УДК 621.31

Актуальность применения расчетов магнитной системы генератора в электротехнике

Шульский Игорь Романович – студент Кубанского государственного университета имени И. Т. Трубилина.

Кумейко Андрей Анатольевич – кандидат технических наук, старший преподаватель Кубанского государственного университета имени И. Т. Трубилина.

Аннотация: В статье рассматривается актуальность расчета магнитных систем генераторов в области приборостроения и электротехнике на базе машин переменного тока, для использования их в мобильных источниках питания.

Ключевые слова: ресурсосберегающие технологии, электротехника и приборостроение, электрический привод, расчет магнитной системы, генераторы.

В современной электротехнике остро стоит вопрос об использовании малогабаритных и эффективных источников питания на базе асинхронных электродвигателей АИР. При использовании мобильных систем питания электрических агрегатов сельскохозяйственного оборудования возникает проблема использования асинхронных генераторов, связанная с появлением в цепи питания высокого потребления реактивного намагничивающего тока, что приводит к необходимости подключения к статорным обмоткам электрического генератора соответствующей компенсирующей емкости. Она на прямую зависит от уровня напряжения генератора. Переключение обмоток статора в треугольник приведёт к существенной затрате необходимой емкости конденсаторов для создания необходимого тока намагничивания даже несмотря на то, что с другой стороны это и приведет к снижению пускового тока при подключении обмоток статора электроустановок.

Производить расчеты для необходимой емкости конденсаторов асинхронного генератора возможно лишь при учете нелинейности его характеристики намагничивания, что в свою очередь ограничивает потенциал возрастания нужного нам напряжения, что достаточно явно сказывается на общей работе электрической установки. Для определения кривой намагничивания так же возможно руководствоваться экспериментальными методами при проведении опытов холостого хода либо расчетным путем.

Для получения необходимых результатов за основу будет взят двигатель АИР100S4У2: I_1n = 7.12 А; соs _n = 0.81; n_n = 1410 об/мин; k_о= 0.96; k_е= 0.97; Bδ = 0.8 Тл; a = 1; δ = 0.3 мм; kδ = 1.32. на базе которого будет рассмотрен электрический генератор и актуальность использование расчетов его магнитной системы приведенные в Таблице 1.

Таблица 1. Результаты расчета магнитной системы генератора на базе двигателя АИР100S4У2.

В ходе экспериментов и анализа полученных результатов, можем наблюдать изменение показателей электрического асинхронного генератора относительно изменения напряжения, что можем видеть на Рисунке 1.

Рисунок 1. Зависимость напряжения на выводах генератора от тока конденсаторов 1) и тока намагничивания 2).

Ввиду большой магнитной проницаемости материала магнитопровода, вклад в циркуляцию вносит, фактически, только "воздушный" зазор. Сложность заключается в его относительно большой протяженности. В ходе расчета магнитоэлектрической системы можем определить необходимые параметры для рассмотрения распределения магнитной индукции в статорной обмотке и распределение нормальной составляющей магнитной индукции проходящей по середине катушки. Для каждой магнитной линии этот контур включает в себя участок внутри магнитопровода и "воздушный" зазор.

Для расчета магнитной цепи необходимо знать геометрию системы, величины немагнитных зазоров и кривые намагничивания стали, из которой изготовлена магнитная система. Магнитную цепь разбивают на участки и составляют схему замещения с учетом всех путей прохождения магнитного потока. На схеме замещения отмечают магнитные проводимости линейные, соответствующие прохождению магнитного потока по воздуху и немагнитным путям, а также нелинейные, соответствующие прохождению магнитного потока по стали. Затем рассчитывают магнитные проводимости, которые не изменяются при изменении рабочего зазора. К ним относятся магнитные проводимости по путям потоков рассеяния и проводимости в стыках деталей магнитопровода. Должны быть также рассчитаны площади всех сечений магнитопровода.

Уменьшение пусковых токов в цепи позволяет использовать средства защиты с меньшим количеством изоляции контактов, что позволяет уменьшить габаритные характеристики пускозащитных устройств, а также дает возможность использования промежуточных реле меньших габаритов и номиналов [2]. В следствии чего возрастает актуальность использования программируемых контроллеров при автоматизации подключаемых конденсаторных батарей для эффективного запуска генераторов и дальнейшей их работы при увеличении нагрузки, так же при появлении кратковременных, импульсных нагрузках, вызванных одновременным подключением к мобильным источникам питания большого числа потребителей.

Расчет магнитной систем генераторов позволяет более точно настраивать систему автоматического включения конденсаторов, при этом можно увеличить срок службы обмоток статора. Система точно компенсирует увеличение тока в обмотках, что может сократить количество тепла, выделяющегося в обмотках при их нагревании, это поможет избежать быстрого разрушения изоляции.

Учитывая данные расчета магнитных систем необходимо делать упор на подбор правильных изоляционных материалов, в генераторах на базе двигателей используются композиционные материалы на основе полимерных плёнок, стеклотканей и синтетических бумаг изготовленных методом склеивания или спрессовывания плёнок с бумагой, тканью или другими плёночными материалами и неткаными материалами, изготовленными с использованием волокон органических и неорганических. Электроизоляционные материалы этого типа используются в качестве пазовой, межслойной и междуфазной изоляции в электрооборудовании средней мощности, а также электроизоляционные эмали, компаунды, лаки и порошковые краски применяются в процессе изготовления проводов и клеящих составов. Они также используются для пропитки обмоток. Класс нагревостойкости изоляции электротехнического изделия отражает максимальную рабочую температуру, свойственную данному изделию при номинальной нагрузке и других условиях. Изоляция под действием данной максимальной температуры должна иметь нагревостойкость не менее температуры, соответствующей классу нагревостойкости электротехнического изделия [3]. Поскольку для электротехнических изделий основным фактором старения электроизоляционных материалов и систем изоляции является температура, то для оценки стойкости электрической изоляции к воздействию температуры приняты классы нагревостойкости в соответствии с ГОСТ 8865. Классы нагревостойкости изоляции Обозначение класса нагревостойкости Y A E B F H 200 220 250 Температура, °C 90 105 120 130 155 180 200 220 250.

Проводя анализ о проделанной работе и исходя из актуальности данных электрогенераторов, можем наблюдать высокую эффективность применения расчета магнитных систем генераторов на базе двигателей АИР. За счет полученных данных. В исследованиях можем говорить об эффективности использования расчетов, которые в дальнейшем будут применяться в расчете необходимой емкости компенсирующих конденсаторных установок. Возможность наблюдать за показателями магнитной системы открывает новые источники повышения эффективности генераторов в электрических установках, используемых в сельском хозяйстве. Проводя расчет магнитных систем новых двигателей серии АИР есть возможность увеличить КПД генераторов за счет компенсирования реактивной составляющей и уменьшении пусковых токов. А также можем судить и о глобализации данных методов расчета магнитных систем. Все инновации в цифровых медиа, или так называемые потребности в информации должны искать открытые рынки [1].

Список литературы

1. Басте З.Ю. Влияние новых/цифровых медиа на межкультурную коммуникацию в глобальном значении. В сборнике: мировые исследования в области социально-гуманитарных наук. материалы 3 международной научно-практической конференции. Рязань, 2023. с. 15-17.
2. Богатырев Н.И. Автономный асинхронный генератор с автотрансформаторной обмоткой статора Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Баракин Н.С., Попов А.Ю., Потапенко Ю.В., Кумейко А.А. Патент на изобретение RU 2640403 C1, 09.01.2018. Заявка № 2017107993 от 10.03.2017.
3. Оськин С.В. Исследование электрических потерь при электроснабжении дождевальных машин Оськин С.В., Баракин Н.С., Кумейко А.А. Сельский механизатор. 2022. № 7. С. 34. 3.