Cylindryczny liniowy silnik asynchroniczny w napędzie wyłączników wysokiego napięcia. CLD. Mitsubishi Electric EDM Drive Control System Cylindryczny silnik liniowy jako rękopis

Jako rękopis

Bażenow Władimir Arkadiewicz

Cylindryczny liniowy silnik asynchroniczny w napędzie wysokimprzełączniki napięcia

Specjalność 05.20.02 - technologie elektryczne i aparatura elektryczna w

prace dyplomowe

kandydat nauk technicznych

Iżewsk 2012

Prace zostały przeprowadzone w federalnej państwowej budżetowej instytucji edukacyjnej wyższego szkolnictwa zawodowego „Państwowa Akademia Rolnicza w Iżewsku” (FGBOU VPO Państwowa Akademia Rolnicza w Iżewsku)

Opiekun naukowy: kandydat nauk technicznych, profesor nadzwyczajny

Władykin Iwan Rewowicz

Oficjalni przeciwnicy: Worobiow Wiktor Andriejewicz

doktor nauk technicznych, prof

FGBOU VPO MGAU

ich. wiceprezes Goriaczkina

Bekmaczew Aleksander Egorowicz

kandydat nauk technicznych,

menadżer projektu

CJSC „Radiant-Elcom”

Organizacja prowadząca:

Federalna Państwowa Budżetowa Instytucja Edukacyjna Wyższego Szkolnictwa Zawodowego „Czuwaska Państwowa Akademia Rolnicza” (FGOU VPO Czuwaska Państwowa Akademia Rolnicza)

Obrona się odbędzie 28 » Maj 2012 w 10 godz. na posiedzeniu rady doktorskiej KM 220.030.02 w Państwowej Akademii Rolniczej w Iżewsku pod adresem: 426069, Iżewsk, ul. Student, 11 lat, pokój. 2.

Rozprawa znajduje się w bibliotece Państwowej Akademii Rolniczej FGBOU VPO Iżewsk.

Opublikowano na stronie internetowej: www.izhgsha/ru

Sekretarz naukowy

rada rozprawy N.Yu. Litwiniuk

OGÓLNY OPIS PRACY

Trafność tematu. Wraz z przeniesieniem produkcji rolnej na skalę przemysłową znacznie wzrastają wymagania dotyczące poziomu niezawodności zasilania.

Docelowy kompleksowy program poprawy niezawodności zasilania odbiorców rolnych /TsKP PN/ przewiduje powszechne wprowadzenie urządzeń automatyki do wiejskich sieci dystrybucyjnych 0,4 ... 35 kV, jako jednego z najbardziej skuteczne sposoby osiągnięcie tego celu. Program obejmuje w szczególności wyposażenie sieci dystrybucyjnych w nowoczesną aparaturę łączeniową oraz urządzenia napędowe do nich. Wraz z tym zakłada się, że podstawowy sprzęt przełączający w działaniu będzie szeroko stosowany.

Najbardziej rozpowszechnione w sieciach wiejskich są przełączniki olejowe (VM) z napędami sprężynowymi i sprężynowymi. Jednak z doświadczenia eksploatacyjnego wiadomo, że dyski VM są jednymi z najmniej niezawodnych elementów. rozdzielnice. Zmniejsza to efektywność złożonej automatyzacji wiejskich sieci elektrycznych. Na przykład w badaniach Sulimowa M.I., Gusiewa V.S. zauważono, że 30…35% przypadków zabezpieczeń przekaźnikowych i automatyki (RPA) nie jest realizowanych z powodu niezadowalającego stanu napędów. Ponadto do 85% wad odpowiada VM 10 ... 35 kV z napędami sprężynowymi. Badacze Zul N.M., Palyuga M.V., Anisimov Yu.V. należy zauważyć, że 59,3% awarii automatycznego ponownego załączenia (AR) opartego na napędach sprężynowych występuje z powodu styków pomocniczych napędu i wyłącznika, 28,9% z powodu mechanizmów załączania napędu i utrzymywania go w pozycji włączonej. Niezadowalający stan oraz konieczność modernizacji i rozwoju niezawodnych napędów odnotowano w pracach Gritsenko A.V., Tsvyak V.M., Makarova V.S., Olinichenko A.S.

Obrazek 1 - Analiza uszkodzeń w napędach elektrycznych ВМ 6…35 kV

Istnieją pozytywne doświadczenia w stosowaniu bardziej niezawodnych napędów elektromagnetycznych prądu stałego i przemiennego dla VM 10 kV w podstacjach obniżających napięcie do celów rolniczych. Napędy elektromagnetyczne, jak zauważono w pracy GI Melnichenko, wypadają korzystnie w porównaniu z innymi typami napędów dzięki swojej prostocie konstrukcji. Jednak jako napędy bezpośredniego działania zużywają dużo energii i wymagają nieporęcznej baterii i ładowarki lub prostownika ze specjalnym transformatorem 100 kVA. Ze względu na wskazaną liczbę cech napędy te nie znalazły szerokiego zastosowania.

Przeanalizowaliśmy zalety i wady różnych napędów dla CM.

Wady napędów elektromagnetycznych prąd stały: brak możliwości regulacji prędkości ruchu rdzenia elektromagnesu zamykającego, duża indukcyjność uzwojenia elektromagnesu, która wydłuża czas załączenia wyłącznika do 3,5 s, zależność siły pociągowej od położenia rdzenia, co prowadzi do konieczności ręcznego przełączania, akumulator lub zespół prostownikowy o dużej mocy oraz ich dużych gabarytach i ciężarze, zajmujący do 70 m2 powierzchni użytkowej itp.

Wady napędów elektromagnetycznych AC: duży pobór mocy (do 100...150 kVA), duży przekrój przewodów zasilających, konieczność zwiększania mocy transformatora pomocniczego stosownie do warunku dopuszczalnego spadku napięcia, zależność moc w początkowej pozycji rdzenia, niemożność regulacji prędkości ruchu itp.

Wadami napędu indukcyjnego płaskich liniowych silników asynchronicznych są: duże gabaryty i masa, prąd rozruchowy do 170 A, zależność (dramatycznie zmniejszona) siły pociągowej od nagrzania bieżni, konieczność wysokiej jakości regulacji szczeliny i złożoność projektu.

Powyższe wady nie występują w cylindrycznych liniowych silnikach indukcyjnych (CLAM) ze względu na ich cechy konstrukcyjne oraz wskaźniki masy i wielkości. W związku z tym proponujemy zastosowanie ich jako elementu mocy w napędach wyłączników olejowych typu PE-11, które według danych Zachodniouralskiego Departamentu Rostekhnadzoru dla Republiki Udmurckiej są obecnie eksploatowane w bilansie Zakładów Energetycznych typu VMP-10 600 szt., VMG-35 typ 300 szt.

Na podstawie powyższego, co następuje Cel: zwiększenie sprawności napędu wysokonapięciowych wyłączników olejowych 6...35 kV, działających na bazie CLAD, co pozwala na ograniczenie szkód spowodowanych niedoborami energii elektrycznej.

Aby osiągnąć ten cel postawiono następujące zadania badawcze:

1. Przeprowadzić analizę przeglądową istniejących konstrukcji napędów do wyłączników wysokiego napięcia 6 ... 35 kV.
2. Opracowanie modelu matematycznego CLA na podstawie trójwymiarowego modelu do obliczania charakterystyk.
3. Wyznaczyć parametry najbardziej racjonalnego rodzaju napędu na podstawie badań teoretycznych i eksperymentalnych.
4. Przeprowadzenie badań eksperymentalnych charakterystyk trakcyjnych wyłączników 6...35 kV w celu weryfikacji adekwatności zaproponowanego modelu do obowiązujących norm.
5. Opracowanie projektu napędu wyłączników olejowych 6 ... 35 kV na podstawie TsLAD.
6. Wykonać studium wykonalności dotyczące efektywności wykorzystania centralnej nastawni napędów wyłączników olejowych 6...35 kV.

Przedmiot badań jest: cylindryczny liniowy asynchroniczny silnik elektryczny (CLAM) do napędu urządzeń rozjazdów wiejskich sieci rozdzielczych 6 ... 35 kV.

Przedmiot badań: badanie charakterystyk trakcyjnych CLIM podczas pracy w wyłącznikach olejowych 6 ... 35 kV.

Metody badawcze. Badania teoretyczne prowadzono z wykorzystaniem podstawowych praw geometrii, trygonometrii, mechaniki, rachunku różniczkowego i całkowego. Badania przyrodnicze przeprowadzono z przełącznikiem VMP-10 przy użyciu narzędzi technicznych i pomiarowych. Dane doświadczalne opracowano za pomocą programu Microsoft Excel.

Naukowa nowość pracy.

1. Zaproponowano nowy typ napędu wyłączników olejowych, który umożliwia 2,4-krotne zwiększenie niezawodności ich działania.
2. Opracowano technikę obliczania charakterystyk CLIM, która w przeciwieństwie do proponowanych wcześniej pozwala uwzględniać efekty brzegowe rozkładu pola magnetycznego.
3. Uzasadniono główne parametry konstrukcyjne i tryby pracy napędu wyłącznika VMP-10, które zmniejszają niedobory energii elektrycznej do odbiorców.

Praktyczna wartość pracy określony przez następujące główne wyniki:

1. Zaproponowano projekt napędu wyłącznika VMP-10.
2. Opracowano technikę obliczania parametrów cylindrycznego liniowego silnika indukcyjnego.
3. Opracowano technikę i program do obliczania napędu, które umożliwiają obliczanie napędów przełączników o podobnej konstrukcji.
4. Określono parametry proponowanego napędu dla VMP-10 i tym podobnych.
5. Opracowano i przetestowano laboratoryjny model napędu, co pozwoliło na ograniczenie strat spowodowanych przerwami w zasilaniu.

Implementacja wyników badań.

Prace wykonano zgodnie z planem badawczo-rozwojowym FGBOU VPO CHIMESH, nr rejestracyjny 02900034856 „Opracowanie napędu wyłączników wysokiego napięcia 6…35 kV”. Wyniki prac i rekomendacje są akceptowane i wykorzystywane w Stowarzyszeniu Produkcji „Bashkirenergo” S-VES (otrzymano akt wdrożeniowy).

Praca opiera się na uogólnieniu wyników badań przeprowadzonych samodzielnie i we współpracy z naukowcami z Czelabińskiego Państwowego Uniwersytetu Rolniczego (Czelabińsk), Biura Technologii Projektowania Specjalnego Prodmash (Iżewsk) oraz Państwowej Akademii Rolniczej w Iżewsku.

Broniono następujących przepisów:

1. Typ napędu wyłącznika olejowego na bazie CLAD.
2. Model matematyczny do obliczania charakterystyk CLIM, a także siły pociągowej w zależności od konstrukcji rowka.
3. Metodyka i program do obliczania napędu dla wyłączników typu VMG, VMP o napięciu 10 ... 35 kV.
4. Wyniki badań proponowanej konstrukcji napędu wyłącznika olejowego na podstawie CLAD.

Zatwierdzenie wyników badań. Główne założenia pracy zostały przedstawione i omówione na następujących konferencjach naukowo-praktycznych: XXXIII konferencja naukowa poświęcona 50-leciu Instytutu, Swierdłowsk (1990); międzynarodowa konferencja naukowo-praktyczna „Problemy rozwoju energetyki w warunkach przemian produkcyjnych” (Iżewsk, FGBOU VPO Iżewska Państwowa Akademia Rolnicza 2003); Regionalna Konferencja Naukowo-Metodologiczna (Iżewsk, Państwowa Akademia Rolnicza w Iżewsku, 2004); Aktualne problemy mechanizacji Rolnictwo: materiały z jubileuszowej konferencji naukowo-praktycznej „Wyższe szkolnictwo agroinżynieryjne w Udmurcji - 50 lat”. (Iżewsk, 2005), na corocznych konferencjach naukowo-technicznych nauczycieli i pracowników Państwowej Akademii Rolniczej w Iżewsku.

Publikacje na temat rozprawy. Wyniki badań teoretycznych i eksperymentalnych znajdują odzwierciedlenie w 8 pracach drukowanych, w tym: w jednym artykule opublikowanym w czasopiśmie rekomendowanym przez Wyższą Komisję Atestacyjną, w dwóch zdeponowanych raportach.

Struktura i zakres pracy. Rozprawa składa się ze wstępu, pięciu rozdziałów, ogólne wnioski i aneksami, przedstawiony na 138 stronach tekstu głównego, zawiera 82 ryciny, 23 tabele i spisy piśmiennictwa ze 103 tytułów i 4 aneksy.

We wstępie uzasadniono aktualność pracy, rozważono stan zagadnienia, cel i cele badań oraz sformułowano główne postanowienia przedłożone do obrony.

W pierwszym rozdziale przeprowadzana jest analiza projektów napędów przełączników.

Zainstalowane:

Podstawowa zaleta połączenia napędu z CLA;

Potrzeba dalszych badań;

Cele i zadania pracy doktorskiej.

W drugim rozdziale rozważane są metody obliczania CLAD.

Na podstawie analizy propagacji pola magnetycznego wybrano model trójwymiarowy.

Uzwojenie CLIM w ogólnym przypadku składa się z pojedynczych cewek połączonych szeregowo w obwód trójfazowy.

Rozważamy CLA z uzwojeniem jednowarstwowym i symetrycznym rozmieszczeniem elementu wtórnego w szczelinie względem rdzenia induktora. Model matematyczny takiego LIM przedstawiono na rys.2.

Przyjmuje się następujące założenia:

1. Prąd uzwojenia ułożony na długości 2p, koncentruje się w nieskończenie cienkich warstwach prądowych znajdujących się na ferromagnetycznych powierzchniach cewki indukcyjnej i tworzy czysto sinusoidalną falę biegnącą. Amplituda jest powiązana znanym związkiem z liniową gęstością prądu i obciążeniem prądowym

, (1)

- słup;

m to liczba faz;

W to liczba zwojów w fazie;

I - efektywna wartość prądu;

P to liczba par biegunów;

J to gęstość prądu;

Cob1 - współczynnik uzwojenia podstawowej harmonicznej.

2. Pole pierwotne w rejonie części czołowych jest aproksymowane funkcją wykładniczą

(2)

Wiarygodność takiego przybliżenia do rzeczywistego obrazu pola potwierdzają wcześniejsze badania, a także eksperymenty na modelu LIM. Istnieje możliwość wymiany L=2 sek.

3. Początek ustalonego układu współrzędnych x, y, z znajduje się na początku uzwojonej części krawędzi wejściowej wzbudnika (ryc. 2).

Przy przyjętym sformułowaniu problemu n.s. uzwojenia można przedstawić jako podwójny szereg Fouriera:

Kob - współczynnik uzwojenia;

L to szerokość szyny reaktywnej;

Całkowita długość induktora;

– kąt ścinania;

z = 0,5L - a - strefa zmiany indukcji;

n jest rzędem harmonicznej wzdłuż osi poprzecznej;

jest rzędem harmonicznych wzdłuż osi podłużnej;

Znajdujemy rozwiązanie wektorowego potencjału magnetycznego prądów. W obszarze szczeliny powietrznej A spełnia następujące równania:

Dla równania SE 2 równania mają postać:

(5)

Równania (4) i (5) rozwiązuje się metodą rozdzielania zmiennych. Aby uprościć problem, podajemy tylko wyrażenie na składową normalną indukcji w przerwie:

Rysunek 2 - Obliczenia modelu matematycznego LIM bez uwzględnienia

rozkład uzwojenia

(6)

Całkowitą moc elektromagnetyczną Sem, przekazywaną z uzwojenia pierwotnego do przerwy i SE, można znaleźć jako przepływ składowej normalnej Sy wektora Poyntinga przez powierzchnię y =

(7)

Gdzie REm= RmiSEm- składnik czynny, uwzględniający moc mechaniczną P2 i straty w SE;

QEm= jaMSEm- składowa reaktywna, uwzględnia główny strumień magnetyczny i rozpraszanie w szczelinie;

Z- złożone, koniugacje z Z2 .

Siła trakcyjna Fx i siła normalna FNa dla LIM wyznacza się na podstawie tensora naprężeń Maxwella.

(8)

(9)

Aby obliczyć LIM cylindryczny, należy przyjąć L = 2c, liczbę harmonicznych wzdłuż osi poprzecznej n = 0, tj. w rzeczywistości rozwiązanie zamienia się w dwuwymiarowe, wzdłuż współrzędnych X-Y. Ponadto ta technika pozwala poprawnie uwzględnić obecność masywnego stalowego wirnika, co jest jej zaletą.

Procedura obliczania charakterystyk przy stałej wartości prądu w uzwojeniu:

1. Siłę trakcyjną Fx(S) obliczono ze wzoru (8);
2. moc mechaniczna

R2 (S)=FX(S) ·= FX(S) 21 (1 – S); (10)

1. Moc elektromagnetyczna SEm(S) = PEm(S) + jQEm(S) obliczono według wyrażenia, wzór (7)
2. Utrata miedzi w cewce indukcyjnej

Rel.1= mI2 RF (11)

Gdzie RF- rezystancja czynna uzwojenia fazowego;

1. efektywność bez uwzględnienia strat w stali rdzeniowej

(12)

1. Współczynnik mocy

(13)

gdzie, jest modułem impedancji szeregowego obwodu zastępczego (rys. 2).

(14)

- reaktancja indukcyjna upływu uzwojenia pierwotnego.

W ten sposób uzyskano algorytm obliczania charakterystyk statycznych LIM ze zwartym elementem wtórnym, który umożliwia uwzględnienie właściwości aktywnych części struktury przy każdym podziale zęba.

Opracowany model matematyczny pozwala na:

• Stosować aparat matematyczny do obliczania cylindrycznego liniowego silnika asynchronicznego, którego charakterystyki statyczne opierają się na szczegółowych schematach równoważnych obwodów elektrycznych pierwotnych i wtórnych oraz obwodów magnetycznych.
• Ocena wpływu różnych parametrów i konstrukcji elementu wtórnego na charakterystykę trakcyjną i energetyczną cylindrycznego liniowego silnika indukcyjnego.
• Wyniki obliczeń pozwalają w pierwszym przybliżeniu określić optymalne podstawowe dane techniczno-ekonomiczne przy projektowaniu liniowych silników indukcyjnych cylindrycznych.

W trzecim rozdziale „Badania obliczeniowo-teoretyczne” wyniki obliczeń numerycznych wpływu różnych parametrów i wymiary geometryczne na wydajność energetyczną i trakcyjną CLAD przy użyciu opisanego wcześniej modelu matematycznego.

Cewka indukcyjna TsLAD składa się z pojedynczych podkładek umieszczonych w cylindrze ferromagnetycznym. Wymiary geometryczne podkładek wzbudnika przyjęte do obliczeń pokazano na ryc. 3. Liczba podkładek i długość walca ferromagnetycznego są określone przez liczbę biegunów i liczbę żłobków na biegun i fazę uzwojenia cewki indukcyjnej CLIM.

Parametry wzbudnika (geometria warstwy zęba, liczba biegunów, podział biegunów, długość i szerokość) przyjęto jako zmienne niezależne, parametrami struktury wtórnej był rodzaj uzwojenia, przewodność elektryczna G2 = 2 d2 oraz jako parametry odwrotnego obwodu magnetycznego. Wyniki badania przedstawiono w formie wykresów.

Rysunek 3 - Urządzenie indukcyjne

1-element drugorzędny; 2-nakrętka; podkładka 3-uszczelniająca; 4- cewka;

5-obudowa silnika; 6 zwojów, 7 podkładek.

Dla opracowywanego napędu wyłącznika jednoznacznie określono:

1. Tryb pracy, który można scharakteryzować jako „start”. Czas pracy jest krótszy niż sekunda (tv = 0,07 s), mogą występować powtarzające się uruchomienia, ale nawet w tym przypadku całkowity czas pracy nie przekracza sekundy. W związku z tym obciążenia elektromagnetyczne są liniowym obciążeniem prądowym, gęstość prądu w uzwojeniach można przyjąć znacznie wyższą niż akceptowana dla stacjonarnych maszyn elektrycznych: A = (25 ... 50) 103 A / m; J = (4…7) A/mm2. Dlatego stan termiczny maszyny można zignorować.
2. Napięcie zasilania uzwojenia stojana U1 = 380 V.
3. Wymagana siła pociągowa Fx 1500 N. Jednocześnie zmiana wysiłku podczas pracy powinna być minimalna.
4. Surowe ograniczenia wymiarowe: długość Ls 400 mm; średnica zewnętrzna stojana D = 40…100 mm.
5. Wskaźniki energii (, cos) nie mają znaczenia.

Zatem zadanie badawcze można sformułować w następujący sposób: dla zadanych wymiarów wyznaczyć obciążenia elektromagnetyczne, wartość parametrów konstrukcyjnych LIM, zapewniając niezbędną siłę trakcyjną w przedziale 0,3 S 1 .

Na podstawie sformułowanego zadania badawczego głównym wskaźnikiem LIM jest siła trakcyjna w przedziale poślizgu 0,3 S 1 . W tym przypadku siła pociągowa w dużej mierze zależy od parametrów konstrukcyjnych (liczba biegunów 2p, szczelina powietrzna, niemagnetyczna grubość cylindra D2 i jego przewodnictwo elektryczne 2 , przewodnictwo elektryczne 3 i przenikalność magnetyczna 3 stalowego pręta, który działa jak odwrotny obwód magnetyczny). Dla określonych wartości tych parametrów siła pociągowa będzie jednoznacznie określona przez liniowe obciążenie prądowe cewki indukcyjnej, które z kolei przy U = stała zależy od ułożenia warstwy zęba: liczby rowków na biegun i fazę Q, liczba zwojów w cewce WDo i gałęzie równoległe a.

Zatem siła ciągu LIM jest reprezentowana przez funkcjonalną zależność

FX= f(2r,, , D2 , 2 , 3 , 3 , q, Wk, A, a) (16)

Oczywiście niektóre z tych parametrów przyjmują tylko wartości dyskretne ( 2 pensy,, q, Wk, A), a liczba tych wartości jest znikoma. Na przykład można wziąć pod uwagę tylko liczbę biegunów 2p=4 Lub 2p=6; stąd bardzo specyficzne podziały biegunów = 400/4 = 100 mm i 400/6 = 66,6 mm; q = 1 lub 2; a = 1, 2 lub 3 i 4.

Wraz ze wzrostem liczby biegunów przyczepność początkowa znacznie spada. Spadek siły pociągowej związany jest ze spadkiem podziału biegunów i indukcji magnetycznej w szczelinie powietrznej B. Dlatego optymalna jest 2p=4(Rys. 4).

Rysunek 4 - Charakterystyka trakcyjna CLAD w zależności od liczby biegunów

Zmiana szczeliny powietrznej nie ma sensu, powinna być minimalna w zależności od warunków pracy. W naszej wersji = 1 mm. Jednak na ryc. 5 pokazuje zależność siły pociągowej od szczeliny powietrznej. Wyraźnie widać na nich spadek siły wraz ze wzrostem luzu.

Rysunek 5 Charakterystyka trakcji CLA przy różnych wartościach szczeliny powietrznej ( =1,5mm i=2,0 mm)

Jednocześnie wzrasta prąd roboczy I i obniżony poziom energii. Względnie swobodnie zmienia się tylko przewodność elektryczna 2 , 3 i przenikalności magnetycznej 3 VE.

Zmiana przewodności elektrycznej stalowego cylindra 3 (Rys. 6) siła pociągowa CLAD ma znikomą wartość do 5%.

Rysunek 6

przewodnictwo elektryczne cylindra stalowego

Zmiana przenikalności magnetycznej 3 walca stalowego (rys. 7) nie powoduje istotnych zmian siły pociągowej Fх=f(S). Przy poślizgu roboczym S=0,3 charakterystyka trakcji jest taka sama. Początkowa siła pociągowa waha się w granicach 3…4%. Dlatego biorąc pod uwagę nieistotny wpływ 3 I 3 na siłę pociągową CLA, stalowy cylinder może być wykonany ze stali magnetycznie miękkiej.

Rysunek 7 Charakterystyka trakcji CLA przy różnych wartościach Xprzenikalność magnetyczna (3 =1000 0 I 3 =500 0 ) stalowy cylinder

Z analizy zależności graficznych (Rys. 5, Rys. 6, Rys. 7) wynika następujący wniosek: przy zmianach przewodnictwa stalowego walca i przenikalności magnetycznej, ograniczając szczelinę niemagnetyczną, nie można uzyskać stałości siły pociągowej Fx ze względu na ich niewielki wpływ.

Cyfra 8 Charakterystyka trakcji CLA przy różnych wartościach

przewodnictwo elektryczne SE

Parametr, przy którym można osiągnąć stałą siłę pociągową FX= f(2r,, , D2 , 2 , 3 , 3 , q, Wk, A, a) TSLAD, to przewodność elektryczna drugiego elementu drugorzędnego. Rysunek 8 przedstawia optymalne skrajne warianty przewodnictwa. Eksperymenty przeprowadzone na stanowisku doświadczalnym umożliwiły wyznaczenie najbardziej odpowiedniego przewodnictwa właściwego w jego obrębie =0,8 107 …1.2 107 cm/m.

Ryciny 9…11 przedstawiają zależności F, Iprzy różnych wartościach liczby zwojów cewki uzwojenia cewki indukcyjnej CLIM z ekranowanym elementem wtórnym ( D2 =1 mm; =1 mm).

Rysunek 9 Zależność I=f(S) dla różnych wartości liczby

obraca się w cewkę

Rysunek 10. Uzależnienie sałata=f(S) Rysunek 11. Uzależnienie= f(S)

Graficzne zależności wskaźników energii od liczby obrotów w misach są takie same. Sugeruje to, że zmiana liczby zwojów cewki nie prowadzi do istotnej zmiany tych wskaźników. To jest powód braku zainteresowania nimi.

Wzrost siły pociągowej (ryc. 12) w miarę zmniejszania się liczby zwojów cewki tłumaczy się tym, że przekrój poprzeczny drutu zwiększa się przy stałych wartościach wymiarów geometrycznych i współczynnika wypełnienia żłobka cewki miedzią i niewielka zmiana wartości gęstości prądu. Silnik w napędach wyłącznika działa w trybie rozruchu przez mniej niż sekundę. Dlatego do napędzania mechanizmów o dużej początkowej sile pociągowej i krótkotrwałym trybie pracy bardziej efektywne jest zastosowanie CLA o małej liczbie zwojów i dużym przekroju drutu cewki uzwojenia cewki indukcyjnej.

Rysunek 12. Charakterystyka trakcji CLIM dla różnych wartości liczby

cewka stojana obraca się

Jednak przy częstym włączaniu takich mechanizmów konieczny jest margines nagrzewania silnika.

Tym samym na podstawie wyników eksperymentu numerycznego z wykorzystaniem powyższej metody obliczeniowej można z wystarczającą dokładnością określić trend zmian wskaźników elektrycznych i trakcyjnych dla różnych zmiennych CLIM. Głównym wskaźnikiem stałości siły trakcyjnej jest przewodność elektryczna powłoki elementu wtórnego 2. Zmiana w ciągu =0,8 107 …1.2 107 Cm / m, możesz uzyskać wymaganą charakterystykę trakcji.

Dlatego dla stałości ciągu CLIM wystarczy ustawić wartości stałe 2 pensy,, , 3 , 3 , q, A, za. Następnie zależność (16) można przekształcić w wyrażenie

FX= f(K2 , Wk) (17)

Gdzie K \u003d fa (2p,, , D2 , 3 , 3 , q, A, a).

W czwartym rozdziale opisano sposób przeprowadzenia eksperymentu badanej metody napędu wyłącznika. Eksperymentalne badania charakterystyk napędu przeprowadzono na wyłączniku wysokiego napięcia typu VMP-10 (rys. 13).

Rysunek 13. Zestaw doświadczalny.

Również w tym rozdziale wyznaczana jest rezystancja bezwładności wyłącznika, którą przeprowadza się za pomocą metodologii przedstawionej w metodzie wykresowo-analitycznej, wykorzystując schemat kinematyczny przełącznik. Wyznaczono charakterystyki elementów sprężystych. Jednocześnie konstrukcja wyłącznika olejowego zawiera kilka elastycznych elementów, które przeciwdziałają zamykaniu wyłącznika i pozwalają zgromadzić energię do wyłączenia wyłącznika:

1. Sprężyny przyspieszające FPU;
2. Zwolnij sprężynę FPRZEZ;
3. Siły sprężyste generowane przez sprężyny kontaktowe FKP.

Całkowity efekt sprężyn, które przeciwstawiają się sile silnika, można opisać równaniem:

FOP(x)=FPU(x)+FPRZEZ(x)+FKP(X) (18)

Siła rozciągająca sprężyny jest ogólnie opisana równaniem:

FPU=kx+F0 , (19)

Gdzie k- współczynnik sztywności sprężyny;

F0 - siła napięcia wstępnego sprężyny.

Dla 2 sprężyn przyspieszających równanie (19) ma postać (bez wstępnego naprężenia):

FPU=2 kyX1 (20)

Gdzie ky- współczynnik sztywności sprężyny przyspieszającej.

Siłę sprężyny otwierającej opisuje równanie:

FPRZEZ=k0 X2 + F0 (21)

Gdzie k0 - sztywność sprężyny otwierającej;

X1 , X2 - ruch;

F0 - siła wstępnego naprężenia sprężyny otwierającej.

Przyjmuje się, że siła wymagana do pokonania oporu sprężyn stykowych, spowodowana niewielką zmianą średnicy gniazda, jest stała i równa

FKP(x)=FKP (22)

Biorąc pod uwagę (20), (21), (22), równanie (18) przyjmuje postać

FOP=kyX1 + k0 X2 + F0 + FKP (23)

Siły sprężystości generowane przez sprężyny otwierające, przyspieszające i stykowe są określane na podstawie badania charakterystyk statycznych wyłącznika olejowego.

FMarynarka wojenna=f(W) (24)

W celu zbadania charakterystyk statycznych przełącznika utworzono instalację (rys. 13). Dźwignia z wycinkiem koła została wykonana w celu wyeliminowania zmiany długości ramienia przy zmianie kąta W wał napędowy. W rezultacie, gdy zmienia się kąt, ramię przyłożenia siły wytwarzane przez wciągarkę 1 pozostaje stałe.

L=f()=konst (25)

Wyznaczanie współczynników sztywności sprężyny ky, k0 , zbadano siły oporu załączania wyłącznika z każdej sprężyny.

Badanie przeprowadzono w następującej kolejności:

1. Badanie charakterystyki statycznej w obecności wszystkich sprężyn z1 , z2 , z3 ;
2. Badanie charakterystyk statycznych w obecności 2 sprężyn z1 I z3 (sprężyny przyspieszające);
3. Zbadaj właściwości statyczne w obecności jednej sprężyny z2 (sprężyna wyłączająca).
4. Zbadaj charakterystykę statyczną w obecności jednej sprężyny przyspieszającej z1 .
5. Zbadaj charakterystykę statyczną w obecności 2 sprężyn z1 I z2 (sprężyny przyspieszające i zwalniające).

Ponadto w rozdziale czwartym dokonano definicji charakterystyk elektrodynamicznych. Gdy prądy zwarciowe płyną wzdłuż obwodu wyłącznika, powstają znaczne siły elektrodynamiczne, które zakłócają załączenie, znacznie zwiększając obciążenie mechanizmu napędowego wyłącznika. Przeprowadzono obliczenia sił elektrodynamicznych metodą graficzno-analityczną.

Metodą standardową wyznaczono również opór aerodynamiczny powietrza i hydraulicznego oleju izolacyjnego.

Ponadto określa się charakterystyki przenoszenia wyłącznika, które obejmują:

1. Charakterystyka kinematyczna h=f(c);
2. Charakterystyka przenoszenia wału wyłącznika v=f(1);
3. Charakterystyka przenoszenia dźwigni trawersu 1=f(2);
4. Charakterystyka przenoszenia h=f(xT)

gdzie w - kąt obrotu wału napędowego;

1 - kąt obrotu wału wyłącznika;

2 - kąt obrotu dźwigni trawersu.

W piątym rozdziale przeprowadzono ocenę efektywności technicznej i ekonomicznej zastosowania CLCM w napędach wyłączników olejowych, która wykazała, że ​​zastosowanie napędu wyłączników olejowych na bazie CLCM umożliwia 2,4-krotne zwiększenie ich niezawodności, zmniejszenie zużycia energii elektrycznej o 3,75 razy w porównaniu ze starymi dyskami. Oczekiwany roczny efekt ekonomiczny z wprowadzenia CLAD w napędach wyłączników olejowych wynosi 1063 rubli / off. z okresem zwrotu inwestycji kapitałowych w mniej niż 2,5 roku. Zastosowanie TsLAD zmniejszy niedobory energii elektrycznej dla odbiorców wiejskich o 834 kWh na przełącznik w ciągu 1 roku, co doprowadzi do wzrostu rentowności przedsiębiorstw energetycznych, która dla Republiki Udmurckiej wyniesie ok. 2 mln rubli.

WNIOSKI

1. Wyznaczono optymalną charakterystykę trakcyjną dla napędu wyłączników olejowych, która umożliwia uzyskanie maksymalnej siły trakcyjnej równej 3150 N.
2. Zaproponowano model matematyczny cylindrycznego liniowego silnika indukcyjnego oparty na modelu trójwymiarowym, który umożliwia uwzględnienie efektów krawędziowych rozkładu pola magnetycznego.
3. Zaproponowano sposób zastąpienia napędu elektromagnetycznego napędem z CLAD, który pozwala zwiększyć niezawodność o współczynnik 2,7 i zmniejszyć szkody wynikające z niedoboru energii elektrycznej przez przedsiębiorstwa energetyczne o 2 mln rubli.
4. Opracowano model fizyczny napędu wyłączników olejowych typu VMP VMG na napięcie 6...35 kV oraz podano ich opisy matematyczne.
5. Opracowano i wykonano pilotażowy egzemplarz napędu, który pozwala na realizację niezbędnych parametrów wyłącznika: prędkość zamykania 3,8...4,2 m/s, wyłączania 3,5 m/s.
6. Zgodnie z wynikami badań, warunki odniesienia i przeniesiony do Bashkirenergo w celu opracowania roboczej dokumentacji projektowej dla rewizji szeregu wyłączników niskoolejowych typu VMP i VMG.

Publikacje wymienione na liście VAK i utożsamiane z nimi:

1. Bażenow, V.A. Udoskonalenie napędu wyłącznika wysokiego napięcia. / VA Bażenow, I.R. Władykin, A.P. Kołomiets//Elektroniczne czasopismo naukowo-innowacyjne „Biuletyn Inżynieryjny Dona” [Zasoby elektroniczne]. - №1, 2012 s. 2-3. – Tryb dostępu: http://www.ivdon.ru.

Inne wydania:

1. Piastołow, A.A. Opracowanie napędu wyłączników wysokiego napięcia 6…35 kV. /AA Pyastolov, I.N. Ramazanov, R.F. Yunusov, V.A. Bazhenov // Sprawozdanie z prac badawczych (nr art. GR 018600223428, nr inw. 02900034856. - Czelabińsk: CHIMESH, 1990. - P. 89-90.
2. Yunusov, R.F. Opracowanie liniowego napędu elektrycznego do zastosowań rolniczych. / RF Junusow, I.N. Ramazanov, V.V. Iwanicka, V.A. Bazhenov // XXXIII konferencja naukowa. Streszczenia raportów - Sverdlovsk, 1990, s. 32-33.
3. Piastołow, A.A. Napęd wyłącznika olejowego wysokiego napięcia. / Yunusov R.F., Ramazanov I.N., Bażenow V.A.// Ulotka informacyjna nr 91-2. - TsNTI, Czelabińsk, 1991. S. 3-4.
4. Piastołow, A.A. Cylindryczny liniowy silnik asynchroniczny. / Yunusov R.F., Ramazanov I.N., Bażenow V.A.// Ulotka informacyjna nr 91-3. - TsNTI, Czelabińsk, 1991. s. 3-4.
5. Bażenow, V.A. Dobór elementu akumulatorowego do wyłącznika VMP-10. Aktualne problemy mechanizacji rolnictwa: materiały z jubileuszowej konferencji naukowo-praktycznej „Wyższe szkolnictwo agroinżynieryjne w Udmurcji - 50 lat”. / Iżewsk, 2005. S. 23-25.
6. Bażenow, V.A. Opracowanie ekonomicznego napędu wyłącznika olejowego. Regionalna Konferencja Naukowo-Metodologiczna Iżewsk: FGOU VPO Iżewska Państwowa Akademia Rolnicza, Iżewsk, 2004. S. 12-14.
7. Bażenow, V.A. Usprawnienie napędu wyłącznika olejowego VMP-10. Problemy rozwoju energetyki w warunkach przemian przemysłowych. Materiały Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Praktycznej z okazji 25-lecia Wydziału Elektryfikacji i Automatyzacji Rolnictwa oraz Katedry Elektrycznej Techniki Produkcji Rolnej. Iżewsk 2003, s. 249-250.

rozprawy doktorskie na stopień kandydata nauk technicznych

Przekazany do zestawu w 2012 roku. Podpisano do publikacji 24 kwietnia 2012 r.

Papier offsetowy Headset Times New Roman Format 60x84/16.

Tom 1 druk.l. Nakład 100 egzemplarzy. Zamówienie nr 4187.

Wydawnictwo FGBOU VPO Iżewska Państwowa Akademia Rolnicza Iżewsk, ul. uczeń, 11

Specjalność 05.09.03 - "Zespoły i systemy elektryczne"

Rozprawy na stopień kandydata nauk technicznych

Moskwa - 2013 2

Prace wykonano w dziale „Automatycznego napędu elektrycznego”

Federalna Państwowa Budżetowa Instytucja Edukacyjna Wyższego Szkolnictwa Zawodowego „National Research University „MPEI”.

Dyrektor naukowy: doktor nauk technicznych, profesor Masandiłow Lew Borysowicz

Oficjalni przeciwnicy: Doktor nauk technicznych, profesor Wydziału Elektromechaniki, Federalna Państwowa Budżetowa Instytucja Edukacyjna Wyższego Szkolnictwa Zawodowego NRU MPEI

Bespałow Wiktor Jakowlewicz;

Kandydat Nauk Technicznych, Starszy Pracownik Badawczy, Główny Specjalista oddziału "LiftAvtoService" MGUP "MOSLIFT"

Czuprasow Władimir Wasiljewicz

Wiodąca organizacja: Federalne Państwowe Przedsiębiorstwo Unitarne „Ogólnorosyjski Instytut Elektrotechniczny im. V.I. Lenina"

Obrona rozprawy odbędzie się 7 czerwca 2013 r. o godz. 14:00. 00 min. w pokoju M-611 na posiedzeniu rady rozprawy D 212.157.02 w Federalnej Państwowej Budżetowej Instytucji Edukacyjnej Wyższego Szkolnictwa Zawodowego „NRU MPEI” pod adresem: 111250, Moskwa, ul. Krasnokazarmennaya, 13.

Rozprawa znajduje się w bibliotece FGBOU VPO NRU MPEI.

Sekretarz naukowy rady doktorskiej D 212.157. Kandydat nauk technicznych, profesor nadzwyczajny Tsyruk S.A.

OGÓLNY OPIS PRACY

Znaczenie Tematy.

40 - 50% mechanizmów produkcyjnych posiada korpusy robocze o ruchu postępowym lub posuwisto-zwrotnym. Mimo to obecnie silniki elektryczne obrotowe są najczęściej stosowane w napędach takich mechanizmów, które wymagają dodatkowych urządzeń mechanicznych przekształcających ruch obrotowy w ruch postępowy: mechanizm korbowy, śruba i nakrętka, koło zębate i zębatka itp. W wielu przypadkach urządzenia te są złożonymi węzłami łańcucha kinematycznego, charakteryzującymi się znacznymi stratami energii, co komplikuje i zwiększa koszt napędu.

Zastosowanie w napędach z ruchem postępowym korpusu roboczego zamiast silnika z obracającym się wirnikiem odpowiedniego analogu liniowego, który daje bezpośredni ruch prostoliniowy, pozwala na wyeliminowanie mechanizmu transmisyjnego w części mechanicznej napędu elektrycznego. Rozwiązuje to problem maksymalnej zbieżności źródła energii mechanicznej - silnika elektrycznego i siłownika.

Przykładami maszyn przemysłowych, w których obecnie można zastosować silniki liniowe, są: maszyny wyciągowe, urządzenia ruchu posuwisto-zwrotnego, takie jak pompy, urządzenia przełączające, wózki dźwigowe, drzwi wind itp.

Wśród silników liniowych najprostsze w konstrukcji są liniowe silniki indukcyjne (LAM), zwłaszcza typu cylindrycznego (CLAM), które są przedmiotem wielu publikacji. W porównaniu z wirującymi silnikami asynchronicznymi (AM), CLIM charakteryzują się następującymi cechami: otwartością obwodu magnetycznego, co prowadzi do występowania podłużnych efektów krawędziowych oraz znaczną złożonością teorii związanej z występowaniem efektów krawędziowych.

Wykorzystanie LIM w napędach elektrycznych wymaga znajomości ich teorii, co umożliwiłoby obliczanie zarówno modów statycznych, jak i procesów przejściowych. Jednak do tej pory, ze względu na odnotowane cechy ich opis matematyczny ma bardzo złożoną postać, co prowadzi do znacznych trudności, gdy konieczne jest przeprowadzenie szeregu obliczeń. Dlatego wskazane jest stosowanie uproszczonych podejść do analizy właściwości elektromechanicznych LIM. Często do obliczeń napędów elektrycznych z LIM, bez dowodów, stosuje się teorię charakterystyczną dla konwencjonalnego IM. W takich przypadkach obliczenia są często obarczone istotnymi błędami.

Do obliczeń elektromagnetycznych pomp do cieczy i metali Voldekom A.I. opracowano teorię opartą na rozwiązaniu równań Maxwella. Teoria ta posłużyła jako podstawa do powstania różnych metod obliczania charakterystyk statycznych CLIM, wśród których można wyróżnić dobrze znaną metodę analogowego modelowania struktur wielowarstwowych.

Metoda ta nie pozwala jednak na obliczenie i analizę postaci dynamicznych, co jest bardzo ważne w przypadku napędów elektrycznych.

Ze względu na to, że bezprzekładniowe napędy elektryczne z CLIM mogą być szeroko stosowane w przemyśle, ich badania i rozwój mają duże znaczenie teoretyczne i praktyczne.

Celem pracy doktorskiej jest rozwinięcie teorii cylindrycznych liniowych silników indukcyjnych metodą analogowego modelowania struktur wielowarstwowych oraz zastosowanie tej teorii do obliczeń charakterystyk statycznych i dynamicznych napędów elektrycznych, a także opracowanie bezprzekładniowego napędu elektrycznego sterowanego częstotliwościowo z CLA do drzwi automatycznych szeroko stosowanych w przemyśle.

Aby osiągnąć ten cel w pracy doktorskiej postawiono i rozwiązano następujące pytania. zadania:

1. Wybór modelu matematycznego CLIM i opracowanie metodologii wyznaczania uogólnionych parametrów CLIM odpowiadających wybranemu modelowi, przy użyciu których obliczenia charakterystyk statycznych i dynamicznych zapewniają akceptowalną zgodność z eksperymentami.

2. Rozwój metody definicja eksperymentalna Parametry CLAD.

3. Analiza cech aplikacyjnych i rozwój napędów elektrycznych opartych na systemach FC-TSLAD i TPN-TSLAD do drzwi windowych.

4. Opracowanie wariantów schematów bezprzekładniowego mechanizmu napędowego drzwi przesuwnych kabiny windy z CLA.

Metody badawcze. Do rozwiązania postawionych w pracy problemów wykorzystano: teorię napędu elektrycznego, teoretyczne podstawy elektrotechniki, teorię maszyn elektrycznych, w szczególności metodę analogowego modelowania struktur wielowarstwowych, modelowanie i opracowywanie za pomocą komputera osobistego w specjalistycznych programach Mathcad i Matlab, eksperymentalne badania laboratoryjne.

Słuszność i rzetelność naukowych ustaleń i wniosków potwierdzają wyniki eksperymentalnych badań laboratoryjnych.

Nowość naukowa praca jest następująca:

wykorzystując opracowaną metodę wyznaczania uogólnionych parametrów wolnoobrotowego CLIM, uzasadniono jego opis matematyczny w postaci układu równań, co umożliwia wykonanie różnorodnych obliczeń charakterystyk statycznych i dynamicznych napędu elektrycznego o KLIM;

zaproponowano algorytm eksperymentalnej metody wyznaczania parametrów IM z wirującym wirnikiem i CLA, który charakteryzuje się zwiększoną dokładnością przetwarzania wyników eksperymentów;

w wyniku badań właściwości dynamicznych CLAD stwierdzono, że procesy przejściowe w CLAD charakteryzują się znacznie mniejszą fluktuacją niż w AD;

pozwala na zastosowanie CLAD do bezprzekładniowego napędu drzwi windy prosta obsługa w systemie FC–CLAD, tworząc płynne procesy otwierania i zamykania drzwi.

Główny praktyczny rezultat rozprawy jest następujący:

opracowano metodę wyznaczania uogólnionych parametrów wolnoobrotowego CLIM, która umożliwia prowadzenie badań i obliczeń podczas eksploatacji i rozwoju napędów elektrycznych;

wyniki badań niskoczęstotliwościowych CLIM potwierdziły możliwość minimalizacji wymaganej mocy przetwornicy częstotliwości przy ich zastosowaniu w bezprzekładniowych napędach elektrycznych, co poprawia parametry techniczne i ekonomiczne takich napędów elektrycznych;

wyniki badań CLIM podłączonego do sieci poprzez przetwornicę częstotliwości wykazały, że napęd drzwi windy nie wymaga rezystora hamowania i wyłącznika hamulca, ponieważ CLIM nie posiada trybu hamowania rekuperacyjnego w wykorzystywanej strefie częstotliwości za działanie napędu. Brak rezystora hamowania i klucza hamulca umożliwia obniżenie kosztów napędu drzwi windy z CLA;

dla jednoskrzydłowych i dwuskrzydłowych drzwi przesuwnych kabiny windy opracowano schemat bezprzekładniowego mechanizmu napędowego, który wypada korzystnie w porównaniu z zastosowaniem cylindrycznego liniowego silnika asynchronicznego, charakteryzującego się translacyjnym ruchem elementu ruchomego, dla ruch translacyjny skrzydeł drzwiowych.

Zatwierdzenie pracy. Wyniki główne praca była omawiana na zebraniach Katedry „Zautomatyzowanego Napędu Elektrycznego” NRU „MPEI”, zgłoszona na 16. międzynarodowej konferencji naukowo-technicznej studentów i doktorantów „Radioelektronika, elektrotechnika i energetyka” (Moskwa, MPEI, 2010) .

Publikacje. Na temat rozprawy opublikowano sześć prac drukowanych, w tym 1 w publikacjach rekomendowanych przez Wyższą Komisję Atestacyjną Federacji Rosyjskiej do publikacji głównych wyników prac doktorskich i doktorskich oraz 1 patent otrzymano wzór użytkowy.

Struktura i zakres pracy. Rozprawa składa się ze wstępu, pięciu rozdziałów, wniosków ogólnych oraz spisu piśmiennictwa. Objętość - 146, ryc. - 71, bibliografia - 92 na 9 stronach.

we wstępie uzasadniona jest aktualność tematu pracy doktorskiej, sformułowany jest cel pracy.

W pierwszym rozdziale przedstawiono projekty badanych CLAD. Opisano metodę obliczania charakterystyk statycznych CLIM z wykorzystaniem metody analogowego modelowania struktur wielowarstwowych. Rozważono rozwój napędów bezprzekładniowych do drzwi kabinowych wind. Wskazano cechy istniejących napędów elektrycznych drzwi wind, postawiono zadania badawcze.

Metoda analogowego modelowania struktur wielowarstwowych opiera się na rozwiązaniu układu równań Maxwella dla różnych obszarów liniowych silników indukcyjnych. Otrzymując podstawowe wzory obliczeniowe przyjmuje się, że wzbudnik w kierunku wzdłużnym jest uważany za nieskończenie długi (nie uwzględnia się efektu krawędzi podłużnej). Korzystając z tej metody, charakterystyki statyczne CLIM są określane za pomocą wzorów:

gdzie d2 jest zewnętrzną średnicą drugorzędnego elementu CLIM.

Należy zauważyć, że obliczenia charakterystyk statycznych CLIM za pomocą wzorów (1) i (2) są kłopotliwe, gdyż formuły te zawierają zmienne, których wyznaczenie wymaga wielu pośrednich obliczeń.

Dla dwóch CLIM-ów o tych samych danych geometrycznych, ale różnej liczbie zwojów uzwojenia wzbudnika (CLIM 1 - 600, CLIM 2 - 1692), według wzorów (1) i (2) obliczono ich charakterystyki mechaniczne i elektromechaniczne przy f1 50 Hz, U1 220 V Wyniki obliczeń dla CLAD 2 przedstawiono na rys. 1.

W naszym kraju w większości przypadków nieuregulowane napędy elektryczne mają stosunkowo skomplikowaną budowę część mechaniczna ze stosunkowo prostą częścią elektryczną. Głównymi wadami takich napędów są obecność przekładni i złożona konstrukcja urządzenia mechanicznego, które przekształca ruch obrotowy w translacyjny, podczas którego występuje dodatkowy hałas.

W związku z aktywnym rozwojem technologii przetwornicowej pojawiła się tendencja do upraszczania kinematyki mechanizmów przy jednoczesnym komplikowaniu części elektrycznej napędu poprzez zastosowanie przetwornic częstotliwości, za pomocą których możliwe stało się tworzenie żądane trajektorie ruchu drzwi.

Dlatego w ostatnich latach do drzwi nowoczesnych wind zastosowano regulowane napędy elektryczne, które zapewniają niemal bezgłośny, szybki i płynny ruch drzwi. Przykładem jest sterowany częstotliwościowo napęd do drzwi. Produkcja rosyjska z jednostką sterującą typu BUAD i silnikiem asynchronicznym, którego wał połączony jest z mechanizmem bramy za pomocą paska klinowego. Zdaniem wielu specjalistów, znane napędy regulowane, pomimo swojej przewagi nad nieregulowanymi, mają również wady związane z obecnością napędu pasowego i ich stosunkowo wysokim kosztem.

W drugim rozdziale opracowano technikę wyznaczania uogólnionych parametrów CLIM, za pomocą której uzasadniono jej opis matematyczny w postaci układu równań. Przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych charakterystyk statycznych CLAP. Przeanalizowano charakterystykę CLIM z kompozytowymi SE. Zbadano możliwość produkcji CLADS o niskiej częstotliwości.

Zaproponowano następujące podejście do badania napędu elektrycznego z CLIM i jego opisem matematycznym:

1) korzystamy ze wzorów (1) i (2) otrzymanych metodą analogowego modelowania struktur wielowarstwowych dla charakterystyk statycznych CLIM (mechanicznej i elektromechanicznej) i obliczamy te charakterystyki (patrz rys. 1);

2) na otrzymanych charakterystykach wybieramy dwa punkty, dla których ustalamy następujące zmienne: siłę elektromagnetyczną, prąd cewki indukcyjnej i zespoloną rezystancję fazową dla jednego z tych wybranych punktów (patrz rys.

3) uważamy, że charakterystyki statyczne CLIM można również opisać wzorami (5) i (6), które podano poniżej i odpowiadają stanowi ustalonemu konwencjonalnego silnika asynchronicznego z obracającym się wirnikiem i są otrzymywane z jego różniczkowania równania;

4) spróbujemy znaleźć uogólnione parametry zawarte we wskazanych wzorach (5) i (6) charakterystyk statycznych za pomocą dwóch wybranych punktów;

5) podstawiając znalezione uogólnione parametry do wskazanych wzorów (5) i (6), w pełni obliczamy charakterystyki statyczne;

6) porównujemy charakterystyki statyczne znalezione w akapicie i akapicie 5 (patrz ryc. 2). Jeśli te cechy są wystarczająco do siebie zbliżone, to można argumentować, że matematyczne opisy CLAD (4) i AD mają podobną postać;

7) za pomocą znalezionych uogólnionych parametrów można zapisać zarówno równania różniczkowe CLAD (4), jak i wzory różnych charakterystyk statycznych, wygodniejsze do obliczeń z nich wynikających.

Ryż. Rys. 1. Charakterystyka mechaniczna (a) i elektromechaniczna (b) CLIM Przybliżony opis matematyczny CLIM, zbliżony do analogicznego opisu konwencjonalnego IM, w postaci wektorowej iw synchronicznym układzie współrzędnych, ma postać:

Korzystając z wyników rozwiązania układu (4) w warunkach stanu ustalonego (przy v / const), otrzymuje się wzory na charakterystyki statyczne:

Aby znaleźć uogólnione parametry badanych CLIM zawartych w (5) i (6), proponuje się zastosować znaną metodę eksperymentalnego wyznaczania uogólnionych parametrów obwodu zastępczego w kształcie litery T dla IM z obracającym się wirnikiem z zmienne dwóch modów stanu ustalonego.

Z wyrażeń (5) i (6) wynika:

gdzie k FI jest współczynnikiem niezależnym od poślizgu. Pisząc relacje postaci (7) dla dwóch dowolnych odcinków s1 i s2 i dzieląc je przez siebie, otrzymujemy:

Przy znanych wartościach sił elektromagnetycznych i prądów cewki indukcyjnej dla dwóch poślizgów, z (8) określa się uogólniony parametr r:

Przy dodatkowo znanej dla jednego z poślizgów, np. s1, wartości rezystancji zespolonej Zf(s1) zastępczego obwodu CLAD, której wzór można również otrzymać w wyniku rozwiązania układu (4) w w warunkach stanu ustalonego uogólnione parametry i s oblicza się w następujący sposób:

Proponuje się, aby wartości sił elektromagnetycznych i prądów cewki indukcyjnej dla dwóch poślizgów, a także złożona rezystancja obwodu zastępczego dla jednego z poślizgów, zawarte w (9), (10) i (11), były wyznaczona metodą analogowego modelowania struktur wielowarstwowych zgodnie z (1), (2 ) i (3).

Korzystając ze wskazanych wzorów (9), (10) i (11) obliczono uogólnione parametry CLIM 1 i CLIM 2, za pomocą których następnie korzystając ze wzorów (5) i (6) przy f1 50 Hz , U1 220 V, ich właściwości mechaniczne i elektromechaniczne (dla CLAD 2 pokazano krzywymi 2 na ryc. 2). Również na ryc. Na rysunku 2 przedstawiono charakterystyki statyczne CLAD 2, wyznaczone metodą analogowego modelowania struktur wielowarstwowych (krzywe 1).

Ryż. Rys. 2. Charakterystyki mechaniczne (a) i elektromechaniczne (b) CLIM Z wykresów na ryc. Z rys. 2 widać, że krzywe 1 i 2 praktycznie pokrywają się ze sobą, co oznacza, że ​​opisy matematyczne CLIM i IM mają podobną postać. Dlatego w dalszych badaniach możliwe jest wykorzystanie uzyskanych uogólnionych parametrów CLIM, a także prostszych i wygodniejszych wzorów do obliczania charakterystyk CLIM. Zasadność zastosowania proponowanej metody obliczania parametrów CLIM została dodatkowo zweryfikowana eksperymentalnie.

Możliwość wykonania płyt CLADS niskiej częstotliwości tj. zaprojektowany na podwyższone napięcie i wykonany ze zwiększoną liczbą zwojów uzwojenia cewki indukcyjnej. na ryc. Rysunek 3 przedstawia charakterystykę statyczną CLIM 1 (przy f1 10 Hz, U1 55 V), CLIM 2 (przy f1 10 Hz, U1 87 V) i CLIM niskiej częstotliwości (przy f1 10 Hz i U1 220 V) , krzywe 3), przy której liczba zwojów uzwojenia cewki indukcyjnej jest 2,53 razy większa niż w przypadku TsLAD 2.

Z tych pokazanych na rys. 3 wykresów pokazuje, że przy tych samych właściwościach mechanicznych rozpatrywanego CLIM w pierwszej ćwiartce, CLIM 2 ma ponad 3 razy mniejszy prąd cewki indukcyjnej niż CLIM 1, a niskoczęstotliwościowy CLIM ma 2,5 razy mniej niż CLIM 2 Okazuje się zatem, że zastosowanie niskoczęstotliwościowego CLIM w bezprzekładniowym napędzie elektrycznym pozwala na zminimalizowanie wymaganej mocy przetwornicy częstotliwości, a tym samym poprawę parametrów technicznych i ekonomicznych napędu elektrycznego.

1, ryc. Rys. 3. Charakterystyka mechaniczna (a) i elektromechaniczna (b) TsLAD 1, W trzecim rozdziale opracował metodę eksperymentalnego wyznaczania uogólnionych parametrów CLAP, która jest wdrażana w prosty sposób na stacjonarnym SE i pozwala określić parametry CLIM, których dane geometryczne są nieznane. Przedstawiono wyniki obliczeń uogólnionych parametrów CLIM i konwencjonalnego IM tą metodą.

W eksperymencie, którego schemat pokazano na ryc. 4, uzwojenia silnika (BP lub TsLAD) są podłączone do źródła prądu stałego. Po zamknięciu klucza K prądy w uzwojeniach zmieniają się w czasie od wartości początkowej określonej parametrami obwodu do zera. W tym przypadku zależność prądu w fazie A od czasu rejestrowana jest za pomocą czujnika prądu DT oraz np. specjalistycznej płytki L-CARD L-791 zainstalowanej w komputerze osobistym.

Ryż. 4. Schemat eksperymentu wyznaczania parametrów IM lub CLIM W wyniku przekształceń matematycznych otrzymano wzór na zależność spadku prądu w fazie CLIM, który ma postać:

gdzie p1, p2 są stałymi związanymi z uogólnionymi parametrami s, r i CLIM lub AD w następujący sposób:

Ze wzorów (12) i (13) wynika, że ​​rodzaj procesu przejściowego spadku prądu CLIM zależy tylko od uogólnionych parametrów s, r i.

Aby określić uogólnione parametry CLIM lub IM zgodnie z eksperymentalną krzywą zaniku prądu, proponuje się wyodrębnienie na nim trzech równoodległych punktów czasowych t1, t2 i t3 i ustalenie odpowiednich wartości prądów. W tym przypadku, biorąc pod uwagę (12) i (13), możliwe staje się ułożenie układu trzech równań algebraicznych z trzema niewiadomymi - s, r oraz:

którego rozwiązanie wskazane jest otrzymać numerycznie, na przykład metodą Levenberga-Marquardta.

Eksperymenty mające na celu wyznaczenie uogólnionych parametrów IM i TsLAD przeprowadzono dla dwóch silników: IM 5A90L6KU3 (1,1 kW) i TsLAD 2.

na ryc. Rysunek 5 przedstawia teoretyczne i eksperymentalne krzywe spadku prądu CLIM 2.

Ryż. Rys. 5. Krzywe zaniku prądu dla CLIM 2: 1 – krzywa wyliczona z uogólnionych parametrów uzyskanych w rozdziale drugim; 2 – krzywa obliczona na podstawie uogólnionych parametrów, które otrzymuje się w wyniku ich eksperymentalnego wyznaczenia CLAD.

Czwarty rozdział ujawnia cechy charakteru procesów przejściowych w CLAD. Opracowano i zbadano napęd elektryczny oparty na systemie FC–CLAD do drzwi windy.

Do jakościowej oceny charakterystyki charakteru procesów przejściowych w CLIM wykorzystano znaną metodę polegającą na analizie współczynników tłumienia charakteryzujących zależności zmiennych IM z obracającym się ze stałą prędkością wirnikiem.

Największy wpływ na szybkość tłumienia (oscylacji) procesów przejściowych zmiennych TsLAD lub HELL ma najmniejszy współczynnik tłumienia 1. Na rys. Na rysunku 6 przedstawiono obliczone zależności współczynników tłumienia 1 od prędkości elektrycznej dla dwóch CLIM (CLIM 1 i CLIM 2) oraz dwóch IM (4AA56V4U3 (180 W) i 4A71A4U3 (550 W)).

Ryż. Rys. 6. Zależności najniższego współczynnika tłumienia 1 dla CLAD i IM. Z rysunku 6 wynika, że ​​współczynniki tłumienia CLIM są praktycznie niezależne od prędkości, w przeciwieństwie do współczynników tłumienia rozważanego AM, dla których 1 przy prędkości zerowej jest 5–10 razy mniejszy niż przy prędkości nominalnej. Należy również zauważyć, że wartości współczynników tłumienia 1 przy niskich prędkościach dla dwóch rozpatrywanych IM są znacznie niższe niż dla CLIM 1 (o 9–16 razy) czy CLIM 2 (o 5–9 razy). W związku z powyższym można przyjąć, że rzeczywiste procesy przejściowe w CLAD charakteryzują się znacznie mniejszą fluktuacją niż w IM.

W celu sprawdzenia przyjętego założenia o mniejszej fluktuacji rzeczywistych procesów przejściowych w CLIM w porównaniu z IM przeprowadzono szereg obliczeń numerycznych rozruchów bezpośrednich CLIM 2 i IM (550 W). Uzyskane zależności momentu, siły, prędkości i prądu IM i CLIM od czasu oraz dynamiczne charakterystyki mechaniczne potwierdzają przyjęte wcześniej założenie, że procesy przejściowe IM charakteryzują się znacznie mniejszą oscylacją niż procesy IM, ze względu na znaczną różnicę w ich najniższych współczynnikach tłumienia (rys. 6). Jednocześnie dynamiczne właściwości mechaniczne CLIM różnią się mniej od statycznych niż w przypadku IM z obracającym się wirnikiem.

Dla typowej windy (o otworze 800 mm) przeanalizowano możliwość zastosowania niskoczęstotliwościowego CLAD-a jako silnika napędowego mechanizmu drzwi windy. Zdaniem ekspertów, dla typowych wind o szerokości otwarcia 800 mm, siły statyczne podczas otwierania i zamykania drzwi różnią się od siebie: podczas otwierania wynoszą około 30 - 40 N, a podczas zamykania - około 0 - 10 N. procesy przejściowe CLIM mają znacznie mniejsze fluktuacje w porównaniu z IM, realizacja ruchu skrzydeł drzwiowych za pomocą CLIM o niskiej częstotliwości poprzez przełączenie na odpowiednią charakterystykę mechaniczną, zgodnie z którą CLIM przyspiesza lub zwalnia do brana pod uwagę jest określona prędkość.

Zgodnie z wybranymi charakterystykami mechanicznymi niskoczęstotliwościowego CLAD przeprowadzono obliczenia jego procesów przejściowych. W obliczeniach przyjęto, że masa całkowita napędu elektrycznego, określona przez masy CE TsLAD oraz drzwi kabiny i szybu typowej windy (o otworze 800 mm), wynosi 100 kg. Otrzymane wykresy procesów przejściowych pokazano na ryc. 7.

Ryż. Rys. 7. Przejściowe procesy CLIM niskiej częstotliwości podczas otwierania (a, c, e) Charakterystyka P zapewnia rozpędzenie napędu do ustalonej prędkości 0,2 m/s, a charakterystyka T zapewnia hamowanie od ustalonej prędkości do zera. Z rozważanego wariantu sterowania CLIM do otwierania i zamykania drzwi wynika, że ​​zastosowanie CLIM do napędu drzwi ma szereg zalet (płynne przebiegi przy stosunkowo prostym sterowaniu; brak dodatkowych urządzeń zamieniających ruch obrotowy na postępowy itp.) w porównaniu z wykorzystaniem konwencjonalnych komunikatorów internetowych, a zatem cieszą się dużym zainteresowaniem.

Napęd drzwi kabiny windy z konwencjonalnym IM lub CLAD, jak wspomniano powyżej, charakteryzuje się różnymi siłami oporu podczas otwierania i zamykania drzwi. Jednocześnie maszyna elektryczna napędu może pracować zarówno w trybie silnikowym, jak i hamującym w procesie otwierania i zamykania drzwi windy. W rozprawie dokonano analizy możliwości przekazywania energii do sieci podczas pracy CLA w trybach hamowania.

Pokazano, że CLAD 2 w ogóle nie ma trybu hamowania regeneracyjnego w szerokim zakresie częstotliwości. Podano wzór na określenie częstotliwości odcięcia, poniżej której nie ma trybu generatora z powrotem energii elektrycznej do sieci w IM i TsLAD. Przeprowadzone badania trybów energetycznych pracy CLR pozwalają na wyciągnięcie ważnego wniosku: przy zastosowaniu CLR podłączonego do sieci poprzez przetwornicę częstotliwości, rezystor hamowania i wyłącznik hamulca nie są wymagane do napędzania drzwi windy. Brak rezystora hamowania i klucza hamulca umożliwia obniżenie kosztów napędu drzwi windy za pomocą CLAD.

Piąty rozdział zawiera przegląd istniejących napędów do drzwi wind.

Opracowano warianty schematów bezprzekładniowego mechanizmu napędowego drzwi wind przesuwnych z CLAD.

Dla jednoskrzydłowych i dwuskrzydłowych drzwi przesuwnych kabiny windy proponuje się zastosowanie opracowanego napędu bezprzekładniowego z CLAD. Schemat mechanizmu takiego napędu w przypadku drzwi jednoskrzydłowych przedstawiono na rys. 8, a, w przypadku drzwi podwójnych - na ryc. 8, b.

Ryż. Rys. 8. Schematy napędu drzwi przesuwnych jednoskrzydłowych (a) i dwuskrzydłowych (b) kabiny windy z CLIM: 1 - CLIM, 2 - wzbudnik CLIM, 3 - element wtórny CLIM , 4 - linijka referencyjna, 5, 6 - skrzydła drzwi, 7, 8 - bloki systemu linowego, Proponowane rozwiązania techniczne umożliwiają tworzenie bezprzekładniowych napędów do drzwi przesuwnych jednoskrzydłowych lub dwuskrzydłowych, w szczególności kabin wind, które charakteryzują się wysokimi wskaźnikami technicznymi i ekonomicznymi oraz niezawodną i niedrogą pracą przy zastosowaniu prostego i stosunkowo niedrogiego cylindrycznego liniowego silnik elektryczny z ruchem postępowym elementu ruchomego w celu utworzenia ruchu postępowego skrzydeł drzwiowych.

Uzyskano patent na wzór użytkowy nr 127056 dla proponowanych wariantów napędów bezprzekładniowych drzwi przesuwnych jednoskrzydłowych i dwuskrzydłowych z systemem CLAD.

WNIOSKI OGÓLNE

1. Opracowano technikę wyznaczania uogólnionych parametrów zawartych w równaniach różniczkowych CLAD, która opiera się na obliczeniach z wykorzystaniem metody analogowego modelowania struktur wielowarstwowych oraz metody wyznaczania zmiennych BP ze wskaźników jej dwóch stałych -tryby stanu.

2. Wykorzystując opracowaną metodę wyznaczania uogólnionych parametrów wolnoobrotowego CLIM, uzasadniono jego opis matematyczny w postaci układu równań, co umożliwia wykonanie różnorodnych obliczeń charakterystyk statycznych i dynamicznych napędu elektrycznego z CLIMem.

3. Zastosowanie niskoczęstotliwościowego CLIM w bezprzekładniowym napędzie elektrycznym pozwala na minimalizację wymaganej mocy przemiennika częstotliwości, co poprawia parametry techniczne i ekonomiczne napędu elektrycznego.

4. Zaproponowano metodę eksperymentalnego wyznaczania uogólnionych parametrów CLAD, która charakteryzuje się zwiększoną dokładnością przetwarzania wyników eksperymentów.

5. Zastosowanie CLAD do bezprzekładniowego napędu drzwi windy pozwala przy prostym sterowaniu w systemie FC-CLAD kształtować płynne procesy otwierania i zamykania drzwi. Do realizacji pożądanych procesów konieczne jest zastosowanie stosunkowo niedrogiej przetwornicy częstotliwości z minimalnym zestawem wymaganych funkcjonalności.

6. Podczas korzystania z CLCM podłączonego do sieci poprzez przetwornicę częstotliwości, napęd drzwi windy nie wymaga rezystora hamowania i czopera hamowania, ponieważ CRCM nie posiada trybu hamowania rekuperacyjnego w strefie częstotliwości używanej do działania prowadzić. Brak rezystora hamowania i klucza hamulca umożliwia obniżenie kosztów napędu drzwi windy za pomocą CLAD.

7. Dla drzwi przesuwnych jednoskrzydłowych i dwuskrzydłowych, głównie do kabin windy, opracowano bezprzekładniowy mechanizm napędowy, który wypada korzystnie w porównaniu z zastosowaniem cylindrycznego liniowego silnika asynchronicznego, charakteryzującego się translacyjnym ruchem elementu ruchomego, wykonać ruch translacyjny skrzydeł drzwiowych. Uzyskano patent na wzór użytkowy nr 127056 dla proponowanych wariantów napędów bezprzekładniowych drzwi przesuwnych jednoskrzydłowych i dwuskrzydłowych z systemem CLAD.

1. Masandilov L.B., Novikov SE, Kuraev N.M. Cechy wyznaczania parametrów silnika asynchronicznego z regulacją częstotliwości.

// Biuletyn MPEI, nr 2. - M.: Wydawnictwo MPEI, 2011. - S. 54-60.

2. Patent na wzór użytkowy nr 127056. Masandilov L.B., Kuraev N.M., Fumm G.Ya., Zholudev I.S. Napęd drzwi przesuwnych kabiny windy (opcje) // BI nr 11, 2013.

3. Masandilov L.B., Kuraev N.M. Cechy doboru parametrów konstrukcyjnych silnika asynchronicznego z regulacją częstotliwości // Elektryczne układy napędowe i sterujące // Postępowanie MPEI. Wydanie. 683. - M.: Wydawnictwo MPEI, 2007. - S. 24-30.

4. Masandilov L.B., Kuraev N.M. Obliczanie parametrów obwodu zastępczego w kształcie litery T i charakterystyk cylindrycznych liniowych silników asynchronicznych // Elektryczne układy napędu i sterowania // Obrady MPEI. Wydanie. 687. - M.: Wydawnictwo MPEI, 2011. - S. 14-26.

5. Masandilov L.B., Kuzikov S.V., Kuraev N.M. Obliczanie parametrów obwodów zastępczych i charakterystyk cylindrycznych liniowych silników asynchronicznych i MHD // Elektryczne układy napędowe i sterowania // Postępowanie MPEI.

Wydanie. 688. - M.: Wydawnictwo MPEI, 2012. - S. 4-16.

6. Baidakov O.V., Kuraev N.M. Modernizacja napędu elektrycznego wg systemu TVC-AD z regulacją quasi-częstotliwościową // Radioelektronika, elektrotechnika i energetyka: XVI Staż. naukowo-techniczne konf. studenci i doktoranci: Proceedings. raport W 3 tomach T. 2. M.: Wydawnictwo MPEI, 2010.

Podobne prace:

«Kotin Denis Alekseevich ALGORYTMY ADAPTACYJNE BEZCZUJNIKOWEGO STEROWANIA WEKTOROWEGO ASYCHRONICZNYCH NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH MECHANIZMÓW DŹWIGOWYCH I TRANSPORTOWYCH Specjalność: 05.09.03 – Zespoły i systemy elektryczne STRESZCZENIE rozprawy doktorskiej na stopień Kandydata Nauk Technicznych Nowosybirsk – 2010 Praca została wykonana w GOU VPO Nowosybirski Państwowy Uniwersytet Techniczny Opiekun: dr nauk technicznych, profesor Pankratow Władimir Wiaczesławowicz ... ”

« kompleksy i systemy STRESZCZENIE rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych Moskwa - 2010 Praca została wykonana na Wydziale Elektrotechniki Teoretycznej Moskiewskiego Instytutu Lotniczego (Narodowy Uniwersytet Badawczy w dziedzinie lotnictwa, systemów rakietowych i kosmicznych) MAI. Naukowy..."

„KAMALOV Filyus Aslyamovich ZESPÓŁ ELEKTRYCZNY Z PRZEWODZĄCYM PRZETWORNIKIEM MAGNETYCZNO-HYDRODYNAMICZNYM Z KANAŁEM STOŻKOWYM (BADANIA I ROZWÓJ) Specjalność: 05.09.03 - Zespoły i układy elektryczne STRESZCZENIE AUTORA rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych Ufa - 20 13 prace prowadzono na Wydziale Elektromechaniki Federalnej Państwowej Budżetowej Instytucji Edukacyjnej Wyższego Szkolnictwa Zawodowego Ufa State Aviation Technical University. Promotor: doktor nauk technicznych,...»

„TYURIN Maksim Władimirowicz POPRAWA SKUTECZNOŚCI BEZPRZEKŁADNIOWEGO ELEKTROMECHANICZNEGO WSPOMAGANIA SAMOCHODU Specjalność: 05.09.03 - Zespoły i systemy elektryczne STRESZCZENIE rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych NOWOSYBIRSK - 2009 Praca została wykonana w Państwowej Instytucji Edukacyjnej wyższej kształcenie zawodowe Nowosybirski Państwowy Uniwersytet Techniczny Promotor: kandydat..."

«Stotskaya Anastasia Dmitrievna ROZWÓJ I BADANIA UKŁADU KONTROLI POŁOŻENIA WIRNIKA W ZAWIESZENIU ELEKTROMAGNETYCZNYM Specjalność: 05.09.03 – Zespoły i układy elektryczne STRESZCZENIE rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych St. Petersburski Państwowy Uniwersytet Elektrotechniczny LETI im. W I. Uljanow (Lenin), na Wydziale Systemów automatyczna kontrola Doradca naukowy:..."

«TOLKACHEVA KSENIA PETROVNA BADANIA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ INSTALACJI OŚWIETLENIA ZEWNĘTRZNEGO PODCZAS PROJEKTOWANIA Z WYKORZYSTANIEM SKANOWANIA LASEROWEGO Specjalność 05.09.07 – Inżynieria lekka Streszczenie rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych Sarańsk 2013 1 Praca została wykonana w Federalnej Państwowej Budżetowej Instytucji Edukacyjnej im. Wyższa edukacja zawodowa National Research Tomsk Polytechnic University Scientific ...”

„Andriej Władimirowicz Kuzniecow Badanie i rozwój adaptacyjnych regulatorów elektrohydraulicznych układów kierowniczych Specjalność: 05.09.03 - Kompleksy i systemy elektrotechniczne Autor rozprawy na stopień kandydata nauk technicznych St. Petersburg - 2011 Praca została wykonana w Petersburgu State University of Lati nazwany na cześć W I. Ulyanova (Lenina) Supervisor - doktor nauk technicznych, profesor N. D. Polyakhov ... ”

„Kazmin Jewgienij Wiktorowicz Obliczenia i optymalizacja maszyn magnetoelektrycznych z radialnym PM na powierzchni wirnika specjalność 05.09.01 - elektromechanika i urządzenia elektryczne Autor rozprawy o stopień naukowy kandydata nauk technicznych Moskwa - 2009 2 prace wykonano na Katedra Elektromechaniki Moskiewskiego Instytutu Energetycznego (Politechnika). Opiekun naukowy doktor nauk technicznych, profesor Iwanow-Smoleński Aleksiej...»

«Emelyanov Oleg Anatolyevich WYDAJNOŚĆ METALOWYCH KONDENSATORÓW WARSTWOWYCH W TRYBACH WYMUSZONEGO OGRZEWANIA ELEKTRYCZNEGO Specjalność 05.09.02 – Materiały i wyroby elektryczne Streszczenie pracy dyplomowej na stopień kandydata nauk technicznych St. Petersburg 2004 Praca została wykonana w Państwowej Wyższej Instytucji Edukacyjnej Edukacja zawodowa Petersburska Państwowa Politechnika Opiekunowie naukowi: doktor..."

„GRIGORIEV ALEKSANDR VASILIEVICH ROZWÓJ I BADANIE OPCJI KONTROLI STANU NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH NA PODSTAWIE ASYCHRONICZNYCH SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH Specjalność 05.09.03 - Zespoły i systemy elektryczne STRESZCZENIE AUTORA rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych Kemerowo - 20 10 2 Praca została wykonana w Państwowej Wyższej Szkole Zawodowej Kuzbass Państwowy Uniwersytet Techniczny Doradca naukowy -..."

«Tikhomirov Ilya Sergeevich KOMPLEKS NAGRZEWANIA INDUKCYJNEGO Z POPRAWIONĄ WYDAJNOŚCIĄ ENERGETYCZNĄ Specjalność: 05.09.03 - Kompleksy i systemy elektryczne Streszczenie rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych St. Petersburg - 2009 2 Praca została wykonana w Państwowym Petersburgu Uniwersytet Elektrotechniczny. W I. Ulyanova (Lenina) Supervisor - Honorowy Pracownik Nauki i Technologii RFSRR, doktor nauk technicznych, ... ”

Shutov Kirill Alekseevich ROZWÓJ TECHNOLOGII PRODUKCJI I BADAŃ NADPRZEWODNIKOWYCH KABLI ENERGETYCZNYCH NA BAZIE WYSOKOTEMPERATUROWYCH NADPRZEWODNIKÓW PIERWSZEJ GENERACJI specjalność 05.09.02 - Materiały i wyroby elektryczne 013 UDC Prace wykonywane w Otwartej Spółce Akcyjnej Vserossiyskiy instytut badawczo-konstrukcyjny i technologiczny. »

«KUCHER EKATERINA SERGEEVNA BADANIA ALGORYTMÓW IDENTYFIKACYJNYCH DLA SYSTEMÓW BEZCZUJNIKOWEGO STEROWANIA WEKTOROWEGO ASYCHRONICZNYCH NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH Specjalność: 05.09.03 – Zespoły i systemy elektryczne STRESZCZENIE rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych Nowosybirsk – 2012 Praca wykonywana w Federalnym Państwowym Budżecie Instytucja Edukacyjna Wyższego Szkolnictwa Zawodowego Nowosybirski Państwowy Techniczny ...”

Kolovsky Aleksey Vladimirovich Synteza układów sterowania zautomatyzowanego napędu elektrycznego koparki z wykorzystaniem trybów ślizgowych. Specjalność 05.09.03 - Kompleksy i systemy elektrotechniczne (nauki techniczne i) Streszczenie rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych Tomsk 2012 1 Praca została wykonana w Chakaskim Instytucie Technicznym - filii Federalnej Państwowej Autonomicznej Wyższej Szkoły Edukacja zawodowa Siberian Federal University Supervisor doktor nauk technicznych, profesor, ... »

«SSZYSZKOW Kirill Siergiejewicz ROZWÓJ I BADANIA ASYCHRONICZNYCH ELEKTRYCZNYCH MECHANIZMÓW NAPĘDU TWORZENIA WAŁÓW WORÓW Specjalność: 05.09.03 – Zespoły i systemy elektryczne Streszczenie rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych Iwanowo – 2014 Praca została wykonana w federalnym budżecie państwa instytucja edukacyjna wyższego szkolnictwa zawodowego Iwanowski Państwowy Uniwersytet Energetyczny imienia V. I. Lenina ... ”

«VASILIEV Bogdan Yuryevich STRUKTURA I EFEKTYWNE ALGORYTMY STEROWANIA NAPĘDEM ELEKTRYCZNYM REGULACJI CZĘSTOTLIWOŚCI SPRĘŻARKI ODŚRODKOWEJ URZĄDZENIA POMPUJĄCEGO GAZU Specjalność 05.09.03 – Zespoły i układy elektryczne Streszczenie rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych C ASCT -PETERSBURG-2013 Praca została wykonana w federalnej państwowej instytucji edukacyjnej Państwowego Wyższego Szkolnictwa Zawodowego...»

«Gorozhankin Aleksey Nikolaevich ELEKTRYCZNY NAPĘD ZAWORÓW Z SYNCHRONICZNYM SILNIKIEM REAKTYWNYM WZBUDZENIA NIEZALEŻNEGO Specjalność 05.09.03 – Zespoły i układy elektryczne Streszczenie rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych Czelabińsk 2010 Praca została wykonana w Katedrze Napędu Elektrycznego i Automatyki Przemysłowej Instalacje Uniwersytetu Stanowego Południowego Uralu. Promotor - doktor nauk technicznych, profesor Jurij Usynin ... ”

„IWANOW Michaił Aleksiejewicz MODELOWANIE I POSZUKIWANIE RACJONALNEGO PROJEKTU SILNIKA BEZZŁĄCZONEGO Z WZBUDZENIEM Z MAGNESÓW TRWAŁYCH Specjalność: 05.09.01 - Elektromechanika i urządzenia elektryczne STRESZCZENIE rozprawy doktorskiej na stopień Kandydata Nauk Technicznych Woroneż - 2012 Praca została wykonana w Woroneski Państwowy Uniwersytet Techniczny” Kierownik naukowy Doktor nauk technicznych, docent Annenkov Andriej Nikołajewicz Oficjalni przeciwnicy...»

«BALAGULA Yuri Moiseevich ZASTOSOWANIE ANALIZY FRAKTALNEJ W PROBLEMACH ELEKTRYKI Specjalność: 05.09.05 – Elektrotechnika teoretyczna STRESZCZENIE rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych St. Petersburg – 2013 doktor nauk technicznych, rektor prof. »

«KUBAREW Wasilij Anatolijewicz SYSTEM STEROWANIA LOGICZNEGO ZAUTOMATYZOWANEGO NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO KOPALNIOWEJ INSTALACJI PODNOŚNIKOWEJ 05.09.03 – Zespoły i systemy elektryczne STRESZCZENIE rozprawy doktorskiej na stopień kandydata nauk technicznych Nowokuźnieck - 2013 Praca została wykonana w Federalnym Państwowym Budżecie Instytucja Edukacyjna Wyższego Szkolnictwa Zawodowego Syberyjskiego Państwowego Uniwersytetu Przemysłowego Viktor Ostrovlyanchik, doktor..."

W 2010 roku elektrodrążarki Mitsubishi serii NA zostały po raz pierwszy wyposażone w cylindryczne silniki liniowe, przewyższając wszystkie podobne rozwiązania w tej dziedzinie.

W porównaniu do śrub kulowych mają znacznie większy margines trwałości i niezawodności, są w stanie pozycjonować z większą dokładnością, a także mają lepsze właściwości dynamiczne. W innych konfiguracjach silników liniowych, CLD korzystają z ogólnej optymalizacji projektu: mniejsze wytwarzanie ciepła, wyższa efektywność ekonomiczna, łatwość instalacji, konserwacji i obsługi.

Biorąc pod uwagę wszystkie zalety CLD, wydawałoby się, po co jeszcze mądrze podchodzić do części napędowej sprzętu? Jednak nie wszystko jest takie proste, a oddzielne, wyizolowane, punktowe ulepszenie nigdy nie będzie tak skuteczne, jak aktualizacja całego systemu połączonych ze sobą elementów.

Napęd osi Y Mitsubishi Electric MV1200R

Dlatego zastosowanie cylindrycznych silników liniowych nie pozostało jedyną innowacją wdrożoną w układzie napędowym obrabiarek Mitsubishi Electric EDM. Jedną z kluczowych transformacji, która pozwoliła w pełni wykorzystać zalety i potencjał CLD do osiągnięcia unikalnych wskaźników dokładności i wydajności sprzętu, była całkowita modernizacja układu sterowania napędem. I w przeciwieństwie do samego silnika nadszedł już czas na wdrożenie własnych rozwiązań.

Mitsubishi Electric jest jednym z największych na świecie producentów systemów CNC, z których zdecydowana większość jest produkowana bezpośrednio w Japonii. Jednocześnie Mitsubishi Corporation obejmuje ogromną liczbę instytutów badawczych prowadzących badania m.in. w zakresie systemów sterowania napędami i systemów CNC. Nic dziwnego, że maszyny firmy mają prawie wszystkie elektroniczne wypełnienie własnej produkcji. Wdrażają więc nowoczesne rozwiązania maksymalnie dopasowane do konkretnej linii sprzętu (oczywiście dużo łatwiej to zrobić własnymi produktami niż zakupionymi komponentami), a przy najniższej cenie maksymalna jakość, niezawodność i wydajność są pod warunkiem, że.

Uderzającym przykładem praktycznego zastosowania naszych własnych rozwiązań było stworzenie systemu ODS— Układ napędu optycznego. Serie maszyn NA i MV jako pierwsze zastosowały cylindryczne silniki liniowe w napędach posuwu sterowanych serwowzmacniaczami trzeciej generacji.

Maszyny Mitsubishi NA i MV są wyposażone w pierwszy w swoim rodzaju Optic Drive System

Kluczowa cecha serwowzmacniaczy Mitsubishi z rodziny MelServoJ3 jest możliwość komunikowania się za pomocą protokołu SSCNET III: połączenie silników, czujników sprzężenia zwrotnego poprzez wzmacniacze z systemem CNC odbywa się za pośrednictwem światłowodowych kanałów komunikacyjnych.

Jednocześnie szybkość wymiany danych wzrasta prawie 10-krotnie (w porównaniu z systemami obrabiarek poprzednich generacji): z 5,6 Mb/s do 50 Mb/s.

Dzięki temu czas trwania cyklu wymiany informacji skraca się 4-krotnie: z 1,77 ms do 0,44 ms. Tym samym kontrola aktualnej pozycji, wydawanie sygnałów korygujących następuje 4 razy częściej - aż 2270 razy na sekundę! Dlatego ruch odbywa się płynniej, a jego trajektoria jest jak najbardziej zbliżona do zadanej (jest to szczególnie ważne przy poruszaniu się po złożonych trajektoriach krzywoliniowych).

Dodatkowo zastosowanie światłowodów i serwowzmacniaczy pracujących w protokole SSCNET III może znacznie zwiększyć odporność na zakłócenia (patrz rysunek) oraz niezawodność wymiany informacji. W przypadku, gdy nadchodzący impuls zawiera błędną informację (wynik zakłócenia), to nie zostanie on przetworzony przez silnik, zamiast tego wykorzystane zostaną dane kolejnego impulsu. Ponieważ łączna liczba impulsów jest 4 razy większa, takie pominięcie jednego z nich minimalnie wpływa na dokładność ruchu.

W efekcie nowy system sterowania napędami, dzięki zastosowaniu serwowzmacniaczy trzeciej generacji oraz światłowodowych kanałów komunikacyjnych, zapewnia bardziej niezawodną i 4-krotnie szybszą komunikację, co pozwala na osiągnięcie najdokładniejszego pozycjonowania. Ale w praktyce te zalety nie zawsze są przydatne, ponieważ sam obiekt sterujący - silnik, ze względu na swoje właściwości dynamiczne, nie jest w stanie przetwarzać impulsów sterujących o takiej częstotliwości.

Dlatego najbardziej uzasadnione jest połączenie serwowzmacniaczy j3 z cylindrycznymi silnikami liniowymi w jednym układzie ODS stosowanym w maszynach serii NA i MV. CLD, ze względu na swoje doskonałe właściwości dynamiczne - możliwość wypracowania dużych i małych przyspieszeń, stabilnego poruszania się przy dużych i małych prędkościach, ma ogromny potencjał poprawy dokładności pozycjonowania, co pomaga zrealizować nowy system sterowania. Silnik z łatwością radzi sobie z impulsami sterującymi o wysokiej częstotliwości, zapewniając precyzyjny i płynny ruch.

Maszyny Mitsubishi pozwalają uzyskać części o wyjątkowej dokładności i chropowatości. Gwarancja na dokładność pozycjonowania - 10 lat.

Jednak korzyści z EDM wyposażonej w system ODS nie ograniczają się do poprawiona dokładność pozycjonowania. Faktem jest, że uzyskanie części o określonej dokładności i chropowatości na maszynie elektroerozyjnej uzyskuje się poprzez przesuwanie elektrody (drutu) z określoną prędkością wzdłuż trajektorii oraz w obecności określonego napięcia i odległości między elektrodami (drutem i przedmiotem obrabianym ). Posuw, napięcie i rozstaw elektrod są ściśle określone dla każdego materiału, wysokości cięcia i pożądanej chropowatości. Warunki obróbki nie są jednak ściśle określone, podobnie jak materiał przedmiotu obrabianego nie jest jednorodny, dlatego też w celu uzyskania odpowiedniej części o określonych właściwościach konieczne jest, aby w każdym momencie parametry obróbki zmieniały się w zgodnie ze zmianami warunków przetwarzania. Jest to szczególnie ważne, jeśli chodzi o uzyskanie mikronowej dokładności i wysokich wartości chropowatości. Niezwykle konieczne jest również zapewnienie stabilności procesu (drut nie powinien pękać, nie powinny występować znaczne skoki wielkości prędkości ruchu).

monitor przetwarzania. w zielonym pokazuje wykres prędkości, który pokazuje, jak działa sterowanie adaptacyjne

Ten problem został rozwiązany za pomocą sterowania adaptacyjnego. Maszyna dostosowuje się do zmieniających się warunków obróbki poprzez zmianę prędkości posuwu i napięcia. To, jak szybko i poprawnie zostaną wykonane te poprawki, zależy od tego, jak dokładnie i szybko okaże się przedmiot obrabiany. Tak więc jakość sterowania adaptacyjnego w pewnym stopniu determinuje jakość samej maszyny poprzez jej dokładność i wydajność. I tutaj w pełni ujawniają się zalety korzystania z systemu CLD i ODS jako całości. Zdolność ODS do zapewnienia przetwarzania impulsów sterujących z najwyższą częstotliwością i dokładnością umożliwiła poprawę jakości sterowania adaptacyjnego o rząd wielkości. Teraz parametry przetwarzania są dostosowywane nawet 4 razy częściej, ponadto ogólna dokładność pozycjonowania jest również wyższa.

Węglik spiekany, wysokość 60 mm, chropowatość Ra 0,12, max. błąd wynosi 2 µm. Część została uzyskana na maszynie Mitsubishi NA1200

Podsumowując, można powiedzieć, że zastosowanie CLD w maszynach Mitsubishi Electric nie byłoby tak skutecznym krokiem, pozwalającym osiągnąć nowe wyżyny zarówno dokładności, jak i produktywności obróbki bez wprowadzenia zaktualizowanego systemu sterowania.

Tylko kompleksowe, ale jednak w pełni uzasadnione i sprawdzone zmiany konstrukcyjne mogą być kluczem do poprawy jakości (jako zbiorczego wskaźnika poziomu niezawodności i możliwości technologicznych sprzętu) i konkurencyjności maszyny. Zmiany na lepsze to motto Mitsubishi.

Streszczenie rozprawy w tym temacie ""

Jako rękopis

BAZHENOW WŁADIMIR ARKADIIewicz

CYLINDRYCZNY LINIOWY SILNIK ASYCHRONICZNY W NAPĘDZIE ROZŁĄCZNIKÓW WYSOKIEGO NAPIĘCIA

Specjalność 05.20.02 - elektrotechnika i elektrotechnika w rolnictwie

rozprawy doktorskie na stopień kandydata nauk technicznych

Iżewsk 2012

Prace zostały przeprowadzone w Federalnej Państwowej Budżetowej Instytucji Edukacyjnej Wyższego Rozwoju Zawodowego „Państwowa Akademia Rolnicza w Iżewsku” (FGBOU VIO Państwowa Akademia Rolnicza w Iżewsku)

Opiekun naukowy: kandydat nauk technicznych, profesor nadzwyczajny

1 u Władykina Iwana Rewowicza

Oficjalni przeciwnicy: Wiktor Worobow

doktor nauk technicznych, prof

FGBOU VPO MGAU

ich. wiceprezes Goriaczkina

Bekmachev Alexander Egorovich Kandydat nauk technicznych, kierownik projektu Radiant-Elcom CJSC

Organizacja prowadząca:

Federalna Państwowa Budżetowa Instytucja Edukacyjna Wyższego Szkolnictwa Zawodowego „Czuwaska Państwowa Akademia Rolnicza” (FGOU VPO Czuwaska Państwowa Akademia Rolnicza)

Ochrona odbędzie się 28 maja 2012 r. o godzinie 10.00 na posiedzeniu rady rozprawy KM 220.030.02 w Państwowej Akademii Rolniczej w Iżewsku pod adresem: 426069,

Iżewsk, ul. Student, 11 lat, pokój. 2.

Rozprawa znajduje się w bibliotece Państwowej Akademii Rolniczej FGBOU VPO Iżewsk.

Opublikowano na stronie: tuyul^vba/gi

Sekretarz Naukowy Rady Rozpraw

UFO. Litwiniuk

OGÓLNY OPIS PRACY

Zintegrowana automatyzacja wiejskich systemów elektrycznych Nosg”

Sulimow M.I., Gusiew p.n.e. oznaczone ™ ^

działania zabezpieczeń przekaźników i automatyki /rchaGIV Z0 ... 35% przypadków

napęd stanu kreatywnegoGHniż do TsJTJ™

udział VM 10 ... 35 kV s, nv ", m "n mv"; Wady uwzględniają

N.M., Palyuga M^AaSTZ^rZZr^Tsy

ponowne włączenie GAPSH „°TKa30V astoma™che-

jeździć jako całość

■ PP-67 PP-67K

■VMP-10P KRUN K-13

„VMPP-YUP KRUN K-37

Rysunek I - Analiza awarii w napędach elektrycznych BM 6.. 35 kV VIA, zużywają one dużo energii i wymagają instalacji wielkogabarytowych

awaria mechanizmu wyłączającego, r.u.

00" PP-67 PP-67

■ VMP-10P KRU| K-13

■ VMPP-YUP KRUN K-37 PE-11

- „„, „”, oraz ładowarką lub prostownikiem-akumulatorem 3^DD°0rMTs0M o mocy 100 kVA. na mocy

Roystva z „n ^ ^ prnvo” znalazła szerokie zastosowanie.

3ashyunaRGbsh ^ „wykonać ™ i” z zasług „nedospshyuv różnych tropów-

dovdlyaVM. „„_,.,* Napędy prądu stałego: niemożliwe

Wady el.sgromap ^ ^ ^ ^ w tym elektromagnetyzm regulacji SK0R ° ^ DH ^ ^ el ^ ^.apnpv, który zwiększa Sh1Ta> dużą "indukcyjność" uzwojenia I od podłogi.

czas włączenia wyłącznika

akumulator lub - "P- ^ / ™ o powierzchni do 70 m> i DR-duże wymiary i waga, prąd przemienny: duży

Wady ^^^^^^^ "łączenia przewodów,

¡yyyy-^5^-prędkość-i

T-D „Wady napędu indukcyjnego

b ^ ^ "Linie cylindryczne GGZH - Powyższe wady * "cechy konstrukcyjne"

„b, x silniki asynchroniczne” Dlatego proponujemy ich wykorzystanie w

oraz waga i rozmiar "O ^ 3 ^" "110 ^ 0 * e_ \ dla przełączników olejowych jako element mocy w pr " ^ termin Rostekhiadzora na

lei, która według danych firm zachodnio-ursko^ w

Republika Udmurcka VMG-35 300 sztuk.

pracy "^^^^^ określono następujący cel Pa Na podstawie powyższych wysokonapięciowych wyłączników olejowych, wzrost wydajności "P^ ^ ^ pozwalający na zmniejszenie uszkodzeń chat 6,35 kV działających na bazie CLAD, pozwala

„Jodły zostały dostarczone po analizie istniejących konstrukcji napędów

3" teoretyczne i charakterystyka

GrHGb ^ C - "- - "" 6-35 *

podstawa CLAD.

6. Przeprowadź studium wykonalności. .

zastosowanie TsLAD do napędów wyłączników olejowych 6...35 kV.

Przedmiotem badań jest: cylindryczny liniowy asynchroniczny silnik elektryczny (CLAM) do napędu urządzeń zwrotnic wiejskich sieci rozdzielczych 6 ... 35 kV.

Przedmiot badań: badanie charakterystyk trakcyjnych CLIM podczas pracy w wyłącznikach olejowych 6 ... 35 kV.

Metody badawcze. Badania teoretyczne prowadzono z wykorzystaniem podstawowych praw geometrii, trygonometrii, mechaniki, rachunku różniczkowego i całkowego. Badania przyrodnicze przeprowadzono z przełącznikiem VMP-10 przy użyciu narzędzi technicznych i pomiarowych. Dane doświadczalne opracowano za pomocą programu Microsoft Excel. Naukowa nowość pracy.

1. Zaproponowano nowy typ napędu wyłączników olejowych, który umożliwia 2,4-krotne zwiększenie niezawodności ich działania.

2. Opracowano technikę obliczania charakterystyk CLIM, która w przeciwieństwie do proponowanych wcześniej pozwala uwzględniać efekty brzegowe rozkładu pola magnetycznego.

3. Uzasadniono główne parametry konstrukcyjne i tryby pracy napędu wyłącznika VMP-10, które zmniejszają niedobory energii elektrycznej do odbiorców.

Praktyczną wartość pracy określają następujące główne wyniki:

1. Zaproponowano projekt napędu wyłącznika VMP-10.

2. Opracowano metodę obliczania parametrów cylindrycznego liniowego silnika indukcyjnego.

3. Opracowano technikę i program do obliczania napędu, które umożliwiają obliczanie napędów zwrotnic o podobnej konstrukcji.

4. Określono parametry proponowanego napędu dla VMP-10 i tym podobnych.

5. Opracowano i przetestowano próbkę laboratoryjną napędu, co pozwoliło ograniczyć straty spowodowane przerwami w zasilaniu.

Implementacja wyników badań. Prace wykonano zgodnie z planem badawczo-rozwojowym FGBOU VPO CHIMESH, nr rejestracyjny 02900034856 „Opracowanie napędu wyłączników wysokiego napięcia 6…35 kV”. Wyniki prac i rekomendacje są akceptowane i wykorzystywane w Stowarzyszeniu Produkcji „Bashkirenergo” S-VES (otrzymano akt wdrożeniowy).

Praca opiera się na uogólnieniu wyników badań przeprowadzonych samodzielnie i we współpracy z naukowcami z Czelabińskiego Państwowego Uniwersytetu Rolniczego (Czelabińsk), Państwowej Akademii Rolniczej w Iżewsku.

Broniono następujących przepisów:

1. Typ napędu wyłącznika olejowego na podstawie CLAD

2. Model matematyczny do obliczania charakterystyk CLIM, a także trakcji

siła w zależności od konstrukcji rowka.

program obliczeniowy napędu dla wyłączników VMG, VMP o napięciu 10...35 kV. 4. Wyniki badań proponowanej konstrukcji napędu wyłącznika olejowego na podstawie CLA.

Zatwierdzenie wyników badań. Główne założenia pracy zostały przedstawione i omówione na następujących konferencjach naukowo-praktycznych: XXXIII konferencja naukowa poświęcona 50-leciu Instytutu, Swierdłowsk (1990); międzynarodowa konferencja naukowo-praktyczna „Problemy rozwoju energetyki w warunkach przemian przemysłowych” (Iżewsk, Państwowa Akademia Rolnicza w Iżewsku, 2003); Regionalna Konferencja Naukowo-Metodologiczna (Iżewsk, Państwowa Akademia Rolnicza w Iżewsku, 2004); Aktualne problemy mechanizacji rolnictwa: materiały z jubileuszowej konferencji naukowo-praktycznej „Wyższe szkolnictwo agroinżynieryjne w Udmurcji - 50 lat”. (Iżewsk, 2005), na corocznych konferencjach naukowo-technicznych nauczycieli i pracowników Państwowej Akademii Rolniczej w Iżewsku.

Publikacje na temat rozprawy. Wyniki badań teoretycznych i eksperymentalnych znajdują odzwierciedlenie w 8 pracach drukowanych, w tym: w jednym artykule opublikowanym w czasopiśmie rekomendowanym przez Wyższą Komisję Atestacyjną, w dwóch zdeponowanych raportach.

Struktura i zakres pracy. Rozprawa składa się ze wstępu, pięciu rozdziałów, wniosków ogólnych i wniosków, przedstawionych na 167 stronach tekstu głównego, zawiera 82 ryciny, 23 tabele oraz spis piśmiennictwa ze 105 tytułów i 4 aplikacji.

We wstępie uzasadniono aktualność pracy, rozważono stan zagadnienia, cel i cele badań oraz sformułowano główne postanowienia przedłożone do obrony.

W pierwszym rozdziale dokonano analizy konstrukcji napędów wyłącznikowych.

Zainstalowane:

Podstawowa zaleta połączenia napędu z CLA;

Potrzeba dalszych badań;

Cele i zadania pracy doktorskiej.

W drugim rozdziale omówiono metody obliczania CLIM.

Na podstawie analizy propagacji pola magnetycznego wybrano model trójwymiarowy.

Uzwojenie CLIM w ogólnym przypadku składa się z pojedynczych cewek połączonych szeregowo w obwód trójfazowy.

Rozważamy CLA z uzwojeniem jednowarstwowym i symetrycznym rozmieszczeniem elementu wtórnego w szczelinie względem rdzenia induktora.

Przyjęto następujące założenia: 1. Prąd uzwojenia ułożony na długości 14pm skupia się w nieskończenie cienkich warstwach prądowych znajdujących się na ferromagnetycznych powierzchniach cewki indukcyjnej i tworzy czysto sinusoidalną falę biegnącą. Amplituda jest powiązana znanym związkiem z liniową gęstością prądu i obciążeniem prądowym

tworzy czystą sinusoidalną falę biegnącą. Amplituda jest powiązana znanym związkiem z liniową gęstością prądu i obciążeniem prądowym

do """d.""*. (1)

t - biegun; w - liczba faz; W to liczba zwojów w fazie; I - efektywna wartość prądu; P to liczba par biegunów; J to gęstość prądu;

Ko6| - współczynnik uzwojenia podstawowej harmonicznej.

2. Pole pierwotne w rejonie części czołowych jest aproksymowane funkcją wykładniczą

/(") = 0,83 exp ~~~ (2)

Wiarygodność takiego przybliżenia do rzeczywistego obrazu pola wskazują dotychczasowe badania, a także eksperymenty na modelu LIM.W tym przypadku możliwe jest zastąpienie L-2 przez.

3. Początek ustalonego układu współrzędnych x, y, z znajduje się na początku uzwojonej części krawędzi wejściowej wzbudnika (ryc. 2).

Przy przyjętym sformułowaniu problemu n.s. uzwojenia można przedstawić jako podwójny szereg Fouriera:

gdzie A jest liniowym obciążeniem prądowym cewki indukcyjnej; Kob - współczynnik uzwojenia; L to szerokość szyny reaktywnej; C to całkowita długość cewki indukcyjnej; a - kąt ścinania;

z \u003d 0,5L - a - strefa zmiany indukcji; n jest rzędem harmonicznej wzdłuż osi poprzecznej; v jest rzędem harmonicznych wzdłuż głównej podłużnej;

Znajdujemy rozwiązanie wektorowego potencjału magnetycznego prądów A W obszarze szczeliny powietrznej Ar spełnia następujące równania:

divAs = 0,J(4)

Dla równania VE A 2 równania mają postać:

DA2 .= GgM 2 cIU T2 = 0.

Równania (4) i (5) rozwiązuje się metodą rozdzielania zmiennych. Aby uprościć problem, podajemy tylko wyrażenie na składową normalną indukcji w przerwie:

piekło [K<л

y 2a V 1st<ЬК0.51.

_¿1-2s-1-1"

Rysunek 2 - Obliczeniowy model matematyczny LIM bez rozkładu uzwojeń

KP2. SOB --- AH

X (sILu + C^Ly) exp y

Całkowitą moc elektromagnetyczną 83M przesyłaną z pierwotnego do z" opTvE, Xer można znaleźć jako przepływ składowej normalnej 8 wektora Poyntinga przez powierzchnię y - 5

= / / tak =

" - - \shXS + S2sILd\2

^ GrLs ^ GvVeG "" "S0STASH1YaSCHAYA" U ™ "*" "" moc mechaniczna-

R™so „zR™„SHYA S°FASTELING”WYPUSZCZA PRZEPŁYW „

C\ to zespół koniugacji z C2.

"z-lub," g ".msha" "tryb""...z

II" w e., br

^ I O L V o_ £ V y

- " "\shXS + C.chaz?"

""-^/H^n^m-^gI

l " \shXS +S2s1gL5^

pod względem współrzędnej L-Ukrome r r^r w dwuwymiarowym, pod względem

chie stal ^torus^to^^^i

2) Moc mechaniczna

Moc elektromagnetyczna £,., "1 \u003d p / c" + .y, / C1 " 1 "

zgodnie z wyrażeniem, wzór (7) został obliczony zgodnie z

4) Straty w cewce miedzianej

Р,г1 = ШI1 Гф ^

gdzie rf jest rezystancją czynną uzwojenia fazowego;

5) Sprawność bez uwzględnienia strat w rdzeniu stalowym

„ r.-i ■ (12) P, R „(5> + L, ..

6) Współczynnik mocy

r m!\rr+rf) ^ typh1 m1 Z £

gdzie 2 = + x1 jest bezwzględną impedancją szeregu

równoważne obwody (Rysunek 2).

x1=xn+xa1 O4)

v-yazi-g (15)

x \u003d x + x + x + Xa - reaktancja indukcyjna upływu pierwotnego ob-p a * h

W ten sposób uzyskano algorytm obliczania charakterystyk statycznych LIM ze zwartym elementem wtórnym, który umożliwia uwzględnienie właściwości aktywnych części struktury na każdym podziale zęba.

Opracowany model matematyczny pozwala na: . Zastosować aparat matematyczny do obliczania cylindrycznego liniowego silnika asynchronicznego, którego charakterystyki statyczne oparte są na różnych obwodach równoważnych dla obwodów elektrycznych pierwotnych i wtórnych oraz obwodów magnetycznych

Ocena wpływu różnych parametrów i konstrukcji elementu wtórnego na charakterystykę trakcyjną i energetyczną cylindrycznego liniowego silnika indukcyjnego. . Wyniki obliczeń pozwalają w pierwszym przybliżeniu określić optymalne podstawowe dane techniczno-ekonomiczne przy projektowaniu liniowych silników indukcyjnych cylindrycznych.

W rozdziale trzecim „Badania obliczeniowo-teoretyczne” przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych wpływu różnych parametrów i parametrów geometrycznych na parametry energetyczne i trakcyjne CLIM z wykorzystaniem opisanego wcześniej modelu matematycznego.

Cewka indukcyjna TsLAD składa się z pojedynczych podkładek umieszczonych w cylindrze ferromagnetycznym. Wymiary geometryczne podkładek wzbudnika przyjęte do obliczeń podano na ryc. 3. Liczba podkładek i długość cylindra ferromagnetycznego - Гя "przez liczbę biegunów i liczbę gniazd na biegun oraz fazę uzwojenia uzwojenia cewki indukcyjnej, przewodność elektryczną C2 - Ug L, oraz

a także parametry odwrotnego obwodu magnetycznego. Wyniki badania przedstawiono w formie wykresów.

Rysunek 3 — Urządzenie indukcyjne 1 — Element wtórny; 2-nakrętka; podkładka uszczelniająca З; 4- cewka; 5-obudowa silnika; 6 zwojów, 7 podkładek.

Dla opracowywanego napędu wyłącznika jednoznacznie określono:

1 Tryb pracy, który można scharakteryzować jako „start”. „Czas pracy” jest krótszy niż sekunda (t. = 0,07 s), mogą wystąpić restarty, ale nawet w

W takim przypadku całkowity czas działania nie przekracza sekundy. Dlatego obciążenia elektromagnetyczne są liniowym obciążeniem prądowym, gęstość prądu w uzwojeniach można uznać za znacznie wyższą niż akceptowana dla j maszyny elektryczne w stanie ustalonym: A = (25 ... 50) 10 A / m, J (4 ... /) A / mm2. Dlatego stan termiczny maszyny można zignorować.

3. Wymagana siła uciągu Fn > 1500 N. W takim przypadku zmiana siły podczas pracy powinna być minimalna.

4. Poważne ograniczenia rozmiaru: długość Ls. 400 mm; średnica zewnętrzna stojana D = 40...100 mm.

5 Wartości energetyczne (l, coscp) nie mają znaczenia.

Zatem zadanie badawcze można sformułować następująco: dla zadanych wymiarów określić obciążenia elektromagnetyczne, wartość parametrów projektowych LIM, podając

ściemnialna siła pociągowa w zakresie 0,3

Na podstawie sformułowanego zadania badawczego głównym wskaźnikiem LIM jest siła pociągowa w przedziale poślizgu 0,3

Zatem siła ciągu LIM wydaje się być zależnością funkcjonalną.

Fx = f(2p, r, &d2, y2, Yi, Ms > H< Wk, A, a) U<>>

tametry, niektóre pr-t -ko i t \u003d 400/4 \u003d 100 - * 66,6 mmh

Siła pociągowa znacznie spada 5

TRAKCJA ° WYSIŁEK ZWIĄZANY ZE Zmniejszeniem się podziału biegunów t i indukcji magnetycznej w powietrzu I podziałem t

wynosi 2p=4 (rys. 4). °3 Szczelina powietrzna Dlatego optymalna

Śr. zew. 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 9

Slajd B, ooh

Rysunek 4 - Charakterystyka trakcji TsLAD "w zależności od liczby biegunów

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 ■

1,5|przy 2,0 l<

0 0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1

RYSUNEK5YUK5, az.

ra(6=1,5mm i 5=2,0mm)

przewodność y2, y3 i przenikalność magnetyczna ts3 VE.

Zmiana przewodności elektrycznej stalowego cylindra „(ryc. 6) na siłę pociągową CLAD ma nieznaczną wartość do 5%.

0 0,10,23,30,40,50,60,70,83,91

Slajd 8, ooo

Rysunek 6. Charakterystyka trakcji CLA przy różnych wartościach przewodności elektrycznej stalowego cylindra

Zmiana przenikalności magnetycznej u3 walca stalowego (rys. 7) nie powoduje istotnych zmian siły pociągowej Px = DB). Przy poślizgu roboczym 8=0,3 charakterystyka trakcji jest taka sama. Początkowa siła pociągowa waha się w granicach 3...4%. Dlatego biorąc pod uwagę nieznaczny wpływ wiązań i Mz na siłę pociągową CLA, stalowy walec może być wykonany ze stali magnetycznie miękkiej.

0 0 1 0 2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Rysunek 7. Charakterystyka trakcji CDIM przy różnych wartościach przenikalności magnetycznej (Ts = 1000tso i Ts = 500tso) stalowego cylindra

Z analizy zależności graficznych (Rys. 5, Rys. 6, Rys. 7) wynika, że ​​przy zmianach przewodnictwa stalowego walca i przenikalności magnetycznej, ograniczając szczelinę niemagnetyczną, niemożliwe jest uzyskanie stałej siła pociągowa 1 "X ze względu na ich niewielki wpływ.

y=1,2-10"S/m

y=3 10"S/m

O 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Poślizg E, o

Rysunek 8. Charakterystyka trakcji CLIM dla różnych wartości przewodności elektrycznej SE

Parametr, przy którym można uzyskać stałość siły pociągowej = / (2p, r,<$ й2 ,у2, уз, цз, Я, А, а) ЦЛАД, является удельная электропроводимость у2 вторичного элемента. На рисунке 8 указаны оптимальные крайние варианты проводимостей. Эксперименты, проведенные на экспериментальной установке, позволили определить наиболее подходящую удельную проводимость в пределах у=0,8-10"...1,2-ю"См/м.

Rysunki 9...11 przedstawiają zależności Г, I, t), oo$<р = /(я) при различных значениях числа витков в катушке обмотки индуктора ЦЛАД с экранированным вторичным э л е м е нто в (с/,=1 мм; 5=1 мм).

Lg az o* ~05 Ob d5 To

Rysunek 9. Zależność 1=G(8) dla różnych wartości liczby zwojów cewki

Rysunek 10. Zależność eos

Rysunek! I Zależność t]= f(S)

Graficzne zależności wskaźników energii od liczby obrotów w misach są takie same. Sugeruje to, że zmiana liczby zwojów cewki nie prowadzi do istotnej zmiany tych wskaźników. To jest powód braku zainteresowania nimi.

Wzrost siły pociągowej (rys. 12) w miarę zmniejszania się liczby zwojów cewki tłumaczy się faktem. że przekrój poprzeczny drutu wzrasta przy stałych wartościach wymiarów geometrycznych i współczynnika wypełnienia miedzią żłobka cewki oraz niewielkiej zmianie wartości gęstości prądu. Silnik w napędach wyłącznika działa w trybie rozruchu przez mniej niż sekundę. Dlatego do napędzania mechanizmów o dużej początkowej sile pociągowej i krótkotrwałym trybie pracy bardziej efektywne jest zastosowanie CLA o małej liczbie zwojów i dużym przekroju drutu cewki uzwojenia cewki indukcyjnej.

mówią / "4a? /? (/," ■ W0O 8oo boa íoo 2 os ■

O o/ O.3 oi 05 O 07 os ¿J? To

Rysunek 12. Charakterystyka trakcji CLIM dla różnych wartości liczby zwojów ery cewki górskiej

Jednak przy częstym włączaniu takich mechanizmów konieczny jest margines nagrzewania silnika.

Tym samym na podstawie wyników eksperymentu numerycznego z wykorzystaniem powyższej metody obliczeniowej można z wystarczającą dokładnością określić trend zmian wskaźników elektrycznych i trakcyjnych dla różnych zmiennych CLIM. Głównym wskaźnikiem stałości siły trakcyjnej jest przewodność elektryczna powłoki elementu wtórnego y2. Zmieniając ją w zakresie y=0,8-10 ... 1,2-10 S/m można uzyskać wymaganą charakterystykę trakcyjną .

W związku z tym dla stałości ciągu CLIM wystarczy ustawić stałe wartości 2p, m, s, y),

! ],=/(K y2, \Uk) (17)

gdzie K \u003d / (2p, m, 8, L2, y, Z »

W rozdziale czwartym opisano metodologię przeprowadzenia eksperymentu badanej metody napędu wyłącznika. Eksperymentalne badania charakterystyk napędu przeprowadzono na wyłączniku wysokiego napięcia VMP-10 (rys. 13)

Rysunek 13 Konfiguracja eksperymentalna.

Również w tym rozdziale wyznaczana jest rezystancja bezwładności wyłącznika, którą przeprowadza się techniką przedstawioną w metodzie wykresowo-analitycznej, wykorzystując schemat kinematyczny wyłącznika. Wyznaczono charakterystyki elementów sprężystych. Jednocześnie konstrukcja wyłącznika olejowego zawiera kilka elastycznych elementów, które przeciwdziałają zamykaniu wyłącznika i pozwalają zgromadzić energię do wyłączenia wyłącznika:

1) sprężyny przyspieszające GPU",

2) Odłącz sprężynę G na",

31 Siły sprężyste wytwarzane przez sprężyny kontaktowe Pk. - №1, 2012 s. 2-3. - Tryb dostępu: http://w\v\v.ivdon.ru.

Inne wydania:

2. Piastołow, A.A. Opracowanie napędu dla wyłączników wysokiego napięcia 6...35 kV." /AA Piastołow, I.N. 02900034856.-Czelabińsk: CHIMESH.1990. - S. 89-90.

3. Yunusov, R.F. Opracowanie liniowego napędu elektrycznego do zastosowań rolniczych. / RF Junusow, I.N. Ramazanov, V.V. Iwanicka, V.A. Bazhenov // XXXIII konferencja naukowa. Streszczenia raportów - Sverdlovsk, 1990, s. 32-33.

4. Piastołow, A.A. Napęd wyłącznika olejowego wysokiego napięcia. / Yunusov R.F., Ramazanov I.N., Bazhenov V.A. // Ulotka informacyjna nr 91-2. -TsNTI, Czelabińsk, 1991. S. 3-4.

5. Piastołow, A.A. Cylindryczny liniowy silnik asynchroniczny. / Yunusov R.F., Ramazanov I.N., Bazhenov V.A. // Ulotka informacyjna nr 91-3. -TsNTI, Czelabińsk, 1991. s. 3-4.

6. Bażenow, V.A. Dobór elementu akumulatorowego do wyłącznika VMP-10. Aktualne problemy mechanizacji rolnictwa: materiały z jubileuszowej konferencji naukowo-praktycznej „Wyższe szkolnictwo agroinżynieryjne w Udmurcji - 50 lat”. / Iżewsk, 2005. S. 23-25.

7. Bażenow, V.A. Opracowanie ekonomicznego napędu wyłącznika olejowego. Regionalna Konferencja Naukowo-Metodologiczna Iżewsk: FGOU VPO Iżewska Państwowa Akademia Rolnicza, Iżewsk, 2004. S. 12-14.

8. Bażenow, V.A. Usprawnienie napędu wyłącznika olejowego VMP-10. Problemy rozwoju energetyki w warunkach przemian przemysłowych. Materiały Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Praktycznej z okazji 25-lecia Wydziału Elektryfikacji i Automatyzacji Rolnictwa oraz Katedry Elektrycznej Techniki Produkcji Rolnej. Iżewsk 2003, s. 249-250.

rozprawy doktorskie na stopień kandydata nauk technicznych

Przekazano set_2012. Podpisano do publikacji 24 kwietnia 2012 r.

Papier offsetowy Czcionka Times New Roman Format 60x84/16 Tom I druk.l. Nakład 100 egzemplarzy. Zamówienie nr 4187. Wydawnictwo FGBOU BIIO Państwowa Akademia Rolnicza w Iżewsku Iżewsk, ul. Student. jedenaście

Tekst pracy Bazhenov, Vladimir Arkadievich, rozprawa na temat Elektrotechniki i urządzeń elektrycznych w rolnictwie

FEDERALNA PAŃSTWOWA INSTYTUCJA EDUKACYJNA WYŻSZEGO SZKOLNICTWA ZAWODOWEGO „PAŃSTWOWA AKADEMIA ROLNICZA IZHEVSK”

Jako rękopis

Bażenow Władimir Arkadiewicz

CYLINDRYCZNY LINIOWY SILNIK ASYCHRONICZNY W NAPĘDZIE ROZŁĄCZNIKÓW WYSOKIEGO NAPIĘCIA

Specjalność 05.20.02 Technologie elektryczne i urządzenia elektryczne w rolnictwie

ROZPRAWA na stopień kandydata nauk technicznych

Opiekun naukowy: kandydat nauk technicznych,

Władykin Iwan Rewowicz

Iżewsk - 2012

Na różnych etapach badań prace prowadzono pod kierunkiem dr nauk technicznych, profesora, kierownika. Katedra „Maszyn Elektrycznych” Czelabińskiego Instytutu Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa A.A. Pyastolova (rozdział 1, 4, 5) i doktor nauk technicznych, profesorowie, kierownik. Katedra „Napędu elektrycznego i maszyn elektrycznych” Państwowego Uniwersytetu Rolniczego w Petersburgu A.P. Epifanova (rozdział 2, 3), Autor wyraża szczerą wdzięczność.

WPROWADZENIE ................................................................ . .................................................. ................................5

1 ANALIZA SIŁOWNIKÓW OBWODÓW OLEJOWYCH I ICH CHARAKTERYSTYKI ......................................................... .............................. ......................................... .............................. .............................. ...........................7

1.1 Urządzenie i zasada działania wyłączników .............................................. ...... jedenaście

1.2 Klasyfikacja napędów........................................................... ...........................................14

1.3 Główne elementy napędu............................................................ ...........................................19

1.4 Ogólne wymagania projektowe dla siłowników............................................ ................... ..22

1.5 Napędy elektromagnetyczne............................................................ ........................................................... ..............26

1.5.1 Konstrukcje siłowników elektromagnetycznych............................................ ......... 28

1.5.2 Napęd elektromagnetyczny prądu przemiennego .............................................. .............. .42

1.5.3 Napęd oparty na płaskim LIM............................................ ........................................45

1.5.4 Napęd wyłącznika oparty na wirującym silniku asynchronicznym .............................................. .............................. ........................... ........................................................... ........48

1.5.5 Napęd oparty na cylindrycznym liniowym asynchronicznym

silnik ................................................. ............................................... . ...........................50

WNIOSKI DOTYCZĄCE ROZDZIAŁU I CELÓW PRACY ......................................... ...................................................52

2 OBLICZANIE CHARAKTERYSTYKI LINIOWYCH ASYCHRONICZNYCH GAGELI SILNIKOWYCH........................................... .............................. ......................................... .............................. .............................. ...........................55

2.1 Analiza metod obliczania charakterystyk LIM .............................................. ...... .......55

2.2 Metodologia oparta na teorii jednowymiarowej .............................................. ...........................56

2.3 Technika oparta na teorii dwuwymiarowej .............................................. ...........................58

2.4 Technika oparta na modelu trójwymiarowym .............................................. ...........................................59

2.5 Model matematyczny cylindrycznego silnika indukcyjnego

podstawa obwodu równoważnego ......................................................... ................................................................ ...................65

WNIOSKI DO ROZDZIAŁU .............................................................. ............................................... . ..............94

3 BADANIA OBLICZENIOWE I TEORETYCZNE .............................................................. ........................... ......95

3.1 Postanowienia ogólne i zadania do rozwiązania (opis problemu) ......................................... ...... 95

3.2 Badane wskaźniki i parametry .............................................. ...........................96

WNIOSKI DO ROZDZIAŁU .............................................................. ............................................... . ............105

4 BADANIA DOŚWIADCZALNE ............................................................ ............................106

4.1 Wyznaczanie rezystancji bezwładności układu napędowego BM .........................106

4.2 Wyznaczanie charakterystyk elementów sprężystych........................................... ...................110

4.3 Wyznaczanie charakterystyk elektrodynamicznych........................................................... ......114

4.4 Wyznaczanie aerodynamicznego oporu powietrza i

hydrauliczny olej izolacyjny BM............................................................ ...........................................117

WNIOSKI DO ROZDZIAŁU .............................................................. ............................................... . .............121

5 WSKAŹNIKI TECHNICZNO-EKONOMICZNE........................................................... ......................................122

WNIOSKI DO ROZDZIAŁU .............................................................. ............................................... . .............124

WNIOSKI OGÓLNE I WYNIKI BADAŃ............................................................ ...................125

LITERATURA................................................. ............................................... . ...........................126

ZAŁĄCZNIK A................................................ .................................................... ...................137

ZAŁĄCZNIK B OBLICZANIE WSKAŹNIKÓW NIEZAWODNOŚCI NAPĘDÓW VM6...35KV...139

ZAŁĄCZNIK B ODNIESIENIE DOTYCZĄCE BADAŃ OBIEKTU ROZWOJOWEGO ..............................................142

I Dokumentacja patentowa ......................................................... .......................................................... ...........142

II Literatura naukowo-techniczna i dokumentacja techniczna ..............................................143

III Charakterystyka techniczna cylindrycznego liniowego silnika asynchronicznego .............................................. ................................................................... ...................................................144

IV Analiza niezawodności pracy napędów VM-6... .35kV............................145

V Cechy konstrukcyjne głównych typów napędów VM-6... 35 kV.....150

DODATEK D................................................................. .................................................... ...................156

Przykład konkretnej implementacji napędu .............................................. ...................................................156

wyłącznik wysokiego napięcia ................................................................ ......................................................... .....156

Obliczenie mocy pobieranej przez napęd bezwładnościowy............................................ ............162

podczas pracy przy włączonym zasilaniu ......................................................... ........................................................... ...................162

Indeks głównych symboli i skrótów .............................................. ........................... 165

WSTĘP

Wraz z przeniesieniem produkcji rolnej na skalę przemysłową znacznie wzrastają wymagania dotyczące poziomu niezawodności zasilania.

Docelowy kompleksowy program poprawy niezawodności zasilania odbiorców rolnych /TsKP PN/ przewiduje szerokie wprowadzenie urządzeń automatyki dla wiejskich sieci dystrybucyjnych 0,4....35 kV, jako jednego z najskuteczniejszych sposobów osiągnięcia tego celu. Program obejmuje w szczególności wyposażenie sieci dystrybucyjnych w nowoczesną aparaturę łączeniową oraz urządzenia napędowe do nich. Wraz z tym planuje się szerokie zastosowanie, zwłaszcza w pierwszym etapie, działającego podstawowego sprzętu przełączającego.

Najszerzej stosowane w sieciach wiejskich są wyłączniki olejowe (VM) z napędem sprężynowym i sprężynowym. Jednak z doświadczenia eksploatacyjnego wiadomo, że napędy VM są jednymi z najmniej niezawodnych elementów rozdzielnicy. Zmniejsza to efektywność złożonej automatyzacji wiejskich sieci elektrycznych. Np. w 30...35% przypadków zabezpieczeń przekaźnikowych i automatyki /RZA/ nie jest realizowanych z powodu niezadowalającego stanu napędów. Ponadto do 85% wad przypada na udział VM 10 ... 35 kV z napędami sprężynowymi. Według danych pracy 59,3% awarii samoczynnego ponownego załączenia /AR/ z napędami sprężynowymi występuje z powodu styków pomocniczych napędu i wyłącznika, 28,9% z powodu mechanizmów załączania napędu i utrzymywania go w stanie na pozycji. W pracach zauważa się niezadowalający stan oraz konieczność modernizacji i rozwoju niezawodnych napędów.

Istnieją pozytywne doświadczenia w stosowaniu bardziej niezawodnych elektromagnetycznych napędów prądu stałego dla maszyn wirtualnych 10 kV w podstacjach obniżających napięcie do celów rolniczych. Jednak ze względu na szereg cech napędy te nie znalazły szerokiego zastosowania [53].

Celem tego etapu badań jest wybór kierunku badań.

W trakcie pracy rozwiązano następujące zadania:

Wyznaczanie wskaźników niezawodnościowych głównych typów napędów VM-6.. .35 kV i ich jednostek funkcjonalnych;

Analiza cech konstrukcyjnych różnych typów napędów VM-6...35 kV;

Uzasadnienie i wybór konstruktywnego rozwiązania napędu VM 6...35 kV oraz obszary badań.

1 ANALIZA SIŁOWNIKÓW OBWODÓW OLEJOWYCH I ICH CHARAKTERYSTYKI

Działanie napędu wyłączników olejowych 6 - 10 kV w dużej mierze zależy od perfekcji konstrukcji. Cechy konstrukcyjne są określone przez wymagania dla nich:

Moc pobierana przez napęd podczas operacji włączania VM musi być ograniczona, ponieważ zasilanie jest dostarczane z transformatorów pomocniczych małej mocy. Wymóg ten jest szczególnie istotny w przypadku podstacji obniżających napięcie zasilania rolnictwa.

Napęd wyłącznika olejowego musi zapewniać wystarczającą prędkość przełączania,

Sterowanie zdalne i lokalne,

Normalna praca przy dopuszczalnych poziomach zmian napięć roboczych itp.

W oparciu o te wymagania, główne mechanizmy napędowe wykonane są w postaci przetwornic mechanicznych o różnej liczbie stopni (stopni) wzmocnienia, które w procesie wyłączania i włączania zużywają mało energii do sterowania dużym przepływem energii zużywane przez przełącznik.

W znanych napędach konstrukcyjnie realizowane są kaskady wzmacniające w postaci urządzeń ryglujących (ZUO, ZUV) z zatrzaskami, mechanizmów redukcyjnych (RM) z wielowahaczowymi dźwigniami łamanymi, a także wzmacniaczy mechanicznych (MU) wykorzystujących energię podnoszonego obciążenie lub ściśnięta sprężyna. Rysunki 2 i 3 (dodatek B) przedstawiają uproszczone schematy napędów wyłączników olejowych różnych typów. Strzałki i liczby nad nimi pokazują kierunek i kolejność interakcji mechanizmów w procesie pracy.

Głównymi urządzeniami łączeniowymi w podstacjach są łączniki olejowe i bezolejowe, odłączniki, bezpieczniki do 1000 V i powyżej, łączniki automatyczne, łączniki nożowe. W sieciach elektrycznych małej mocy o napięciu 6-10 kV instalowane są najprostsze urządzenia przełączające - przełączniki obciążenia.

W rozdzielnicach 6...10 kV, w rozdzielnicach wysuwnych często stosuje się rozłączniki kasetonowe niskoolejowe z wbudowanym napędem sprężynowym lub elektromagnetycznym (VMPP, VMPE): Prądy znamionowe tych rozłączników: 630 A, 1000 A, 1600 A, 3200 A.

Prąd wyłączalny 20 i 31,5 kA. Taka gama wykonań umożliwia stosowanie wyłączników VMP zarówno w instalacjach elektrycznych średniej mocy, jak i na dużych liniach wejściowych oraz po stronie obwodów wtórnych stosunkowo dużych transformatorów. Wykonanie na prąd 31,5 kA pozwala na stosowanie wyłączników kompaktowych VMP w sieciach dużej mocy 6...10 kV bez zadziałania i tym samym zmniejszenie wahań i odchyłek napięcia w tych sieciach.

Niskoolejowe wyłączniki garnkowe VMG-10 z napędem sprężynowym i elektromagnetycznym produkowane są na prądy znamionowe 630 i 1000 A oraz zwarciowy prąd wyłączalny 20 kA. Zabudowane są w komorach stacjonarnych serii KSO-272 i znajdują zastosowanie głównie w instalacjach elektrycznych średniej mocy. Wyłączniki niskoolejowe małej mocy typu VMM-10 produkowane są również z wbudowanymi napędami sprężynowymi na prąd znamionowy 400 A i znamionowy prąd wyłączalny 10 kA.

W szerokiej gamie wykonań i parametrów produkowane są następujące typy łączników elektromagnetycznych: VEM-6 z wbudowanymi napędami elektromagnetycznymi na napięcie 6 kV, prądy znamionowe 2000 i 3200 A, znamionowy prąd wyłączalny 38,5 i 40 kA ;

VEM-10 z wbudowanym napędem elektromagnetycznym, napięcie 10 kV, prądy znamionowe 1000 i 1250, znamionowy prąd wyłączalny 12,5 i 20 kA;

VE-10 z wbudowanymi napędami sprężynowymi, napięcie 10 kV, prądy znamionowe 1250, 1600, 2500, 3000 A. Znamionowe prądy wyłączalne 20 i 31,5 kA.

Pod względem parametrów wyłączniki elektromagnetyczne odpowiadają wyłącznikom niskoolejowym VMP i mają ten sam zakres. Nadają się do częstych operacji przełączania. Zdolność łączeniowa wyłączników zależy od rodzaju napędu, jego konstrukcji i niezawodności działania. W podstacjach przedsiębiorstw przemysłowych stosuje się głównie napędy sprężynowe i elektromagnetyczne wbudowane w wyłącznik. Napędy elektromagnetyczne znajdują zastosowanie w instalacjach krytycznych:

Podczas zasilania odbiorników energii pierwszej i drugiej kategorii częstymi operacjami przełączania;

Szczególnie odpowiedzialne instalacje elektryczne pierwszej kategorii, niezależnie od częstotliwości operacji;

W obecności akumulatora.

W podstacjach przedsiębiorstw przemysłowych stosuje się kompletne urządzenia wielkoblokowe: KRU, KSO, KTP o różnych pojemnościach, napięciach i przeznaczeniu. Kompletne urządzenia wraz ze wszystkimi urządzeniami, przyrządami pomiarowymi i urządzeniami pomocniczymi są produkowane, montowane i testowane w fabryce lub w warsztacie i dostarczane zmontowane na miejsce instalacji. Daje to duży efekt ekonomiczny, gdyż przyspiesza i obniża koszty budowy i instalacji oraz pozwala na pracę metodami przemysłowymi. Kompletne rozdzielnice mają dwie zasadniczo różne konstrukcje: wysuwną (seria KRU) i stacjonarną (seria KRU)

KSO, KRUN itp.). Urządzenia obu typów z równym powodzeniem rozwiązują problemy związane z pracami elektroinstalacyjnymi i konserwacyjnymi.

Rozdzielnice wysuwane są wygodniejsze, bardziej niezawodne i bezpieczne w eksploatacji. Osiąga się to dzięki zabezpieczeniu wszystkich części przewodzących prąd i połączeń stykowych niezawodną izolacją, a także możliwości szybkiej wymiany wyłącznika poprzez wytoczenie i serwisowanie w warsztacie. Umiejscowienie napędu zwrotnicy jest takie, aby jego oględziny zewnętrzne można było przeprowadzić zarówno przy włączonym, jak i wyłączonym wyłączniku bez jego rozwijania.

Zakłady produkują ujednolicony typoszereg rozdzielnic wysuwnych do instalacji wnętrzowych na napięcie do 10 kV, których główne parametry techniczne podano w tabeli 1.

Tabela 1.1 - Główne parametry rozdzielnicy na napięcie 3-10 kV do instalacji wnętrzowej

Seria Napięcie znamionowe w kV Prąd znamionowy w A Typ wyłącznika olejowego Typ napędu

KRU2-10-20UZ 3.6, 10 630 1000 1600 2000 2500 3200 Garnek niskiego poziomu oleju VMP-Yuld PE-11 PP67 PP70

KR-10-31, 5UZ 6,10 630 1000 1600 3200 Zbiornik niskiego poziomu oleju

KR-10D10UZ 10 1000 2000 4000 5000 Zbiornik niskiego poziomu oleju

KE-10-20UZ 10 630 1000 1600 2000 3200 Elektromagnetyczny

KE-10-31, 5UZ 10 630 1000 Elektromagnetyczny

1.1 Urządzenie i zasada działania przełączników

Wyłączniki typu VMG-10-20 to trójbiegunowe wyłączniki wysokiego napięcia z niewielką ilością cieczy gaszącej łuk (olej transformatorowy). Wyłącznik przeznaczony jest do przełączania obwodów wysokiego napięcia prądu przemiennego o napięciu 10 kV w normalnym trybie pracy instalacji, a także do samoczynnego odłączania tych obwodów w przypadku wystąpienia prądów zwarciowych i przeciążeń występujących w stanach nienormalnych i awaryjnych tryby pracy instalacji.

Zasada działania wyłącznika polega na gaszeniu łuku elektrycznego powstającego przy rozwarciu styków przez przepływ mieszaniny gazowo-olejowej powstałej w wyniku intensywnego rozkładu oleju transformatorowego pod działaniem wysokiej temperatury łuku . Przepływ ten otrzymuje określony kierunek w specjalnym urządzeniu do gaszenia łuku, znajdującym się w strefie wypalania łuku.

Wyłącznik jest sterowany przez napędy. Jednocześnie włączenie operacyjne odbywa się dzięki energii napędu, a wyłączenie - dzięki energii sprężyn otwierających samego wyłącznika.

Projekt przełącznika pokazano na ryc. 1.1. Trzy bieguny łącznika osadzone są na wspólnej spawanej ramie 3, która stanowi podstawę łącznika i posiada otwory do mocowania łącznika. Na przedniej stronie ramy znajduje się sześć izolatorów porcelanowych 2 (po dwa na biegun), które posiadają wewnętrzne elastyczne mocowanie mechaniczne. Na każdej parze izolatorów zawieszony jest biegun przełącznika 1.

Mechanizm napędowy wyłącznika (rys. 9) składa się z wału 6 z przyspawanymi do niego dźwigniami 5. Do zewnętrznych dźwigni 5 przymocowane są sprężyny wyzwalające 1, do środkowej sprężyna zderzakowa 2. Dźwignie izolujące są mechanicznie zamocowane na przeciwległych końcach dźwigni, które są połączone z przewodzącymi prąd prętami kontaktowymi 9 za pomocą

shchi kolczyki 7 i służą do przenoszenia ruchu z wałka przełącznika na pręt kontaktowy.

instalacja (typ VMP-10) - widok ogólny

Pomiędzy dźwigniami skrajnymi i środkowymi na wale zwrotnicy przyspawana jest para dźwigni dwuramiennych 4 z rolkami na końcach. Dźwignie te służą do ograniczania pozycji włączenia i wyłączenia wyłącznika. Po włączeniu jedna z rolek zbliża się do sworznia 8, po wyłączeniu druga rolka przesuwa pręt zderzaka oleju 3; którego bardziej szczegółowy układ pokazano na ryc.1. 2.

W zależności od kinematyki szafy wyłącznik umożliwia środkowe lub boczne podłączenie napędu. Dźwignia 13 (Rys. 1.1) służy do podłączenia średniego napędu, dźwignia 12 (Rys. 1.1) jest dodatkowo zamontowana na wale wyłącznika do podłączenia bocznego.

Rysunek 1.2 — Biegun przełącznika

Główną częścią słupa zwrotnicy (rys. 1.2) jest cylinder 1. Dla wyłączników o prądzie znamionowym 1000A cylindry te są wykonane z mosiądzu. Walce wyłączników na prąd znamionowy 630A wykonane są ze stali i posiadają wzdłużny szew niemagnetyczny. Do każdego cylindra przyspawane są dwa wsporniki mocujące go do izolatorów wsporczych oraz obudowa 10 z korkiem wlewu oleju 11 i wskaźnikiem poziomu oleju 15. Obudowa służy jako dodatkowa

Badanie wpływu niesinusoidalności napięcia zasilającego spowodowanego modulacją szerokości impulsu na charakterystyki energetyczne silników asynchronicznych

• • Technologie i środki mechanizacji rolnictwa
  • Technologie elektryczne i urządzenia elektryczne w rolnictwie
  • Technologie i środki utrzymania w rolnictwie

480 rub. | 150 UAH | 7,5 $ ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC", BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Teza - 480 rubli, wysyłka 10 minut 24 godziny na dobę, siedem dni w tygodniu i święta

Ryżkow Aleksander Wiktorowicz Analiza i wybór racjonalnych konstrukcji cylindrycznego silnika liniowego ze wzbudzeniem magnetoelektrycznym: rozprawa doktorska... kandydat nauk technicznych: 05.09.01 / Ryżkow Aleksander Wiktorowicz; [Miejsce ochrony: Woroneż. państwo technika. un-t].- Woroneż, 2008.- 154 s.: chory. RSL OD, 61 09-5/404

Wstęp

Rozdział 1 Analiza teoretycznych i konstrukcyjnych kierunków rozwoju maszyn elektrycznych o ruchu liniowym 12

1.1 Cechy szczególne implementacji konstrukcyjnych liniowych maszyn elektrycznych 12

1.2 Analiza opracowanej konstrukcji cylindrycznego liniowego silnika elektrycznego 26

1.3 Przegląd praktyk projektowania maszyn liniowych 31

1.4 Modelowanie procesów elektromagnetycznych w oparciu o metodę elementów skończonych 38

1.5 Cel pracy i cele opracowania 41

Rozdział 2 Algorytm obliczeń elektromagnetycznych dla bezstykowego cylindrycznego liniowego silnika prądu stałego 43

2.1 Sformułowanie problemu 43

2.2 Analiza cylindrycznego liniowego silnika prądu stałego o podłużno-promieniowej konstrukcji układu magnetycznego 45

2.3 Algorytm obliczeń elektromagnetycznych cylindrycznego liniowego silnika prądu stałego 48

2.4 Ocena stanu cieplnego cylindrycznego silnika liniowego 62

Rozdział 3 Symulacja i dobór wymiernych zestawów parametrów wyjściowych cylindrycznego liniowego silnika prądu stałego 64

3.1 Synteza liniowa silnik cylindryczny prąd stały w oparciu o kryteria maksymalnej trakcji właściwej, charakterystyka energetyczna 64

3.2 Modelowanie metodą elementów skończonych cylindrycznego liniowego silnika prądu stałego 69

3.2.1 Opis danych wejściowych do modelowania 69

3.2.2 Analiza wyników symulacji 78

Rozdział 4 Praktyczne zastosowanie i wyniki badań eksperymentalnych cylindrycznych silników liniowych 90

4.1 Przykłady modelowe cylindrycznych liniowych silników prądu stałego 90

4.1.1 Elementy konstrukcyjne architektury silnika liniowego 90

4.1.2 Modelowa realizacja cylindrycznych silników liniowych 95

4.1.3 Cylindryczna budowa jednostki sterującej liniowy silnik elektryczny 96

4.2 Wyniki badań eksperymentalnych opracowanych wariantów cylindrycznych liniowych silników elektrycznych 100

4.2.1 Badanie stanu cieplnego silnika liniowego 101

4.2.2 Eksperymentalne badania indukcji w szczelinie prototypów silników liniowych 103

4.2.3 Badania siły trzymania trakcji elektromagnetycznej pod prąd w uzwojeniu 107

4.2.3 Badanie zależności siły pociągowej opracowanych liniowych silników elektrycznych od wielkości przemieszczenia części ruchomej 110

4.2.3 Właściwości mechaniczne opracowane próbki silników liniowych 118

Ustalenia 119

Wniosek 120

Referencje 122

Dodatek A 134

Dodatek B 144

Załącznik B 145

Wprowadzenie do pracy

Trafność tematu.

Obecnie cylindryczne silniki liniowe stają się coraz bardziej powszechne jako elementy wykonawcze do napędów elektrycznych. specjalny cel realizowanych w ramach kompleksów elektrycznych stosowanych w szczególności w technologii kosmicznej i medycznej. Jednocześnie obecność bezpośredniego działania korpusu wykonawczego w cylindrycznych silnikach liniowych decyduje o ich przewadze nad płaskimi silnikami liniowymi. Wynika to z braku jednostronnych sił przyciągania, a także mniejszej bezwładności części ruchomej, co decyduje o ich wysokich walorach dynamicznych.

Należy zauważyć, że w dziedzinie opracowywania narzędzi do analizy opcji projektowych silników liniowych pozytywne wyniki uzyskiwane są zarówno przez badaczy krajowych (Voldek A.I., Svecharnik D.V., Veselovsky O.N., Konyaev A.Yu., Sarapulov F.N. ) i zagranicznych badaczy (Yamamura, Wang J., Jewell Geraint W., Howe D.). Wyniki te nie mogą jednak stanowić podstawy do stworzenia uniwersalnych narzędzi pozwalających na wybór optymalnych wariantów konstrukcyjnych liniowych silników elektrycznych w odniesieniu do konkretnego obszaru obiektu. Wymaga to dodatkowych badań w zakresie projektowania specjalnych silników liniowych o architekturze cylindrycznej w celu uzyskania racjonalnych opcji projektowych zorientowanych obiektowo.

W związku z powyższym aktualność podjętego tematu badawczego jest podyktowana koniecznością dodatkowych badań mających na celu opracowanie narzędzi do modelowania i analizy cylindrycznych silników liniowych ze wzbudzeniem magnetoelektrycznym w celu uzyskania racjonalnych rozwiązań konstrukcyjnych.

Temat badań rozprawy odpowiada jednemu z głównych kierunków naukowych VPO „Voronezh State Technical University” Systemy komputerowe oraz oprogramowanie i sprzętowe kompleksy elektryczne (Rozwój i badania inteligentnych i informatycznych technologii do projektowania i zarządzania złożonymi kompleksami i systemami przemysłowymi. GB NIR nr 2007.18).

Cel i zadania badania. Celem pracy jest stworzenie zestawu narzędzi do analizy konstrukcji cylindrycznych liniowych silników prądu stałego ze wzbudzeniem magnetoelektrycznym, pozwalających na wybór ich racjonalnych opcji, ukierunkowanych na zastosowanie w ramach napędów elektrycznych specjalnego przeznaczenia, realizujących wartości graniczne określonych wskaźników energetycznych oraz poziomu właściwości dynamicznych.

Zgodnie z tym celem w pracy postawiono i rozwiązano następujące zadania:

analiza racjonalnych konstrukcji cylindrycznych liniowych silników prądu stałego, które w ramach napędów elektrycznych specjalnego przeznaczenia zapewniają graniczne wartości określonych wskaźników energetycznych;

prowadzenie badań teoretycznych procesów zachodzących w liniowych bezdotykowych silnikach prądu stałego jako podstawy do budowy algorytmu obliczeń elektromagnetycznych cylindrycznego liniowego silnika elektrycznego;

opracowanie elektromagnetycznego algorytmu obliczeniowego uwzględniającego cechy spowodowane architekturą układów magnetycznych cylindrycznego silnika liniowego;

opracowywanie struktur modeli elementów skończonych do analizy procesów elektromagnetycznych w odniesieniu do warunków cylindrycznego silnika liniowego;

Prowadzenie badań eksperymentalnych prototypów, pod
potwierdzenie adekwatności modeli analitycznych i opracowanego algorytmu
Cylindryczne silniki liniowe MA Design.

Metody badawcze. W W pracy wykorzystano metody teorii pola, teorii obwodów elektrycznych, teorii konstrukcji maszyn elektrycznych, matematyki obliczeniowej, eksperymentu fizycznego.

Nowość naukowa. W pracy uzyskano następujące wyniki, które wyróżniają się nowością naukową:

projekt obwodu magnetycznego cylindrycznego liniowego silnika prądu stałego z namagnesowaniem osiowym magnesy trwałe jako element układu magnetycznego o promieniowym kierunku magnesowania, charakteryzujący się nową architekturą budowy części ruchomej liniowego silnika elektrycznego;

opracowano algorytm obliczania cylindrycznego liniowego silnika prądu stałego z magnesami trwałymi namagnesowanymi osiowo jako części układu magnetycznego o promieniowym kierunku magnesowania, który różni się uwzględnieniem cech ze względu na architekturę budowy ruchomej części cylindrycznego liniowy silnik elektryczny;

opracowano struktury modeli elementów skończonych, które wyróżniają się specjalnym zestawem warunków brzegowych w strefach brzegowych;

opracowano zalecenia dotyczące wyboru racjonalnych rozwiązań konstrukcyjnych mających na celu poprawę jednostkowych parametrów energetycznych i właściwości dynamicznych cylindrycznych liniowych silników prądu stałego w oparciu o dane ilościowe z obliczeń numerycznych, a także wyniki badań eksperymentalnych prototypów.

Praktyczne znaczenie pracy. Praktyczna wartość pracy doktorskiej to:

Algorytm projektowania cylindrycznych silników liniowych
niska moc;

modele elementów skończonych w dwuwymiarowej analizie cylindrycznych silników liniowych, które pozwalają na porównanie specyficznych charakterystyk silników różnych konstrukcji układów magnetycznych;

Zaproponowane modele i algorytm mogą służyć jako matematyczna podstawa do tworzenia specjalne środki stosowany oprogramowanie systemy wspomagania komputerowego projektowania bezstykowych silników prądu stałego.

Wdrażanie wyników pracy. Uzyskane wyniki teoretyczne i eksperymentalne pracy doktorskiej zostały wykorzystane w przedsiębiorstwie „Instytut Badawczy Mechanotroniki – Alfa” przy wykonywaniu pracy badawczej „Badania nad sposobami tworzenia nowoczesnych wysokozasobowych mechatronicznych napędów wykonawczych różnych rodzajów ruchu w odmianach z cyfrowym kanał informacyjny i sterowanie bezczujnikowe w identyfikacji współrzędnych fazowych zintegrowanych z urządzeniami systemów podtrzymywania życia kosmicznego (SC)”, B+R „Badania nad sposobami tworzenia „inteligentnych” napędów elektrycznych ruchu liniowego ze sterowaniem wektorem stanu dla systemów automatyki statków kosmicznych”, B+R „Badania i rozwój inteligentnych mechatronicznych urządzeń napędu ruchu liniowego precyzyjnego o nietradycyjnym układzie modułowym do urządzeń przemysłowych, medycznych i specjalnych nowej generacji”, a także wprowadzona do procesu dydaktycznego Katedry Systemów Elektromechanicznych i Zasilania Państwowej Wyższej Szkoły Pedagogicznej Instytucja Wyższego Szkolnictwa Zawodowego „Państwowy Uniwersytet Techniczny Woroneż” w kurs wykładowy„Specjalne maszyny elektryczne”.

Zatwierdzenie pracy. Główne założenia pracy doktorskiej zostały zgłoszone na regionalnej konferencji naukowo-technicznej „Nowe technologie w badaniach naukowych, projektowaniu, zarządzaniu, produkcji”

(Woroneż 2006, 2007), na międzyuczelnianych studentach naukowo-technicznych

konferencja „Zastosowane problemy elektromechaniki, energii, elektroniki” (Woroneż, 2007), na ogólnorosyjskiej konferencji „Nowe technologie w badaniach, projektowaniu, zarządzaniu, produkcji” (Woroneż, 2008), na międzynarodowej konferencji szkolnej „ Wysoka technologia Energy Saving” (Woroneż, 2008), na I Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Praktycznej „Młodzież i nauka: rzeczywistość i przyszłość” (Nevinnomyssk, 2008), w Radzie Naukowo-Technicznej „Instytutu Badań i Projektowania Mechanotroniki-Alpha” (Woroneż, 2008), na konferencjach naukowo-technicznych wydziału i doktorantów Katedry Automatyki i Informatyki w Systemach Technicznych VSTU (Woroneż, 2006-2008). Ponadto wyniki rozprawy zostały opublikowane w zbiorach prac naukowych „Kompleksy elektrotechniczne i systemy sterowania”, „Zastosowane problemy elektromechaniki, energii, elektroniki” (Woroneż, 2005-2007), w czasopiśmie „Kompleksy elektrotechniczne i sterowanie systemów” (Woroneż, Rosja). Woroneż 2007-2008), w Biuletynie Państwowego Uniwersytetu Technicznego w Woroneżu (2008).

Publikacje. 11 publikacji na temat rozprawy prace naukowe, w tym 1 - w publikacjach zalecanych przez Wyższą Komisję Atestacyjną Federacji Rosyjskiej.

Struktura i zakres pracy. Rozprawa składa się ze wstępu, czterech rozdziałów, zakończenia, spisu piśmiennictwa 121 tytułów, materiał liczy 145 stron i zawiera 53 ryciny, 6 tabel i 3 aneksy.

W pierwszym rozdziale przejrzane i przeanalizowane stan techniki w dziedzinie rozwoju liniowych silników elektrycznych bezpośredniego działania. Klasyfikacja liniowych silników elektrycznych bezpośredniego działania odbywa się zgodnie z zasadą działania, a także zgodnie z głównymi projektami. Rozważane są zagadnienia teorii rozwoju i projektowania silników liniowych z uwzględnieniem cech maszyny liniowej. Wykorzystanie metody elementów skończonych jako nowoczesnego narzędzia do projektowania złożonych instalacji elektrycznych

systemy mechaniczne. Postawiono cel pracy i sformułowano zadania badawcze.

W drugim rozdziale rozważono problematykę kształtowania metodologii projektowania bezdotykowych cylindrycznych silników liniowych prądu stałego, przedstawiono obliczenia elektromagnetyczne różnych realizacji konstrukcyjnych układów magnetycznych silnika liniowego, zawierające następne kroki: dobór podstawowych wymiarów, obliczenie mocy; obliczanie stałej maszynowej; wyznaczanie obciążeń termicznych i elektromagnetycznych; obliczanie danych uzwojenia; obliczanie elektromagnetycznej siły trakcyjnej; obliczenia układu magnetycznego, dobór wielkości magnesów trwałych. Dokonano szacunkowych obliczeń procesu wymiany ciepła liniowego silnika elektrycznego.

W trzecim rozdziale podane są wyrażenia uniwersalnego kryterium optymalizacji, które pozwala wykonać analiza porównawcza Silniki prądu stałego i przemiennego małej mocy, z uwzględnieniem wymagań dotyczących energii i prędkości. Sformułowano założenia metodyki modelowania cylindrycznego silnika liniowego prądu stałego metodą elementów skończonych, określono główne założenia, na których zbudowany jest aparat matematyczny do analizy modeli tego typu silników. Otrzymuje się dwuwymiarowe modele elementów skończonych cylindrycznego silnika liniowego dla różnych konstrukcji części ruchomej: z pseudopromieniowym namagnesowaniem magnesów segmentowych na pręcie oraz z namagnesowanymi osiowo magnesami-podkładkami.

W czwartym rozdziale przedstawiono praktyczne opracowanie próbek cylindrycznych liniowych silników synchronicznych, przedstawiono przykładową realizację układu jednostki sterującej cylindrycznego silnika liniowego. Podkreślono zasady sterowania określonym silnikiem elektrycznym. Wyniki badań eksperymentalnych cylindrycznego liniowego silnika synchronicznego o innej konstrukcji układu magnetycznego części ruchomej, w tym: badania modów termicznych silnika elektrycznego,

zależność siły pociągowej silnika elektrycznego od prądów i przemieszczeń. Dokonano porównania wyników modelowania metodą elementów skończonych z eksperymentem fizycznym, dokonano oceny uzyskanych parametrów silnika liniowego przy współczesnym poziomie technicznym.

W podsumowaniu przedstawiono główne wyniki przeprowadzonych badań teoretycznych i eksperymentalnych.

Analiza opracowanej konstrukcji cylindrycznego liniowego silnika elektrycznego

Liniowy napęd elektryczny ze sterowaniem wektorem stanu nakłada szereg specyficznych wymagań na konstrukcję i działanie CLSD. Energia przepływająca z sieci przez urządzenie sterujące trafia do uzwojenia twornika, co zapewnia prawidłową kolejność oddziaływania pola elektromagnetycznego uzwojenia z polem magnesów trwałych poruszającego się pręta zgodnie z odpowiednimi prawami przełączania. Jeśli na pręcie znajduje się magnes trwały o dużej koercji, wówczas reakcja twornika praktycznie nie zniekształca głównego strumienia magnetycznego. O jakości elektromechanicznej konwersji energii decyduje nie tylko racjonalnie dobrany układ magnetyczny, ale także stosunek parametrów energetycznych marki magnesu do obciążenia liniowego uzwojenia twornika stojana. Obliczenie pola elektromagnetycznego MES i poszukiwanie racjonalnego projektu maszyny elektrycznej metodą eksperymentu numerycznego, ukierunkowanego za pomocą otrzymanego kryterium optymalizacyjnego, pozwala na wykonanie tego przy minimalnych kosztach.

Biorąc pod uwagę współczesne wymagania dotyczące zasobów, zakresu regulacji i pozycjonowania, układ CLSD jest zbudowany zgodnie z klasyczną zasadą dynamicznego oddziaływania strumienia magnetycznego wzbudzenia poruszającego się pręta ze strumieniem magnetycznym uzwojenia twornika bezszczelinowego stojan.

Wstępna analiza techniczna opracowanego projektu pozwoliła na ustalenie:

Kwestia energii silnika zależy od liczby faz oraz obwodu przełączania uzwojeń twornika, przy czym istotną rolę odgrywa kształt wynikowego pola magnetycznego w szczelinie powietrznej oraz kształt napięcia doprowadzanego do faz uzwojenia;

Na ruchomym pręcie znajdują się magnesy trwałe ziem rzadkich o pseudopromieniowej strukturze namagnesowania, z których każdy składa się z sześciu segmentów połączonych w wydrążoną cylindryczną strukturę;

W opracowanej konstrukcji możliwe jest zapewnienie jedności technologicznej mechanizmu roboczego i pręta CLSD;

Podpory łożyskowe o zoptymalizowanych współczynnikach obciążenia zapewniają niezbędny margines jakości w zakresie poziomu gwarantowanego czasu pracy oraz zakresu regulacji prędkości posuwu tłoczyska;

Możliwość precyzyjnego montażu z minimalnymi tolerancjami i zapewnieniem niezbędnej selektywności współpracujących powierzchni części i zespołów pozwala wydłużyć żywotność;

Możliwość łączenia translacyjnych i obrotowych rodzajów ruchu w jednej geometrii silnika pozwala rozszerzyć jego funkcjonalność i rozszerzyć zakres.

Kotwica TsLSD to cylinder wykonany z miękkiej stali magnetycznej, to znaczy ma konstrukcję bez szczelin. Obwód magnetyczny jarzma twornika składa się z sześciu modułów - tulei, zachodzących na siebie i wykonanych ze stali 10 GOST 1050-74. Przepusty posiadają otwory na końcówki wyjściowe cewek dwufazowego uzwojenia twornika. Przepusty zmontowane w pakiecie tworzą zasadniczo jarzmo służące do przewodzenia głównego strumienia magnetycznego i uzyskania wymaganej wartości indukcji magnetycznej w całkowitej niemagnetycznej szczelinie roboczej. Bezszczelinowa konstrukcja twornika jest najbardziej obiecująca pod względem zapewnienia jednorodności dużych prędkości w zakresie minimalnych wartości liniowego zakresu regulacji prędkości, a także dokładności pozycjonowania ruchomego pręta (nie występują pulsacje siła trakcji elektromagnetycznej rzędu zębów w szczelinie niemagnetycznej). Cewki uzwojenia twornika mają kształt bębna, zwoje uzwojenia wykonane są z drutu o izolacji samospiekanej PFTLD lub emaliowanej PETV GOST 7262-54, impregnowanej masą termoutwardzalną na bazie żywicy epoksydowej, nawiniętej na ramę aluminiową z sztywny kształt i przeznaczony do temperatur do 200 C. Po uformowaniu i polimeryzacji masy impregnującej cewka jest sztywną jednostką monolityczną. Tarcze łożysk są montowane razem z modułami jarzma kotwicy. Obudowy osłon łożysk wykonane są ze stopu aluminium. Tuleje z brązu są montowane w obudowach tarcz łożyskowych.

Zgodnie z wynikami poszukiwań patentowych zidentyfikowano dwie konstruktywne implementacje układów magnetycznych, które różnią się głównie układem magnetycznym części ruchomej cylindrycznego silnika liniowego.

Ruchomy pręt podstawowej konstrukcji silnika elektrycznego zawiera magnesy trwałe ziem rzadkich N35, pomiędzy którymi są zainstalowane nieferromagnetyczne podkładki oddzielające, ma 9 biegunów (z których nie więcej niż 4 są pokryte w aktywnej długości maszyny). Konstrukcja maszyny zapewnia równoważenie pola magnetycznego z magnesów trwałych w celu zmniejszenia pierwotnego efektu krawędzi podłużnej. Magnesy o dużej koercji zapewniają wymagany poziom indukcji w szczelinie powietrznej. Magnesy trwałe są chronione tuleją nieferromagnetyczną, która spełnia funkcje prowadnicy i posiada pożądane właściwości powierzchni ślizgowej. Materiał tulei prowadzącej musi być nieferromagnetyczny, to znaczy tuleja nie może osłaniać pola magnetycznego modułów uzwojenia i magnesu, których sprzężenie strumienia musi być maksymalne. Jednocześnie rękaw musi mieć określony właściwości mechaniczne, gwarantujący wysoką żywotność i niski poziom mechanicznych strat tarcia w łożyskach liniowych. Jako materiał tulei proponuje się zastosowanie stali odpornej na korozję i żaroodporną.

Należy zauważyć, że wzrost właściwych parametrów energetycznych uzyskuje się zwykle poprzez zastosowanie magnesów trwałych o dużej energii magnetycznej, w szczególności ze stopów metali ziem rzadkich. Obecnie zdecydowana większość najlepszych produktów wykorzystuje magnesy neodymowo - żelazowo - borowe (Nd-Fe-B) z dodatkami takich materiałów jak dysproz, kobalt, niob, wanad, gal; itp. Dodatek tych materiałów prowadzi do poprawy stabilności magnesu z punktu widzenia temperatury. Te zmodyfikowane magnesy mogą być używane do +240C.

Ponieważ tuleje magnesów trwałych muszą być namagnesowane promieniowo, podczas ich wytwarzania pojawił się problem technologiczny wynikający z konieczności zapewnienia wymaganego strumienia magnesowania oraz małych wymiarów geometrycznych. Wielu twórców magnesów trwałych zauważyło, że ich przedsiębiorstwa nie produkują magnesów trwałych namagnesowanych promieniowo z materiałów ziem rzadkich. W rezultacie postanowiono opracować tuleję magnesu trwałego w postaci magnesu - zespołu sześciu krzywoliniowych pryzmatów - segmentów.

Opracowując, a następnie porównując wydajność energetyczną układów magnetycznych, ocenimy możliwości energetyczne, a także rozważymy zgodność osiągów silnika elektrycznego z aktualnym poziomem technicznym.

Schemat cylindrycznego liniowego silnika synchronicznego z wzdłużnie promieniowym układem magnetycznym pokazano na rysunku 1.8.

W wyniku porównania i analizy poziomu wskaźników energetycznych dwóch, opracowanych w toku badań, konstruktywnych implementacji układów magnetycznych uzyskanych w wyniku eksperymentu fizycznego, stwierdzono przydatność metod analitycznych, numerycznych do obliczania i projektowania typu rozważanego liniowego silnika elektrycznego zostanie potwierdzony w kolejnych rozdziałach.

Algorytm obliczeń elektromagnetycznych cylindrycznego liniowego silnika prądu stałego

Podstawą do obliczenia CLSD są następujące dane:

Wymiary;

Długość skoku ruchomej części (pręt)

Prędkość pręta synchronicznego Vs, m/s;

Krytyczna (maksymalna) wartość elektromagnetycznej siły pociągowej FT N;

Napięcie zasilania /, V;

Tryb pracy silnika (ciągły, PV);

Zakres temperatury środowisko AT,S;

Wersja silnika (zabezpieczona, zamknięta).

W maszynach elektrycznych indukcyjnych energia pola elektromagnetycznego jest skoncentrowana w szczelinie roboczej i strefie zęba (nie ma strefy zęba w CLDPT z gładkim twornikiem), więc dobór objętości szczeliny roboczej w syntezie maszyna elektryczna ma ogromne znaczenie.

Gęstość energii właściwej w szczelinie roboczej można określić jako stosunek mocy czynnej maszyny Рg do objętości szczeliny roboczej. Klasyczne metody obliczania maszyn elektrycznych opierają się na wyborze stałej maszynowej SA (stała Arnolda), która łączy główne wymiary konstrukcyjne z dopuszczalnymi obciążeniami elektromagnetycznymi (odpowiadają one maksymalnemu obciążeniu cieplnemu).

Aby zapewnić ślizg wędziska, na magnesy trwałe nakładana jest tuleja o grubości Ar. Wartość Ag zależy od czynników technologicznych i jest dobierana jako minimalna z możliwych.

Liniowa prędkość synchroniczna pręta CLDPT i równoważna prędkość synchroniczna są powiązane zależnością

Aby zapewnić wymaganą wartość siły pociągowej przy minimalnej wartości stałej czasowej i braku siły ustalającej (zmniejszenie jej do akceptowalnej wartości), preferowano konstrukcję bezzębną ze wzbudzeniem z magnesów trwałych opartą na wysokoenergetycznych materiały magnetycznie twarde (neodym - żelazo - bor). W tym przypadku silnik ma szczelinę roboczą wystarczającą do pomieszczenia uzwojenia.

Głównym zadaniem obliczeń układu magnetycznego jest wyznaczenie parametrów konstrukcyjnych optymalnych pod względem parametrów energetycznych, siły trakcyjnej i innych wskaźników zapewniających zadaną wartość strumienia magnetycznego w szczelinie roboczej. Na początkowym etapie projektowania najważniejsze jest znalezienie racjonalnej zależności między grubościami tylnej części magnesu i cewki.

Obliczenie układu magnetycznego z magnesami trwałymi wiąże się z wyznaczeniem krzywej rozmagnesowania oraz przewodnictwa magnetycznego poszczególnych odcinków. Magnesy trwałe są niejednorodne, wzór pola w szczelinie jest złożony ze względu na efekt wzdłużnej krawędzi i rozpraszanie strumieni. Powierzchnia magnesu nie jest ekwipotencjalna, poszczególne sekcje w zależności od położenia względem strefy neutralnej mają nierówne potencjały magnetyczne. Ta okoliczność utrudnia obliczenie przewodności magnetycznej rozproszenia i strumienia rozproszenia magnesu.

W celu uproszczenia obliczeń przyjmujemy założenie o jednoznaczności krzywej rozmagnesowania i zamieniamy rzeczywisty strumień rozproszenia, który zależy od rozkładu MMF wzdłuż wysokości magnesu, na obliczony, który przechodzi wzdłuż całej wysokości magnesu i całkowicie opuszcza powierzchnię bieguna.

Istnieje szereg graficzno-analitycznych metod obliczania obwodów magnetycznych z magnesami trwałymi, z których największe zastosowanie w praktyce inżynierskiej znalazła metoda współczynnika rozmagnesowania stosowana do obliczania magnesów bezpośrednich bez wzmocnienia; metoda ilorazowa stosowana do obliczania magnesów ze zworą, a także metoda analogii elektrycznych stosowana do obliczania rozgałęzionych obwodów magnetycznych z magnesami trwałymi.

Dokładność dalszych obliczeń w dużej mierze zależy od błędów związanych z określeniem stanu magnesów o użytecznej energii właściwej z opracowanym przez nich z.opt w niemagnetycznej szczelinie roboczej 8v. Ta ostatnia musi odpowiadać maksymalnemu iloczynowi indukcji pola wynikowego w szczelinie roboczej i energii właściwej magnesu.

Rozkład indukcji w szczelinie roboczej CLSD można najdokładniej określić w toku analizy metodą elementów skończonych określonego modelu obliczeniowego. Na początkowym etapie obliczeń, jeśli chodzi o wybór określonego zestawu wymiarów geometrycznych, danych uzwojenia i właściwości fizycznych materiałów, wskazane jest ustawienie średniej skutecznej wartości indukcji w szczelinie roboczej Bscp. Adekwatność zadania B3av w zalecanym przedziale będzie faktycznie determinować złożoność weryfikacyjnych obliczeń elektromagnetycznych maszyny metodą elementów skończonych.

Zastosowane magnesy twarde ziem rzadkich na bazie metali ziem rzadkich mają prawie przekaźnikową krzywą rozmagnesowania, dlatego w szerokim zakresie zmian natężenia pola magnetycznego wartość odpowiadającej im indukcji zmienia się stosunkowo mało.

Aby rozwiązać problem wyznaczania wysokości tylnej części magnesu hM w pierwszym etapie syntezy CLSD, zaproponowano następujące podejście.

Opis danych wejściowych do modelowania

W sercu obliczeń elektromagnetycznych metoda numeryczna leży model, który obejmuje geometrię maszyny, właściwości magnetyczne i elektryczne jej materiałów aktywnych, parametry reżimu i obciążenia robocze. Podczas obliczeń wyznaczane są indukcje i prądy w przekrojach modelu. Następnie wyznaczane są siły i momenty, a także wskaźniki energetyczne.

Budowa modelu obejmuje zdefiniowanie systemu podstawowych założeń, które ustalają idealizację właściwości właściwości fizycznych i geometrycznych konstrukcji oraz obciążeń, na podstawie których budowany jest model. Konstrukcja maszyny, wykonana z materiałów rzeczywistych, posiada szereg cech, w tym niedoskonałość kształtu, dyspersję i niejednorodność właściwości materiałów (odchylenie ich właściwości magnetycznych i elektrycznych od ustalonych wartości) itp.

Typowym przykładem idealizacji rzeczywistego materiału jest przypisanie mu właściwości jednorodności. W wielu konstrukcjach silników liniowych taka idealizacja jest niemożliwa, ponieważ prowadzi to do błędnych wyników obliczeń. Przykładem jest cylindryczny liniowy silnik synchroniczny z nieferromagnetyczną warstwą przewodzącą (tuleja), w którym właściwości elektryczne i magnetyczne zmieniają się gwałtownie podczas przekraczania granicy faz między materiałami.

Oprócz nasycenia, na charakterystykę wyjściową silnika duży wpływ mają efekty powierzchniowe i wzdłużne krawędzie. W takim przypadku jednym z głównych zadań jest ustawienie warunków początkowych na granicach aktywnych obszarów maszyny.

W ten sposób modelowi można nadać tylko część właściwości rzeczywistej konstrukcji, co upraszcza jego opis matematyczny. Złożoność obliczeń i dokładność ich wyników zależy od tego, jak dobrze dobrany jest model.

Aparat matematyczny do analizy modeli cylindrycznych liniowych silników synchronicznych oparty jest na równaniach pola elektromagnetycznego i jest zbudowany na następujących podstawowych założeniach:

1. Pole elektromagnetyczne jest quasi-stacjonarne, ponieważ prądy przesunięcia i opóźnienie propagacji fali elektromagnetycznej w obszarze pola są pomijalne.

2. W porównaniu z prądami przewodzenia w przewodnikach, prądy przewodzenia w dielektrykach i prądy konwekcyjne, które powstają, gdy ładunki poruszają się wraz z ośrodkiem, są pomijalne, a zatem te drugie można pominąć. Ponieważ prądy przewodzenia, prądy przesunięcia i prądy konwekcji w dielektryku wypełniającym szczelinę między stojanem a wirnikiem nie są uwzględniane, prędkość ruchu dielektryka (gazu lub cieczy) w szczelinie nie jest uwzględniana. wpływ na pole elektromagnetyczne.

3. Wielkość pola elektromagnetycznego indukcji elektromagnetycznej jest znacznie większa niż pole elektromagnetyczne Halla, Thompsona, kontaktu itp., A zatem to drugie można pominąć.

4. Rozważając pole w ośrodku nieferromagnetycznym, przyjmuje się, że względna przenikalność magnetyczna tego ośrodka wynosi jedność.

Kolejnym etapem obliczeń jest matematyczny opis zachowania się modelu, czyli budowa modelu matematycznego.

Obliczenia elektromagnetyczne MES składały się z następujących kroków:

1. Wybór typu analizy i utworzenie geometrii modelu dla MES.

2. Wybieranie typów elementów, wprowadzanie właściwości materiałów, nadawanie właściwości materiałów i elementów obszarom geometrycznym.

3. Podział obszarów modelu na siatkę elementów skończonych.

4. Zastosowanie do modelu warunków brzegowych i obciążeń.

5. Wybór typu analizy elektromagnetycznej, ustawienie opcji solwera i numeryczne rozwiązanie układu równań.

6. Wykorzystanie makr postprocesora do obliczania interesujących wartości całkowitych i analizowania wyników.

Etapy 1-4 odnoszą się do etapu preprocesorowego obliczeń, etap 5 - do etapu procesorowego, etap 6 - do etapu postprocesorowego.

Stworzenie modelu elementów skończonych jest pracochłonnym krokiem w obliczeniach MES, ponieważ związane z odtworzeniem jak najdokładniejszej geometrii obiektu i opisem właściwości fizycznych jego rejonów. Pewne trudności nastręcza również uzasadnione zastosowanie obciążeń i warunków brzegowych.

Numeryczne rozwiązanie układu równań odbywa się automatycznie i przy niezmiennych pozostałych parametrach jest określane przez zasoby sprzętowe zastosowanej technologii komputerowej. Analizę wyników nieco ułatwiają narzędzia wizualizacyjne dostępne w ramach wykorzystywanego oprogramowania (PS), jednak jest to jeden z najmniej sformalizowanych etapów, charakteryzujący się największą pracochłonnością.

Wyznaczono następujące parametry: zespolony potencjał wektorowy pola magnetycznego A, potencjał skalarny Ф, wielkość indukcji pola magnetycznego B oraz natężenie H. Analiza zmiennych w czasie pól została wykorzystana do znalezienia wpływu wirów prądy w systemie.

Rozwiązanie (7) dla przypadku prądu przemiennego ma postać potencjału zespolonego (charakteryzowanego amplitudą i kątem fazowym) dla każdego węzła modelu. Przenikalność magnetyczna i przewodność elektryczna materiału obszaru można określić jako stałą lub jako funkcję temperatury. Zastosowane PS umożliwiają zastosowanie odpowiednich makr na etapie postprocesora do obliczenia serii najważniejsze parametry: energia pola elektromagnetycznego, siły elektromagnetyczne, gęstość prądów wirowych, straty energii elektrycznej itp.

Należy podkreślić, że w toku modelowania elementów skończonych głównym zadaniem jest określenie struktury modeli: wybór elementów skończonych o określonych podstawowych funkcjach i stopniach swobody, opis właściwości fizycznych materiałów w różnych obszarach, przypisanie zastosowanych obciążeń, a także warunki początkowe na granicach.

Jak wynika z podstawowej koncepcji MES, wszystkie części modelu są podzielone na zbiory elementów skończonych połączonych ze sobą wierzchołkami (węzłami). Wykorzystywane są elementy skończone o dość prostej postaci, w których parametry pola wyznaczane są za pomocą odcinkowych wielomianowych funkcji aproksymujących.

Granice elementów skończonych w analizie dwuwymiarowej mogą być odcinkowo liniowe (elementy pierwszego rzędu) lub paraboliczne (elementy drugiego rzędu). Odcinkowe elementy liniowe mają proste boki i węzły tylko w rogach. Elementy paraboliczne mogą mieć węzeł pośredni wzdłuż każdego z boków. To dzięki temu boki elementu mogą być krzywoliniowe (paraboliczne). Przy równej liczbie elementów elementy paraboliczne zapewniają większą dokładność obliczeń, ponieważ dokładniej odtwarzają krzywoliniową geometrię modelu i mają dokładniejsze funkcje kształtu (funkcje przybliżające). Jednak obliczenia przy użyciu elementów skończonych wysokich rzędów wymagają dużych zasobów sprzętowych i więcej czasu komputera.

Istnieje duża liczba stosowanych rodzajów elementów skończonych, wśród których znajdują się elementy, które ze sobą konkurują, natomiast dla różne modele nie ma matematycznie uzasadnionej decyzji, jak efektywniej podzielić obszar.

Ponieważ do budowy i rozwiązywania rozpatrywanych modeli dyskretnych wykorzystywany jest komputer, ze względu na dużą ilość przetwarzanych informacji, ważny jest warunek wygody i prostoty obliczeń, który determinuje wybór dopuszczalnych odcinkowych funkcji wielomianowych. W tym przypadku kwestia dokładności, z jaką mogą przybliżyć pożądane rozwiązanie, nabiera pierwszorzędnego znaczenia.

W rozważanych problemach niewiadomymi są wartości wektorowego potencjału magnetycznego A w węzłach (wierzchołkach) elementów skończonych odpowiednich obszarów określonej konstrukcji maszyny, natomiast rozwiązania teoretyczne i numeryczne pokrywają się w części centralnej elementu skończonego, więc maksymalna dokładność obliczenia potencjałów magnetycznych i gęstości prądu będzie w środku elementu.

Budowa jednostki sterującej cylindrycznego silnika liniowego

Jednostka sterująca realizuje programowe algorytmy sterowania liniowego napędu elektrycznego. Funkcjonalnie jednostka sterująca jest podzielona na dwie części: informacyjną i zasilającą. Część informacyjna zawiera mikrokontroler z układami wejścia/wyjścia dla sygnałów dyskretnych i analogowych oraz układ wymiany danych z komputerem. Sekcja zasilająca zawiera układ do przetwarzania sygnałów PWM na napięcia uzwojeń fazowych.

Schemat obwodu elektrycznego jednostki sterującej silnika liniowego przedstawiono w Załączniku B.

Do zasilania części informacyjnej centrali służą następujące elementy:

Tworzenie zasilacza o ustabilizowanym napięciu +15 V (zasilanie mikroukładów DD5, DD6): kondensatory filtrujące СІ, С2, stabilizator + 15 V, dioda ochronna VD1;

Tworzenie zasilacza o stabilizowanym napięciu +5 V (zasilanie mikroukładów DD1, DD2, DD3, DD4): rezystor R1 w celu zmniejszenia obciążeń termicznych stabilizatora, kondensatory filtrujące C3, C5, C6, regulowany dzielnik napięcia na rezystorach R2, R3, kondensator wygładzający C4, stabilizator regulowany +5 V.

Złącze XP1 służy do podłączenia czujnika położenia. Programowanie mikrokontrolera odbywa się poprzez złącze XP2. Rezystor R29 i tranzystor VT9 automatycznie generują logiczny sygnał „1” w obwodzie resetowania w trybie sterowania i nie uczestniczą w działaniu jednostki sterującej w trybie programowania.

Złącze HRZ, układ DD1, kondensatory C39, C40, C41, C42 przesyłają dane między komputerem osobistym a jednostką sterującą w obu kierunkach.

Do wytworzenia napięciowego sprzężenia zwrotnego dla każdego obwodu mostkowego wykorzystywane są następujące elementy: dzielniki napięcia R19-R20, R45-R46, wzmacniacz DD3, filtrujące obwody RC R27, R28, C23, C24.

Układy logiczne zrealizowane z wykorzystaniem układu DD4 umożliwiają realizację bipolarnego, symetrycznego przełączania jednej fazy silnika jednym sygnałem PWM dostarczanym bezpośrednio z pinu mikrokontrolera.

Aby wdrożyć niezbędne prawa sterowania dla dwufazowego liniowego silnika elektrycznego, stosuje się oddzielne generowanie prądów w każdym uzwojeniu stojana (część stała) za pomocą dwóch obwodów mostkowych, zapewniając prąd wyjściowy do 20 A w każdej fazie przy napięciu zasilania od 20 V do 45 V. Zastosowano przełączniki zasilania MOSFET VT1-VT8 IRF540N firmy International Rectifier (USA), mające dość niską rezystancję dren-źródło RCH = 44 mOhm, akceptowalną cenę i obecność krajowego analogu 2P769 firmy VZPP ( Rosja), wyprodukowane z akceptacją OTK i VP.

Szczególne wymagania dotyczące parametrów sygnału sterującego MOSFET: wymagane jest stosunkowo duże napięcie bramka-źródło pełne włączenie MOSFET, aby zapewnić szybkie przełączanie, konieczna jest zmiana napięcia bramki na bardzo krótki czas (ułamki mikrosekund), znaczne prądy ładowania pojemności wejściowych MOSFET-u, możliwość ich uszkodzenia przy obniżeniu napięcia sterującego w tryb „on” z reguły dyktuje konieczność stosowania dodatkowych elementów kondycjonujących wejściowe sygnały sterujące.

Aby szybko naładować pojemności wejściowe tranzystorów MOSFET, impulsowy prąd sterujący powinien wynosić około 1 A dla małych urządzeń i do 7 A dla tranzystorów dużej mocy. Koordynacja wyjść niskoprądowych mikroukładów ogólnego przeznaczenia (sterowników, logiki TTL lub CMOS itp.) Z bramką o dużej pojemności odbywa się za pomocą specjalnych wzmacniaczy impulsów (sterowników).

Przegląd sterowników pozwolił zidentyfikować dwa sterowniki Si9978DW firmy Vishay Siliconix (USA) oraz IR2130 firmy International Rectifier (USA), które najlepiej nadają się do sterowania mostkiem tranzystorowym MOS.

Sterowniki te posiadają wbudowane zabezpieczenie podnapięciowe dla tranzystorów, zapewniając jednocześnie wymagane napięcie zasilania na bramkach tranzystorów MOSFET, są kompatybilne z logiką 5V CMOS i TTL, zapewniają bardzo duże prędkości przełączania, niska moc rozpraszania i może działać w trybie ładowania początkowego (przy częstotliwościach od kilkudziesięciu Hz do setek kHz), tj. nie wymagają dodatkowych obciążonych zasilaczy, co pozwala uzyskać obwód o minimalnej liczbie elementów.

Ponadto sterowniki te mają wbudowany komparator do realizacji obwodu zabezpieczenia nadprądowego oraz wbudowany obwód tłumienia prądu skrośnego w zewnętrznych tranzystorach MOSFET.

Jako sterowniki jednostki sterującej zastosowano mikroukłady IR2130 firmy International Rectifier DD5, DD6, ponieważ przy pozostałych warunkach warunki techniczne są bardziej rozpowszechnione na rosyjskim rynku komponentów elektronicznych i istnieje możliwość ich zakupu detalicznego.

Czujnik prądu obwodu mostkowego realizowany jest za pomocą rezystorów R11, R12, R37, R38, dobranych tak, aby realizować ograniczenie prądu na poziomie 10 A.

Za pomocą wbudowanego w sterownik wzmacniacza prądowego rezystory R7, R8, SW, R34 filtrujące obwody RC R6, C18-C20, R30, C25-C27, Informacja zwrotna na prądy fazowe silnika elektrycznego. Układ prototypowego panelu jednostki sterującej napędu elektrycznego liniowego bezpośredniego działania przedstawiono na rysunku 4.8.

W celu realizacji algorytmów sterowania i szybkiego przetwarzania przychodzących informacji jako mikrokontroler DD2 zastosowano cyfrowy mikrokontroler AVR ATmega 32 z rodziny Mega firmy At-mel. Mikrokontrolery z rodziny Mega to mikrokontrolery 8-bitowe. Są one produkowane przy użyciu technologii CMOS o niskim poborze mocy, która w połączeniu z zaawansowaną architekturą RISC zapewnia najlepszy stosunek wydajności do mocy.