндрического линейного двигателя с различными материалами вторичного элемента И так, каждый материал имеет свой характеристики. И при проектирование, нужно выбрать материал вторичного элемента для того чтобы оптимизировать двигатель. С одной сторону, нужно рассчитать характеристики двигателя, а с другой сторону, нужно рассчитать экономические затраты. На рис.2.9 видно что самую хорошую механическую характеристику можно получить из меди.

Рис.2.9. Исследование механическое характеристики Цилиндрического Линейного Двигателя

Глава 3. Моделирование Цилиндрического Линейного Асинхронного Двигателя Цилиндрический линейный асинхронный двигатель описывается следующей системой уравнении:

11 0 1 0 2 1

11 0 1 0 2 1

20 2 0 1

20 2 0 1

20

2 12

' '

' '

' ' (

' ' (

3 (2

ии и s r и k

s s r k и

иr и r s и k

r к s k и

rи и

s

d и s Kdt

d и Kdt

d Kdt

d Kdt

KF KX

υ

υυ υ υ

υ

υυ υ

υ

2

1

;

;

) ;

) ;

ψ π π πυ α ψ υ α ψ υ ψτ τ τ


ψ π π πυ α ψ υ α ψ υ υ ψτ τ τ


π υ ψ ψ ψτ σ

= − + +

= − + −

= − + + −

= − + − −

= − 1 2 );

( ) / ;

/ .

cd F F mdt

dx dt

υψ

υ

υ

= −

=

Где коэффициенты уравнений;

1( )s mX X X K= + / ; / ; 2( )r mX X X K= +

1 ;ss

rX

α = 2

2

;rrX

α = ;ms

s

XKX

= ;mr

r

XKX

=

1 ;s rK Kσ = − ' / ;r rα α σ= ' / ;s s α α σ=

1 0cos[( ) ]u m ku U tπυ υ γτ

= − + ; 1 0sin[( ) ]m ku U tυπυ υ γτ

= − +

Для решения этих уравнении, можно использовать программу SIMULINK. Программа SIMULINK является приложением к пакету MATHLAB. При моделировании устройств используется способ визуального программирования, в соответствии с которым пользователь на экране из библиотеки стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, пользователю не нужно досконально изучать язык программирования и методы математики.

3.1. Запуск программы SIMULINK Для запуска программы необходимо предварительно запустить пакет MATHLAB, затем в командной строке напечатать SIMULINK и нажать клавишу Enter. После запуска программы SIMULINK на экране появится оглавление библиотеки стандартных блоков, которые можно использовать при составлении модели (см. рис.1.)

рис.3.1. Оглавление библиотеки стандартных блоков ( Continuous - устройства сопряжения, Discontinuous - устройства несопряжения, Discrete - дискретные элементы, Look-up tables - табличные поиски, Math Operations - математической операции, Model Verification - проверка адекватности модели, Port & Subsystems - гавань и подсистемы, Signal Attributes - сигнал свойств, Signal Routing - сигнал маршрут, Sinks - устройства для наблюдения сигналов, Sources - источники сигналов, User-Defined Functions - пользовательские должностные обязанности). 3.2. Создание модели

Для создания модели в среде SIMULINK необходимо последовательно выполнить ряд действий: 3.2.1 Создать новый файл (File/New…) . 3.2.2 Расположить блоки в окне нового файла. Для этого необходимо открыть соответствующий раздел библютеки (Например, Sources ). Для доступа к разделу библиотеки необходимо дважды щелкнуть левой клавишей «мыши», указав курсором на соответствующий раздел библиотеки. После чего на экране появится окно с элементами данного раздела. Для удобства все открытые окна на экране рекомендуется расположить. так как показано на рис.3.2. Указав курсором на требуемый блок и нажав на левую клавишу «мыши» - «перетащить» блок в созданное окно. Клавишу мыши нужно держать нажатой.

рис.3.2. примерное расположение окон на экране компьютера при создании новой схемы. Для удаления блока необходимо выбрать этот блок (указать курсором на его изображение и нажать левую клавишу «мыши», а затем нажать клавишу Delete на клавиатуре.

Для изменения размеров блока требуется выбрать этот блок, установить курсор в один из углов блока и, нажав левую клавишу «мыши», изменить размер блока (курсор при этом превратится в двухстороннюю стрелку). 3.3.3. Далее, если требуется, нужно изменить параметры блока, установленные программой «по умолчанию». Для этого необходимо дважды щелкнуть левой клавишей «мыши». указав курсором на изображение блока. Откроется окно редактирования параметров данного блока. После внесения изменений нужно закрыть окно кнопкой OK. На рис.3. в качестве примера показаны блок моделирующий передаточную функцию и окно редактирования параметров данного блока. 3.3.4. После установки на схеме всех блоков из требуемых библиотек нужно выполнить соединение элементов схемы. Для соединения блоков необходимо указать курсором на «выход» блока, а затем, нажав и не отпуская левую клавишу «мыши», провести линию к входу другого блока. После чего отпустить клавишу. В случае правильного соединения изображение стрелки на входе блока изменяет цвет, предполагаемому узлу и, нажав правую клавишу «мыши», протянуть линию. Для удаления линии требуется выбрать линию (так же, как это выполняется для блока), а затем нажить клавишу Delete на клавиатуре.

рис.3.3. Передаточная функция и окно редактирования ее параметров На рис.3.4. показан пример расчетной модели, созданной в программе SIMULINK.

рис.3.4. Пример расчетной модели

3.3.5. После составления расчетной схемы необходимо сохранить ее в виде файла на диске, выбрав пункт меню File/Save As…. в окне схемы и указав папку и меню File/Save. При повторных запусках программы SIMULINK загрузка схемы осуществляется с помощью меню File/Open… в окне оглавления библиотеки стандартных блоков.

рис.3.5. Панель управления 3.3. Выполнение расчетов

3.4.1. Задание параметров расчета выполняется в панели управления меню Simulation/Simulation Parameters. Вид панели управления приведен на рис.5. В этом окне можно также, если это необходимо, изменить следующие параметры, установленные «по умолчанию». Simulation time - время моделирования, Start Time - время начала расчета, Stop Time - время окончания расчета, Solver Options - решающие опции, Type - тип, Max Step Size - максимальный размер шага расчета, Min Step Size - минимальный размер шага расчета, Initial Step Size - начальный размер шага расчета, Relative tolerance - точность расчета, Absolute tolerance - полная точность расчета, Output options - продукция опции, Refine factor - очищающий фактор минимальный размер шага расчета выбирается, с одной стороны, исходя из частоты генераторов сигналов, имеющихся в модели (если такие генераторы имеются). Шаг расчета не должен быть более чем 0.02-0.01 периода генераторы максимальной частотой.. С другой стороны, шаг расчета не должен быть менее 0.05-0.1 минимальной постоянной времени элементов модели. Следует иметь в виду, что данные рекомендации являются приблизительными и при выполнении расчетов нужно провести несколько предварительных расчетов, уменьшая или увеличивая шаг расчета в 2 раза до тех пор, пока результаты расчетов с разными шагами не начнут совпадать. Дальнейшие расчеты следует проводить, выбрав наименьший шаг из двух последних вариантов. Величина максимального шага расчета влияет на скорость расчета при выходе на установившийся режим и в большинстве случаев может не изменяться по сравнению с величиной, заданной «по умолчанию». Точность расчета является параметром, определяющим текущее значение шага расчета. Программа автоматически изменяет шаг расчета в процессе самого расчета в зависимости от заданной точности. Во время предварительных расчетов следует сделать несколько расчетов, с разной точностью отслеживая результаты. Окончательно необходимо выбрать минимальную точность, при которой не происходит расхождения результатов по сравнению с рачатами, выполненными с большей точностью. 3.4.2. Запуск расчета выполняется с помощью выбора пункта меню Simulation/Start. Процесс расчета можно завершить досрочно, выбрав пункт меню Simulation/Stop. 3.4.3. Для завершения работы нужно выбрать пункт меню File/Exit MATHLAB. 3.4. Система меню программы SIMULINK

Меню File (Файл)

New…(Ctrl+N) Очистка рабочего окна для построения новой схемы Open…(Ctrl+O) Открытие (загрузка) существующего файла схемы для

последующего редактирования Close…(Ctrl+W) Закрытие текущего окна(если схема была изменена,

предлагается ее сохранить) Save…(Ctrl+S) Сохранение внесенных изменений в текущем файле Save As… Сохранение внесенных изменений в новом файле, имя

которой указывается по дополнительному запросу Source Control Управляющий источник Print…(Ctrl+P) Вывод твердой копии одной или более страниц текущей

схемы Print details… Вывод одной страницы или всего документ (страниц

которые показаны на экране или все) Printer Setup… Установка параметров принтера: разрешающая

способность, размер бумаги, горизонтальное (Landscape) или вертикальное (Portrait) расположение изображения на бумаге

Exit MATHLAB(Ctrl+Q)

Выход из программы

Меню Edit (Редактирование)

Undo…(Ctrl+Z) отменять Redo…(Ctrl+R) повторно выполнять Cut…(Ctrl+X) Удаление объекта (ов) на схеме и помещение его (их) в

буфер Copy…(Ctrl+C) Копирование объекта (ов) в буфер для последующего

размещения на схеме по команде Paste Paste…(Ctrl+V) Размещение на схеме последнего объекта, занесенного в

буфер по команде Cut или Copy. Clear (Delete) Удаление выбранного объекта (ов) со схемы (содержимое

буфера не стирается) Select all (Ctrl+A)

Выделить все объекты на схеме

Copy model to clipboard

Копирование модели в зажим

Find…(Ctrl+F) Нахождение объекта

Clear subsystem (Ctrl+G)

Удаление подсистемы

Mask subsystem (Ctrl+M)

Изменение графического изображения подсистеми

Look under mask (Ctrl+U)

Просмотр блока подсистеми

Link options Компоновка опции Update diagram

(Ctrl+D) Корректирование блока диаграммы

Маню Format (Формат)

Font… Выбор шрифт, размер шрифта и свет шрифта Enable Text commands

Разрешение текст команд

Text alignment Текст выравнивания Flip name Название отображать зеркально Show name Имя показания Flip block Разворот блока на 180 гра в горизонтальной плоскости Rotate block Поворот блока на 90 гра по часовой стрелке Show drop shadow Показать прохода теню Show port labels Показать порт метка Foreground color Выбор цвета изображеня Background color Выбор цвета фона Screen color Выбор цвета на экране Library link display

Дисплей библиотеки компоновки

Sample time color Цвета для выборочна время Wide non scalar lines

Вывод что бы показать не счётная линия

Signal dimensions Размер сигнала Port data type Вывод типа данные порта Storage class Запоминание класса Execution order Исполнение команд

Маню Simulation (Моделирование)

Start…(Ctrl+T) Начало расчета Stop Остановка расчета (пункт появляется после начала

расчета)

Simulation parameters…(Ctrl+E)

Моделирование параметры расчета

Mechanical environment

Механическое окружение моделирования

Normal Нормальное моделирование Accelerator Акселератор External Внешнее моделирование

Меню Tools(Сервис)

Data explorer… Программа анализа данных Simulink debugger Отладочная программа для SIMULINK Look-up table editor

Редактирование таблиц

Data class designer Разработчик конструктора классификации данных Model discretizer Дискретизация модели Model differences Различение модели (исследование и комбинирование с

другими моделями) Profiler Профайлер ( подпрограмма протоколирования,

позволяющая оценить время выполнения отдельных функций )

Coverage settings Покрытие установки Real-time workshop

Изменение опции, простой модели и простой подсистема

External mode control panel

Панель управлении для внешних моделей

Fixed-point settings

Установка неподвижной точки

Linear analysis Линейный анализ модели Report generator генератор отчётов Requirement management interface

Запрашивание средств для управления интерфейсом

Меню Help (Помощь)

Using Simulink Помощь при использовании Simulink Blocks Помощь при использовать блока Blocksets Помощь использования набора блока во многие

применених

Shortcats Помощь при выбора клавиш быстрого выбора команд может использоваться

S-functions Помощь при выбора функции - S Demos Демонстрационные версии для того чтобы учиться

Simulink About Simulink Объяснять о Simulink 3.5. Основные блоки библиотеки 3.5.1. Sources - источники сигналов 3.5.1.1 Константа

Параметры: Constant value - постоянная величина. 3.5.1.2 Генератор сигналов

Параметры:

1. Frequency - частота (рад/с) 2. Peak - максимальное значение. 3. Range - диапазон значений (вводится для удобства изменения

значений с помощью ползунка шкалы) 3.5.1.3. Источник синусоидального сигнала

Параметры: 1. Amplitude - амплитуда

2. Frequency (rad/sec) - частота (рад/с). 3. Phase (rads) - начальная фаза (рад) 4. Sample time - шаг квантования по времени (задается в случае

необходимости). 3.5.1.4. Генератор импульсов

Параметры: 1. Pulse period (sec) - период следования импульсов (с). 2. Pulse width - ширина импульса (с). 3. Pulse height - амплитуда импульса. 4. Pulses start time - задержка начала следования импульсов. 3.5.1.5. Генератор ступенчатого сигнала

Параметры: 1. Step time - время подачи ступенчатого сигнала (с). 2. Initial value - начальное значение сигнала. 3. Final value - конечное значение сигнала. 3.5.2. Slinks - устройства для наблюдения сигналов 3.5.2.1. Осциллограф

Параметры: 1. Horizontal - горизонтальная развертка (с). 2. Vertical Range - вертикальная развертка..

3.5.2.2. Графопостроитель функции двух переменных

Параметры: 1. X-min - миниимальное значение сигнала по горизонтальной оси 2. X-max - максимальное значение сигнала по горизонтальной оси. 3. Y-min - минимальное значение сигнала по вертикальной оси. 4. Y-max - максимальное значение сигнала по вертикальной оси. 3.5.3. Discrete - дискретные элементы 3.5.3.1. Устройство задержки сигнала

Параметры: 1. Sample time - период дискретности. 2. Initial condition - начальное значение. 3.5.3.2 Дискретный фильтр

Параметры: 1. Numerator - коэффициенты числителя. 2. Denominator - коэффициенты знаменателя. 3. Sample time - период дискретности. 3.5.3.3. Дискретная передаточная функция

Параметр: 1. Numerator - коэффициенты числителя. 2. Denominator - коэффициенты знаменателя. 4. Sample time - период дискретности. 3.5.3.4. Дискретный интегратор

Параметры: 1. Sample time - период дискретности. 2. Initial condition - начальное значение. 3.5.4. Continuous - Непрерывные блоки 3.5.4.1. Блок вычисления производной сигнала

Параметры: Нет. 3.5.4.2. Блок моделирования линейной системы в уравнениях пространства-состояния

Параметры: 1. A, B, C, D - матрицы коэффициентов системы уравнений. 2. Initial conditions - начальные условия.

3.5.4.3. Интегратор

Параметры: Initial value - начальное значение выходного сигнала. 3.5.4.4. Передаточная функция (форма 1)

Параметры: 1. Zeros - нули передаточной функции. 2. Poles - полюса передаточной функции. 3.5.4.5. Передаточная функция (форма 2)

Параметры: 1. Numerator - коэффициенты числителя. 2. Denominator - коэффициенты знаменателя. 6.5. Math Operations - Математики операции 3.5.5.1. Блок суммирования сигналов

Параметры: List of signs - число входов (указывается символами «+») 3.5.5.2. Усилитель

Параметры: Gain - коэффициент усиления. 3.5.5.3. Блок вычисления знака сигнала (сигнатура)

Параметры: Нет. 3.5.5.4. Блок умножения

Параметры: Number of inputs - число входов. 3.5.5.5. Блок вычисления модуля

Параметры: Нет. 3.5.5.6. Мультиплексор

Параметры: Numbers of inputs - количество входов.

3.5.6. Discontinuities - Сосредоточенные неоднородности 3.5.6.1. Двухпозиционный релейный элемент

Параметры: 1. Input for on - уровень входного сигнала необходимого для включения

релейного элемента. 2. Input for off - уровень входного сигнала необходимого для

выключения релейного элемента. 3. Output when on - уровень сигнала на выходе при включенном

состоянии релейного элемента. 4. Output when off - уровень сигнала на выходе при выключенном

состоянии релейного элемента. 3.5.6.2. Нелинейный блок типа «люфт»

Параметры: 1. Dead band width - ширина люфта. 2. Initial input value - начальное значение входной величины. 3. Initial output value - начальное значение выходной величины. 3.5.6.3. Нелинейный блок типа «ограничение»

Параметры: 1. Lower output limit - нижний уровень ограничения. 2. Upper output limit - верхний уровень ограничения. 3.5.6.4. Квантователь уровня сигнала

Параметры: Quantization interval - интервал квантования по входному сигналу. 3.5.6.5. Нелинейный блок типа «зона нечувствительности»

Параметры: 1. Start of dead zone - начало зоны нечувствительности (по входному

сигналу). 2. End of dead zone - конец зоны нечувствительности (по входному

сигналу). 3.5.6.6. Нелинейный элемент типа «сухое тренение »

Параметры: 1. Offset discontinuity at zero - величина разрыва относительно нуля. 2. Gain - коэффициент усиления.

3.6. Моделирование Цилиндрического Линейного Асинхронного Двигателя Для модели Цилиндрического Линейного Асинхронного Двигателя требуются следующие уравнения:

11 0 1 0 2 1

11 0 1 0 2 1

20 2 0 1

20 2 0 1

20

2 12

' '

' '

' ' (

' ' (

3 (2

и s r и k

s s r k и

r и r s и k

r к s и

rи и

s

ии

и

k

d и s Kdt

d и Kdt

d Kdt

d Kdt

KF KX

υ

υ υ

υ

υ υ

υ

υυ

υ

2

1

;

;

) ;

) ;





π υ ψ ψ ψτ σ

= − + +

= − + −

= − + + −

= − + − −

= − 1 2 );

( ) / ;

/ .

cd F F mdt

dx dt

υψ

υ

υ

= −

=

Где коэффициенты уравнений;

1( )s mX X X K= + / ; / ; 2( )r mX X X K= +

1 ;ss

rX

α = 2

2

;rrX

α = ;ms

s

XKX

= ;mr

r

XKX

=

1 ;s rK Kσ = − ' / ;r rα α σ= ' / ;s s α α σ=

1 0cos[( ) ]u m ku U tπυ υ γτ

= − + ; 1 0sin[( ) ]m ku U tυπυ υ γτ

= − + ;

Это система относительно потокосцеплений, а не токов. В этом случае структура модели оказывается проще и более устойчивой. При использовании этих уравнений, можно построить блок-диаграмму в программе SIMULINK. При решении уравнений можно получить электромагнитное усилие и скорость двигателя.

На рис.3.7. приведена модель двигателя, созданная с помощью программы SIMULNK. Источник питания двигателя моделируется с помощью блока «константа». Сила нагрузки задается с помощью ступенчатого сигнала. Для одновременного наблюдения сила и скорости на входе графопостроителя включена блок-диаграмма. Результаты расчета прямого пуска двигателя с последующим набросном нагрузки приведены на рис.3.8.

а) б) рис.3.8. Результаты расчета переходных процессов цилиндрического линейного асинхронного двигателя (а) электромагнитная сила и (б) скорость двигателя. 3.7. Пуск Цилиндрического Линейного Асинхронного Двигателя Приведенные в §7 характеристики переходных процессов относятся к линейному асинхронному двигателю, имеющему при частоте 50 Гц следующие параметры:

1 2.014r Oм= ; 1 2.716x мO= ; ; 6.805mx Oм=

; 2' 3.51r Oм= 2' 0x Oм= ;

номинальное фазное напряжение Uф=156 В (Umф=220 В), которые принимаются за базисные. Рассмотрим влияние различных факторов на характеристики двигателя при пуске. Фазу включения напряжения питания во всех случаях, кроме оговоренных в тексте, будем брать из условия γ=0. 3.8. Влияние массы подвижной системы двигателя На рис.9. представлены осциллограммы пуска двигателя. Рассматривая приведенные графики, можно прийти к выводу о том, что с увеличением массы подвижной системы возрастают пик электромагнитной силы и продолжительность пуска, а колебания скорости и электромагнитной силы в конце разгона уменьшаются. Аналогично асинхронным машинам вращательного движения коэффициенты затухания свободных составляющих электромагнитной силы при низких скоростях малы. При большей массе подвижной системы двигатель дольше работает при низкой скорости с малыми коэффициентами затухания, что увеличивает количество пиков электромагнитной силы в начальный период пуска. Определяя влияние глубины погружения вторичного элемента в статор, можно установить, что на размере первого пика силы она практически не сказывается, так как пройденный путь к моменту максимума первого пика относительно мал. Значительные колебания скорости подвижной системы малой массы в конце пуска объясняются тем, что она разгоняется очень быстро, поэтому свободные токи электромагнитных переходных процессов не успевают достаточно затухнуть. Электромагнитная сила возрастает с увеличением массы. Начиная с некоторого значения массы (ориентировочно 1.556 Кг), скорость системы, а следовательно, и коэффициенты затухания свободных составляющих переходной силы за время от начала пуска до наступления максимума в графике электромагнитной силы изменяются весьма незначительно. Зависимость электромагнитной силы в функции времени при увеличении массы сивше1.565 Кг изменяется незначительно, приближаясь к виду, который она имеет в режиме короткого замыкания двигателя. Этим объясняется слабое возрастание максимальной силы при массе системы более 1.565 Кг. Увеличение массы подвижной системы подвижной системы приводит к снижению максимальной скорости и увеличению продолжительности пуска. Даже при малых значениях массы подвижной системы минимальное скольжение в конце пуска равно примерно 10%, что объясняется тормозящим влиянием электромагнитных полей свободных токов.

а) б)

в) г)

д) е) рис.3.9. расчетные осциллограммы пуска подвижной системы электромагнитная сила при массе 1Кг (а), 3Кг (в), 5Кг (д) и скорость двигателя при массе 1Кг (б), 3Кг (г), 5Кг (е).

3.9. Влияние параметров обмоток двигателя Влияние параметров обмоток двигателя при массе подвижной системы 1.56 Кг, кроме случаев, оговоренных в тексте особо. На рис.10. представлены осциллограммы пуска двигателя для прокладчика с материалов вторичного элемента Медь, Бронза Кадмиевая, Дюралюминий и Алюминий. Рассматривая приведенные графики, можно прийти к выводу о том, что чем больше сопротивление тем хуже электромагнитная сила. Увеличение сопротивления r1 сверх оптимального уменьшает скорость вследствие уменьшения рабочего магнитного потока двигателя. При уменьшении сопротивления r1 возрастают постоянные времени свободных токов статора, магнитные поля которых тормозят движение . Одновременно возрастают размер и количество пиков в осциллограмме электромагнитной силы и колебания скорости. Как и для обычных асинхронных машин, увеличение сопротивлений х1 и х`2 приводит к уменьшению тягового усилия и скорости. Значение х`2 по конструктивным соображениям не всегда можно уменьшить. снижение значения х1 за счет изменения глубины паза (наружного диаметра d н.к катушек) приводит к изменению активного сопротивления r1 обмотки, что представляет практический интерес при конструировании двигателя. По определении влияния d н.к предполагалось, что хm и ток холостого хода во всех вариантах были одинаковы. При осциллограммам переходной силы, скорости и времени процесса при различных d н.к на рис. построены графики максимальной силы, скорости и продолжительности разгона. Сила F макс имеет наибольшее значение при dн.к ≈ 5 см, а скорость ─ при dн.к ≈ 3,5 см. Расчет максимальной скорости без учета электромагнитных переходных процессов показал, что оптимальным является диаметр dн.к ≈ 3,7 см. Следовательно, расчетные значения максимальной скорости с учетом и без учета электромагнитных переходных процессов в данном случае достаточно близки. При уменьшении dн.к снижается число колебаний силы, что объясняется уменьшением постоянных времени переходных токов и сил. Увеличение значения хm двигателя, имеющего большой рабочий зазор, приводит к некоторому увеличению скорости и максимальной силы, однако при этом увеличиваются их колебания. Положительным следствием увеличения хm является уменьшение тока намагничивания и магнитных полей рассеяния, что имеет существенное значение для улучшения энергетики двигателя.

а) б)

в) г)

д) е)

ж) з) рис.3.10. расчетные осциллограммы пуска подвижной системы электромагнитная сила линейного асинхронного двигателя с медном (а), бронза кадмиевом(в), дюралюминием(д), алюминием (ж) вторичный элемент и скорость двигателя с медном (а), бронза кадмиевом(в), дюралюминием(д), алюминием (ж) вторичный элемент

Глава 4. Частотное регулирование линейным асинхронным двигателей Все известные способы регулировании частоты вращения асинхронных двигателей могут быть применены и для линейный асинхронных двигателей. Возможность изменения скорости линейного асинхронного двигателя при регулировании частоты f1 питающего напряжения следует непосредственно из выражения

0 12 fν τ= , где 0ν ― синхронная скорость двигателя; τ ― полюсное деление При регулировании частоты f1 возникает также необходимость в регулировании напряжения источника питания. Объясняется это тем, ЭДС обмотки статора асинхронного двигателя пропорциональна частоте и потоку:

1 0 12

2 фE K fФ сФf1π ω= = ,

где ― обмоточный коэффициент; 0K фω ― число витков фазы обмотки; Ф ― амплитуда потока. Cследовательно, поток Ф пропорционален отношению / f1E 1 . Для эффективного использования двигателя необходимо поддерживать поток в воздушном зазоре постоянным при всех частотах питания. Это достигается за счет поддержания постоянства / f1E 1 . Если полное сопротивление статора мало, то примерно пропорционально U1E 1, следовательно, поток в воздушном зазоре будет примерно постоянным при U1/f1=constant. Это отношение сохраняется постоянным, если асинхронный линейный двигатель питается от источника с постоянным напряжением и частотой. Для регулирования частоты, нужно использовать кокой то преобразователь частоты, который показан на рис 4.1. Синусоидальное переменного напряжение U1 с частотой f1 поступает на вход ПЧ, а ПЧ преобразует его и получится выходное напряжение U2 с частотой f2 . На рис 4.2. показана снижение частоты при использование ПЧ. рис (а) показывает синусоидальное напряжение питания от сети. Оно подается на ПЧ и на выходе получается напряжение с новой частоты которая показана на рис (в).

рис 4.1. Структурная схема преобразования частоты ПЧ – преобразователя частоты

рис 4.2. уменьшение частоты при использование частотного регулирования На рис.4.2., видно что выходное напряжение не синусоидально, а прямоугольное. Благодаря этому, получаются колебания скорости выходе. На рис.4.4. показан процесс пуска линейная двигателя при использовании частотного регулирования.

рис 4.3. Структура схема модели ЛАД с учетом электромагнитных переходных процессов при использование импульсного управления.

рис 4.4. Осциллограммная скорость пуска линейная двигателя при использование импульсного управления.

4.1. Исследование пуска линейного асинхронного двигателя при частотного регулирования. При частотном регулирование, двигатель получает напряжения питание от инвертора, а прямоугольника. В результате, получит скорость двигателя колебания. На рис 4.3 покажет скорость двигателя пуска при холостом ходе. При увеличение масса нагрузка, уменьшается колебания. Чем больше масса нагрузка, тем меньше колебания. Это очень видно на следующее рисунке. Эти рисунки для частоты 17 Гц.

рис 4.4. Осциллограммная скорость пуска линейная двигателя при массе подвижной системы 2 Кг.


При низкое частоты вращение, двигатель имеет больше скорость колебание. На следующие рисунке показано осциллограммная скорость пуска линейная двигателя при частотой 5 Гц.

рис 4.9. Осциллограммная скорость пуска линейная двигателя при использование импульсного управления.




заключение

Линейный асинхронный двигатель можно рассматривать как одну из разновидностей асинхронных электрических машин, основной отличительной особенностью которых является разомкнутость магнитопровода и обмоточной зоны. Наличие границ магнитопровода и обмоточных зон обусловливает совокупность электромагнитных явлений, которые принято называть краевыми эффектами. В теории линейных машин различают продольный, поперечный и поверхностный эффекты. Характеристики линейного асинхронного двигателя зависят от сопротивление вторичного элемента. При использовании различении материалов вторичного элемента, получаются разные значения магнитного числа Рейнольдса ε0. При увеличение массы подвижной системы возрастают пик электромагнитной силы и продолжительность пуска, а колебания скорости и электромагнитной силы в конце разгона уменьшаются. Аналогично асинхронным машинам вращательного движения коэффициенты затухания свободных составляющих электромагнитной силы при низких скоростях малы. При большей массе подвижной системы двигатель дольше работает при низкой скорости с малыми коэффициентами затухания, что увеличивает количество пиков электромагнитной силы в начальный период пуска. Определяя влияние глубины погружения вторичного элемента в статор, можно установить, что на размере первого пика силы она практически не сказывается, так как пройденный путь к моменту максимума первого пика относительно мал. Значительные колебания скорости подвижной системы малой массы в конце пуска объясняются тем, что она разгоняется очень быстро, поэтому свободные токи электромагнитных переходных процессов не успевают достаточно затухнуть. В ряде случаев необходимо снизить синхронную скорость линейного асинхронного двигателя. Для этого рекомендуется использовать частотная регулирование. Проведено исследование и с модели переходных процессов для различных частот.

СПИСОК ЛИТЕРТУРЫ

1. Соколов М.М., Сорокин Л. К. «Электропривод с линейными

асинхронными двигателями» : – М.: Энергия, 1974

2. Соколов М.М. «Разработка и исследование промышленных

электроприводов с линейными асинхронными двигателями» :

– Москва : 1986

3. Соколова Е.М., Мощинский Ю.А. «Цилиндрические линейные

асинхронные двигатели» – Москва : Издательство МЭИ ,1998

4. Розанов Ю.К., Соколова Е.М. «Электронные устройства

электромеханических систем»: Учеб. пособие для студентов высш.

учеб. заведений ― М.: Издательский центр «Академия», 2004. ― 272

с.

5. Веселовский О.Н., Коняев А.Ю., Сарапулов Ф.Н. «Линейные

асинхронные двигатели» – Москва : Энергоатомиздат, 1991

Wunna Swe Master THESIS (the Whole)

Documents

Transcript of Wunna Swe Master THESIS (the Whole)