По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.45

Синхронный реактивный двигатель в современном электроприводе

Шульга Р. Н. канд. техн. наук, ВЭИ – филиал ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина», г. Москва

Синхронные реактивные двигатели СРД являются перспективным направлением для интеграции в новые системы и для модернизации старых систем электропривода. Больший КПД на всем диапазоне скоростей в сравнении с синхронными двигателями с постоянными магнитами СДПМ и асинхронными двигателями АД способствует в пользу выбора этого двигателя при разработке новых систем, соответствующих международному стандарту энергоэффективности IE4. Простота конструкции ротора и проверенная технология изготовления статора позволяют такому двигателю легко найти свое применение в насосных агрегатах и вентиляторах, а также в применениях с постоянным моментом и регулированием скорости вниз от номинала. Единственной проблемой такого двигателя является потребление большего реактивного тока в сравнении с АД, но при использовании частотного преобразователя, например, YASKAWA GA500 или GA700, этот недостаток легко устраняется.

Литература:

1. Шульга Р.Н. Разработка, испытания и применение электрических машин: В 2 ч.Ч.1. Разработка и испытания электрических машин: учеб.пособие / Р.Н. Шульга, А.А. Лабутин, А.А. Кирякин. – М.: Изд. МЭИ, 2022. – 148 с.

2. Шульга Р.Н. Преобразователи напряжения малой и большой мощности // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 7. – С. 14–22.

3. Шульга Р.Н. Условия работы инверторов с ШИМ в тяговом электроприводе // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 9. – С. 3–16.

4. Шульга Р.Н. К вопросу определения электромагнитного момента на валу электродвигателя // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 7. – С. 56–62.

5. Шульга Р.Н. Двигатели постоянного тока для тягового электропривода // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 8. – С. 23–31.

6. Шульга Р.Н. Выбор тягового привода электротранспорта // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 4. – С. 26–35.

7. Шульга Р.Н. Тяговая характеристика судового электропривода // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 1. – С. 28–39.

8. Шульга Р.Н. Магнитное поле электромашины и трансформатора // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 11. – С. 26–34.

9. Шульга Р.Н., Корсаков С.С., Рукленок И.Ф., Ильин К.А. Магнитные системы электромашин с постоянными магнитами // В портфеле редакции журнала «Электрооборудование: эксплуатация и ремонт».

10. Шульга Р.Н. Магнетизм и сверхпроводимость // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 11. – С. 35–46.

11. Шульга Р.Н. Судовой МГД-движитель: состояние и перспективы // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 10. – С. 29–38.

12. Шульга Р.Н. Магнитные поля и их экранирование // В портфеле редакции журнала «Электрооборудование: эксплуатация и ремонт».

13. Шульга Р.Н. ВТСП-лента и ВТСП-кабель // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 11. – С. 47–56.

14. Шульга Р.Н. К вопросу о применении криогенных энергоустановок // Энергосбережение и водоподготовка. – 2017. – № 6 (110). – С. 65–74.

11. Синхронные двигатели с постоянными магнитами. – URL: http://www.engineering. solutions.ru

12. Каримов Р.Д. Система намагничивания постоянных магнитов на основе высокоскоростных магнитоэлектрических генераторов, канд. дисс. – Уфа, 2017. – URL: http://www. ugatu.su

13. Коршунов А. Частотный пуск синхронных двигателей с постоянными магнитами на роторе. – Силовая электроника. – 2007. – № 1. – URL: http://www.power-e.ru

14. Синхронные двигатели с постоянными магнитами. – URL: http://www.promenter.ru

15. Фираго Б.И. Динамическое торможение синхронных двигателей с постоянными магнитами при скалярном частотном управлении. – URL: http://www.cyberleninka.ru

16. Синхронные реактивные двигатели. – URL: http://www.engineering-solution.ru

17. Синхронные микродвигатели. – URL: http://www.ets.ifmo.ru

18. Синхронные реактивные двигатели. – URL: http://www.cospa.ru

19. Graham Prophet. Создан первый высокоинтегрированный синхронный двигатель без редкоземельных материалов // Радиолоцман. – 2015, май. – URL: http://www.rlocman.ru

Ведущие мировые производители электродвигателей на сегодняшний день проявляют особый интерес к синхронным реактивным двигателям (СРД), хотя их первые версии были предложены еще в конце XIX в. Интерес обусловлен тем, что КПД СРД принципиально значительно превышает КПД и удельную мощность асинхронных двигателей (АД). Потери энергии в роторе СРД отсутствуют, притом, что 30% потерь АД приходится на ротор. Повышается и срок службы СРД благодаря снижению нагрева. Масса СРД и его габариты примерно на 20% меньше, чем у АД той же мощности.

Цель статьи состоит в анализе конструкции, описании характеристик СРД и преобразователей частоты (ПЧ), которые ликвидировали недостатки СРД, придав им вторую жизнь в части улучшения характеристик и отказа от применения постоянных магнитов с использованием редкоземельных материалов.

При написании статьи использованы материалы автора [1–4] в части современных электроприводов, литература [5–9] посвящена описанию и сравнительным характеристикам двигателей постоянного тока (ДПТ), АД, синхронным двигателям с возбуждением (СД), синхронным двигателям с постоянными магнитами (СДПМ). В литературе [10–14] описана динамика СРД, а в [15–18] приведены характеристики СРД.

Синхронный реактивный двигатель (СРД) является наиболее простым электродвигателем с явно полюсным ротором без постоянных магнитов на нем. Электромагнитный момент вращения в таком двигателе возникает из-за различия в магнитных проводимостях по продольной d и поперечной q осям. Такое различие достигается соответствующим конструктивным выполнением ротора, приведенным на рис. 1. На рис. 1 показано поперечное сечение двухполюсного ротора СРД, где 1– пакет листов электротехнической стали, 2 – пакет пазов, залитых алюминием. Из несимметричной конструкции ротора рис. 1 следует, что его магнитное сопротивление по оси dd меньше, чем по оси qq, и ось dd легче намагничивается.

При отсутствии нагрузки на валу СРД ось ротора dd совпадает с осью полюсов статора (0), магнитное поле статора не деформируется, реактивный момент двигателя М равен нулю. На рис. 2 показано создание вращающегося момента М под действием магнитного поля полюсов статора в виде постоянного магнита N-S. Ротор представляет стальной цилиндр, который срезан вдоль оси dd с легким намагничиванием. Магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью n1 по часовой стрелке, поворачивая ротор на угол θ. В результате создается искажение магнитных силовых линий, которые стараются замкнуться вдоль оси dd меньшего сопротивления, с возникновением тангенциальной силы Fэм. Под действием этой силы создается реактивный момент Мэм, направленный в сторону вращения магнитного поля.

Для Цитирования:
Шульга Р. Н., Синхронный реактивный двигатель в современном электроприводе. Электроцех. 2023;3.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: