Чисельно-польовий аналіз магнітної провідності пазового розсіяння обмотки статора асинхронних двигунів

Abstract

Вступ. Досліджуються магнітні поля і відповідні магнітні провідності пазового розсіяння обмотки статора трифазних асинхронних двигунів (ТАД). Такі дослідження актуальні при їхньому проєктуванні і є однією з основ для розрахунку низки енергетичних параметрів та характеристик двигунів. При класичному проєктуванні ТАД, яке є чинним і наразі, зазначені магнітні провідності визначаються аналітично за спрощеною моделлю пазового розсіяння, тому можуть не завжди забезпечити достатню точність через низку припущень і умовностей. Мета. Подальший розвиток системи проєктування ТАД шляхом чисельно-польового розрахункового аналізу магнітної провідності пазового розсіяння їхньої обмотки статора, а також порівняльна перевірка відповідних аналітичних формул з різних методик класичного проєктування. Результати. Пазове розсіяння ТАД визначається чисельними розрахунками за програмою FEMM у межах зубцевих кроків статора. Для досліджень прийняти чотири варіанти форм пазів статора, які є поширеними в сучасних ТАД малої та середньої потужності. При розрахунках розглядаються розрахункові моделі як з сильно насиченими, так і ненасиченими в магнітному відношенні зубцями осердя статора. Чисельнопольовим методом показано, що класична методика проєктування може давати як достатньо точні результати, так і неприпустимі похибки у визначенні магнітних провідностей пазового розсіяння ТАД. Обговорення та перспективи подальшого розвитку. Надана методика чисельно-польового аналізу і отримані результати розрахунку пазового розсіяння обмоток ТАД рекомендуються як основа для удосконалення системи їхнього проєктування.

Introduction. The magnetic fields and the corresponding magnetic conductivities of the slot dispersion of the stator winding of three-phase induction motors (IM) are studied. Such studies are relevant in their design and are one of the bases for calculating a number of energy parameters and character istics of motors. In the classical design of an IM, which is still valid, the specified magnetic conductivities are determined analytically according to the simplified slot dispersion model, therefore they may not always provide sufficient accuracy due to a number of assumptions and conventions. Goal. Further development of the IM design system by means of a numerical-field calculation analysis of the magnetic conductivity of the slot dispersion of their stator winding, as well as a comparative check of the relevant analytical formulas from various methods of classical design. Results. The slot dispersion of IM is determined by numerical calculations using the FEMM program within the stator tooth steps. For the research, four variants of the shapes of the stator slots, which are common in modern IMs of small and medium power, are accepted. In the calculations, calculation models with strongly saturated and unsaturated in the magnetic relation with the stator core teeth are considered. The numerical-field method shows that the classical design method can give both sufficiently accurate results and unacceptable errors in determining the magnetic conductivities of slot dispersion of IM. Discussion and prospects for further development. The provided numerical-field analysis method and the obtained results of the calculation of slot dispersion of IM windings are recommended as a basis for improving the system of their design.