Математическое моделирование линейного асинхронного двигателя с дискретным управляющим слоем Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 629.113-83

Чапаев В.С., Волков С.В., Волков Д.С.

Пензенский государственный университет

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ДИСКРЕТНЫМ УПРАВЛЯЮЩИМ СЛОЕМ

Аннотация. Рассматривается математическая модель линейного асинхронного двигателя с дискретным управляющим слоем. Она позволяет получить соотношение рабочего магнитного потока и потока индуктора в рассматриваемом приводе.

Ключевые слова: математическое моделирование, линейный асинхронный двигатель, дискретный

управляющий слой.

Заслуживает особого внимания способ управления тяговым усилием линейного асинхронного двигателя (ЛАД). Он основан на введении в воздушный зазор ЛАД слоя управления с изменяемыми магнитными свойствами. Это позволяет упростить систему управления. Изменение магнитных свойств управляющего слоя приводит к регулированию рабочего магнитного потока и, как следствие, интегральных характеристик привода.

Способ регулирования линейного электропривода основан на изменении конструкции самого двигателя. В зазор между статором и ротором вводится электромагнитный экран (слой управления). В этом

а б в

а - Цсу =1, Фр/Фи ^ 1; 1 - вторичный элемент; б - 1 < Цсу < ю, 0 < Фр/Фи <1; 2 - слой управления;

в - Цсу ^ ю, Фр/Фи = 0; 3 - индуктор.

Рисунок 1. Изменение соотношения потоков Фр/Фи в зависимости от относительной магнитной проницаемости слоя управления Цсу (Фр- рабочий магнитный поток, Фи - поток индуктора, Фсу - поток, замыкающийся через СУ).

механическая характеристика при Фр/Фи=0;

механическая характеристика линейного асинхронного

двигателя без слоя управления.

Рисунок 2. Теоретически достижимый диапазон регулирования линейного асинхронного двигателя с управляющим слоем

(Vo - значение синхронной скорости привода, Fmax - максимальное значение силы тяги привода при полной "прозрачности" СУ).

случае поток магнитного поля с индуктора Фи разделяется на два основных (рисунок 1) :

1. рабочий поток Фр , преобразуемый во вторичном элементе в механическую мощность;

2. поток шунтирования Фсу , замыкающийся через слой управления.

При магнитной проницаемости слоя управления, стремящейся к бесконечности, поток индуктора полностью шунтируется (Фр/Фи=0). В случае, когда относительная магнитная проницаемость управляющего слоя равна единице, поток шунтирования равен нулю (Фр/Фи=1).

Регулирование параметров слоя управления приводит к изменению соотношения этих потоков и позволяет изменять механическую характеристику асинхронного двигателя (рисунок 2).

В работах ряда исследователей приведены исследования взаимосвязей интегральных характеристик линейного асинхронного

двигателя с управляющим слоем из твердого ферромагнетика (стали) и его конструктивными параметрами. Ограничения, связанные с использованием

этого материала в качестве слоя управления, привели к необходимости рассмотреть другие варианты его исполнения.

Программа Elcut 5.10, позволяющая моделировать электромагнитные задачи методом конечных элементов, дает возможность рассчитать соотношение рабочего магнитного потока и потока индуктора, а также определить в каких пределах необходимо изменять магнитную проницаемость слоя управления.

Как видно из рисунков 4 и 5 при увеличении относительной магнитной проницаемости слоя управления практически весь магнитный поток начинает проходить только через данный слой, экранируя вторичный элемент.

Вторичный элемент Проводящий слой

Воздушный зазор Слой управления

Обмотка Индуктор

Еп:ьн:ь г. П:д~пь Л-Д с управляющим слоем, построенная в Elcut 5.10

Рисунок 4. Распределение магнитных потоков в ЛАД с управляющим слоем при дсу=1

Рисунок 5. Распределение магнитных потоков в ЛАД с управляющим слоем при дсу=2 0 0

Рисунок 6. Зависимость соотношения магнитных потоков от магнитной проницаемости слоя управления.

Построенная на рисунке 6 зависимость соотношения рабочего магнитного потока и потока индуктора от относительной магнитной проницаемости дает возможность сделать вывод, что при изменении относительной магнитной проницаемости слоя управления в диапазоне от 1 до 200 можно получить изменение соотношения потоков, необходимое для эффективного регулирования интегральных характеристик привода.

Таким образом, математическое моделирование данной конструкции показывает, что расположение слоя управления в межзубцовом пространстве позволяет эффективно регулировать рабочий магнитный поток и, тем самым, изменять его интегральные характеристики.

2

ЛИТЕРАТУРА

1. А.с. 917271, СССР, МКИ 4 Н 02 К 41/025. Линейный асинхронный двигатель / Б.И. Петленко,-1980.

2. Чапаев В.С., Волков С.В. Исследования линейного асинхронного двигателя с управляющим

слоем // Надежность и качество. : Труды международного симпозиума: в 2-х т. / Под ред.Н.К.

Юркова. - Пенза: ИИЦ ПензГУ, 2008. - 2 т. - стр. 135-136.

3. Чапаев В.С., Волков С.В., Медведик Ю.Т. Рациональная конструкция линейного асинхронного

двигателя с управляющим слоем // Надежность и качество. : Труды международного симпозиума: в

2-х т. / Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: ИИЦ ПензГУ, 2009. - 2т. - стр.130-131.

4. Юрков, Н.К. Алгоритм проведения проектных исследований радиотехнических устройств опытно-теоретическим методом / А.В.Затылкин, И.И.Кочегаров, Н.К. Юрков //Надежность и качество: Труды международного симпозиума. В 2-х т. Под ред. Н.К. Юркова. Пенза: Изд-во Пенз. гос. унта, 2012. Том 1, С. 365-367

3