Пояснительная записка содержит 58 страниц, 15 иллюстраций, 3 таблицы, 3 приложения
3.6. Намагничивающий ток
3.6.1. Магнитное напряжение воздушного зазора:
Fδ=0,8∙106∙Kδ∙Bδ∙δ=63,66 А.
3.6.2. Магнитное напряжение зубцов статора
Выбираем электротехническую сталь марки 1521 с толщиной листа 0,2 мм.
По найденному ранее значению индукции в зубце статора Bzs=0,864 Тл, по кривой намагничивания находим соответствующую напряжённость поля Hzs=147 А/м.
Магнитное напряжение зубцов статора:
Fzs=Hzs·2·hzs=1,388 А.
3.6.3. Магнитное напряжение зубцов ротора
Bzr=0,966 Тл, по кривой намагничивания табл. П1.9 [10] Hzr=164 А/м.
Магнитное напряжение зубцов ротора:
Fzr=Hzr·2·hzr=0,868 А.
3.6.4. Коэффициент насыщения
Kz=(Fδ+Fzs+Fzr)/Fδ=1,035.
3.6.5. Магнитное напряжение ярма статора
Bas=0,788 Тл, по кривой намагничивания Has=134 А/м. Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения индукции ξs=0,6.
Магнитное напряжение ярма статора:
Fas=ξs∙Has∙π(Da-has)/2p=2,824 А.
3.6.6. Магнитное напряжение ярма ротора
Bar=0,395 Тл, по кривой намагничивания Har=67А/м. Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения индукции ξs=0,64.
Магнитное напряжение ярма ротора:
Far=ξr∙Har∙π(dвала+har)/2p=0,979 А.
3.6.7. МДС магнитной цепи на пару полюсов
Fцепи=Fδ+Fzs+Fzr+Fas+Far=69,714 А.
3.6.8. Общий коэффициент насыщения
Kнас=Fцепи/Fδ=1,095.
3.6.9. Намагничивающий ток
Iм=p∙Fцепи/(0,9∙m∙Ws∙Kws)=0,38 А.
3.6.10. Индуктивное сопротивление, соответствующее потоку в воздушном зазоре
xm=(Uф-Iм∙xs)/Iм=57,517 Ом.
3.7. Потери в стали, механические и добавочные потери
3.7.1. Потери в стали статора
Масса ярма статора: Gas=7800∙has∙l∙Kc∙π∙Da-has=0,139 кг.
Удельные потери в стали 1521 при B=1 Тл и f=400 Гц: P1,400=12,5 Вт/кг.
Потери в ярме: Pcas=1,6∙P1,400∙Bas2∙Gas∙(f/400)1,3=0,484 Вт.
Масса зубцов статора: Gzs=7800∙zs∙hzs∙bzs∙l∙Kc=0,047 кг.
Коэффициент обработки для изолированных необработанных листов Kобр=0,9.
Потери в зубцах статора: Pczs=1,8∙P1,400∙Bzs2∙Gzs∙(f/400)1,3∙Kобр=0,198 Вт.
Потери в стали статора: Pcs=Pcas+Pczs=0,682 Вт.
3.7.2. Потери в стали ротора
Потери в стали ротора рассчитываем для максимального скольжения s=1.
Масса ярма ротора: Gas=7800∙har∙l∙Kc∙π∙(dвала+har)=0,09 кг.
Так как потери в стали ротора зависят от скольжения, запишем потери в ярме как функцию скольжения:
Pcar(s)=1,6∙P1,400∙Bar2∙Gar∙(f∙s/400)1,3
Масса зубцов ротора: Gzr=7800∙Zr∙hzr∙bzr∙l∙Kc=0,02 кг.
Потери в зубцах ротора:
Pczr(s)=1,8∙P1,400∙Bzr2∙Gzr∙(f∙s/400)1,3∙Kобр
Потери в стали ротора:Pcr(s)=Pcar(s)+Pczr(s).
3.7.3. Механические потери
Так как двигатель работает в условиях космического вакуума, потери на вентиляцию отсутствуют. Потери в подшипниках малы, так как для передачи момента от двигателя к нагрузке применяется планетарный редуктор и двигатель работает в условиях невесомости. Учитывая изложенные выше факторы, механические потери в двигателе по сравнению с другими видами потерь можно принять равными нулю: Pмех=0.
3.7.4. Добавочные потери
Добавочные потери обусловлены высшими гармониками МДС, пульсациями главного магнитного потока, наличием массивных деталей в конструкции и др. Добавочные потери принимаются равными 0,5% от номинальной мощности:
Pдоб=0,005·Pн=0,033 Вт.
3.8. Схема замещения
Рис. 3.3. Схема замещения фазы асинхронного двигателя
Запишем активное сопротивление разветвления (xm, xr, rr) как функцию скольжения:
Индуктивное сопротивление разветвления:
Полное сопротивление разветвления: Zr'(s) = rr'(s) + j*xr'(s).
Полное сопротивление обмотки статора: Zs = rs + j*xs = 4,188+j*0,094 (Ом).
Полное сопротивление фазы: Z1(s) = Zs + Zr'(s).
3.9. Расчёт рабочих характеристик
Выражения для рабочих характеристик будут записаны как функции скольжения и графически построены с помощью программного комплекса Mathcad.
Фазный ток статора: Ia(s)=Uн/Z1(s)
Сопротивление ротора: Zra(s) = rr/s + j*xr.
Ток ротора:
E(s) =Ia(s)·Zr'(s)
Добавочный ток, учитывающий потери в стали статора:
Iac(s)=Pcs/(m·E(s)).
Потери в меди статора: Pms(s)=m·(Ia(s)+Iac(s))2·rs.
Активная мощность: P1(s)=Re(3·Uн·Ia(s)).
Электромагнитная мощность: Pem(s)=P1(s)-Pcs-Pms(s).
Потери в обмотке ротора: Pmr(s)=Pem(s)·s.
Мощность на валу двигателя:
P2(s)=Pem(s)-Pmr(s)-Pcr(s)-Pмех-Pдоб.
КПД: h(s)=P2(s)/P1(s).
Коэффициент мощности: cosf(s)=P1(s)/|3·Uн·Ia(s)|.
Синхронная частота вращения: W0=2·p·f/p=471,239 рад/с.
Критическое скольжение:
, где xk=xr+xs.
Критический момент:
Н·м.Момент на валу двигателя:
3.10. Проверка возможности работы двигателя под нагрузкой
Для проверки правильности расчёта двигателя необходимо сравнить полученные момент и скорость вращения с требуемыми по техническому заданию. Требуемая скорость вращения выходного вала вых = (8,70,87)·10 2 рад/с; момент на выходном валу блока: Mвых = 11,7..90 Н·м.
Передаточное число редуктора: i = 0*(1-sн)/вых = 454,74/0,087 = 5227.
Момент на валу двигателя: M = Mвых/i = (2,3..17,2)·10-3 Н·м.
Полученные значения обозначены пунктиром на рис. П3.1.
Максимальное отклонение выходной скорости вращения от заданной:
max = (470,8-454,74)/i = 3,1·10-3 (рад/с),
то есть лежит в пределах заданного диапазона.
3.11. Выводы
В данной главе был произведён расчёт трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Результатом расчёта двигателя стало построение следующих характеристик: P2(s), cos(P2), (P2), I1(P2), M(P2), (P2), (M) (см. Приложение 3). Проанализировав данные характеристики можно сделать вывод, что спроектированный двигатель удовлетворяет всем требованиям, как по энергетическим показателям, так и по пусковым характеристикам. Для применения в рассматриваемой системе электропривода рекомендуется трёхступенчатый планетарный редуктор, который позволяет реализовать передаточное отношение одного звена iзв=15..20 при минимальных габаритах и массе.
Необходимо отметить, что при проектировании были учтены конструктивные особенности, обусловленные спецификой применения данного электропривода.
Заключение
В данной работе была рассмотрена и спроектирована система электропривода солнечной батареи по крену для малого космического аппарата, включающая в себя трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и питающий его трёхфазный мостовой инвертор.
В первой главе была рассмотрена ЭМС в целом, показана целесообразность применения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в системе ориентации солнечной батареи.
Во второй главе в результате анализа существующих схем была выбрана и рассчитана схема статического преобразователя электрической энергии для питания асинхронного двигателя на базе трехфазного мостового инвертора с несимметричным 120-градусным управлением, подобрана для неё элементная база. Разработанный преобразователь имеет следующие характеристики:
Первичный источник энергии — бортовая сеть постоянного тока 27В;
На выходе преобразователя трехфазное напряжение 22В, частотой 150Гц;
Максимальная выходная мощность 100Вт;
КПД – 0,928;
возможность безотказной работы при затруднённом пуске асинхронного двигателя;
минимально возможные масса и габариты за счёт отказа от радиатора и использования вместо него медных площадок печатной платы.
В третьей главе был произведён расчёт трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Полученные в ходе расчёта параметры асинхронного электродвигателя и системы в целом отвечают требованиям, предъявленным в техническом задании, что свидетельствует о возможности успешного применения рассмотренной системы электропривода солнечной батареи по крену на борту малого космического аппарата.
Список литературы
Беспалов В.Я., Котеленец Н.Ф. Электрические машины. М.: Издательский центр «Академия», 2006г. – 320 с.
Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1986г. - 376 с.
Остриров В.Н. Проектирование электронных преобразователей для регулируемых электроприводов. Издательский дом МЭИ, 2008г. – 72 с.
Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В. Силовая электроника. М.: Издательский дом МЭИ, 2007г. – 632 с.
Описание транзистора IRLR2905, PD-9.1334C. International Rectifier
Описание высоковольтного драйвера IR2130, PD60019. International Rectifier
Сомихина Г.С., Лопухина Е.М. Формуляр расчёта асинхронных микродвигателей. На правах рукописи.
Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин: учебник для вузов. М.:Высшая школа, 2005. - 767с.
Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока: учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Высш. школа, 1982. – 272 с.
Грузков С.А., Останин С.Ю., Сугробов А.М. и др. Магнитные материалы, обмоточные, монтажные и бортовые провода для систем электрооборудования летательных аппаратов: учебн. пособие. М.: Издательство МЭИ, 2005. – 182 с.
Приложение 1. Схема компьютерной модели инвертора с системой управления
Приложение 2. Фазные токи инвертора при различном порядке чередования фаз
Приложение 3. Характеристики спроектированного асинхронного двигателя
Рис. П3.1. Механическая характеристика асинхронного двигателя
Точкой на характеристике обозначен номинальный режим работы.
Рис. П3.2. Зависимость выходной мощности двигателя от скольжения
Рис. П3.3. Зависимость фазного тока от выходной мощности двигателя
Рис. П3.4. Зависимость момента от выходной мощности двигателя
Рис. П3.5. Зависимость КПД и коэффициента мощности от выходной мощности двигателя
Содержание
Аннотация 1
Введение 3
1. Анализ электромеханической системы электропривода солнечной батареи по крену 6
1.1. Функциональные задачи 6
1.2. Функциональная схема 6
1.3. Основные технические данные 7
1.4. Принцип действия системы в целом 8
1.5. Принцип действия элементов, входящих в состав ЭМС 8
1.6. Аналог рассматриваемой системы 13
1.7. Сравнение аналога и рассматриваемой ЭМС 14
1.8. Выбор частных критериев 15
1.9. Определение весовых коэффициентов критериев оценки 16
1.10. Сравнение рассматриваемой ЭМС с аналогом по обобщенному критерию с учетом весовых коэффициентов критериев оценки 16
1.11. Выводы 19
2. Инвертор электропривода солнечной батареи по крену 20
2.1. Исходные данные 20
2.2. Расчёт статического преобразователя электрической энергии 20
2.3. Выводы 34
3. Асинхронный двигатель электропривода солнечной батареи по крену 35
3.1. Исходные данные 35
3.2. Выбор основных размеров 35
3.3. Обмотка и геометрия статора 36
3.4. Электрические сопротивления обмотки статора 40
3.5. Геометрия и электрические сопротивления ротора 42
3.6. Намагничивающий ток 45
3.7. Потери в стали, механические и добавочные потери 46
3.8. Схема замещения 48
3.9. Расчёт рабочих характеристик 48
3.10. Проверка возможности работы двигателя под нагрузкой 50
3.11. Выводы 50
Заключение 51
Список литературы 52
Приложение 1. Схема компьютерной модели инвертора с системой управления 53
Приложение 2. Фазные токи инвертора при различном порядке чередования фаз 54
Приложение 3. Характеристики спроектированного асинхронного двигателя 55
страница 1 ... страница 4страница 5страница 6страница 7
скачать
Другие похожие работы: