Численно-полевой поверочный анализ проектных параметров трехфазных асинхронных двигателей

Abstract

Представлены принципы численно-полевого определения электромагнитных и энергетических параметров спроектированных трехфазных асинхронных двигателей с целью их поверочного анализа. Это реализуется путем расчетов магнитного поля в программной среде FEMM. Расчеты автоматизированы посредством управляющей программы на алгоритмическом языке Lua, которая реализует физико-геометрическую модель электромагнитной системы двигателя, управляет расчетами и организует выдачу результатов в текстовый файл. При апробации метода использовались проектные параметры двигателя мощностью 15 кВт. Проведены тестовые расчеты магнитных полей в различных расчетных режимах для выяснения адекватности задаваемых фазовых соотношений токов и получаемых магнитных потокосцеплений обмоток. Представлены и проанализированы электромагнитные и энергетические параметры, полученные через расчет магнитного поля. Основная оценка адекватности параметров спроектированного двигателя его исходным данным проводится по расчетным электродвижущей силе и напряжению, а также по его выходной мощности. Исследования показали проблемы проектирования двигателей по классическим методикам, электромагнитные расчеты в которых основаны на методе магнитной цепи. Подтверждено, что внедрение рассмотренной системы численно-полевого определения электромагнитных и энергетических параметров асинхронных двигателей может стать эффективной основой для поверочных расчетов спроектированных двигателей и для их уточненного проектирования.Purpose. To present the principles of the numerical-field determination of electromagnetic and power parameters of designed three-phase induction motors for their confirmatory analysis verifying the project correctness. Methodology. Cconfirmatory analysis is done on the basis of calculations of magnetic-field in the software environment of FEMM. Calculations are automated by means of the control program created on the algorithmic language Lua. It creates a physical-geometrical model of the electromagnetic motor system, controls the calculations and organizes the issuance of the results to a text file. The current distribution principle of the rotor winding has been proposed and tested to prepare for the calculation of the magnetic field of an induction motor. Results. The 15 kW engine design parameters are used for the purposes of illustration. The test calculations of the magnetic fields are conducted at different calculation modes to determine adequacy of the given phase ratios of currents and the resulting magnetic flux linkage windings. The electromagnetic and power parameters obtained through the calculation of the magnetic field are presented and analyzed. The basic estimation of the adequacy of the designed engine parameters to its original data is held on settlement EMF and voltage, as well as its power output. The efficacy of the results has been proven by the identification of a number of projects that are inadequate to initial nominal data. Originality. The method for determining the phase shift of the rotor currents in relation to the stator currents and formatting a multiphase system of instantaneous values of currents in the rotor squirrel-cage bars have been formulated. An original method for producing discrete angular function of the magnetic flux phase stator winding and its conversion into a time function EMF has been presented. EMF and stator voltage and phase relationships of these and other electromagnetic quantities of the induction motor have been identified as the most accurate. It was revealed that in the load mode the induction motor has been appeared overexcited because internally assumptions of the classical induction motor design technique. As a result, studies have shown the engine design problems by classical methods in which electromagnetic calculations were based on the magnetic circuit method. Practical value. The introduction of the considered system of the numerically-field determination of the electromagnetic and power parameters of induction motors can be an effective basis for confirmatory calculations of the designed engines and for their refined design. A techniques may be developed on the basis of this system for other types of electrical machines similar to those shown.