CLD. Sistem de control al conducerii pentru mașinile EDM Mitsubishi Electric. Motor cilindric liniar cu inducție în acționarea întreruptoarelor de înaltă tensiune Algoritmi de control pentru un motor liniar cilindric

[email protected]

Yuri Skoromets

În motoare cunoscute nouă combustie interna legătura inițială - pistoane, reciproc. Apoi această mișcare, cu ajutorul mecanismului manivelă, este transformată în rotație. În unele dispozitive, prima și ultima legătură fac același tip de mișcare.

De exemplu, într-un motor-generator, nu este nevoie să convertim mai întâi mișcarea alternativă în mișcare de rotație și apoi, în generator, să extragem componenta rectilinie din această mișcare de rotație, adică să facem două transformări opuse.

Dezvoltarea modernă a tehnologiei de conversie electronică face posibilă adaptarea tensiunii de ieșire a unui generator electric liniar pentru consumator, ceea ce face posibilă crearea unui dispozitiv în care o parte a unui circuit electric închis nu se rotește într-un câmp magnetic, dar reciproc cu biela unui motor cu ardere internă. Diagramele care explică principiul de funcționare a unui generator tradițional și liniar sunt prezentate în Fig. 1.

Orez. 1. Schema unui generator electric liniar și convențional.

Un generator convențional folosește un cadru de sârmă care se rotește într-un câmp magnetic și este antrenat de un dispozitiv de propulsie extern pentru a genera tensiune. În generatorul propus, cadrul de sârmă se mișcă liniar într-un câmp magnetic. Această diferență mică și fără principii face posibilă simplificarea și reducerea semnificativă a costului unității de propulsie dacă este utilizat un motor cu ardere internă.

De asemenea, într-un compresor cu piston acţionat de motor cu piston, legăturile de intrare și de ieșire sunt alternative, Fig. 2.

Orez. 2. Diagrama unui compresor liniar și convențional.

Avantajele motorului liniar

1. Dimensiuni și greutate reduse, datorită absenței unui mecanism de manivelă.
   
2. MTBF ridicat datorită absenței unui mecanism de manivelă și datorită prezenței doar sarcinilor longitudinale.
   
3. Pret mic, din cauza lipsei unui mecanism de manivela.
   
4. Fabricabilitatea - pentru fabricarea pieselor sunt necesare numai operațiuni care nu necesită forță de muncă, strunjire și frezare.
   

Capacitatea de a trece la un alt tip de combustibil fără a opri motorul.


Controlul aprinderii prin presiune în timpul comprimării amestecului de lucru.


Într-un motor convențional, trebuie îndeplinite două condiții pentru a furniza tensiune electrică (curent) bujiei:


Prima condiție este determinată de cinematica mecanismului manivelei - pistonul trebuie să fie în punctul mort superior (ignorând momentul aprinderii);


A doua condiție este determinată de ciclul termodinamic - presiunea din camera de ardere, înainte de ciclul de funcționare, trebuie să corespundă combustibilului utilizat.


Este foarte greu să îndeplinești două condiții în același timp. Când aerul sau amestecul de lucru este comprimat, gazul comprimat se scurge în camera de ardere prin segmentele pistonului, etc. Cu cât apare mai lentă compresia (cu cât arborele motorului se rotește mai încet), cu atât scurgerea este mai mare. În acest caz, presiunea din camera de ardere, înainte de ciclul de funcționare, devine mai mică decât cea optimă și ciclul de funcționare are loc în condiții neoptimale. Eficiența motorului scade. Adică, este posibil să se asigure o eficiență ridicată a motorului numai într-un interval restrâns de viteze de rotație a arborelui de ieșire.


Prin urmare, de exemplu, randamentul motorului pe bancă este de aproximativ 40%, iar în condiții reale, pe o mașină, cu diferite moduri de deplasare, această valoare scade la 10 ... 12%.


Într-un motor liniar nu există mecanism de manivelă, deci nu trebuie îndeplinită prima condiție, nu contează unde se află pistonul înainte de ciclul de lucru, contează doar presiunea gazului din camera de ardere înainte de ciclul de lucru. Prin urmare, dacă alimentarea bujiei cu tensiune electrică (curent) este controlată nu de poziția pistonului, ci de presiunea din camera de ardere, atunci ciclul de lucru (aprindere) va începe întotdeauna la presiunea optimă, indiferent a frecvenței de funcționare a motorului, Fig. 3.





Orez. 3. Controlul aprinderii folosind presiunea din cilindru, în ciclul de „compresie”.


Astfel, în orice mod de operare motor liniar, vom avea aria maximă a buclei ciclului termodinamic Carnot, respectiv, o eficiență ridicată la diferite condiții de funcționare a motorului.


Controlul aprinderii folosind presiunea din camera de ardere face, de asemenea, posibilă trecerea „fără durere” la alte tipuri de combustibil. De exemplu, la trecerea de la un tip de combustibil cu octan mare la unul cu octan scăzut, într-un motor liniar, este necesar doar să dați o comandă sistemului de aprindere, astfel încât tensiunea electrică (curent) să fie furnizată scânteii. dopul la o presiune mai mică. Într-un motor convențional, acest lucru ar necesita modificarea dimensiunilor geometrice ale pistonului sau cilindrului.


Pentru a implementa controlul aprinderii prin presiune în cilindru, puteți utiliza


metoda de măsurare a presiunii piezoelectrice sau capacitive.


Senzorul de presiune este realizat sub forma unei șaibe, care este plasată sub piulița știftului de montare a chiulasei, Fig. 3. Forța presiunii gazului din camera de compresie acționează asupra senzorului de presiune, care se află sub piulița de fixare a chiulasei. Iar informațiile despre presiunea din camera de compresie sunt transmise unității de control al sincronizarii aprinderii. Când presiunea din cameră corespunde presiunii de aprindere a combustibilului dat, sistemul de aprindere furnizează o tensiune electrică (curent) bujiei. Cu o creștere bruscă a presiunii, care corespunde începutului ciclului de funcționare, sistemul de aprindere elimină tensiunea electrică (curent) din bujie. Dacă nu există o creștere a presiunii după un timp specificat, care corespunde absenței începerii ciclului de lucru, sistemul de aprindere dă un semnal de control pentru pornirea motorului. De asemenea, semnalul de ieșire al senzorului de presiune cilindrului este utilizat pentru a determina frecvența de funcționare a motorului și diagnosticarea acestuia (determinarea compresiei etc.).


Forța de compresiune este direct proporțională cu presiunea din camera de ardere. După ce presiunea din fiecare dintre cilindrii opuși devine nu mai mică decât cea specificată (în funcție de tipul de combustibil utilizat), sistemul de control emite o comandă de aprindere a amestecului combustibil. Dacă este necesară trecerea la un alt tip de combustibil, valoarea presiunii setate (de referință) se modifică.


De asemenea, reglarea timpului de aprindere a amestecului combustibil poate fi efectuată în mod automat ca într-un motor convențional. Un microfon este amplasat pe cilindru - un senzor de detonare. Microfonul transformă vibrațiile sonore mecanice ale corpului cilindrului într-un semnal electric. Un filtru digital, din acest set al sumei sinusoidelor tensiunii electrice, extrage armonica (sinusoida) corespunzatoare modului de detonare. Atunci când la ieșirea filtrului apare un semnal corespunzător apariției ciocănirii în motor, sistemul de control reduce valoarea semnalului de referință, care corespunde presiunii de aprindere a amestecului combustibil. In lipsa unui semnal corespunzator detonarii, sistemul de comanda, dupa un timp, creste valoarea semnalului de referinta, care corespunde presiunii de aprindere a amestecului combustibil, pana la aparitia frecventelor premergatoare detonarii. Din nou, când apar frecvențe de pre-detonare, sistemul scade semnalul de referință, care corespunde unei scăderi a presiunii de aprindere, la aprinderea fără detonație. Astfel, sistemul de aprindere se adaptează tipului de combustibil folosit.


Principiul de funcționare a unui motor liniar.


Principiul de funcționare al unui motor liniar, ca un motor convențional cu ardere internă, se bazează pe efectul de dilatare termică a gazelor care are loc în timpul arderii amestecului combustibil-aer și asigură mișcarea pistonului în cilindru. Biela transferă mișcarea alternativă liniară a pistonului către un generator electric liniar sau un compresor cu piston.


Generator liniar, fig. 4, este format din două perechi de pistoane care funcționează în antifază, ceea ce face posibilă echilibrarea motorului. Fiecare pereche de pistoane este conectată printr-o biela. Biela este suspendată pe rulmenți liniari și poate oscila liber, împreună cu pistoanele, în carcasa generatorului. Pistoanele sunt plasate în cilindrii unui motor cu ardere internă. Cilindrii sunt purjați prin porturile de purjare, sub influența unei ușoare suprapresiuni create în camera de pre-lansare. Partea mobilă a circuitului magnetic al generatorului este situată pe biela. Înfășurarea câmpului creează un flux magnetic necesar pentru a genera un curent electric. Odată cu mișcarea alternativă a bielei și odată cu aceasta o parte a circuitului magnetic, liniile de inducție magnetică create de înfășurarea de excitație traversează înfășurarea de putere staționară a generatorului, inducând o tensiune electrică și un curent în el (cu un electric închis). circuit).





Orez. 4. Generator liniar de gaz.


Compresor liniar fig. 5, este format din două perechi de pistoane care funcționează în antifază, ceea ce face posibilă echilibrarea motorului. Fiecare pereche de pistoane este conectată printr-o biela. Biela este suspendată pe rulmenți liniari și poate oscila liber cu pistoanele din carcasă. Pistoanele sunt plasate în cilindrii unui motor cu ardere internă. Cilindrii sunt purjați prin porturile de purjare, sub influența unei ușoare suprapresiuni create în camera de pre-lansare. Odată cu mișcarea alternativă a bielei și odată cu ea pistoanele compresorului, aerul sub presiune este furnizat receptorului compresorului.




Orez. 5. Compresor liniar.


Ciclul de lucru în motor se realizează în doi timpi.


5. Ciclul de compresie. Pistonul se deplasează de la punctul mort inferior al pistonului la punctul mort superior al pistonului, suprapunând mai întâi orificiile de purjare. După ce pistonul închide orificiile de purjare, combustibilul este injectat și amestecul de ardere este comprimat în cilindru.În camera de pre-lansare se creează un vid sub piston, sub acțiunea căruia aer intră în camera de pre-lansare prin supapă de deschidere.
   

   2. Cursa cursei de lucru. Când pistonul este poziționat în apropierea centrului mort superior, amestecul de lucru comprimat este aprins de o scânteie electrică de la o lumânare, în urma căreia temperatura și presiunea gazelor cresc brusc. Sub acțiunea expansiunii termice a gazelor, pistonul se deplasează spre punctul mort inferior, în timp ce gazele care se expansează fac o muncă utilă. În același timp, pistonul creează o presiune ridicată în camera de pre-pornire. Presiunea închide supapa, împiedicând astfel aerul să intre în galeria de admisie.
   

   Sistem de ventilatie
   

   În timpul cursei de lucru în cilindru, Fig. 6 cursa de lucru, pistonul, sub actiunea presiunii din camera de ardere, se deplaseaza in directia indicata de sageata. Sub influența presiunii în exces în camera de pre-pornire, supapa este închisă, iar aici aerul este comprimat pentru a ventila cilindrul. Când pistonul (inelele de compresie) ajunge la orificiile de purjare, Fig. 6 ventilație, presiunea din camera de ardere scade brusc, iar apoi pistonul cu biela se mișcă prin inerție, adică masa părții mobile a generatorului joacă rolul unui volant într-un motor convențional. În acest caz, ferestrele de purjare sunt complet deschise, iar aerul comprimat în camera de pre-admisie, sub influența diferenței de presiune (presiunea în camera de pre-lansare și presiunea atmosferică), purjează cilindrul. În plus, cu un ciclu de lucru în cilindrul opus, se efectuează un ciclu de compresie.
   

   Când pistonul se mișcă în modul compresie-compresie, Fig. 6 compresie, orificiile de purjare sunt închise de piston, combustibil lichid este injectat, în acest moment aerul din camera de ardere este sub o ușoară presiune în exces la începutul ciclului de compresie. Cu o comprimare suplimentară, de îndată ce presiunea amestecului combustibil comprimat devine egală cu presiunea de referință (setată pentru tipul de combustibil dat), electrozii bujiilor se va aplica o tensiune electrică, amestecul se va aprinde, ciclul de lucru. va începe și procesul se va repeta. În acest caz, motorul cu ardere internă este format din doar doi cilindri și pistoane coaxiali și poziționați opus, conectați mecanic unul cu celălalt.
   

   
   

   Orez. 6. Sistemul de ventilație al motorului liniar.
   

   Pompă de combustibil
   

   Acționarea pompei de combustibil a unui generator electric liniar este o suprafață cu came cuprinsă între rola pistonului pompei și rola carcasei pompei, Fig. 7. Suprafața camei se mișcă cu biela motorului cu ardere internă și se deplasează separat pistonul și rolele pompei la fiecare cursă, în timp ce pistonul pompei se mișcă în raport cu cilindrul pompei și o porțiune de combustibil este împinsă către duza de injecție. la începutul ciclului de compresie. Dacă este necesară modificarea cantității de combustibil ejectat într-o singură cursă, suprafața camei este rotită în raport cu axa longitudinală. Când suprafața camei se rotește în jurul axei longitudinale, rolele pistonului pompei și rolele carcasei pompei se vor depărta sau se vor deplasa (în funcție de direcția de rotație) prin distanta diferita, cursa pistonului pompei de combustibil se va modifica și cantitatea de combustibil evacuată se va modifica. Rotirea camei alternative în jurul axei sale se realizează folosind un arbore staționar, care se cuplează cu came printr-un rulment liniar. Astfel, cama se mișcă înainte și înapoi în timp ce arborele rămâne staționar. Când arborele este rotit în jurul axei sale, suprafața camei este rotită în jurul axei sale și cursa pompei de combustibil se modifică. Schimbarea porțiunii de injecție de combustibil este pusă în mișcare motor pas cu pas sau manual.
   

   
   

   Orez. 7. Pompa de combustibil a unui generator electric liniar.
   

   Acționarea pompei de combustibil a unui compresor liniar este, de asemenea, o suprafață cu came prinsă între planul pistonului pompei și planul carcasei pompei, Fig. 8. Suprafața camei face o mișcare alternativă împreună cu arborele angrenajului de sincronizare al motorului cu ardere internă și se depărtează de planurile pistonului și ale pompei la fiecare cursă, în timp ce pistonul pompei se mișcă în raport cu cilindrul pompei și o porțiune de combustibil este împins la duza de injecție de combustibil, la începutul ciclului de compresie... Când compresorul liniar funcționează, nu este nevoie să schimbați cantitatea de combustibil evacuată. Funcționarea unui compresor liniar este concepută numai împreună cu un receptor - un dispozitiv de stocare a energiei care poate netezi vârfurile capacitate maximă... Prin urmare, este recomandabil să puneți motorul compresorului liniar în doar două moduri: modul și modul optim de sarcină miscare inactiv... Comutarea între aceste două moduri se face cu electrovalve, sistem de control.
   

   
   

   Orez. 8. Pompă de combustibil pentru compresor liniar.
   

   Sistem de pornire
   

   Sistemul de pornire al unui motor liniar se realizează, ca în cazul unui motor convențional, cu ajutorul unui antrenament electric și al unui dispozitiv de stocare a energiei. Un motor convențional este pornit folosind un demaror (acționare electrică) și un volant (de stocare a energiei). Motorul liniar este pornit folosind un compresor electric liniar și un receptor de pornire, fig. nouă.
   

   
   

   Orez. 9. Sistem de pornire.
   

   La pornire, pistonul compresorului de pornire, atunci când este alimentat, se mișcă progresiv datorită câmpului electromagnetic al înfășurării, iar apoi revine la starea inițială printr-un arc. După pomparea receptorului la 8 ... 12 atmosfere, puterea este îndepărtată de la bornele compresorului de pornire și motorul este gata de pornire. Pornirea are loc prin alimentarea cu aer comprimat în camerele de admisie ale motorului liniar. Alimentarea cu aer se realizează prin intermediul unor supape solenoide, a căror funcționare este controlată de sistemul de control.
   

   Deoarece sistemul de control nu are informații despre poziția bielelor motorului înainte de pornire, atunci prin furnizarea de presiune mare a aerului camerelor de prepornire, de exemplu, cilindrii exteriori, pistoanele sunt garantate să se deplaseze la starea lor inițială înainte de a porni motor.
   

   Apoi, presiunea mare a aerului este furnizată în camerele de prepornire ale cilindrilor din mijloc, astfel, cilindrii sunt ventilați înainte de pornire.
   

   După aceea, presiunea ridicată a aerului este furnizată din nou în camerele de prepornire ale cilindrilor exteriori pentru a porni motorul. Imediat ce începe ciclul de funcționare (senzorul de presiune indică o presiune ridicată în camera de ardere corespunzătoare ciclului de funcționare), sistemul de control, folosind electrovalvele, oprește alimentarea cu aer din recipientul de pornire.
   

   Sistem de sincronizare
   

   Sincronizarea motorului bielei se realizează folosind un angrenaj de sincronizare și o pereche de cremaliere, Fig. 10, atașat la partea mobilă a circuitului magnetic a pistoanelor generatorului sau compresorului.Angrenajul dințat este și antrenarea pompei de ulei, cu ajutorul căreia se ung forțat unitățile pieselor de frecare ale motorului liniar.
   

   
   

   Orez. 10. Sincronizarea tijelor generatorului.
   

   Reducerea masei circuitului magnetic și a circuitului de pornire a înfășurărilor generatorului.
   

   Generatorul generatorului liniar de benzină este o mașină electrică sincronă. Într-un generator convențional, rotorul se rotește, iar masa părții mobile a circuitului magnetic nu este critică. Într-un generator liniar, partea în mișcare a circuitului magnetic se deplasează împreună cu biela motorului cu ardere internă, iar masa mare a părții în mișcare a circuitului magnetic face imposibilă funcționarea generatorului. Este necesar să se găsească o modalitate de a reduce masa părții mobile a circuitului magnetic al generatorului.
   

   
   

   Orez. 11. Generator.
   

   Pentru a reduce masa părții în mișcare a circuitului magnetic, este necesar să se reducă dimensiunile geometrice ale acesteia, respectiv volumul și masa vor scădea, Fig. 11. Dar atunci fluxul magnetic traversează în schimb doar înfășurarea într-o pereche de ferestre. de cinci, este echivalent că fluxul magnetic traversează conductorul de cinci ori mai scurt, respectiv , iar tensiunea de ieșire (puterea) va scădea de 5 ori.
   

   Pentru a compensa scăderea tensiunii generatorului, este necesar să adăugați numărul de spire într-o fereastră, astfel încât lungimea conductorului înfășurării de putere să devină aceeași ca în versiunea originală a generatorului, Fig. 11.
   

   Dar pentru ca un număr mai mare de ture să se afle într-o fereastră cu dimensiuni geometrice neschimbate, este necesar să se reducă sectiune transversala conductor.
   

   Cu o sarcină și o tensiune de ieșire constante, sarcina termică pentru un astfel de conductor, în acest caz, va crește și va deveni mai optimă (curentul rămâne același, dar secțiunea transversală a conductorului a scăzut de aproape 5 ori). Acesta ar fi cazul dacă înfășurările ferestrelor sunt conectate în serie, adică atunci când curentul de sarcină trece prin toate înfășurările în același timp, ca într-un generator convențional.înfășurarea într-o perioadă atât de scurtă de timp nu va au timp să se supraîncălzi, deoarece procesele termice sunt inerțiale. Adică, este necesar să se conecteze alternativ la sarcină doar acea parte a înfășurării generatorului (o pereche de poli), care este străbătută de fluxul magnetic, în restul timpului ar trebui să se răcească. Astfel, sarcina este întotdeauna conectată în serie cu o singură înfășurare a generatorului.
   

   În acest caz, valoarea efectivă a curentului care circulă prin înfășurarea generatorului nu va depăși valoarea optimă din punctul de vedere al încălzirii conductorului. Astfel, este posibil să se reducă semnificativ, de peste 10 ori, masa nu numai a părții mobile a circuitului magnetic al generatorului, ci și a masei părții staționare a circuitului magnetic.
   

   Comutarea înfășurărilor se realizează folosind chei electronice.
   

   Dispozitivele semiconductoare - tiristoarele (triacurile) sunt folosite ca chei pentru conectarea alternativă a înfășurărilor generatorului la sarcină.
   

   Generatorul liniar este un generator convențional desfășurat, fig. unsprezece.
   

   De exemplu, la o frecvență corespunzătoare la 3000 de cicluri/min și o cursă a bielei de 6 cm, fiecare înfășurare se va încălzi timp de 0,00083 secunde, cu un curent de 12 ori mai mare decât cel nominal, în restul timpului - aproape 0,01 secunde , această înfășurare va fi răcită. Odată cu scăderea frecvenței de funcționare, timpul de încălzire va crește, dar, în consecință, curentul care trece prin înfășurare și prin sarcină va scădea.
   

   Un triac este un comutator (poate închide sau deschide un circuit electric). Închiderea și deschiderea au loc automat. În timpul funcționării, de îndată ce fluxul magnetic începe să traverseze spirele înfășurării, atunci apare o tensiune electrică indusă la capetele înfășurării, ceea ce duce la închiderea circuitului electric (deschiderea triacului). Apoi, când fluxul magnetic traversează spirele următoarei înfășurări, atunci căderea de tensiune pe electrozii triac duce la deschiderea circuitului electric. Astfel, în fiecare moment de timp, sarcina este pornită tot timpul, în serie, cu o singură înfășurare a generatorului.
   

   În fig. 12 prezintă un desen de ansamblu al unui generator fără înfăşurare de câmp.
   

   Majoritatea pieselor motoarelor liniare sunt formate dintr-o suprafață de revoluție, adică au formă cilindrică. Acest lucru face posibilă fabricarea lor folosind cele mai ieftine și mai automate operațiuni de strunjire.
   

   
   

   Orez. 12. Desen de montaj al generatorului.
   

   Model matematic motor liniar
   

   Modelul matematic al unui generator liniar este construit pe baza legii conservării energiei și a legilor lui Newton: în fiecare moment de timp, la t 0 și t 1, trebuie asigurată egalitatea forțelor care acționează asupra pistonului. După o scurtă perioadă de timp, sub acțiunea forței rezultate, pistonul se va deplasa pe o anumită distanță. În această scurtă secțiune, presupunem că pistonul se mișca uniform. Valoarea tuturor forțelor se va modifica conform legilor fizicii și sunt calculate folosind formulele binecunoscute
   

   Toate datele sunt introduse automat într-un tabel, de exemplu, în Excel. După aceea, valorile t 0 t 1 sunt atribuite și ciclul se repetă. Adică efectuăm o operație logaritmică.
   

   Modelul matematic este un tabel, de exemplu, în Excel și un desen de ansamblu (schiță) al generatorului. Schița nu conține dimensiuni liniare, ci coordonatele celulelor tabelului în Excel. Dimensiunile liniare presupuse corespunzătoare sunt introduse în tabel, iar programul calculează și construiește un grafic al mișcării pistonului într-un generator virtual. Adică, înlocuind dimensiunile: diametrul pistonului, volumul camerei de pre-admisie, cursa pistoanelor la orificiile de purjare etc., vom obține grafice ale dependenței distanței parcurse, vitezei și accelerarea la timp a mișcării pistonului. Acest lucru face posibilă calcularea virtuală a sute de opțiuni și alegerea celei mai optime.
   

   Forma firelor de înfășurare ale generatorului.
   

   Stratul de fire al unei ferestre a unui generator liniar, spre deosebire de un generator convențional, se află într-un plan răsucit în spirală, astfel încât este mai ușor să înfășurați înfășurarea cu fire nu cu o secțiune transversală circulară, ci cu una dreptunghiulară, care este, înfășurarea este o placă de cupru răsucită în spirală. Acest lucru face posibilă creșterea factorului de umplere al ferestrei, precum și creșterea semnificativă a rezistenței mecanice a înfășurărilor. Trebuie avut în vedere faptul că viteza bielei și, prin urmare, partea în mișcare a circuitului magnetic nu este aceeași. Aceasta înseamnă că liniile de inducție magnetică traversează înfășurările diferitelor ferestre la viteze diferite. Pentru utilizare deplină firele de înfășurare, numărul de spire ale fiecărei ferestre, trebuie să corespundă cu viteza fluxului magnetic din apropierea acestei ferestre (viteza bielei). Numărul de spire ale înfășurărilor fiecărei ferestre este selectat ținând cont de dependența vitezei bielei de distanța parcursă de biela.
   

   De asemenea, pentru o tensiune mai uniformă a curentului generat, puteți înfășura înfășurarea fiecărei ferestre cu o placă de cupru de diferite grosimi. În zona în care viteza bielei nu este mare, înfășurarea se efectuează cu o placă mai subțire. Un număr mai mare de spire de înfășurare se va potrivi în fereastră și, la o viteză mai mică a bielei în această secțiune, generatorul va produce o tensiune proporțională cu tensiunea curentă în secțiuni mai „de mare viteză”, deși curentul generat va fi mult. inferior.
   

   Aplicarea unui generator electric liniar.
   

   Principala aplicație a generatorului descris este o sursă de alimentare neîntreruptibilă la întreprinderile mici, care permite echipamentului conectat să funcționeze pentru o perioadă lungă de timp în cazul unei căderi de tensiune de rețea sau când parametrii săi depășesc limitele admise.
   

   Generatoarele electrice pot fi folosite pentru a furniza energie electrică pentru echipamentele electrice industriale și de uz casnic, în locurile în care nu există rețele electrice, precum și unitate de putere pentru vehicul(mașină hibridă), în calitate generator mobil energie electrica.
   

   De exemplu, un generator de energie electrică sub formă de diplomat (valiză, geantă). Utilizatorul duce cu el în locuri în care nu există rețele electrice (șantier, camping, casă de țară etc.) dispozitive. Aceasta este o sursă comună de energie electrică, doar mult mai ieftină și mai ușoară decât analogii.
   

   Utilizarea motoarelor liniare face posibilă crearea unei mașini ușoare, ieftine, ușor de operat și controlat.
   

   Vehicul generator liniar
   

   Un vehicul cu un generator electric liniar este mașină ușoară cu două locuri (250 kg), fig. 13.
   

   
   

   Fig. 13. O mașină cu un generator liniar pe benzină.
   

   Când conduceți, nu trebuie să schimbați viteza (două pedale). Datorită faptului că generatorul poate dezvolta putere maximă, chiar și atunci când „pornește” dintr-un loc (spre deosebire de o mașină convențională), caracteristicile de accelerație, chiar și cu puteri reduse ale motorului de tracțiune, au performanțe mai bune decât caracteristicile similare ale mașinilor convenționale. Efect de servodirecție și Sisteme ABS se realizează programatic, deoarece tot „hardware-ul” necesar este deja acolo (tracțiunea către fiecare roată vă permite să controlați cuplul sau momentul de frânare al roții, de exemplu, când întoarceți volanul, cuplul este redistribuit între partea dreaptă și roțile de control din stânga, iar roțile se rotesc singure, șoferul le permite doar să se întoarcă, adică control fără efort). Dispunerea blocului permite asamblarea mașinii la cererea clientului (puteți înlocui cu ușurință generatorul cu unul mai puternic în câteva minute).
   

   aceasta mașină obișnuită doar mult mai ieftin și mai ușor decât analogii.
   

   Caracteristici - ușurință de control, cost redus, setare rapidă a vitezei, putere de până la 12 kW, tracțiune integrală (vehicul off-road).
   

   Un vehicul cu generatorul propus, datorita formei specifice a generatorului, are un centru de greutate foarte scazut, prin urmare va avea o stabilitate ridicata la conducere.
   

   De asemenea, un astfel de vehicul va avea caracteristici de accelerație foarte ridicate. Vehiculul propus poate folosi puterea maximă a unității de putere pe întreaga gamă de viteză.
   

   Masa distribuită a unității de putere nu încarcă caroseria mașinii, astfel încât poate fi făcută ieftină, ușoară și simplă.
   

   Motorul de tracțiune al unui vehicul, în care un generator electric liniar este utilizat ca unitate de putere, trebuie să îndeplinească următoarele condiții:
   

   Înfășurările de putere ale motorului trebuie să fie direct, fără convertor, conectate la bornele generatorului (pentru a crește eficiența transmisiei electrice și a reduce costul convertorului de curent);
   

   Viteza de rotație a arborelui de ieșire al motorului electric ar trebui să fie reglată într-o gamă largă și nu ar trebui să depindă de frecvența de funcționare a generatorului electric;
   

   Motorul trebuie să aibă un MTBF mare, adică trebuie să fie fiabil în funcționare (fără colector);
   

   Motorul trebuie să fie ieftin (simplu);
   

   Motorul trebuie să aibă un cuplu mare la o viteză mică de ieșire;
   

   Motorul trebuie să fie ușor.
   

   Circuitul de pornire a înfășurărilor unui astfel de motor este prezentat în Fig. 14. Schimbând polaritatea sursei de alimentare a înfășurării rotorului, obținem cuplul rotorului.
   

   De asemenea, prin modificarea mărimii și polarității sursei de alimentare a înfășurării rotorului, este introdusă rotația de alunecare a rotorului în raport cu câmpul magnetic al statorului. Prin controlul curentului de alimentare al înfășurării rotorului are loc controlul alunecării, în intervalul 0 ... 100%. Alimentarea înfășurării rotorului este de aproximativ 5% din puterea motorului, de aceea convertizorul de curent trebuie realizat nu pentru întregul curent al motoarelor de tracțiune, ci doar pentru curentul de excitație al acestora. Puterea convertorului de curent, de exemplu, pentru un generator electric de bord de 12 kW, este de numai 600 W, iar această putere este împărțită în patru canale (pentru fiecare motor de tracțiune al roții propriul canal), adică puterea fiecărui canal al convertorului este de 150 W. Prin urmare, eficiența scăzută a convertorului nu va avea un efect semnificativ asupra eficienței sistemului. Convertorul poate fi construit folosind elemente semiconductoare cu putere redusă și costuri reduse.
   

   Curentul de la bornele generatorului este furnizat fără nicio transformare a înfășurărilor de putere ale motoarelor de tracțiune. Numai curentul de excitație este convertit, astfel încât acesta să fie întotdeauna în antifază cu curentul înfășurărilor de putere. Deoarece curentul de excitație este de numai 5 ... 6% din curentul total consumat de motorul de tracțiune, convertizorul este necesar pentru o putere de 5 ... 6% din puterea totală a generatorului, ceea ce va reduce semnificativ prețul și greutatea a convertorului și crește eficiența sistemului. În acest caz, convertorul de curent de excitație al motoarelor de tracțiune trebuie să „știe” în ce poziție se află arborele motorului pentru a furniza curent înfășurărilor de excitație în fiecare moment pentru a crea cuplul maxim. Senzorul de poziție al arborelui de ieșire al motorului de tracțiune este un encoder absolut.
   

   
   

   Fig. 14. Schema de conectare a înfășurării motorului de tracțiune.
   

   Utilizarea unui generator electric liniar ca unitate de putere a unui vehicul face posibilă crearea unui vehicul de tip bloc. Dacă este necesar, unitățile și ansamblurile mari pot fi schimbate în câteva minute, fig. 15 și, de asemenea, utilizați o caroserie cu cel mai bun flux de aer, deoarece o mașină cu putere redusă nu are rezervă de putere pentru a depăși rezistența aerului din cauza formelor aerodinamice imperfecte (datorită unui coeficient de rezistență ridicat).
   

   
   

   Fig. 15. Posibilitatea de aranjare bloc.
   

   Vehicul cu compresor liniar
   

   Vehiculul cu compresor liniar este un vehicul ușor cu două locuri (200 kg), fig. 16. Acesta este un analog mai simplu și mai ieftin al unei mașini cu un generator liniar, dar cu o eficiență de transmisie mai mică.
   

   
   

   Fig. 16. Acționare pneumatică a mașinii.
   

   
   

   Fig. 17. Controlul tracțiunii roților.
   

   Un encoder incremental este utilizat ca senzor de viteză a roții. Codificatoarele incrementale au o ieșire de impuls, când se rotesc printr-un anumit unghi, la ieșire este generat un impuls de tensiune.Circuitul electronic al senzorului „numărează” numărul de impulsuri pe unitatea de timp și scrie acest cod în registrul de ieșire. Atunci când sistemul de control „alimentează” codul (adresa) acestui senzor, circuitul electronic al codificatorului, într-o formă secvențială, emite codul din registrul de ieșire către conductorul de informații. Sistemul de control citește codul senzorului (informații despre viteza de rotație a roții) și, conform unui algoritm dat, generează un cod pentru a controla motorul pas cu pas al actuatorului.
   

   Concluzie
   

   Costul unui vehicul, pentru majoritatea oamenilor, este de 20 ... 50 de câștiguri lunare. Oamenii nu-și permit să cumpere mașină nouă pentru 8 ... 12 mii de dolari și nu există nicio mașină pe piață în intervalul de preț de 1 ... 2 mii de dolari. Utilizarea unui generator electric liniar sau a unui compresor ca unitate de putere a unei mașini face posibilă crearea unui vehicul ușor de operat și ieftin.
   

   Tehnologiile moderne pentru producția de plăci cu circuite imprimate și gama de produse electronice fabricate vă permit să realizați aproape toate conexiunile electrice folosind două fire - putere și informații. Adică, nu instalați conexiunea fiecărui dispozitiv electric individual: senzori, actuatoare și dispozitive de semnalizare, ci conectați fiecare dispozitiv la un fir comun de alimentare și de informare comun. Sistemul de control, la rândul său, scoate codurile (adresele) dispozitivelor, într-un cod secvenţial, către firul de informare, după care aşteaptă informaţii despre starea dispozitivului, tot într-un cod secvenţial, şi pe aceeaşi linie. . Pe baza acestor semnale, sistemul de control generează coduri de control pentru actuatoare și dispozitive de semnalizare și le transmite pentru a transfera dispozitivele de acționare sau de semnalizare într-o stare nouă (dacă este necesar). Astfel, în timpul instalării sau reparațiilor, fiecare dispozitiv trebuie conectat cu două fire (aceste două fire sunt comune tuturor aparatelor electrice de la bord) și o împământare electrică.
   

   Pentru a reduce costul și, în consecință, prețul produselor pentru consumator,
   

   este necesar să se simplifice instalarea și conexiunile electrice instrumentele de bord... De exemplu, într-o instalație tradițională, să pornească pe spate lumina laterala, este necesară închiderea, cu un întrerupător, a circuitului electric de putere al dispozitivului de iluminat. Circuitul este format din: o sursă de energie electrică, un fir de conectare, un comutator relativ puternic, o sarcină electrică. Fiecare element al circuitului, cu excepția sursei de alimentare, necesită instalare individuală, un comutator mecanic ieftin, are un număr redus de cicluri "pornit-oprit". Cu un număr mare de aparate electrice la bord, costul instalării și al firelor de conectare crește proporțional cu numărul de dispozitive, probabilitatea de eroare din cauza factorului uman crește. Pentru producție pe scară largă management mai usor dispozitive și citirea informațiilor de la senzori pe o linie, și nu individual, pentru fiecare dispozitiv. De exemplu, pentru a aprinde farul din spate, în acest caz, trebuie să atingeți senzorul tactil, circuitul de control va genera un cod de control pentru a aprinde farul din spate. Adresa dispozitivului de pornire a luminii spate și un semnal de aprindere vor fi afișate pe firul de informații, după care circuitul intern de alimentare al luminii laterale din spate va fi închis. Adică, circuitele electrice sunt formate într-un mod complex: automat în timpul producției de plăci cu circuite imprimate (de exemplu, la instalarea plăcilor pe linii SMD) și prin conectarea electrică a tuturor dispozitivelor cu două fire comune și „împământare” electrică.
   

   Bibliografie
   

   1. Manual de fizică: Kuhling H. Per. cu el. a 2-a ed. - M .: Mir, 1985. - 520 p., Ill.
   2. Turbina cu gaz în transportul feroviar.E. T. Bartosh Editura „Transport”, 1972, p. 1-144.
   3. Desen - Haskin A.M. ed. a IV-a, Perrerab. Si adauga. - .: Vishashk. Editura Head, 1985. - 447 p.
   4. Triacii și aplicarea lor în echipamentele electrice de uz casnic, Yu. A. Evseev, S. S. Krylov. 1990.
   5. Revista lunară de publicitate și informare „Piața electrotehnică” №5 (23) septembrie-octombrie 2008.
   6. Proiectare motoare auto. R. A. Zeynetdinov, Dyakov I. F., S. V. Yarygin. Tutorial. Ulianovsk: UlSTU, 2004. - 168 p.
   7. Fundamentele tehnologiei de conversie: un manual pentru universități / O. Z. Popkov. Ed. a II-a, Stereo. - M .: Editura MEI, 2007.200 p .: ill.
   8. Fundamentele electronicii industriale: un manual pentru inginerie non-electrică. specialist. universități / V.G. Gerasimov, O M. Knyazkov, A. E. Krasnopolsky, V.V. Suhorukov; ed. V.G. Gherasimov. - Ed. a 3-a, Rev. si adauga. - M .: Mai sus. shk., 2006. - 336 p., ill.
   9. Motoare de combustie internă. Teoria și calculul proceselor de lucru. Ed. a 4-a, revizuită și completată. Sub conducerea generală a A.S. Orlin și M.G. Kruglov. M .: Inginerie mecanică. 1984.
   10. Inginerie electrică și electronică în 3 cărți. Ed. V.G. Gerasimova Cartea 2. Dispozitive electromagnetice și mașini electrice. - M .: Liceu. - 2007
   11. Bazele teoretice ale ingineriei electrice. Manual pentru universități. În trei volume.Ed. K.M. Polivanova. Vol. 1. K.M. Polivanov. Circuite electrice liniare cu constante concentrate. M.: Energie, 1972. –240p.

Invenția se referă la inginerie electrică și poate fi utilizată în instalații de pompare fără tije și de foraj pentru producerea fluidelor de formare de la adâncimi medii și mari, în principal în producția de petrol. Motorul cilindric liniar cu inducție conține un inductor cilindric cu o înfășurare multifazică realizată cu posibilitatea de mișcare axială și montat în interiorul unui element secundar din oțel. Elementul secundar de oțel este o carcasă a motorului, a cărei suprafață interioară este acoperită cu un strat de cupru foarte conductiv. Inductorul cilindric este format din mai multe module selectate dintre bobinele de fază și interconectate prin cuplare flexibilă. Numărul de module inductor este un multiplu al numărului de faze de înfășurare. Când treceți de la un modul la altul, bobinele de fază sunt stivuite cu modificări alternative ale locației fazelor individuale. Cu un diametru al motorului de 117 mm, o lungime a inductorului de 1400 mm, o frecvență a curentului inductorului de 16 Hz, motorul electric dezvoltă o forță de până la 1000 N și o putere de 1,2 kW cu răcire naturală și până la 1800 N cu ulei. răcire. Rezultatul tehnic consta in cresterea efortului de tractiune si a puterii pe unitatea de lungime a motorului in conditii de limitare a diametrului caroseriei. 4 bolnavi.

Desene pentru brevetul RF 2266607

Invenţia se referă la structuri submersibile liniare cilindrice motoare asincrone(TsLAD), utilizat în instalațiile de pompare fără tije și de foraj pentru producerea fluidelor de rezervor de la adâncimi medii și mari, în principal în producția de petrol.

Cea mai obișnuită modalitate de a recupera petrolul este de a ridica petrolul din puțuri folosind pompe cu tije de aspirare acționate de unități de pompare.

Pe lângă dezavantajele evidente inerente unor astfel de instalații (dimensiunile și greutatea mari a unităților de pompare și a tijelor; uzura tubulaturii și a tijelor), un dezavantaj semnificativ îl reprezintă și posibilitățile mici de reglare a vitezei de mișcare a pistonului și, prin urmare, performanța. a unităților de pompare cu tije de ventuză, imposibilitatea de a lucra în puțuri abate.

Capacitatea de a regla aceste caracteristici ar ține cont de modificările naturale ale debitului sondei în timpul funcționării sale și ar reduce numărul de dimensiuni standard ale unităților de pompare utilizate pentru diferite sonde.

Soluții tehnice cunoscute pentru crearea de unități de pompare de fund fără tije. Una dintre ele este utilizarea pompelor cu piston adânc, antrenate de motoare liniare asincrone.

Designul cunoscut al CLAD, montat în tubulatura deasupra pompei cu piston (Izhelya GI și alții „Motoare cu inducție liniară”, Kiev, Technics, 1975, p. 135) / 1 /. Motorul cunoscut are o carcasă, un inductor staționar plasat în ea și un element secundar mobil situat în interiorul inductorului și care acționează prin împingerea asupra pistonului pompei.

Forța de tracțiune asupra elementului secundar mobil apare datorită interacțiunii curenților induși în acesta cu câmpul magnetic de călătorie al inductorului liniar, creat de înfășurări multifazate conectate la sursa de energie.

Un astfel de motor electric este utilizat în unitățile de pompare fără tije (AS USSR nr. 491793, publ. 1975) / 2 / și (AS USSR nr. 538153, publ. 1976) / 3 /.

Cu toate acestea, condițiile de funcționare ale pompelor submersibile cu piston și ale motoarelor liniare asincrone din puț impun restricții asupra alegerii designului și dimensiunii motoarelor electrice. Trăsătură distinctivă CLAD submersibil este diametrul limitat al motorului, în special, care nu depășește diametrul tubului.

Pentru astfel de condiții, motoarele electrice cunoscute au indicatori tehnici și economici relativ scăzuti:

Eficiență d. și cos sunt inferioare celor ale motoarelor cu inducție convenționale;

Specificul TsLAD dezvoltat putere mecanică iar efortul de tracțiune (pe unitatea de lungime a motorului) sunt relativ mici. Lungimea motorului plasat în puț este limitată de lungimea tubulaturii (nu mai mult de 10-12 m). Când lungimea motorului este limitată, este dificil să se atingă presiunea necesară pentru a ridica fluidul. O ușoară creștere a efortului de tracțiune și a puterii este posibilă numai datorită creșterii sarcinilor electromagnetice ale motorului, ceea ce duce la o scădere a eficienței. și nivelul de fiabilitate al motoarelor datorită sarcinilor termice crescute.

Aceste dezavantaje pot fi eliminate prin realizarea unui circuit „invers” „inductor-element secundar”, cu alte cuvinte, inductorul cu înfășurări este plasat în interiorul elementului secundar.

O astfel de execuție a unui motor liniar este cunoscută („Motoare electrice de inducție cu circuit magnetic deschis”. Informelectro, M., 1974, pp. 16-17) / 4 / și poate fi considerată cea mai apropiată de soluția revendicată.

Motorul liniar cunoscut conține un inductor cilindric cu o înfășurare, montat în interiorul unui element secundar, a cărui suprafață interioară are un înveliș puternic conductiv.

Un astfel de design al inductorului în raport cu elementul secundar a fost creat pentru a facilita înfășurarea și instalarea bobinelor și a fost folosit nu ca o unitate de antrenare pentru pompele submersibile care funcționează în puțuri, ci pentru utilizarea la suprafață, de exemplu. fără limitare strictă a dimensiunilor carcasei motorului.

Obiectivul prezentei invenții este de a dezvolta un proiect al unui motor cilindric liniar cu inducție pentru antrenarea pompelor submersibile cu piston, care, în condiții de diametru limitat al carcasei motorului, are indicatori specifici măriți: efort de tracțiune și putere pe unitatea de lungime a motorului. asigurând în același timp nivelul necesar de fiabilitate și un consum de energie dat.

Pentru a rezolva această problemă, un motor cilindric liniar asincron pentru antrenarea pompelor submersibile cu piston conține un inductor cilindric cu o înfășurare montată în interiorul unui element secundar, a cărui suprafață interioară are o acoperire foarte conductivă, în timp ce inductorul cu înfășurări este proiectat pentru mișcare axială și este montat în interiorul carcasei tubulare a motorului electric, a cărui grosime de oțel ai cărei pereți nu este mai mică de 6 mm, iar suprafața interioară a carcasei este acoperită cu un strat de cupru de cel puțin 0,5 mm grosime.

Ținând cont de denivelarea suprafeței puțurilor și, în consecință, de posibila îndoire a carcasei motorului electric, inductorul motorului electric trebuie realizat format din mai multe module interconectate printr-o conexiune flexibilă.

În acest caz, pentru a egaliza curenții în fazele înfășurării motorului, numărul de module este ales ca multiplu al numărului de faze, iar la trecerea de la un modul la altul, bobinele sunt stivuite cu schimbări alternative în locație. a fazelor individuale.

Esența invenției este următoarea.

Utilizarea unei carcase de motor din oțel ca element secundar permite utilizarea cât mai eficientă a spațiului limitat al puțului. Valorile maxime realizabile ale puterii și efortului motorului depind de sarcinile electromagnetice maxime admise (densitatea curentului, inducția magnetică) și volumul elementelor active (circuit magnetic, înfășurare, element secundar). Combinația unui element structural al structurii - o carcasă a motorului electric cu un element secundar activ - face posibilă creșterea volumului de materiale active din motor.

O creștere a suprafeței active a motorului face posibilă creșterea forței și a puterii motorului pe unitatea de lungime a acestuia.

O creștere a volumului activ al motorului face posibilă reducerea sarcinilor electromagnetice care determină starea termică a motorului, de care depinde nivelul de fiabilitate.

În același timp, obținerea valorilor cerute ale efortului de tracțiune și puterii motorului pe unitatea de lungime a acestuia, asigurând în același timp nivelul necesar de fiabilitate și un consum de energie dat (eficiență și cos) în condiții de limitare a diametrului motorului carcasa se realizează prin selectarea optimă a grosimii peretelui de oțel al carcasei motorului, precum și a grosimii stratului de înveliș foarte conductiv al miezului său - suprafața interioară a vasului.

Având în vedere viteza nominală de mișcare a părților de lucru ale pompei cu piston, viteza optimă a câmpului magnetic de rulare al inductorului mobil corespunzător acestuia, posibilele dificultăți tehnologice în fabricarea înfășurărilor, valorile acceptabile ale diviziunii polilor (nu mai puțin de 0,06-0,10 m) și frecvența curentului inductorului (nu mai mult de 20 Hz), parametrii pentru grosimea peretelui de oțel al elementului secundar și învelișul de cupru sunt selectați în modul declarat. Acești parametri permit, în condiții de diametru limitat al motorului, reducerea pierderilor de putere (și, în consecință, creșterea eficienței) prin eliminarea creșterii curentului de magnetizare și scăderii scurgerilor de flux magnetic.

Noul rezultat tehnic obținut prin invenție constă în utilizarea unui circuit invers „element inductor-secundar” pentru utilizarea cât mai eficientă a spațiului limitat al puțului la realizarea unui motor cilindric liniar cu inducție cu caracteristici care să permită utilizarea acestuia ca o unitate pentru pompe submersibile.

Motorul revendicat este ilustrat prin desene, unde este prezentat în figura 1 forma generala motor cu inductor modular, figura 2 - același, secțiune de-a lungul A-A, figura 3 arată un modul separat, figura 4 - același, secțiune de-a lungul B-B.

Motorul conține un corp 1 - o țeavă de oțel cu un diametru de 117 mm, cu o grosime a peretelui de 6 mm. Suprafața interioară a țevii 2 este acoperită cu cupru cu un strat de 0,5 mm. În interiorul țevii de oțel 1, folosind manșoane de centrare 3 cu garnituri anti-fricțiune 4 și țeavă 5, se montează un inductor mobil, format din module 6, interconectate printr-o legătură flexibilă.

Fiecare dintre modulele inductoare (Fig. 3) este alcătuit din bobine separate 7, alternând cu dinții inelari 8, având o fantă radială 9, și plasate pe circuitul magnetic 10.

Conexiunea flexibilă constă din clemele superioare 11 și inferioare 12, montate mobil folosind caneluri pe proeminențele bucșelor de centrare adiacente.

Pe planul superior al clemei 11 sunt fixate cablurile de alimentare cu curent 13. În acest caz, pentru a egaliza curenții în fazele inductorului, numărul de module este ales ca multiplu al numărului de faze, iar la trecerea de la de la un modul la altul, bobinele fazelor individuale sunt schimbate alternativ. Numărul total de module inductoare și, prin urmare, lungimea motorului, sunt selectate în funcție de efortul de tracțiune necesar.

Motorul electric poate fi echipat cu o tijă 14 pentru a-l conecta la o pompă submersibilă cu piston și o tijă 15 pentru a-l conecta la o sursă de alimentare. În acest caz, tijele 14 și 15 sunt conectate la inductor prin cuplaj flexibil 16 pentru a preveni transferul momentului încovoietor de la pompa submersibilă și alimentarea cu curent la inductor.

Motorul electric a trecut testele pe banc și funcționează după cum urmează. Atunci când un motor electric submersibil este alimentat cu putere de la un convertor de frecvență situat pe suprafața pământului, în înfășurarea multifazată a motorului apar curenți, creând un câmp magnetic deplasare. Acest câmp magnetic induce curenți secundari atât în ​​stratul foarte conductiv (cupru) al elementului secundar, cât și în carcasa de oțel a motorului.

Interacțiunea acestor curenți cu un câmp magnetic duce la crearea unei forțe de tracțiune, sub acțiunea căreia inductorul mobil se mișcă, acționând prin împingerea asupra pistonului pompei. La finalul cursei piesei mobile, la comanda senzorilor, motorul este inversat prin schimbarea secvenței fazelor tensiunii de alimentare. Apoi ciclul se repetă.

Cu un diametru al motorului de 117 mm, o lungime a inductorului de 1400 mm, o frecvență a curentului inductorului de 16 Hz, motorul electric dezvoltă o forță de până la 1000 N și o putere de 1,2 kW cu răcire naturală și până la 1800 N cu ulei. răcire.

Astfel, motorul revendicat are caracteristici tehnice și economice acceptabile pentru utilizarea sa în combinație cu o pompă submersibilă cu piston pentru producerea fluidelor de formare de la adâncimi medii și mari.

REVENDICARE

Un motor cilindric liniar asincron pentru antrenarea pompelor submersibile cu piston, conținând un inductor cilindric cu înfășurare multifazică, realizat cu posibilitatea de mișcare axială și montat în interiorul unui element secundar din oțel, elementul secundar din oțel este o carcasă de motor electric, a cărui suprafață interioară are o acoperire foarte conductivă sub formă de strat de cupru, caracterizată prin aceea că inductorul cilindric este alcătuit din mai multe module, recrutate din bobine de fază și interconectate prin cuplare flexibilă, numărul modulelor inductoare cilindrice este un multiplu al numărului de înfășurări faze, iar la trecerea de la un modul la altul, bobinele de fază sunt stivuite cu schimbări alternative în locația fazelor individuale.

Ca manuscris

vladimir bazhenov

Motor cilindric liniar cu inducție în acționare înaltăcomutatoare de tensiune

Specialitatea 20.05.02 - tehnologii electrice si echipamente electrice in

disertație pentru o diplomă științifică

candidat la științe tehnice

Izhevsk 2012

Lucrarea s-a desfășurat la Instituția de învățământ de învățământ profesional superior al bugetului federal de stat „Academia Agricolă de Stat Izhevsk” (FGBOU VPO Academia Agricolă de Stat Izhevsk)

Consilier științific: candidat la științe tehnice, conferențiar

Vladikin Ivan Revovici

Adversari oficiali: Vorobiev Viktor Andreevici

Doctor în științe tehnice, profesor

FGBOU VPO MGAU

lor. V.P. Goryachkina

Bekmaciov Alexandru Egorovici

candidat la stiinte tehnice,

manager de proiect

CJSC „Radiant-Elkom”

Organizație principală:

Bugetul Federal al Statului instituție educaționalăînvățământ profesional superior „Academia Agricolă de Stat Ciuvaș” (FGOU VPO Academia Agricolă de Stat Ciuvaș)

Apărarea va avea loc" 28 » Mai 2012 în 10 ore la o ședință a Consiliului de disertație KM 220.030.02 la Academia de Agricultură de Stat Izhevsk la adresa: 426069, Izhevsk, st. Student, 11, camera 2.

Teza poate fi găsită în biblioteca Academiei Agricole de Stat Izhevsk.

Postat pe site-ul web: www.izhgsha / ru

secretar științific

consiliul de disertație N.Yu. Litvinyuk

DESCRIEREA GENERALĂ A LUCRĂRII

Relevanța subiectului. Odată cu transferul producției agricole la o bază industrială, cerințele pentru nivelul de fiabilitate a alimentării cu energie sunt semnificativ crescute.

Programul țintă cuprinzător pentru îmbunătățirea fiabilității alimentării cu energie electrică a consumatorilor agricoli / CKP PN / prevede introducerea pe scară largă a echipamentelor de automatizare pentru rețelele rurale de distribuție de 0,4 ... 35 kV, ca fiind una dintre cele mai moduri eficiente atingerea acestui scop. Programul include, în special, dotarea rețelelor de distribuție cu echipamente moderne de comutare și dispozitive de acționare pentru acestea. Împreună cu aceasta, se presupune că echipamentul de comutare primar este în funcțiune va fi utilizat pe scară largă.

Cele mai răspândite în rețelele rurale sunt întreruptoarele de circuit cu ulei (VM) cu antrenare cu arc și arc. Cu toate acestea, se știe din experiența de operare că unitățile VM sunt unul dintre elementele cele mai puțin fiabile ale aparatului de comutare. Acest lucru reduce eficiența automatizării integrate a rețelelor electrice rurale. De exemplu, în studiile lui Sulimov M.I., Gusev V.S. se observă că 30 ... 35% din cazurile de protecție și automatizare cu relee (RPA) nu sunt implementate din cauza stării nesatisfăcătoare a variațiilor. Mai mult decât atât, până la 85% dintre defecte sunt reprezentate de VM 10 ... 35 kV cu acţionare cu arc. Cercetătorii Zul N.M., Palyuga M.V., Anisimov Yu.V. rețineți că 59,3% dintre defecțiunile de reînchidere automată (AR) bazate pe antrenările cu arc se datorează contactelor auxiliare ale variatorului și întreruptorului, 28,9% din cauza mecanismelor de pornire a unității și menținerea acestuia în poziția închis. Starea nesatisfăcătoare și nevoia de modernizare și dezvoltare a unităților de încredere sunt remarcate în lucrările lui A.V. Gritsenko, V.M. Tsvyak, V.S. Makarov, A.S. Olinichenko.

Poza 1 - Analiza defecțiunilor la acționările electrice VM 6 ... 35 kV

Există o experiență pozitivă de utilizare a unităților electromagnetice AC și DC mai fiabile pentru VM de 10 kV la substații descendente în scopuri agricole. Unitățile solenoide, așa cum s-a menționat în lucrarea lui GI Melnichenko, se compară favorabil cu alte tipuri de unități prin simplitatea designului. Cu toate acestea, fiind unități cu acțiune directă, acestea consumă multă putere și necesită instalarea unei baterii voluminoase și încărcător sau un redresor cu un transformator special de 100 kVA. Datorită numărului specificat de caracteristici, aceste unități nu sunt utilizate pe scară largă.

Am analizat avantajele și dezavantajele diferitelor unități pentru VM.

Dezavantajele unităților electromagnetice curent continuu: imposibilitatea de reglare a vitezei de mișcare a miezului electromagnetului de comutare, inductanța mare a înfășurării electromagnetului, care crește timpul de pornire a comutatorului la 3..5 s, dependența forței de tracțiune de poziția nucleul, ceea ce duce la necesitatea comutării manuale, acumulator sau un redresor de mare putere și dimensiunile și greutatea lor mari, care ocupă până la 70 m2 în suprafață utilă etc.

Dezavantajele convertizoarelor de curent alternativ electromagnetice: consum mare de putere (până la 100 ... 150 kVA), secțiune transversală mare a cablurilor de alimentare, necesitatea creșterii puterii transformatorului auxiliar în funcție de starea căderii de tensiune admisibile, dependența a puterii pe poziția inițială a miezului, imposibilitatea ajustării vitezei de mișcare etc.

Dezavantaje ale acționării cu inducție a motoarelor asincrone liniare plate: dimensiuni și greutate mari, curent de pornire de până la 170 A, dependența (scădere bruscă) a forței de tracțiune de încălzirea ruloului, necesitatea ajustării de înaltă calitate a jocurilor și complexitatea designului.

Dezavantajele de mai sus sunt absente la motoarele cilindrice liniare asincrone (CLAD) având în vedere caracteristicile de proiectare și greutatea și dimensiunile lor. Prin urmare, propunem să le folosim ca element de putere în acționările de tip PE-11 pentru comutatoarele de ulei, care, conform Departamentului Ural de Vest din Rostekhnadzor din Republica Udmurt, funcționează astăzi pe balanța companiilor de alimentare cu energie electrică din unități de tip VMP-10 600, VMG-35 de tip 300...

Pe baza celor de mai sus, se formulează următoarele. scopul lucrării: creșterea eficienței antrenării întreruptoarelor de circuit cu ulei de înaltă tensiune 6 ... 35 kV, care funcționează pe baza MLAD, permițând reducerea daunelor cauzate de lipsa energiei electrice.

Pentru atingerea acestui obiectiv au fost stabilite următoarele sarcini de cercetare:

1. Efectuați o analiză de ansamblu a proiectelor existente de acționări pentru comutatoare de înaltă tensiune 6 ... 35 kV.
2. Dezvoltați un model matematic al CLAD bazat pe un model tridimensional pentru calcularea caracteristicilor.
3. Determinați parametrii celui mai rațional tip de acționare pe baza unor studii teoretice și experimentale.
4. Efectuați studii experimentale ale caracteristicilor de tracțiune ale comutatoarelor 6 ... 35 kV pentru a verifica adecvarea modelului propus la standardele existente.
5. Pentru a dezvolta proiectarea antrenamentului pentru întrerupătoarele cu ulei 6 ... 35 kV pe baza CLAD.
6. Efectuați un studiu de fezabilitate al eficienței utilizării CLAD pentru acţionarea întrerupătoarelor de ulei 6 ... 35 kV.

Obiect de cercetare este: cilindric liniar motor asincron(TsLAD) dispozitive de antrenare a comutatoarelor rețelelor rurale de distribuție 6 ... 35 kV.

Subiect de studiu: studiul caracteristicilor de tracțiune ale CLAD la funcționarea în întrerupătoare cu ulei 6 ... 35 kV.

Metode de cercetare. Cercetările teoretice au fost efectuate folosind legile de bază ale geometriei, trigonometriei, mecanicii, calculului diferenţial şi integral. Au fost efectuate studii naturale cu întrerupătorul VMP-10 folosind instrumente tehnice și de măsurare. Datele experimentale au fost prelucrate folosind programul Microsoft Excel.

Noutatea științifică a lucrării.

1. A fost propus un nou tip de acționare pentru comutatoarele de ulei, care face posibilă creșterea fiabilității funcționării acestora de 2,4 ori.
2. A fost dezvoltată o metodă pentru calcularea caracteristicilor CLAD, care, spre deosebire de cele propuse mai devreme, permite să se ia în considerare efectele de margine ale distribuției câmpului magnetic.
3. Sunt fundamentați principalii parametri de proiectare și moduri de funcționare ale unității pentru întrerupătorul VMP-10, ceea ce reduce deficitul de energie electrică a consumatorilor.

Valoarea practică a lucrării este determinată de următoarele rezultate principale:

1. A fost propusă proiectarea unui întrerupător VMP-10.
2. A fost dezvoltată o metodă de calcul a parametrilor unui motor cilindric liniar cu inducție.
3. Au fost dezvoltate o metodologie și un program pentru calcularea acționării, care fac posibilă calcularea acționărilor întrerupătoarelor de circuite cu modele similare.
4. Au fost determinați parametrii unității propuse pentru VMP-10 și altele asemenea.
5. A fost dezvoltat și testat un eșantion de laborator al unității, ceea ce a făcut posibilă reducerea pierderii întreruperilor de alimentare.

Implementarea rezultatelor cercetării.

Lucrarea a fost realizată în conformitate cu planul de cercetare-dezvoltare al FGBOU VPO CHIMESH, numărul de înregistrare 02900034856 „Dezvoltarea unui drive pentru întrerupătoare de înaltă tensiune 6 ... 35 kV”. Rezultatele muncii și recomandările au fost acceptate și utilizate în software-ul „Bashkirenergo” S-VES (a fost primit un certificat de implementare).

Lucrarea se bazează pe generalizarea rezultatelor cercetării efectuate în mod independent și în colaborare cu oamenii de știință de la Universitatea Agricolă de Stat FGBOU VPO Chelyabinsk (Chelyabinsk), Biroul Tehnologic de Proiectare Specială „Prodmash” (Izhevsk), FGOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy.

În apărare au fost invocate următoarele prevederi:

1. Tip de acționare pentru întrerupătoarele de ulei bazate pe CLAD.
2. Model matematic pentru calcularea caracteristicilor MLAD, precum și a efortului de tracțiune, în funcție de proiectarea canelurii.
3. Metodologie și program de calcul a antrenamentului pentru întrerupătoare precum VMG, VMP tensiune 10 ... 35 kV.
4. Rezultatele cercetării proiectării propuse pentru antrenamentul întreruptorului de ulei bazat pe CLAD.

Aprobarea rezultatelor cercetării. Principalele prevederi ale lucrării au fost raportate și discutate la următoarele conferințe științifice și practice: a XXXIII-a conferință științifică dedicată aniversării a 50 de ani a Institutului, Sverdlovsk (1990); conferința internațională științifico-practică „Problemele dezvoltării energetice în contextul transformărilor industriale” (Izhevsk, FGBOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy 2003); Conferință științifică și metodologică regională (Izhevsk, FGBOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy, 2004); Probleme de actualitate ale mecanizării Agricultură: materiale ale conferinței jubiliare științifice și practice „Învățămîntul superior agroingineresc în Udmurtia – 50 de ani”. (Izhevsk, 2005), la conferințele anuale științifice și tehnice ale profesorilor și angajaților Academiei Agricole de Stat Izhevsk.

Publicații pe tema tezei. Rezultatele studiilor teoretice și experimentale sunt reflectate în 8 lucrări tipărite, printre care: într-un articol publicat într-un jurnal recomandat de Comisia Superioară de Atestare, două rapoarte depuse.

Structura și domeniul de activitate. Teza constă dintr-o introducere, cinci capitole, concluzii generale iar anexele, cuprinse pe 138 de pagini ale textului principal, conțin 82 de figuri, 23 de tabele și o listă de surse utilizate din 103 titluri și 4 anexe.

În introducere se fundamentează relevanța lucrării, se are în vedere starea problemei, scopul și obiectivele cercetării, se formulează principalele prevederi de apărare.

În primul capitol s-a efectuat analiza proiectelor de acţionare a întrerupătoarelor.

Instalat:

Principalul avantaj al combinării acționării cu CLAD;

Necesitatea unor cercetări suplimentare;

Scopurile și obiectivele tezei.

În al doilea capitol sunt luate în considerare metodele de calcul al CLAD.

Pe baza analizei propagării câmpului magnetic a fost selectat un model tridimensional.

Înfășurarea CLAD constă în general din bobine separate conectate în serie într-un circuit trifazat.

Considerăm un CLAD cu o înfășurare cu un singur strat și un element secundar în spațiu care este simetric față de miezul inductorului. Modelul matematic al unui astfel de LIM este prezentat în Fig. 2.

Se fac următoarele ipoteze:

1. Curentul înfășurării așezat pe lungime 2p, este concentrat în straturi de curent infinit subțiri situate pe suprafețele feromagnetice ale inductorului și creează o undă de călătorie pur sinusoidală. Amplitudinea este legată de relația cunoscută cu densitatea de curent liniară și sarcina de curent

, (1)

- pol;

m este numărul de faze;

W este numărul de spire dintr-o fază;

I este valoarea efectivă a curentului;

P este numărul de perechi de poli;

J este densitatea de curent;

Kob1 - coeficientul armonic fundamental al înfășurării.

2. Câmpul primar din zona părților frontale este aproximat prin funcția exponențială

(2)

Fiabilitatea unei astfel de aproximări față de imaginea reală a domeniului este confirmată de studiile anterioare, precum și de experimente pe modelul LIM. În acest caz, este posibil să se înlocuiască L = 2 s.

3. Originea sistemului de coordonate fixe x, y, z este situată la începutul părții înfășurate a muchiei incidente a inductorului (Fig. 2).

Odată cu formularea acceptată a problemei, cercetătorul înfășurările pot fi reprezentate ca o serie dublă Fourier:

Cob - coeficient de înfăşurare;

L este lățimea magistralei reactive;

Lungimea totală a inductorului;

- unghi de forfecare;

z = 0,5L - a - zona de schimbare a inducției;

n este ordinea armonicii de-a lungul axei transversale;

- ordinea armonicilor de-a lungul axei longitudinale;

Găsim soluția pentru potențialul magnetic vectorial al curenților. În zona spațiului de aer, A satisface următoarele ecuații:

Pentru ecuațiile EE 2, ecuațiile au forma:

(5)

Rezolvarea ecuațiilor (4) și (5) se realizează prin metoda separării variabilelor. Pentru a simplifica problema, prezentăm doar expresia pentru componenta normală a inducției în decalaj:

Figura 2 - Modelul matematic calculat al LIM fără a lua în considerare

distribuția înfășurării

(6)

Puterea electromagnetică totală Sem, transmisă din partea primară către gap și SE, poate fi găsită ca fluxul componentei normale Sу a vectorului Poyting prin suprafața у =

(7)

Unde REm= ReSEm- componenta activa, tinand cont de puterea mecanica P2 si pierderile in RE;

QEm= eumSEm- componenta reactivă, ține cont de fluxul magnetic principal și de împrăștiere în gol;

CU- un complex de conjugări cu CU2 .

Forța de tragere Fx și forța normală Fla pentru LAD se determină pe baza tensorului Maxwellian al tensiunilor.

(8)

(9)

Pentru a calcula un LIM cilindric, ar trebui să setați L = 2c, numărul de armonici de-a lungul axei transversale n = 0, adică. de fapt, soluția se transformă în bidimensională, de-a lungul coordonatelor X-Y. În plus, această tehnică face posibilă luarea în considerare corectă a prezenței unui rotor masiv de oțel, ceea ce este avantajul său.

Procedura de calcul a caracteristicilor cu o valoare constantă a curentului în înfășurare:

1. Forța de tracțiune Fх (S) a fost calculată prin formula (8);
2. Putere mecanică

R2 (S) = FNS(S)= FNS(S) 21 (1 – S); (10)

1. Putere electromagnetică SEm(S) = PEm(S) + jQEm(S) a fost calculat conform expresiei, formula (7)
2. Inductor de pierdere de cupru

Re-mail 1= mI2 rf (11)

Unde rf- rezistenta activa a infasurarii de faza;

1. Eficiență d. fără a ţine cont de pierderile din oţelul miezului

(12)

1. Factor de putere

(13)

unde, este modulul impedanței circuitului echivalent în serie (Fig. 2).

(14)

este reactanța inductivă de scurgere a înfășurării primare.

Astfel, a fost obținut un algoritm de calcul al caracteristicilor statice ale unui LIM cu un element secundar scurtcircuitat, care face posibilă luarea în considerare a proprietăților părților active ale structurii la fiecare diviziune a dintelui.

Modelul matematic dezvoltat permite:

• Aplicați un aparat matematic pentru calcularea unui motor cilindric liniar cu inducție, caracteristicile sale statice bazate pe circuite echivalente extinse ale circuitelor electrice primare și secundare și magnetice.
• Pentru a evalua influența diverșilor parametri și modele ale elementului secundar asupra caracteristicilor de tracțiune și energie ale unui motor cilindric cu inducție.
• Rezultatele calculului fac posibilă determinarea, într-o primă aproximare, a datelor tehnice și economice de bază optime în proiectarea motoarelor cu inducție cilindrice liniare.

În al treilea capitol „Studii computaționale și teoretice” rezultatele calculelor numerice ale influenţei diverşilor parametri şi dimensiuni geometrice asupra indicatorilor de energie și de tracțiune ai CLAD folosind modelul matematic descris mai devreme.

Inductorul TsLAD este format din șaibe separate situate într-un cilindru feromagnetic. Dimensiunile geometrice ale șaibelor inductoare luate în calcul sunt prezentate în Fig. 3. Numărul de șaibe și lungimea cilindrului feromagnetic sunt determinate de numărul de poli și numărul de fante pe pol și faza înfășurării inductorului CLAD.

Parametrii inductorului (geometria stratului dințat, numărul de poli, diviziunea polilor, lungimea și lățimea), structura secundară - tipul de înfășurare, conductivitatea electrică G2 = 2 d2, precum și parametrii returului magnetic circuit au fost luate ca variabile independente. În acest caz, rezultatele studiului sunt prezentate sub formă de grafice.

Figura 3 - Dispozitiv inductor

1-Element secundar; 2-nuci; 3-saiba de etansare; 4- bobina;

5-carcasa motoare; 6-înfășurare, 7-șaibe.

Pentru unitatea de întrerupător dezvoltată, următoarele sunt definite în mod unic:

1. Modul de operare, care poate fi caracterizat drept „pornire”. Timpul de funcționare este mai mic de o secundă (tв = 0,07 s), pot exista porniri repetate, dar chiar și în acest caz, timpul total de funcționare nu depășește o secundă. În consecință, sarcinile electromagnetice sunt sarcini de curent liniare, densitatea de curent în înfășurări poate fi luată semnificativ mai mare decât cele acceptate pentru regimurile în regim staționar ale mașinilor electrice: A = (25 ... 50) 103 A / m; J = (4 ... 7) A / mm2. Prin urmare, starea termică a mașinii poate fi ignorată.
2. Tensiunea de alimentare a înfășurării statorului U1 = 380 V.
3. Forța de tragere necesară Fx 1500 N. În acest caz, modificarea forței în timpul funcționării ar trebui să fie minimă.
4. Restricții severe de dimensiune: lungime Ls 400 mm; diametrul exterior al statorului este D = 40 ... 100 mm.
5. Indicatorii energetici (, cos) nu contează.

Astfel, sarcina de cercetare poate fi formulată astfel: pentru dimensiuni date, determinați sarcinile electromagnetice valoarea parametrilor de proiectare LIM care asigură efortul de tracțiune necesar în interval. 0,3 S 1 .

Pe baza sarcinii de cercetare formate, principalul indicator al LIM este efortul de tracțiune în intervalul de alunecare. 0,3 S 1 ... În acest caz, forța de tracțiune depinde în mare măsură de parametrii de proiectare (numărul de poli 2p, întrefier, grosimea cilindrului nemagnetic d2 și conductivitatea sa electrică specifică 2 , conductivitate electrică 3 și permeabilitatea magnetică 3 a unei bare de oțel care servește drept circuit magnetic invers). La valori specifice ale acestor parametri, forța de tracțiune va fi determinată în mod unic de sarcina curentă liniară a inductorului, care, la rândul său, la U = const depinde de dispunerea stratului dinţat: numărul de fante pe stâlp şi fază q, numărul de spire din bobină WLași ramuri paralele a.

Astfel, forța de împingere a LIM este reprezentată de o dependență funcțională

FNS= f (2p,, , d2 , 2 , 3 , 3 , q, Wk, A, a) (16)

Evident, printre acești parametri, unii iau doar valori discrete ( 2p,, q, Wk, A), iar numărul acestor valori este nesemnificativ. De exemplu, numărul de poli poate fi luat în considerare numai 2p = 4 sau 2p = 6; de aici gradațiile foarte specifice ale stâlpilor = 400/4 = 100 mm și 400/6 = 66,6 mm; q = 1 sau 2; a = 1, 2 sau 3 și 4.

Odată cu creșterea numărului de stâlpi, efortul de tracțiune de pornire scade semnificativ. Scăderea efortului de tracțiune este asociată cu o scădere a distanței dintre poli și a inducției magnetice în spațiul de aer B. Prin urmare, optimul 2p = 4(fig. 4).

Figura 4 - Caracteristica de tracțiune a CLAD-ului în funcție de numărul de stâlpi

Schimbarea golului de aer nu are sens, ar trebui să fie minimă în ceea ce privește condițiile de funcționare. În versiunea noastră = 1 mm. Cu toate acestea, în fig. 5 arată dependența forței de tragere de spațiul de aer. Ele arată clar scăderea forței odată cu creșterea clearance-ului.

Figura 5. Caracteristica de tracțiune a CLAD la diferite valori ale spațiului de aer ( = 1,5 mm și= 2,0 mm)

Curentul de funcționare crește în același timp eu iar indicatorii energetici sunt în scădere. Doar conductivitatea electrică rămâne relativ liber variabilă. 2 , 3 și permeabilitatea magnetică 3 VE.

Modificarea conductibilității electrice a unui cilindru de oțel 3 (Fig. 6) forța de tracțiune a CLAD are o valoare nesemnificativă de până la 5%.

Figura 6.

cilindru de oțel cu conductivitate electrică

Modificarea permeabilității magnetice a cilindrului de oțel 3 (Fig. 7) nu aduce modificări semnificative ale efortului de tracțiune Fx = f (S). Cu un alunecare de lucru S = 0,3, caracteristicile de tracțiune sunt aceleași. Efortul de tracțiune de pornire variază între 3 ... 4%. Prin urmare, având în vedere influența nesemnificativă 3 și 3 pe forța de tracțiune a CLAD, cilindrul de oțel poate fi realizat din oțel magnetic moale.

Figura 7. Caracteristica de tracțiune a CLAD la diferite valori NSpermeabilitatea magnetică (3 =1000 0 și 3 =500 0 ) cilindru de otel

Din analiza dependențelor grafice (Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7), rezultă concluzia: modificări ale conductibilității cilindrului de oțel și ale permeabilității magnetice, limitarea decalajului nemagnetic, este imposibil de realizat constanța forței de tracțiune Fх datorită efectului lor mic.

Figura 8. Caracteristica de tracțiune a CLAD la diferite valori

conductivitate electrică

Parametru cu care se poate realiza un efort constant de tractiune FNS= f (2p,, , d2 , 2 , 3 , 3 , q, Wk, A, a) TsLAD, este conductivitatea specifică a celor 2 elemente secundare. Figura 8 prezintă conductivitățile extreme optime. Experimentele efectuate pe o configurație experimentală au făcut posibilă determinarea celei mai potrivite conductivitati specifice în interior = 0,8 107 ... 1,2 · 107 Cm/m.

Figurile 9 ... 11 arată dependențele F, eu,la diferite valori ale numărului de spire din bobina înfășurării inductorului CLAD cu un element secundar ecranat ( d2 =1 mm; =1 mm).

Figura 9. Dependența I = f (S) pentru diferite valori ale numărului

se întoarce într-o bobină

Figura 10. Dependenta cos= f (S) Figura 11. Dependenta= f (S)

Dependențele grafice ale indicatorilor energetici de numărul de ture în terci coincid. Acest lucru sugerează că o modificare a numărului de spire în bobină nu duce la o schimbare semnificativă a acestor indicatori. Acesta este motivul lipsei de atenție față de ele.

Creșterea efortului de tracțiune (Fig. 12) cu scăderea numărului de spire în bobină se explică prin faptul că secțiunea transversală a firului crește cu valori constante ale dimensiunilor geometrice și coeficientului de umplere cu cupru. a canelurii inductorului și o ușoară modificare a valorii densității de curent. Motorul din acționările comutatoarelor funcționează în modul de pornire pentru mai puțin de o secundă. Prin urmare, pentru a conduce mecanisme cu o forță mare de tracțiune de pornire și un mod de funcționare pe termen scurt, este mai eficient să folosiți un CLAD cu un număr mic de spire și o secțiune mare a firului a bobinei înfășurării inductorului.

Figura 12. Caracteristica de tracțiune a CLAD la diferite valori ale numărului

spirele bobinei statorului

Cu toate acestea, cu pornirea frecventă a unor astfel de mecanisme, este necesar să existe o marjă de încălzire pentru motor.

Astfel, pe baza rezultatelor unui experiment numeric folosind metoda de calcul descrisă mai sus, este posibil, cu un grad suficient de precizie, să se determine tendința modificărilor indicatorilor electrici și de tracțiune pentru diferite variabile ale CLAD. Principalul indicator al constanței efortului de tracțiune este conductivitatea electrică a învelișului elementului secundar 2. Schimbarea acestuia în cadrul = 0,8 107 ... 1,2 · 107 S/m, puteți obține performanța de tracțiune necesară.

În consecință, pentru constanța împingerii CLAD, este suficient să se stabilească valori constante. 2p,, , 3 , 3 , q, A, a... Apoi, dependența (16) poate fi transformată în expresia

FNS= f (K2 , Wk) (17)

Unde K = f (2p,, , d2 , 3 , 3 , q, A, a).

În al patrulea capitol este descrisă tehnica de realizare a experimentului metodei investigate a acţionării întreruptorului. Studiile experimentale ale caracteristicilor de acţionare au fost efectuate pe un întrerupător de circuit de înaltă tensiune VMP-10 (Fig. 13).

Figura 13. Setare experimentala.

Tot în acest capitol se determină rezistența inerțială a întreruptorului, care se realizează folosind tehnica prezentată în metoda analitică grafică, folosind diagrama cinematică intrerupator. Se determină caracteristicile elementelor elastice. În același timp, în proiectarea întreruptorului de circuit cu ulei sunt incluse mai multe elemente elastice, care rezistă la închiderea întreruptorului și permit acumularea de energie pentru deschiderea întreruptorului:

1. Arcuri de accelerație FPU;
2. Tăiere de primăvară FPE;
3. Forțele elastice ale arcurilor de contact FKP.

Efectul general al arcurilor care se opun forței motorului poate fi descris prin ecuația:

FOP(x) = FPU(x) + FPE(x) + FKP(NS) (18)

Forța de tracțiune a arcului este descrisă în general de ecuația:

FPU= kx + F0 , (19)

Unde k- coeficientul de rigiditate a arcului;

F0 - forta de pretensionare a arcului.

Pentru 2 arcuri acceleratoare, ecuația (19) are forma (fără pretensionare):

FPU=2 kyX1 (20)

Unde ky este coeficientul de rigiditate al arcului de accelerare.

Forța arcului de declanșare este descrisă de ecuația:

FPE= k0 X2 + F0 (21)

Unde k0 - rigiditatea arcului de deschidere;

NS1 , NS2 - in miscare;

F0 - forta de pretensionare a arcului de deschidere.

Forța necesară pentru a depăși rezistența arcurilor de contact, din cauza unei ușoare modificări a diametrului prizei, este considerată constantă și egală.

FKP(x) = FKP (22)

Luând în considerare (20), (21), (22), ecuația (18) ia forma

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

Forțele elastice, coemise de arcurile de declanșare, de accelerare și de contact, sunt determinate prin studierea caracteristicilor statice ale întreruptorului cu ulei.

FMarinei= f (V) (24)

Pentru a studia caracteristicile statice ale întreruptorului a fost creată o instalație (Fig. 13). S-a realizat o pârghie cu un sector de cerc pentru a elimina modificarea lungimii brațului la schimbarea unghiului V schimbatorul de viteze. Ca urmare, atunci când unghiul se modifică, umărul de aplicare a forței creat de troliul 1 rămâne constant

L = f () = const (25)

Pentru a determina coeficienții de rigiditate ai arcurilor ky, k0 , au fost investigate fortele de rezistenta ale intreruptorului de inchidere de la fiecare arc.

Cercetarea a fost efectuată în următoarea secvență:

1. Studiul caracteristicii statice in prezenta tuturor izvoarelor z1 , z2 , z3 ;
2. Studiul caracteristicilor statice in prezenta a 2 izvoare z1 și z3 (arcuri de accelerare);
3. Investigați caracteristicile statice în prezența unui arc z2 (arcuri de deschidere).
4. Investigați caracteristicile statice în prezența unui arc de accelerare z1 .
5. Investigați caracteristicile statice în prezența a 2 arcuri z1 și z2 (arcuri de accelerare și deschidere).

În continuare, în capitolul al patrulea, se realizează determinarea caracteristicilor electrodinamice. Când curenții de scurtcircuit curg de-a lungul circuitului întreruptorului, apar forțe electrodinamice semnificative, care împiedică pornirea, cresc semnificativ sarcina asupra mecanismului de antrenare a întreruptorului. Se efectuează calculul forțelor electrodinamice, care se realizează prin metoda grafico-analitică.

Rezistența aerodinamică a aerului și a uleiului izolator hidraulic a fost de asemenea determinată folosind o metodă standard.

În plus, au fost determinate caracteristicile de transfer ale întreruptorului, care includ:

1. Caracteristica cinematică h = f (c);
2. Caracteristica de transfer a arborelui întreruptorului в = f (1);
3. Caracteristica de transfer a pârghiei transversale 1 = f (2);
4. Caracteristica de transfer h = f (xT)

unde в este unghiul de rotație al arborelui de antrenare;

1 - unghiul de rotație al arborelui comutatorului;

2 - unghiul de rotație al pârghiei transversale.

În capitolul al cincilea a fost efectuată o evaluare a eficienței tehnico-economice a utilizării CLAD în acționările întreruptoarelor cu ulei, care a arătat că utilizarea unui antrenament întrerupător cu ulei bazat pe CLAD face posibilă creșterea fiabilității acestora de 2,4 ori, pentru a reduce energia electrică. consum de 3,75 ori, comparativ cu utilizarea vechilor unități. Efectul economic anual așteptat de la introducerea CLAD în acționările întrerupătoarelor de ulei este de 1.063 de ruble / oprire. cu o perioadă de rambursare a investițiilor de capital mai mică de 2,5 ani. Utilizarea CLAD va reduce lipsa de energie electrică a consumatorilor rurali cu 834 kWh per comutator timp de 1 an, ceea ce va duce la o creștere a profitabilității companiilor furnizoare de energie, care se va ridica la aproximativ 2 milioane de ruble pentru Republica Udmurt.

CONCLUZII

1. A fost determinată caracteristica optimă de tracțiune pentru acționarea întrerupătoarelor cu ulei, ceea ce permite CLAD-ului să dezvolte o forță maximă de tracțiune egală cu 3150 N.
2. Este propus un model matematic al unui motor cilindric liniar cu inducție bazat pe un model tridimensional, care face posibilă luarea în considerare a efectelor de margine ale distribuției câmpului magnetic.
3. Este propusă o metodă pentru înlocuirea unei unități electromagnetice cu o unitate cu un CLAD, care face posibilă creșterea fiabilității de 2,7 ori și reducerea daunelor cauzate de deficitul de energie electrică de către companiile de alimentare cu 2 milioane de ruble.
4. A fost dezvoltat un model fizic de antrenare a întrerupătoarelor cu ulei de tip VMP VMG pentru o tensiune de 6 ... 35 kV, iar acestea descrieri matematice.
5. A fost dezvoltat și fabricat un prototip al unității, care face posibilă realizarea parametrilor necesari ai comutatorului: viteza de pornire este de 3,8 ... 4,2 m / s, iar viteza de oprire este de 3,5 m / s. .
6. Pe baza rezultatelor cercetării, sarcini tehniceși transferat la Bashkirenergo pentru elaborarea documentației de proiectare de lucru pentru finalizarea unui număr de întreruptoare cu conținut scăzut de ulei de tip VMP și VMG.

Edițiile indicate în lista Comisiei Superioare de Atestare și echivalate cu acestea:

1. Bazhenov, V.A. Îmbunătățirea acționării întreruptorului de înaltă tensiune. / V.A. Bazhenov, I.R. Vladykin, A.P. Kolomiets // Jurnal electronic științific și inovator „Buletinul de inginerie al Donului” [Resursa electronică]. - Nr. 1, 2012 S. 2-3. - Mod de acces: http://www.ivdon.ru.

Alte editii:

1. Pyastolov, A.A. Dezvoltarea unui drive pentru întrerupătoare de înaltă tensiune 6 ... 35 kV. / A.A. Pyastolov, I. N. Ramazanov, R. F. Yunusov, V. A. Bazhenov // Raport asupra lucrărilor de cercetare (x. Nr. GR 018600223428 inv. Nr. 02900034856. - Chelyabinsk: ChIMESKh, 1990. - pp. 89-90.
2. Yunusov, R.F. Dezvoltarea unui antrenament electric liniar în scopuri agricole. /R.F. Yunusov, I.N. Ramazanov, V.V. Ivanitskaya, V.A. Bazhenov // a XXXIII-a conferință științifică. Rezumate de rapoarte.- Sverdlovsk, 1990, p. 32-33.
3. Pyastolov, A.A. Acționare întrerupător de ulei de înaltă tensiune. / Yunusov R.F., Ramazanov I.N., Bazhenov V.A.// Fişa nr. 91-2. - TsSTI, Chelyabinsk, 1991.S. 3-4.
4. Pyastolov, A.A. Motor cilindric liniar cu inducție. / Yunusov R.F., Ramazanov I.N., Bazhenov V.A.// Fişa nr. 91-3. - TsSTI, Chelyabinsk, 1991. p. 3-4.
5. Bazhenov, V.A. Selectarea unui element de acumulare pentru întrerupătorul VMP-10. Probleme actuale ale mecanizării agricole: materiale ale conferinței jubileare științifice și practice „Învățămîntul superior agroingineresc în Udmurtia – 50 de ani”. / Izhevsk, 2005.S. 23-25.
6. Bazhenov, V.A. Dezvoltarea unui antrenament economic pentru un întrerupător de circuit de ulei. Conferință științifică și metodologică regională Izhevsk: FGOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy, Izhevsk, 2004. S. 12-14.
7. Bazhenov, V.A.Îmbunătățirea sistemului de acţionare a întrerupătorului de ulei VMP-10. Probleme ale dezvoltării energetice în contextul transformărilor industriale: Lucrările conferinței internaționale științifice și practice dedicate împlinirii a 25 de ani a Facultății de Electrificare și Automatizare a Agriculturii și a Departamentului de Electrotehnologie a Producției Agricole. Izhevsk 2003, p. 249-250.

dizertaţie pentru gradul de candidat în ştiinţe tehnice

Inchiriat in set 2012 Semnat pentru tipărire pe 24 aprilie 2012.

Hârtie offset tipografie Times New Roman Format 60x84 / 16.

Volumul 1 coală tipărită Tiraj 100 de exemplare. Ordinul nr. 4187.

Editura Academiei Agricole de Stat Izhevsk Izhevsk, st. Student, 11

Motoarele liniare au devenit recunoscute pe scară largă ca o alternativă extrem de precisă și eficientă din punct de vedere energetic la acționările convenționale rotative-liniare. Cum a devenit posibil acest lucru?

Așadar, să ne îndreptăm atenția către șurubul cu bile, care la rândul său poate fi considerat un sistem de înaltă precizie pentru transformarea mișcării de rotație în mișcare de translație. De obicei, eficiența șuruburilor cu bile este de aproximativ 90%. Ținând cont de eficiența servomotorului (75-80%), pierderile în ambreiajul sau transmisia curea, în cutia de viteze (dacă este utilizată), rezultă că doar aproximativ 55% din putere este cheltuită direct pentru efectuarea unei lucrări utile. . Astfel, este ușor de ghicit de ce un motor liniar, care transferă direct mișcarea de translație unui obiect, este mai eficient.

De obicei, cea mai simplă explicație pentru designul său este prin analogie cu un motor convențional cu mișcare rotativă, care a fost tăiat de-a lungul unei generatrice și rotit pe un plan. De fapt, acesta a fost exact designul primelor motoare liniare. Motorul liniar cu miez plat a fost primul care a intrat pe piață și și-a creat nișa ca o alternativă puternică și eficientă la alte sisteme de acționare. În ciuda faptului că, în general, designul lor s-a dovedit a fi insuficient de eficient din cauza pierderilor semnificative de curenți turbionari, a netezirii insuficiente etc., ele s-au diferențiat în continuare favorabil din punct de vedere al eficienței. Deși dezavantajele de mai sus au afectat negativ „natura” de înaltă precizie a motorului liniar.

Motorul liniar de tip U fără miez este proiectat pentru a depăși dezavantajele motorului liniar plat clasic. Pe de o parte, acest lucru a permis rezolvarea unui număr de probleme, cum ar fi pierderile de curenți turbionari în miez și netezimea insuficientă a mișcării, dar, pe de altă parte, a introdus câteva aspecte noi care limitează utilizarea acestuia în zonele care necesită mișcări de ultraprecizie. . Aceasta este o reducere semnificativă a rigidității motorului și probleme chiar mai mari de disipare a căldurii.

Pentru piața echipamentelor de ultra-precizie, motoarele liniare erau ca un mesaj din cer, purtând promisiunea unei poziționări infinit de precise și a unei eficiențe ridicate. Cu toate acestea, realitatea dură s-a arătat atunci când căldura generată din cauza lipsei de eficiență a structurii în înfășurări și miez a fost transferată direct în zona de lucru. În timp ce domeniul aplicațiilor LD se extindea din ce în ce mai mult, fenomenele termice care însoțesc degajarea semnificativă de căldură au făcut poziționarea cu precizie submicroană foarte dificilă, ca să nu spunem imposibilă.

Pentru a crește eficiența și eficiența unui motor liniar, a fost necesar să se revină la fundamentele sale foarte constructive, iar prin optimizarea maximă posibilă a tuturor aspectelor acestora să se obțină cel mai eficient sistem de antrenare din punct de vedere energetic cu o rigiditate cât mai mare.

Interacțiunea fundamentală care stă la baza proiectării unui motor liniar este o manifestare a Legii lui Ampere - prezența unei forțe care acționează asupra unui conductor care poartă curent într-un câmp magnetic.

Consecința ecuației pentru forța Amperi este că forța maximă dezvoltată de motor este egală cu produsul curentului din înfășurări prin produsul vectorial al vectorului inducției magnetice a câmpului cu vectorul lungimii de firul din înfăşurări. De regulă, pentru a crește eficiența unui motor liniar, este necesar să se reducă curentul din înfășurări (deoarece pierderile pentru încălzirea conductorului sunt direct proporționale cu pătratul curentului din acesta). Acest lucru se poate face cu o valoare constantă a forței de antrenare de ieșire este posibilă numai cu o creștere a celorlalte componente incluse în ecuația Amperi. Este exact ceea ce au făcut designerii motorului liniar cilindric (CLM) împreună cu unii producători de echipamente de ultraprecizie. De fapt, un studiu recent de la Universitatea din Virginia (UVA) a constatat că un CLD consumă cu 50% mai puțină energie pentru a face aceeași muncă, la aceeași putere, ca un motor liniar în formă de U comparabil. Pentru a înțelege cum a fost obținută o astfel de creștere semnificativă a eficienței operaționale, să aruncăm o privire la fiecare componentă a ecuației Ampere menționată mai sus.

Produs vectorial B × L. Folosind, de exemplu, regula mâinii stângi, este ușor de înțeles că unghiul optim dintre direcția curentului în conductor și vectorul inducției magnetice este de 90 ° pentru mișcarea liniară. De obicei, într-un motor liniar, un curent de 30-80% din lungimea înfășurărilor curge în unghi drept față de vectorul de inducție a câmpului. Restul înfășurărilor, de fapt, îndeplinesc o funcție auxiliară, în timp ce în el apar pierderi de rezistență și pot apărea chiar și forțe opuse direcției de mișcare. Proiectarea CLD este astfel încât 100% din lungimea firului în înfășurări să fie la un unghi optim de 90 °, iar toate forțele care apar sunt co-direcționate cu vectorul de deplasare.

Lungimea conductorului de curent (L). Setarea acestui parametru creează un fel de dilemă. Prea mult timp va duce la pierderi suplimentare din cauza rezistenței crescute. În CLD se observă un echilibru optim între lungimea conductorului și pierderile datorate creșterii rezistenței. De exemplu, într-un CLD testat la Universitatea din Virginia, lungimea firului în înfășurări a fost de 1,5 ori mai mare decât în ​​omologul său în formă de U.

Vector de inducție magnetică (B).În ciuda faptului că la majoritatea motoarelor liniare fluxul magnetic este redirecționat folosind un miez metalic, în CLD este utilizată o soluție de proiectare patentată: puterea câmpului magnetic crește în mod natural datorită respingerii câmpurilor magnetice cu același nume.

Mărimea forței care poate fi dezvoltată pentru o anumită structură a câmpului magnetic este o funcție a densității fluxului inducției magnetice în decalajul dintre elementele în mișcare și staționare. Deoarece rezistența magnetică a aerului este de aproximativ 1000 de ori mai mare decât cea a oțelului și este direct proporțională cu dimensiunea golului, reducerea acesteia va reduce și forța magnetomotoare necesară pentru a crea un câmp cu puterea necesară. Forța magnetomotoare, la rândul ei, este direct proporțională cu curentul din înfășurări, prin urmare, atunci când valoarea sa necesară scade, valoarea curentului poate fi și ea redusă, ceea ce la rândul său va permite reducerea pierderilor de rezistență.

După cum puteți vedea, fiecare aspect al CLD a fost proiectat pentru a-și maximiza eficiența. Dar cât de util este din punct de vedere practic? Să fim atenți la două aspecte: degajare de căldurăși cost operational.

Toate motoarele liniare se încălzesc din cauza pierderilor de înfășurare. Căldura degajată trebuie disipată undeva. Și primul efect secundar al degajării de căldură este procesele de dilatare termică însoțitoare, de exemplu, un element în care înfășurările sunt fixate. În plus, există o încălzire suplimentară a penelor de ghidare, lubrifianților, senzorilor aflați în zona unității. În timp, procesele ciclice de încălzire și răcire pot afecta negativ atât componentele mecanice, cât și electronice ale sistemului. Expansiunea termică duce, de asemenea, la frecare crescută în ghidaje și altele asemenea. În același studiu UVA, s-a constatat că CLD a transferat aproximativ 33% mai puțină căldură pe placa montată pe el decât omologul său.

Cu un consum mai mic de energie, costul de funcționare a sistemului în ansamblu este, de asemenea, redus. În medie, în SUA, 1 kWh costă 12,17 cenți. Astfel, costul mediu anual de operare a unui motor liniar în formă de U va fi de 540,91 USD, iar un CLD de 279,54 USD. (La un preț de 3,77 ruble pe kWh, se dovedește 16768,21 și, respectiv, 8665,74 ruble)

Atunci când alegeți implementarea unui sistem de antrenare, lista de opțiuni este cu adevărat mare, totuși, la dezvoltarea unui sistem conceput pentru nevoile tehnologiei mașini-unelte de ultra-precizie, eficiența ridicată a CLD poate oferi avantaje semnificative.

1. MOTOARE ASINCRONE CILINDRICE LINEARE

PENTRU POMPELE SUBMERSIBILE PENTRU PLONG: STADIUL PROBLEMEI, OBIECTIVELE CERCETĂRII.

2. MODELE MATEMATICE ȘI METODE DE CALCUL AL PROCESELOR ELECTROMAGNETICE ȘI TERMICE ÎN PLACĂ.

2.1. Metode de calcul electromagnetic al CLAD.

2.1.1. Calcul electromagnetic al CLAD prin metoda E-H-cu patru poli.

2.1.2. Calcul electromagnetic al CLAD prin metoda elementelor finite.

F 2.2. Metodologia de calcul a ciclogramelor operației CLAD.

2.3. Metodologia de calcul a stării termice a CLAD.

3. ANALIZA VERSIUNILOR CONSTRUCTIVE ALE MASTERULUI PENTRU ACTIONAREA POMPELOR SUMERSIBILE.

3.1. TsLAD cu dispunerea internă a elementului secundar.

3.2. CLAD inversat cu un inductor mobil.

3.3. CLAD inversat cu un inductor fix.

4. STUDIUL POSIBILITĂȚILOR DE ÎMBUNĂTĂȚIRE A PERFORMANȚEI

STICK TSLAD.

4.1 Evaluarea posibilităților de îmbunătățire a caracteristicilor CLAD cu un element secundar masiv la alimentare de joasă frecvență.

4.2. Analiza influenței mărimii deschiderii slotului inductorului asupra indicatorilor CLAD.

4.3. Investigarea influenței grosimii straturilor RE combinate asupra indicatorilor CLAD cu o dispunere internă a elementului secundar.

4.4. Investigarea influenței grosimii straturilor RE combinate asupra indicatorilor CLAD inversat cu inductor mobil.

4.5. Investigarea influenței grosimii straturilor RE combinate asupra indicatorilor CLAD inversat cu inductor fix.

4.6. Investigarea indicatorilor de energie ai CLAD atunci când se lucrează în regim alternativ.

5. SELECTAREA CONSTRUCTII CILINDRU PENTRU ACTIONAREA POMPELOR SUBMERSIBILE CU PLONG.

5.1. Analiza și compararea indicatorilor tehnici și economici ai CLAD.

5.2. Comparația stării termice a CLAD.

6. IMPLEMENTAREA PRACTICĂ A REZULTATELOR. c

6.1.Studii experimentale ale CLAD. DAR

6.2 Crearea unui banc de testare pentru acţionare electrică liniară pe baza MLAD.

6.3.Elaborarea unui model experimental-industrial al Laboratorului Central.

PRINCIPALELE REZULTATE ALE LUCRĂRII.

LISTA BIBLIOGRAFICĂ.

Lista recomandată de disertații

• Dezvoltarea și cercetarea unui modul motor cu supapă liniară pentru pompe submersibile pentru producția de ulei 2017, candidat la științe tehnice Shutemov, Sergey Vladimirovich

• Dezvoltarea și cercetarea unui antrenament electric pentru pompe de ulei cu motor magnetoelectric submersibil 2008, candidat la științe tehnice Okuneeva, Nadezhda Anatolyevna

• Procese tehnologice și mijloace tehnice care asigură funcționarea eficientă a pompei cu piston adânc 2010, doctor în științe tehnice Semyonov, Vladislav Vladimirovici

• Motor magnetoelectric multipolar cu înfășurări fracționale dintate pentru acționarea electrică a pompelor submersibile 2012, Candidat la Științe Tehnice Salah Ahmed Abdel Maksud Selim

• Echipamente electrice de economisire a energiei ale fabricilor de producție de petrol cu ​​o pompă submersibilă cu piston 2012, candidat la științe tehnice Artykaeva, Elmira Midkhatovna

Introducerea disertației (parte a rezumatului) pe tema „Motoare liniare asincrone cilindrice pentru antrenarea pompelor submersibile cu piston”

Motoarele cilindrice liniare asincrone (CLAD), uneori numite coaxiale, pot sta la baza acționărilor electrice alternative, ca alternativă la acționările cu convertoare mecanice de tipul mișcării (cum ar fi piuliță-șurub sau cremalieră), precum și pneumatice și, în unele cazuri, antrenări hidraulice... În comparație cu tipurile de acționări indicate, acționările electrice liniare cu transmitere directă a forței electromagnetice către un element în mișcare au proprietăți de control mai bune, fiabilitate sporită și necesită costuri de operare mai mici. După cum rezultă din surse literare, CLAD-urile sunt utilizate în crearea de acționări electrice pentru o serie de mecanisme de producție: echipamente de comutare (de exemplu, deconectatoare în sistemele de alimentare cu energie de la metrou); împingătoare sau ejectoare utilizate în liniile de producție; pompe cu piston sau piston, compresoare; uși glisante și traverse de ferestre ale atelierelor sau serelor; diverse manipulatoare; porți și amortizoare; dispozitive de aruncare; mecanisme de impact (ciocane pneumatice, pumni), etc. Capacitățile indicate ale acționărilor electrice liniare susțin un interes constant pentru dezvoltarea și cercetarea lor. În cele mai multe cazuri, CLAD funcționează în moduri de funcționare pe termen scurt. Astfel de motoare pot fi considerate nu ca convertoare de energie, ci ca convertoare de putere. În acest caz, un astfel de indicator al calității ca eficiența trece în fundal. Totodata, in actionari electrice ciclice (actionari ale pompelor, compresoarelor, manipulatoarelor, ciocanelor pneumatice etc.), motoarele functioneaza in regimuri intermitente si continue. În aceste cazuri, sarcina de a îmbunătăți indicatorii tehnici și economici ai unei acționări electrice liniare bazate pe MLAD devine urgentă.

În special, una dintre aplicațiile solicitate ale CLAD este utilizarea lor în unitățile de pompare pentru ridicarea petrolului din puțuri. În prezent, două metode de ridicare artificială a uleiului sunt utilizate în principal în aceste scopuri:

1. Ridicare folosind instalații de electropompe centrifuge submersibile (ESP).

2. Ridicare cu pompe cu tijă de aspirare (SRP).

Pompele centrifuge electrice submersibile acţionate de motoare submersibile asincrone sau cu supape de mare viteză sunt utilizate pentru producţia de petrol din puţuri cu debite mari (25 m3/zi şi peste). Cu toate acestea, numărul puțurilor cu suprapresiune ridicată este din ce în ce mai mic în fiecare an. Funcționarea activă a puțurilor de mare viteză duce la o scădere treptată a ratei acestora. În acest caz, performanța pompei devine excesivă, ceea ce duce la o scădere a nivelului fluidului de formare în puț și în situații de urgență (funcționare uscată a pompei). Când debitul scade sub 25 m / zi, în loc de pompe centrifuge electrice submersibile, pompele cu tijă de aspirație sunt instalate cu o acționare de la unitățile de pompare, care sunt acum utilizate pe scară largă. Numărul în continuă creștere de sonde cu rate de producție scăzute și medii crește și mai mult ponderea acestora în stocul total de echipamente pentru producția de petrol.

Instalarea unei pompe cu tijă de aspirare constă dintr-o unitate de pompare de echilibrare a solului și o pompă submersibilă cu piston. Legarea culbutorului cu pistonul se realizează printr-o tijă a cărei lungime este de 1500-2000 m. Pentru a conferi tijelor o rigiditate cât mai mare, acestea sunt realizate din oțeluri speciale. Unitățile de pompare cu tije și unitățile de pompare sunt utilizate pe scară largă datorită ușurinței lor de întreținere. Cu toate acestea, minerit în acest fel are dezavantaje evidente:

Uzura țevilor și tijelor din cauza frecării suprafețelor acestora.

Rupere frecvente de tije și o durată mică de revizie (300-350 de zile).

Proprietățile de reglare scăzute ale unităților de pompare cu tije de ventuză și necesitatea aferentă de a utiliza mai multe dimensiuni standard ale unităților de pompare, precum și dificultățile care apar la modificarea debitului puțurilor.

Dimensiuni mari și greutatea mașinilor-unelte - culbutoare și tije, complicând transportul și instalarea acestora.

Dezavantajele indicate determină căutarea soluțiilor tehnice pentru crearea de unități de pompare de fund fără tije. Una dintre astfel de soluții este utilizarea pompelor submersibile de tip piston cu un antrenament bazat pe motoare liniare asincrone. În acest caz, tijele și culbutorii sunt excluse, este extrem de simplificat piesa mecanica... Alimentarea cu energie a unor astfel de motoare la o adancime de 1,5-2,0 km se poate face cu un cablu, asemanator cu cum se face in burghiile electrice si pompele submersibile centrifuge.

În anii 70 și 80 ai secolului trecut, pe valul unei creșteri generale a interesului pentru motoarele liniare în Uniunea Sovietică, a fost efectuată cercetarea și dezvoltarea unităților de pompare pentru puțuri adânci fără tije bazate pe LIM cilindric. Principalele dezvoltări au fost realizate la Institutul PermNIPIneft (Perm), Biroul Special de Proiectare motoare liniare(Kiev), Institutul de Electrodinamică al Academiei de Științe a SSR Ucrainei (Kiev) și SCV Hidrodinamică Magnetică (Riga). În ciuda numărului mare de soluții tehnice în acest domeniu aplicație practică aceste setări nu au fost primite. Motivul principal pentru aceasta a fost caracteristicile specifice și energetice scăzute ale LIM-urilor cilindrice, motiv pentru care a fost imposibilitatea de a asigura o viteză de deplasare a câmpului de 2-3 m / s atunci când sunt alimentate cu o frecvență industrială de 50 Hz. Aceste motoare aveau o viteză sincronă a câmpului de rulare de 6-8 m/s și, la o viteză de 1-2 m/s, aveau o alunecare crescută s = 0,7-0,9, care a fost însoțită de un nivel ridicat de pierderi și eficiență scăzută. Pentru a reduce viteza câmpului de deplasare la 2-3 m / s atunci când este alimentat de la o frecvență de 50 Hz, este necesar să reduceți grosimea dinților și a bobinelor la 3-5 mm, ceea ce este inacceptabil din motive de fabricabilitate și fiabilitatea proiectării. Din cauza acestor neajunsuri, cercetările în această direcție au fost restrânse.

Subiectul posibilității de îmbunătățire a performanței LIM cilindric pentru acționarea pompelor de adâncime atunci când este alimentat de o sursă de joasă frecvență a fost atins în publicațiile acelor ani, dar cercetările în această direcție nu au fost efectuate. Distribuția de masă a unei acționări electrice cu frecvență controlată în prezent și tendința de scădere continuă a indicatorilor de cost și de masă ai tehnologiei moderne de semiconductori o fac relevantă pentru cercetarea în domeniul îmbunătățirii performanței CLAD de viteză mică. . Îmbunătățirea energiei și a indicatorilor specifici ai MLAD prin reducerea vitezei câmpului de deplasare atunci când este alimentat de un convertor de frecvență ne permite să revenim la problema creării de unități de pompare în fund fără tije și, eventual, să asigurăm implementarea lor practică. Faptul că în prezent în Rusia mai mult de 50% din stocul puțului este abandonat din cauza scăderii debitului face ca acest subiect să fie deosebit de relevant. Instalarea unităților de pompare în puțuri cu o capacitate mai mică de 10 m3 / zi se dovedește a fi neprofitabilă din punct de vedere economic din cauza costurilor de operare ridicate. În fiecare an, numărul de astfel de puțuri este în creștere și nu a fost încă creată nicio alternativă la unitățile de pompare cu tije de ventuză. Problema exploatării puțurilor marginale astăzi este una dintre cele mai presante din industria petrolului.

Caracteristicile proceselor electromagnetice și termice din motoarele luate în considerare sunt asociate, în primul rând, cu limitarea diametrului exterior al CLAD, care este determinată de dimensiunea conductelor de carcasă și de condițiile specifice de răcire ale părților active ale Mașina. Cererea de LIM cilindric a necesitat dezvoltarea de noi modele de motoare și dezvoltarea teoriei CLAD bazată pe capabilități moderne de modelare computerizată.

Scopul tezei este de a crește indicatorii specifici și caracteristicile energetice ale motoarelor cilindrice liniare asincrone, pentru a dezvolta un CLAD cu caracteristici îmbunătățite pentru antrenarea pompelor submersibile cu piston.

Obiectivele cercetării. Pentru a atinge acest obiectiv, au fost rezolvate următoarele sarcini:

1. Modelarea matematică a CLAD folosind metoda modelării analogice a structurilor multistrat (E-H-four-port) și metoda elementelor finite într-o formulare bidimensională a problemei (ținând cont de simetria axială).

2. Investigarea posibilităților de îmbunătățire a caracteristicilor CLAD-ului atunci când este alimentat de la o sursă de joasă frecvență.

3. Investigarea influenței grosimii limitate a elementului secundar și a grosimii stratului de cupru puternic conductiv asupra performanței CLAD.

4. Dezvoltarea și compararea modelelor CLAD pentru acţionarea pompelor submersibile cu piston.

5. Modelarea matematică a proceselor termice în CLAD prin metoda elementelor finite.

6. Crearea unei metodologii de calcul a ciclogramelor și a indicatorilor rezultați ai CLAD care funcționează ca parte a unei instalații submersibile cu pompă cu piston.

7. Studiu experimental al LIM cilindric.

Metode de cercetare. Rezolvarea problemelor teoretice și de calcul prezentate în lucrare a fost realizată folosind metoda modelării analogice a structurilor multistrat și metoda elementelor finite, bazate pe teoria câmpurilor electromagnetice și termice. Evaluarea indicatorilor integrali a fost realizată utilizând capabilitățile încorporate ale pachetelor de calcul cu elemente finite FEMM 3.4.2 și Elcut 4.2 T. Ecuații diferențiale ale mișcării mecanice, care funcționează cu statică caracteristici mecanice caracteristicile motorului și sarcinii obiectului antrenat. Metoda de calcul termic folosește metode de determinare a stării termice cvasi-staționare folosind pierderile volumetrice medii reduse. Metodele dezvoltate sunt implementate în mediul matematic Mathcad 11 Enterprise Edition. Fiabilitatea modelelor matematice și a rezultatelor calculelor este confirmată prin compararea calculelor folosind diferite metode și a rezultatelor calculate cu datele experimentale ale CLAD experimental.

Noutatea științifică a lucrării este următoarea:

Au fost propuse noi modele ale centrului de control centralizat, au fost dezvăluite caracteristicile proceselor electromagnetice din acestea;

Dezvoltat de modele matematiceși metode de calcul al CLAD prin metoda E-H-cu patru porturi și metoda elementelor finite, ținând cont de particularitățile noului design și de neliniaritatea caracteristicilor magnetice ale materialelor;

Se propune o abordare a studiului caracteristicilor CLAD pe baza soluționării secvențiale a problemelor electromagnetice, termice și a calculului ciclogramelor de funcționare a motorului ca parte a unității de pompare;

Se realizează compararea caracteristicilor modelelor considerate ale CLAD, sunt prezentate avantajele variantelor inversate.

Valoarea practică a muncii prestate este următoarea:

Evaluarea caracteristicilor MLAD se realizează atunci când este alimentat de la o sursă de frecvență redusă, este afișat nivelul de frecvență, care este rațional pentru MLAD submersibil. În special, s-a demonstrat că o scădere a frecvenței de alunecare mai mică de 45 Hz nu este recomandabilă din cauza creșterii adâncimii de penetrare a câmpului și a deteriorării caracteristicilor MLAD în cazul utilizării unei grosimi limitate a SE. ;

S-a efectuat analiza caracteristicilor și compararea indicatorilor diferitelor modele ale CLAD. Pentru a conduce pompele submersibile cu piston, se recomandă un design inversat al CLAD cu un inductor mobil, care are cea mai bună performanță printre alte opțiuni;

A fost implementat programul de calcul al structurilor neinversate și inversate ale stripperului central de aer prin metoda EH-cu patru porturi, cu posibilitatea de a lua în considerare grosimea reală a straturilor RE și saturația oțelului. strat;

Modele de plasă au fost create pentru mai mult de 50 de variante ale CLAD pentru calcul prin metoda elementelor finite în pachetul FEMM 3.4.2, care poate fi utilizat în practica de proiectare;

A fost dezvoltată o metodă pentru calcularea ciclogramelor și indicatorilor acționării unităților de pompare submersibile cu MLAD în ansamblu.

Implementarea muncii. Rezultatele cercetării au fost transmise pentru utilizare în dezvoltarea LLC NPF „Bitek”. Programele de calcul CLAD sunt utilizate în procesul educațional al departamentelor „Inginerie electrică și sisteme electrotehnologice” și „Mașini electrice” ale Universității Tehnice de Stat Ural - U PI.

Aprobarea lucrării. Principalele rezultate au fost raportate și discutate la:

NPK „Probleme și realizări în domeniul energiei industriale” (Ekaterinburg, 2002, 2004);

al 7-lea NPK „Echipamente și tehnologii de economisire a energiei” (Ekaterinburg, 2004);

a IV-a Conferință internațională (XV-a toată rusă) privind acționarea electrică automată „Conducerea electrică automată în secolul XXI: căi de dezvoltare” (Magnitogorsk, 2004);

Congresul electrotehnic al întregii Rusii (Moscova, 2005);

Conferințe de raportare ale tinerilor oameni de știință USTU-UPI (Ekaterinburg, 2003-2005).

1. MOTOARE ASINCRONE CILINDRICE LINEARE PENTRU POMPE SUBMERSIBILE DE ACTIONARE PENTRU PLONG: STADIUL PROBLEMEI, OBIECTIVELE CERCETĂRII

Acționările electrice liniare ale pompelor submersibile cu piston se bazează pe motoare cilindrice liniare asincrone (CLAD), ale căror principale avantaje sunt: ​​fără piese de cap și pierderi în acestea, fără efect de margine transversală, simetrie geometrică și electromagnetică. Prin urmare, sunt de interes soluții tehnice pentru dezvoltarea de CLAD-uri similare utilizate în alte scopuri (acții de deconectare, împingătoare etc.). În plus, atunci când se rezolvă în mod sistematic problema creării de unități de pompare de puțuri adânci cu MLAD, pe lângă proiectele de pompe și motoare, ar trebui luate în considerare soluții tehnice pentru controlul și protecția acționărilor electrice.

Este considerată cea mai simplă versiune a designului sistemului CLAD - o pompă cu piston. O pompă cu piston în combinație cu un motor liniar cu inducție (Fig. 1.1, a) este un piston 6, care este conectat printr-o tijă 5 la partea mobilă 4 a motorului liniar. Acesta din urmă, interacționând cu inductorul 3 cu înfășurările 2 conectate prin cablul 1 la sursa de alimentare, creează o forță care ridică sau coboară pistonul. Când pistonul, situat în interiorul cilindrului 9, se mișcă în sus, uleiul este aspirat prin supapa 7.

Când pistonul se apropie de poziția superioară, secvența fazelor se schimbă, iar partea în mișcare a motorului liniar, împreună cu pistonul, coboară. În acest caz, uleiul din interiorul cilindrului 9 trece prin supapa 8 în cavitatea interioară a pistonului. Cu o schimbare suplimentară a secvenței fazelor, partea mobilă se mișcă alternativ în sus și în jos și la fiecare cursă ridică o porțiune de ulei. Din partea superioară a țevii, uleiul intră în rezervorul de stocare pentru a fi transportat în continuare. Apoi ciclul se repetă și la fiecare cursă o porțiune de ulei se ridică în sus.

O soluție similară propusă de Institutul PermNIPIneft și descrisă în este prezentată în Fig. 1.1.6.

Pentru a crește productivitatea unităților de pompare bazate pe CLAD, au fost dezvoltate unități cu dublă acțiune. De exemplu, în Fig. 1.1, c prezintă o unitate de pompare cu dublă acțiune în fundul puțului. Pompa este situată în partea de jos a unității. Ca cavități de lucru ale pompei, sunt utilizate atât o zonă fără tijă, cât și una în formă de tijă. În acest caz, o supapă de refulare este situată în piston, care funcționează secvenţial pe ambele cavităţi.

Principalul caracteristica de proiectare unitățile de pompare a forajului este un diametru limitat al forajului și al carcasei, care nu depășește 130 mm. Pentru a asigura puterea necesară ridicării lichidului, lungimea totală a instalației, inclusiv pompa și motorul submersibil, poate fi de până la 12 metri. Lungime motor submersibil poate depăși diametrul său exterior de 50 de ori sau mai mult. Pentru motoarele cu inducție rotative, această caracteristică determină dificultățile de așezare a înfășurării în fantele unui astfel de motor. În CLAD, înfășurarea este realizată din bobine inelare obișnuite, iar diametrul limitat al motorului duce la dificultăți în fabricarea miezului magnetic al inductorului, care trebuie să aibă o direcție de încărcare paralelă cu axa motorului.

Soluțiile propuse anterior s-au bazat pe utilizarea designului tradițional neinversat în unitățile de pompare ale CLAD, în care elementul secundar este situat în interiorul inductorului. Acest design, în condițiile unui diametru exterior limitat al motorului, determină diametrul mic al elementului secundar și, în consecință, o zonă mică a suprafeței active a motorului. Ca urmare, astfel de motoare au indicatori specifici scăzuti (putere mecanică și efort de tracțiune pe unitate de lungime). La acestea se adaugă și problemele de fabricație a miezului magnetic al inductorului și asamblarea întregii structuri a unui astfel de motor. un 6 in

Orez. 1.1. Versiuni de unități de pompare submersibile cu CLAD 1 ----:

Orez. 1.2. Scheme de proiectare a CLAD: a - tradițional, b - inversat

În condițiile unui diametru exterior limitat al corpului CLAD submersibil, se poate obține o creștere semnificativă a indicatorilor specifici prin utilizarea circuitului „inversat” „inductor - element secundar” (Fig. 1.2.6), în care partea secundară acoperă inductor. În acest caz, este posibilă creșterea volumului miezului electromagnetic al motorului cu același diametru al carcasei, datorită căruia se realizează o creștere semnificativă a indicatorilor specifici în comparație cu structura neinversată cu valori egale. a sarcinii curente a inductorului.

Dificultățile asociate cu fabricarea circuitului magnetic al elementului secundar al CLAD din tablă de oțel electric, ținând cont de rapoartele indicate de dimensiuni diametrale și lungime, fac de preferat să se utilizeze un circuit magnetic masiv din oțel, pe care un foarte conductiv. se aplică acoperire (cupru). În acest caz, devine posibilă utilizarea carcasei de oțel a TsLAD ca circuit magnetic.

Aceasta oferă cea mai mare suprafață a suprafeței active a CLAD. În plus, pierderile generate în elementul secundar merg direct către mediul de răcire. Deoarece funcționarea într-un mod ciclic se caracterizează prin prezența secțiunilor de accelerație cu alunecare crescută și pierderi în elementul secundar, această caracteristică joacă, de asemenea, un rol pozitiv. Studiul surselor literare arată că construcțiile LAD inversate au fost studiate mult mai puțin decât cele neinversate. Prin urmare, studiul unor astfel de structuri pentru a îmbunătăți performanța CLAD, în special pentru acționarea pompelor submersibile cu piston, pare a fi relevant.

Unul dintre principalele obstacole în calea proliferării motoarelor liniare cilindrice este problema asigurării unei performanțe acceptabile atunci când sunt alimentate de la o frecvență industrială standard de 50 Hz. Pentru a utiliza CLAD ca motor pentru o pompă cu piston, viteza maximă a pistonului ar trebui să fie de 1-2 m / s. Viteza sincronă a unui motor liniar depinde de frecvența rețelei și de pasul polilor, care, la rândul său, depinde de lățimea pasului și de numărul de sloturi pe pol și fază:

Гс = 2. / Гг, unde m = 3-q-t2. (1,1)

După cum arată practica, la fabricarea LIM-urilor cu un pas al dintelui mai mic de 10-15 mm, complexitatea producției crește și fiabilitatea scade. La fabricarea unui inductor cu un număr de sloturi pe pol și fază q = 2 și mai mare, viteza sincronă a CLAD la o frecvență de 50 Hz va fi de 6-9 m / s. Având în vedere că, datorită lungimii limitate a cursei, viteza maximă a piesei în mișcare nu trebuie să depășească 2 m/s, un astfel de motor va funcționa cu valori mari de alunecare și, prin urmare, cu eficiență scăzută și în condiții grele. regim termic... Pentru operațiune de alunecare s<0.3 необходимо выполнять ЦЛАД с полюсным делением т<30 мм. Уменьшение полюсного деления кроме технологических проблем ведет к ухудшению показателей двигателя из-за роста намагничивающего тока. Для обеспечения приемлемых показателей таких ЦЛАД воздушный зазор должен составлять 0.1-0.2 мм . При увеличении зазора до технологически приемлемых значений 0.4-0.6 мм рост намагничивающего тока приводит к значительному снижению усилия и технико-экономических показателей ЦЛАД.

Principala modalitate de a îmbunătăți caracteristicile CLAD este sursa de alimentare de la un convertor de frecvență reglabil. În acest caz, motorul liniar poate fi proiectat la frecvența cea mai favorabilă pentru mișcarea în regim constant. În plus, prin modificarea frecvenței conform legii cerute, la fiecare pornire a motorului, este posibilă reducerea semnificativă a pierderilor de energie datorate proceselor tranzitorii, iar în timpul frânării este posibilă utilizarea unei metode de frânare regenerativă, care îmbunătățește caracteristicile energetice generale ale unității. În anii 70 și 80, utilizarea unui convertor de frecvență reglabil pentru controlul instalațiilor submersibile cu motoare electrice liniare a fost restrânsă de nivelul insuficient de dezvoltare a electronicii de putere. În prezent, distribuția masivă a tehnologiei semiconductoare face posibilă realizarea acestei posibilități.

La dezvoltarea unor noi versiuni de instalații submersibile acționate de un motor liniar, implementarea proiectelor combinate de pompe și motoare propuse în anii 70 și prezentate în Fig. 1.1 este dificil de implementat. Instalațiile noi ar trebui să aibă execuție separată a LIM și a pompei cu piston. Când pompa cu piston este situată deasupra motorului liniar în timpul funcționării, fluidul de formare este furnizat pompei prin canalul inelar dintre LIM și conducta de carcasă, ceea ce are ca rezultat răcirea forțată a LIM. Instalarea unei astfel de pompe cu piston antrenată de un motor liniar este aproape identică cu instalarea unei pompe electrice submersibile asincrone submersibile. O diagramă a unei astfel de instalații este prezentată în Fig. 1.3. Instalația include: 1 - motor liniar cilindric, 2 - protecție hidraulică, 3 ~ pompă cu piston, țeavă cu 4 carcase, 5 - tubulatura, 6 - linie de cablu, 7 - echipament cap puț, 8 - punct de conectare cablu la distanță, 9 - transformator complet dispozitiv, 10 - statie de control motor.

În concluzie, putem spune că dezvoltarea pompelor submersibile cu piston cu acționare electrică liniară rămâne o sarcină urgentă, pentru a cărei soluție este necesară dezvoltarea unor noi modele de motoare și explorarea posibilităților de creștere a performanței acestora datorită alegerii raționale. de frecvența puterii, dimensiunile geometrice ale miezului electromagnetic și opțiunile de răcire a motorului. Rezolvarea acestor probleme, în special în ceea ce privește noile proiecte, necesită crearea de modele matematice și metode de calcul al motoarelor.

La dezvoltarea modelelor matematice ale CLAD, autorul s-a bazat atât pe abordări dezvoltate anterior, cât și pe capacitățile pachetelor software moderne.

Orez. 1.3. Schema unei instalatii submersibile cu CLAD

Teze similare la specialitatea „Electromecanica si aparate electrice”, 05.09.01 cod VAK

• Îmbunătățirea eficienței pompelor de foraj prin utilizarea motoarelor submersibile cu supape 2007, candidat la științe tehnice Kamaletdinov, Rustam Sagaryarovich

• Cercetarea posibilităților și dezvoltarea mijloacelor de îmbunătățire a motoarelor electrice cu supapă submersibilă în serie pentru pompe producătoare de ulei 2012, candidat la științe tehnice Hhotsyanov, Ivan Dmitrievich

• Dezvoltarea teoriei și generalizarea experienței în dezvoltarea de acționări electrice automate pentru unitățile complexului de petrol și gaze 2004, doctor în științe tehnice Zyuzev, Anatoly Mihailovici

• Motor asincron cu arc-stator de viteză mică pentru unitățile de pompare ale puțurilor de petrol marginale 2011, Candidat la Științe Tehnice Burmakin, Artem Mikhailovici

• Analiza caracteristicilor de funcționare și creșterea eficienței utilizării acționărilor cu lanț ale pompelor cu tije de aspirație de fund 2013, candidat la științe tehnice Sitdikov, Marat Rinatovici

Concluzia tezei pe tema „Electromecanică și dispozitive electrice”, Sokolov, Vitaly Vadimovici

PRINCIPALELE REZULTATE ALE LUCRĂRII

1. Pe baza unei treceri în revistă a literaturii și a surselor de brevete, ținând cont de experiența existentă de utilizare a motoarelor liniare cilindrice pentru antrenarea pompelor cu piston adânc, se arată relevanța lucrărilor de cercetare care vizează îmbunătățirea proiectelor și optimizarea caracteristicilor CLAD.

2. Se arată că utilizarea unui convertor de frecvență pentru alimentarea CLAD, precum și dezvoltarea de noi modele, pot îmbunătăți semnificativ indicatorii tehnici și economici ai CLAD și pot asigura implementarea industrială cu succes a acestora.

3. Au fost elaborate metode de calcul electromagnetic al CLAD prin metoda EH cu patru terminale și prin metoda elementelor finite, ținând cont de neliniaritatea caracteristicilor magnetice ale materialelor și de caracteristicile noilor proiecte ale CLAD, mai întâi. dintre toate, grosimea limitată a masivului EE.

4. A fost elaborată o metodă pentru calcularea ciclogramelor indicatorilor de funcționare și de energie ai CLAD, precum și a stării termice a motorului atunci când funcționează în regim alternativ.

5. S-au efectuat studii sistematice ale efectului frecvenței de alunecare, pasului polar, întreruperea, sarcina curentă, grosimea limitată a elementului secundar și grosimea unui înveliș puternic conductiv asupra caracteristicilor unui CLAD cu SE masiv. Este prezentat efectul grosimii limitate a SE și al învelișului înalt conductiv asupra performanței CLAD. S-a constatat că funcționarea CLAD-ului submersibil considerat cu o grosime limitată a SE la o frecvență de alunecare mai mică de 4-5 Hz este nepracticabilă. Intervalul optim de pas al polilor în acest caz se află în intervalul 90-110 mm.

6. Au fost dezvoltate noi modele inversate ale CLAD, care fac posibilă creșterea semnificativă a indicatorilor specifici în condiții de diametru exterior limitat. Se face o comparație între indicatorii tehnici și economici și condițiile termice ale structurilor noi cu structurile tradiționale neinversate ale centrului central de presiune a aerului. Datorită utilizării noilor modele ale CLAD și a unei frecvențe de putere reduse, este posibil să se realizeze un efort la punctul de funcționare a caracteristicii mecanice de 0,7-1 kN pe 1 m de lungime a inductorului pentru CLAD cu un diametrul exterior de 117 mm. Noi soluții tehnice ar trebui să fie brevetate, materialele sunt luate în considerare în Rospatent.

7. Calculele ciclogramelor de funcționare CLAD pentru acționarea pompelor de adâncime au arătat că, datorită modului de funcționare nestaționar, eficiența rezultată a CLAD scade de 1,5 ori sau mai mult în comparație cu eficiența în regimul staționar. și se ridică la 0,3-0,33. Nivelul atins corespunde performanței medii a unităților de pompare cu tije de ventuză.

8. Studiile experimentale ale laboratorului CLAD au arătat că metodele de calcul propuse asigură o acuratețe acceptabilă pentru practica inginerească și confirmă corectitudinea premiselor teoretice. Fiabilitatea metodelor este confirmată și prin compararea rezultatelor calculului prin diferite metode.

9. Metodele dezvoltate, rezultatele cercetării și recomandările au fost transferate către SRL NPF „Bitek” și utilizate în dezvoltarea unui model experimental-industrial al unui CLAD submersibil. Metodele și programele de calcul al CLAD sunt utilizate în procesul educațional al departamentelor „Inginerie electrică și sisteme electrotehnologice” și „Mașini electrice” ale Universității Tehnice de Stat Ural - UPI.

Lista literaturii de cercetare pentru disertație candidat la științe tehnice Sokolov, Vitali Vadimovici, 2006

1. Veselovsky ON, Konyaev A.Yu., Sarapulov F.N. Motoare liniare cu inducție.-M .: Energoatomizdat, 1991.-256s.

2. Eisennggein B.M. Motoare liniare. Informații sondaj.-M .: VINITI, 1975, vol. 1. -112 s.

3. Sokolov M.M., Sorokin L.K. Acționare electrică cu motoare liniare. .-M.: Energie, 1974.-136s.

4. Izhelya G.I., Rebrov S.A., Shapovalenko A.G. Motoare liniare cu inducție.-Kiev: Technics, 1975.-135 p.

5. Veselovsky O. N., Godkin M. N. Motoare cu inducție în circuit deschis. Informaţii sondaj.-M .: Inform-electro, 1974.-48s.

6. Voldek A.I. Mașini MHD cu inducție cu un corp de prelucrare a metalelor lichide.-Leningrad: Energiya, 1970.-272 p.

7. Izhelya G.I., Shevchenko V.I. Crearea motoarelor electrice liniare: perspective de implementare și eficiența lor economică // Acționare electrică cu motoare electrice liniare: Proceedings of the All-Union Scientific Conference.- Kiev: 1976, vol. 1, p. 13-20.

8. Lockpshn L.I., Semenov V.V. Pompă cu piston adânc cu motor de inducție cilindric // Acționare electrică cu motoare electrice liniare: Proceedings of the All-Union Scientific Conference.-Kiev: 1976, vol. 2, pp. 39-43.

9. Motoare electrice liniare de design submersibil pentru antrenarea pompelor cu piston adânc / LI Lokshin, V.V. Semenov, A.N. Sur, G.A. Chazov // Rezumate ale conferinței de la Ural despre magnetohidrodinamică.-Perm, 1974, pp.51-52.

10. Electropompe submersibile liniare / LI Lokshin, V.V. Semenov și colab. // Rezumate ale conferinței Ural asupra magnetohidrodinamicii.-Perm, 1974, pp. 52-53.

11. P. Semenov V.V. Motor liniar de inducție al unei pompe cu piston cu element secundar care combină funcțiile fluidului de lucru și de control // Rezumat al tezei, candidat la științe tehnice, - Sverdlovsk, 1982, -18 p.

12. Semenov V.V. Principalele tendinţe în construcţia sistemelor de control pentru motorul liniar al acţionării pompelor de adâncime // Culegere de lucrări ştiinţifice UPI, -Sverdlovsk, 1977, pp. 47-53.

13. Lokshin L.I., Syur A.N., Chazov G.A. Cu privire la problema creării unei pompe fără tije cu o acționare electrică liniară // ​​Mașini și echipamente de ulei.-M.: 1979, nr. 12, pp. 37-39.

14. M.Osnach A.M. Sistem de control pentru un motor electric liniar submersibil al unei unități de pompare pentru producția de ulei // Conversie electromecanică a energiei: Coll. lucrări științifice.-Kiev, 1986, p. 136-139.

15. Tiismus Kh.A., Laugis Yu.Ya., Teemets R.A. Experiență în dezvoltarea, fabricarea și aplicarea motoarelor liniare cu inducție // Proceedings of the TLI, Tallinn, 1986, nr.627, p. 15-25.

16. Cercetarea parametrilor și caracteristicilor LIM cu o parte secundară externă cilindrică / J.Nazarko, M.Tall // Pr. nauk. Inst. ukl. electromaszyn Polutechniki Warszawskie.1981, 33, c. 7-26 (pol.), RZh EM, 1983, Nr. 1I218.

17. Lokshin L.I., Vershinin V.A. Despre metoda de calcul termic al motoarelor liniare cu inducție de tip submersibil // Culegere de lucrări științifice UPI, -Sverdlovsk, 1977, p. 42-47.

18. Sapsalev A.V. Acționare electrică ciclică fără viteze // Inginerie electrică, 2000, nr. 11, pp. 29-34.

19. Mogilnikov B.C., Oleinikov A.M., Strelnikov A.N. Motoare asincrone cu rotor dublu strat și aplicarea lor.-M .: Editura Energoatom, 1983.-120s.

20. Sipailov G.A., Sannikov D.I., Zhadan V.A. Calcule termohidraulice si aerodinamice la masini electrice.-M: Mai mare. Shk., 1989.-239s.

21. Mamedshakhov M.E. Convertoare electromecanice speciale de energie în economia naţională. -Tașkent: Fan, 1985.-120.

22. Kutateladze S.S. Transfer de căldură și rezistență hidraulică. -M .: Energoatomizdat, 1990.-367s.

23. Inkin A.I. Câmpurile electromagnetice și parametrii mașinilor electrice.-Novosibirsk: YUKEA, 2002.- 464p.

24. Bessonov J1.A. Bazele teoretice ale ingineriei electrice. Câmp electromagnetic: un manual. Ed. a X-a, Stereotip.-M.: Gardariki, 2003.-317s.

25. Modele matematice ale mașinilor liniare cu inducție bazate pe circuite echivalente: Manual / F.N. Sarapulov, S.F. Sarapulov, P. Shymchak. Ediția a II-a, rev. si adauga. Ekaterinburg: GOU VPO USTU-UPI, 2005.-431 p.

26. Motoare electrice liniare cilindrice cu caracteristici îmbunătățite / A.Yu. Konyaev, S.V. Sobolev, V.A. Goryainov, V.V. Sokolov // Materialele Congresului electrotehnic al întregului Rus. - M., 2005, p. 143-144.

27. Metode de îmbunătățire a performanțelor motoarelor asincrone liniare cilindrice / V.А. Goryainov, A.Yu. Konyaev, V.V. Sokolov // Energia regiunii. 2006, nr. 1-2, p.51-53.

28. Modalități de îmbunătățire a motoarelor liniare cilindrice cu inducție / V.А. Goryainov, A.Yu. Konyaev, S.V. Sobolev, V.V. Sokolov // Complexe și sisteme electrotehnice: Colecție științifică interuniversitară.-Ufa: USATU, 2005, p.88-93.

29. A.S. URSS nr. 491793. Pompă fără tije cu piston adânc de dublă acțiune / V.V. Semenov, L.I. Lokshin, G.A. Chazov; PermNI-Pineft, Appl. 30.12.70 Nr 1601978. Publicat-10.02.76. IPC F04B47 / 00.

30. A.S. URSS nr. 538153. Unitate de pompare fără tijă / E.M. Gneev, G.G. Smerdov, L.I. Lokshin și alții; PermNIPIneft. Aplic. 07/02/73 Nr 1941873. Publ. 25.01.77. IPC F04B47 / 00.

31. A.S. URSS Nr. 1183710 Unitate de pompare pentru fund / A.K. Shidlovski, L.G. Bezusy, A.P. Ostrovsky și alții; Institutul de Electrodinamică al Academiei de Științe a RSS Ucrainei, Ukr. Institutul de Cercetare și Dezvoltare al Industriei Petrolului. Aplic. 20/03/81 Nr 3263115 / 25-06. Publ. BI, 1985, 37. IPC F04B47 / 06.

32. A.S. URSS # 909291. Pompă electromagnetică de foraj / A.A. Po-znyak, A.E. Tinte, V.M. Foliforov și alții; Institutul de Fizică SKB MGD al Academiei de Științe din Letonia. SSR. Aplic. 02.04.80 Nr 2902528 / 25-06. Publ. în BI. 1983, nr.8. IPC F04B 43/04, F04B 17/04.

33. A.S. URSS # 909290. Pompă electromagnetică de foraj / A.A. Po-znyak, A.E. Tinte, V.M. Foliforov și alții; Institutul de Fizică SKB MGD al Academiei de Științe din Letonia. SSR. Aplic. 02.04.80 Nr 2902527 / 25-06. Publ. în BI. 1983, nr.8. IPC F04B 43/04, F04B 17/04.

34. Brevet SUA nr. 4548552. Instalație de pompare adâncă. Instalare pompă puț cu două supape / D.R. Holm. Aplic. 17/02/84 Nr 581500. Publ. 10.22.85. MTIKF04B 17/04. (NKI 417/417).

35. Brevet SUA nr. 4687054. Motor electric liniar pentru pompa de foraj. Motor electric liniar pentru utilizare în fund / G.W. Russel, L.B. Tufăriş. Aplic. 21/03/85 Nr 714564. 18/08/87. IPC E21B 43/00. F04B 17/04. (NKI 166/664).

36. A.S. Cehoslovacia # 183118. Motor liniar cu inducție. Linearni induk-cni motor / Ianeva P. Appl. 06.06.75 Nr PV 3970-75. Publ. 15.05.80. IPC H02K41 / 02.

37. Brevet CPP nr. 70617. Motor cilindric liniar cu alimentare de joasă frecvență. Motor electric linear cilindic, de joasa freventa / V. Fireteanu, C. Bala, D. Stanciu. Aplic. 6.10.75. Nr. 83532. Publ. 30.06.80. IPC H02K41 / 04.

38. A.C. CCCP # 652659. Miez magnetic al inductorului unui motor cilindric liniar / V.V. Filatov, A.N. Sur, G.G. Smerdov; PermNI-Pineft. Aplic. 4.04.77. Nr. 2468736. Publ. 18.03.1979. IPC N02K41 / 04. BI nr. 10.

39. A.S. URSS # 792509. Inductor al unui motor cilindric liniar / V.V. Filatov, A.N. Sur, L.I. Lokshin; PermNIPIneft. Aplic. 10/12/77. Nr. 2536355. Publ. 30L2.80. MPK N02K41 / 02.

40. A.S. URSS # 693515. Motor cilindric liniar asincron / L.K. Sorokin. Aplic. 6.04.78. Nr. 2600999. Publ. 28.10.79. MPK N02K41 / 02.

41. A.S. URSS nr. 1166232. Motor polifazat liniar / L.G. Fără barbă; Institutul de Electrodinamică al Academiei de Științe a RSS Ucrainei. Aplic. 05.06.78. nr 2626115/2407. Publ. BI, 1985, nr.25. IPC N02K2 / 04.

42. A.S. URSS # 892595. Inductorul unui motor electric cilindric liniar / V.S. Popkov, N.V. Bogacenko, V.I. Grigorenko și alții.Biroul de proiectare a motoarelor electrice liniare. Aplic. 04.04.80. Nr. 2905167. Publ. BI 1981, nr.47. IPC N02K41 / 025.

43. A.S. URSS # 1094115. Inductor motor electric cilindric liniar / N.V. Bogacenko, V.I. Grigorenko; OKB de motoare electrice liniare. Aplic. 02/11/83., Nr 3551289 / 24-07. Publ. BI 1984, nr.19. IPC N02K41 / 025.

44. A.C. URSS # 1098087. Inductor motor electric cilindric liniar / N.V. Bogacenko, V.I. Grigorenko; OKB de motoare electrice liniare. 3javl. 24.03.83., Nr 3566723 / 24-07. Publ. BI 1984, nr.22. IPC N02K41 / 025.

45. A.S. URSS # 1494161. Inductorul unui motor electric cilindric liniar / D.I. Mazur, M.A. Lutsiv, V.G. Guralnik și alții; OKB de motoare electrice liniare. Aplic. 13/07/87. nr 4281377 / 24-07. Publ. în BI 1989, nr.26. IPC N02K4 / 025.

46. ​​​​A.S. URSS nr 1603495. Inductor motor electric cilindric liniar / N.V. Bogacenko, V.I. Grigorenko; OKB de motoare electrice liniare. Ap. 04.05.88., Nr. 4419595 / 24-07. Publ. BI 1990, nr.40.

47. A.S. URSS # 524286. Motor liniar cu inducție / V.V. Semenov, A.A. Kostyuk, V.A. Sevastyanov; PermNIPIneft.-Publ. în BI, 1976, Nr. 29, MPK N02K41 / 04.

48. A.S. URSS # 741384. Motor liniar cu inducție / V.V. Semenov, M.G. Cauciuc; PermNIPIneft. Aplic. 23/12/77, Nr 2560961 / 24-07. Publ. în BI, 1980, nr. 22. IPC N02K41 / 04.

49. A.S. URSS # 597051. Acționare electrică / V.V. Semenov, LI Lokshin și alții PermNIPIneft.- Appl. 29/05/75 Nr 2138293 / 24-07. Publ. în BI, 1978, nr. 9. IPC N02K41 / 04.

50. A.S. URSS # 771842. Dispozitiv pentru controlul unui motor electric liniar submersibil cu mișcare alternativă / V.V. Semenov; PermNIPIneft. Aplic. 31/10/78. nr 2679944 / 24-07. Publ. în BI, 1980, Nr. 38 MPK N02R7 / 62, N02K41 / 04.

51. A.S. URSS # 756078. Unitate de pompare fără tije cu acţionare electrică / G.G. Smerdov, A.N. Sur, A.N. Krivonosov, V.V. Filatov; PermNIPIneft. Aplic. 28.06.78, Nr 2641455. Publ. în BI, 1980, nr.30. IPC F04B47 / 06.

52. A.S. URSS # 9821139. Dispozitiv pentru protejarea unui motor electric submersibil de condiții anormale / G.V. Konynin, A.N. Sur, L.I. Lok-shin și alții; PermNIPIneft. 05/04/81, Nr 3281537. Publ. în BI, 1982, nr. 46.

53. Pompă de fund. Aparat de pompare pentru instalare în puțuri / A.D. Webb; British Petroleum Co. Cerere 08.12.82, Nr. 8234958 (Vbr). Publ. 27/07/83. IPC F04B17 / 00.

54. Davis M.V. Motor de inducție liniar concentric / Brevet US nr. 3602745. Aplic. 27/03/70. Publ. 31/08/71. MPK N02K41 / 02.

55. Perfectionements aux dispositifs electriqnes d "entrainement rectiigne / Brevet francez nr. 2082150, Apl. 05.03.70, Publ. 10.12.71. IPC N02KZZ / 00.129

Vă rugăm să rețineți că textele științifice de mai sus sunt postate pentru informare și obținute prin recunoașterea textelor originale ale disertațiilor (OCR). În acest sens, ele pot conține erori asociate cu imperfecțiunea algoritmilor de recunoaștere. Nu există astfel de erori în fișierele PDF ale disertațiilor și rezumatelor pe care le livrăm.