Расчет магнитных характеристик тягового электродвигателя с помощью усовершенствованной универсальной магнитной характеристики
Loading...
Date
2017
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днипро
Abstract
RU: Цель. В исследовании предполагается разработать методику расчета магнитных характеристик некомпенсированных тяговых электродвигателей (ТЭД) при любой степени ослабления возбуждения на базе аппроксимирующего выражения для усовершенствованной универсальной магнитной характеристики (УМХ). Необходимо также осуществить анализ выражений для усовершенствованной УМХ с целью нахождения выражения, наиболее полно удовлетворяющего требованиям разработки методики определения индуктивных параметров ТЭД. Методика. Для построения характеристик по усовершенствованной УМХ необходимо для каждой степени ослабления возбуждения определить коэффициент насыщения. Это возможно осуществить только аналитически. Для упрощения аналитического нахождения коэффициента насыщения предложен метод, основанный на решении системы из двух уравнений, одним из которых является сама УМХ, а вторым – уравнение прямой, угловой коэффициент которой пропорционален коэффициенту насыщения. Получающиеся в результате расчетов значения коэффициента насыщения для степеней возбуждения β < 1 по сути являются коэффициентами формы магнитной характеристики. Чтобы избавиться от необходимости каждый раз при расчете характеристик определять коэффициенты аппроксимации, предложена форма усовершенствованной УМХ, у которой роль аргумента выполняет магнитодвижущая сила (МДС) обмотки возбуждения. Результаты. Доказано, что с помощью усовершенствованной УМХ возможен расчет характеристик некомпенсированных ТЭД для любых степеней ослабления возбуждения. Точность расчета при β = 1 не отличается от таковой при расчете по УМХ, предложенной проф. М. Д. Находкиным. Такая же точность сохраняется при степенях возбуждения, отличных от единицы. Научная новизна. Предложена аналитическая методика расчета магнитных (скоростных) характеристик некомпенсированных ТЭД для любой степени ослабления возбуждения с помощью усовершенствованной УМХ. Также предложена аналитическая методика определения коэффициента насыщения для усовершенствованной УМХ при любой степени ослабления возбуждения. Благодаря введению в качестве аргумента МДС обмотки возбуждения отпадает необходимость в определении коэффициентов аппроксимации для каждого конкретного ТЭД. Практическая значимость. Разработанная методика позволяет производить расчеты магнитных характеристик некомпенсированных ТЭД для любой степени ослабления возбуждения. На ее базе возможна разработка методики определения индуктивных параметров ТЭД, использующей в качестве исходных данных коэффициент насыщения машины.
UK: Мета. У дослідженні передбачається розробити методику розрахунку магнітних характеристик некомпенсованих тягових електродвигунів (ТЕД) для будь-якого ступеня ослаблення збудження на базі апроксимуючих виразів для вдосконаленої універсальної магнітної характеристики (УМХ). Необхідно також провести аналіз виразів для вдосконаленої УМХ із метою знаходження виразу, що найбільш повно задовольняє вимогам розробки методики визначення індуктивних параметрів ТЕД. Методика. Для побудови характеристик за вдосконаленою УМХ необхідно для кожного ступеня ослаблення збудження визначити коефіцієнт насичення. Це можливо здійснити тільки аналітично. Для спрощення аналітичного знаходження коефіцієнта насичення запропонований метод, заснований на рішенні системи з двох рівнянь, одним із яких є сама УМХ, а другим – рівняння прямої, кутовий коефіцієнт якої пропорційний коефіцієнту насичення. Значення коефіцієнта насичення, отримані в результаті розрахунків для різних ступенів збудження β < 1, по суті є коефіцієнтами форми магнітної характеристики. Щоб позбутися від необхідності кожного разу при розрахунку характеристик визначати коефіцієнти апроксимації, запропонована форма вдосконаленою УМХ, в якій роль аргументу виконує магніторушійна сила (МРС) обмотки збудження. Результати. Доведено, що за допомогою вдосконаленої УМХ можливий розрахунок характеристик некомпенсованих ТЕД для будь-яких ступенів ослаблення збудження. Точність розрахунку при β = 1 не відрізняється від такої при розрахунку по УМХ, запропонованій проф. М. Д. Находкіним. Така ж точність зберігається при ступенях збудження, відмінних від одиниці. Наукова новизна. Запропонована аналітична методика розрахунку магнітних (швидкісних) характеристик некомпенсованих ТЕД для будь-якого ступеня ослаблення збудження за допомогою вдосконаленої УМХ. Також запропонована аналітична методика визначення коефіцієнта насичення вдосконаленої УМХ для будь-якого ступеня ослаблення збудження. Завдяки введенню в якості аргументу МРС обмотки збудження відпадає необхідність у визначенні коефіцієнтів апроксимації для кожного конкретного ТЕД. Практична значимість. Розроблена методика дозволяє проводити розрахунки магнітних характеристик некомпенсованих ТЕД для будь-якого ступеня ослаблення збудження. На її базі можлива розробка методики визначення індуктивних параметрів ТЕД, використовуючи в якості вихідних даних коефіцієнт насичення машини.
EN: Purpose. The article is aimed to develop a technique for calculating the magnetic characteristics of uncompensated traction electric motors (TEM) at any degree of attenuation of excitation based on the approximating expression for improved universal magnetic characteristics (UMC). It is also necessary to conduct an analysis of expressions for improved UMC with the aim of finding an expression that most fully satisfies the requirements for developing a technique for determining the inductive parameters of TEM. Methodology. It is necessary to determine the saturation coefficient for each degree of attenuation of the excitation for building the characteristics with the improved UMC. This can only be done analytically. To simplify the analytical finding of the saturation coefficient, the method based on solving a system of two equations is proposed, one of which is UMC itself, and the second one is a straight line whose angular coefficient is proportional to the saturation coefficient. Resulting values of the saturation coefficient for the excitation degrees β < 1 are essentially the coefficients of the shape of the magnetic characteristic. To get rid of the need to determine the coefficients of approximation each time in the calculation of characteristics a form of improved UMC is proposed, in which the magnetomotive force (MMF) of the excitation winding serves as the argument's role. Findings. Using the improved UMC it is possible to calculate the characteristics of uncompensated TEMs for any degree of attenuation of excitation. The accuracy of the calculation at β = 1 does not differ from that in the calculation for UMC, proposed by Prof. M. D. Nakhodkin. The same accuracy is preserved at excitation degrees that are different from unity. Originality. An analytical technique for calculating the magnetic (speed) characteristics of uncompensated TEM for any degree of attenuation with the help of an improved UMC is proposed. The analytical technique for determining the saturation coefficient for an improved UMC at any degree of attenuation of excitation is also proposed. Due to the introduction of an excitation winding as an argument, there is no need to determine the approximation coefficients for each specific TEM. Practical value. The developed methodology let calculate magnetic characteristics of uncompensated REMs for any degree of attenuation of excitation. On the basis of this technique, it is possible to develop a technique for determining the inductive parameters of the TEM, using the saturation coefficient of the machine as initial data.
UK: Мета. У дослідженні передбачається розробити методику розрахунку магнітних характеристик некомпенсованих тягових електродвигунів (ТЕД) для будь-якого ступеня ослаблення збудження на базі апроксимуючих виразів для вдосконаленої універсальної магнітної характеристики (УМХ). Необхідно також провести аналіз виразів для вдосконаленої УМХ із метою знаходження виразу, що найбільш повно задовольняє вимогам розробки методики визначення індуктивних параметрів ТЕД. Методика. Для побудови характеристик за вдосконаленою УМХ необхідно для кожного ступеня ослаблення збудження визначити коефіцієнт насичення. Це можливо здійснити тільки аналітично. Для спрощення аналітичного знаходження коефіцієнта насичення запропонований метод, заснований на рішенні системи з двох рівнянь, одним із яких є сама УМХ, а другим – рівняння прямої, кутовий коефіцієнт якої пропорційний коефіцієнту насичення. Значення коефіцієнта насичення, отримані в результаті розрахунків для різних ступенів збудження β < 1, по суті є коефіцієнтами форми магнітної характеристики. Щоб позбутися від необхідності кожного разу при розрахунку характеристик визначати коефіцієнти апроксимації, запропонована форма вдосконаленою УМХ, в якій роль аргументу виконує магніторушійна сила (МРС) обмотки збудження. Результати. Доведено, що за допомогою вдосконаленої УМХ можливий розрахунок характеристик некомпенсованих ТЕД для будь-яких ступенів ослаблення збудження. Точність розрахунку при β = 1 не відрізняється від такої при розрахунку по УМХ, запропонованій проф. М. Д. Находкіним. Така ж точність зберігається при ступенях збудження, відмінних від одиниці. Наукова новизна. Запропонована аналітична методика розрахунку магнітних (швидкісних) характеристик некомпенсованих ТЕД для будь-якого ступеня ослаблення збудження за допомогою вдосконаленої УМХ. Також запропонована аналітична методика визначення коефіцієнта насичення вдосконаленої УМХ для будь-якого ступеня ослаблення збудження. Завдяки введенню в якості аргументу МРС обмотки збудження відпадає необхідність у визначенні коефіцієнтів апроксимації для кожного конкретного ТЕД. Практична значимість. Розроблена методика дозволяє проводити розрахунки магнітних характеристик некомпенсованих ТЕД для будь-якого ступеня ослаблення збудження. На її базі можлива розробка методики визначення індуктивних параметрів ТЕД, використовуючи в якості вихідних даних коефіцієнт насичення машини.
EN: Purpose. The article is aimed to develop a technique for calculating the magnetic characteristics of uncompensated traction electric motors (TEM) at any degree of attenuation of excitation based on the approximating expression for improved universal magnetic characteristics (UMC). It is also necessary to conduct an analysis of expressions for improved UMC with the aim of finding an expression that most fully satisfies the requirements for developing a technique for determining the inductive parameters of TEM. Methodology. It is necessary to determine the saturation coefficient for each degree of attenuation of the excitation for building the characteristics with the improved UMC. This can only be done analytically. To simplify the analytical finding of the saturation coefficient, the method based on solving a system of two equations is proposed, one of which is UMC itself, and the second one is a straight line whose angular coefficient is proportional to the saturation coefficient. Resulting values of the saturation coefficient for the excitation degrees β < 1 are essentially the coefficients of the shape of the magnetic characteristic. To get rid of the need to determine the coefficients of approximation each time in the calculation of characteristics a form of improved UMC is proposed, in which the magnetomotive force (MMF) of the excitation winding serves as the argument's role. Findings. Using the improved UMC it is possible to calculate the characteristics of uncompensated TEMs for any degree of attenuation of excitation. The accuracy of the calculation at β = 1 does not differ from that in the calculation for UMC, proposed by Prof. M. D. Nakhodkin. The same accuracy is preserved at excitation degrees that are different from unity. Originality. An analytical technique for calculating the magnetic (speed) characteristics of uncompensated TEM for any degree of attenuation with the help of an improved UMC is proposed. The analytical technique for determining the saturation coefficient for an improved UMC at any degree of attenuation of excitation is also proposed. Due to the introduction of an excitation winding as an argument, there is no need to determine the approximation coefficients for each specific TEM. Practical value. The developed methodology let calculate magnetic characteristics of uncompensated REMs for any degree of attenuation of excitation. On the basis of this technique, it is possible to develop a technique for determining the inductive parameters of the TEM, using the saturation coefficient of the machine as initial data.
Description
А. Друбецкий: ORCID 0000-0001-5691-0925
Keywords
универсальная магнитная характеристика, аппроксимация, тяговый электродвигатель, магнитные характеристики, універсальна магнітна характеристика, апроксимація, тяговий електродвигун, магнітні характеристики, universal magnetic characteristic, approximation, traction motor, magnetic characteristics, КЕРС
Citation
Друбецкий, А. Е. Расчет магнитных характеристик тягового электродвигателя с помощью усовершенствованной универсальной магнитной характеристики / А. Е. Друбецкий // Наука та прогрес транспорту. – 2017. – № 3 (69). – С. 66–76. – doi 10.15802/stp2017/104559.