Некоторые науково-технічних проблем розвитку електромеханіки малої потужності

Некоторые науково-технічних проблем розвитку електромеханіки малої потужності

Лавриненко В.А., Гончаров І.П., Осипенко Р. А., Чуваський державний університет ім. І.Н. Ульянова.

Научно-технические проблеми, розв’язанням яких займаються співробітники лабораторії микромашин кафедри електромеханіки і технологій електротехнічних виробництв Чуваського державного університету у співробітництво з підприємствами, можна поєднати у трьох групи.

1. Проблеми теорії

1.1. Проводяться дослідження розподілу магнітного поля була в повітряному зазорі електричних машин (ЕМ) для одержання інформації, яка потрібна на розрахунку індуктивних параметрів [14,16].

1.2. Розробляється загальна теорія нелінійних і параметричних систем [10,12,17], що дозволяє вирішувати дуже багато прикладних завдань.

1.3. Складаються інженерні методики автоматизованого розрахунку [13,18,19], дозволяють прискорити процес оптимізації конструкцій ЕМ.

1.4. Визначаються найбільш раціональні конструкції ресурсозберігаючих ЕМ [1−9]. Розробка науково і технічно обгрунтованих рекомендацій з використання тієї чи іншої типу ЕМ дає економічний ефект.

1.5. Синтезуються електромеханічні системи з электромашинных і напівпровідникових елементів [15,21]. Ця тенденція визначає вектор розвитку електромеханіки. Успіхи у розвитку напівпровідникової техніки дозволяють виконувати завдання створення найбільш раціональних способів комутації струму в ланцюгах електричних машин й одержати після цього нові типи вентильных машин частковості, з урахуванням використання асинхронного двигуна з короткозамкнутым ротором.

Необходимость початку моделювання дедалі більше складних систем, описуваних десятками диференційних рівнянь зі змінними структурами і перемінними коефіцієнтами, вимагає розвитку існуючих методів комп’ютерного моделювання.

1.6. Знижується рівень звуку ЕМ шляхом зменшення збурюючих сил механічного, магнітного й аеродинамічного походження.

2. Конструкторсько-технологічні проблеми

2.1. Створено уніфіковані ряди ресурсозберігаючих однофазних електричних машин змінного струму ДАО64 побутового призначення і електродвигунів постійного струму з постійними магнітами ДП56 для автомобільної техніки [11,20].

Прошли приймальні випробування дослідних партій уніфікованих двигунів ДАО64 і ДП56, мають вищий ккд і меншу вартість порівнянні з вітчизняними аналогами.

2.2. Розробляються типові конструкції двигунів, які можна використовуватиме безпосереднього електропривода різних механізмів побутового призначення [1−9]. Особливість нових конструкцій двигунів у цьому, що ні потрібно дорогого устаткування обмотувальних робіт. У запропонованих конструкціях зменшення трудомісткості спрощення технології виготовлення відбувається поза рахунок зосереджених обмоток замість всыпных, укладываемых в окремі пази.

2.3. Підвищується якість ЕМ малої потужності з допомогою виконання вимог, що висуваються до показниками якості, які умовно може бути розбитий до 7 груп.

Первую групу становлять показники призначення, які включають у собі класифікаційні показники і екологічні показники функціональної і технічної ефективності. Для ЕМ класифікаційні показники містять у собі номінальні дані. Показники функціональної та програмах технічної ефективності включають кратності максимального kmах, початкового пускового kп і мінімального kmin моментів, споживану потужність P1, кратність пускового струму kI, момент інерції ротора J.

Вторую групу утворюють показники надійності: встановлена безвідмовна напрацювання Ту і термін їхньої служби Тслу (ГОСТ 27.002−83). ЕМ слід розглядати, як виріб з послідовно з'єднаних елементів (обмоток, магнитопровода, підшипників, колектора, щіток тощо.). У цьому відмова кожного з них призводить до втрати працездатності машини.

Третья група — це показники економного використання сировинних, матеріальних, паливних, енергетичних і трудових ресурсів: коефіцієнт корисної дії n, питома маса на одиницю корисною потужності G/Рн, коефіцієнт потужності соs і безліч машини G.

Четвертая група — эргономические показники: середній рівень звуку L, середнє квадратическое значення виброскорости V.

В п’яту групу входять показники технологічності: питома трудомісткість виготовлення Ті (нормочасы на одиницю корисною потужності), питома матеріаломісткість (кг/Вт) на окремі види матеріалів і сумарна, питома технологічна собівартість У розділі ст (руб/Вт) і коефіцієнт використання матеріалів Кисло, що характеризує їх економію,.

Шестая група — патентно-правовые показники — показник патентного захисту Пп. з (наявність оформлених заявок на винаходи патентів у країни й там) і показник патентної чистоти Пп. ч, що особливо важливо задля поставки експорту.

Седьмая група — показник безпеки — клас захисту від поразки електричним струмом (ГОСТ 12.2.007.0−75).

2.4. Застосовуються технології автоматизованого проектування з допомогою систем тривимірного (3D) моделювання. Використання таких CAD-, CAMі CAE-систем, як Pro/engineer, дозволяє використовувати технологію низхідного проектування, зокрема створювати тривимірні скелетоны (анг. skeleton — скелет, каркас) — структурні 3D моделі збірок. Є можливість оголошувати залежності у компонуванні й управляти ними габаритами проектованої машини.

Pro/engineer забезпечує двосторонню зв’язок між тривимірної моделлю збірок і змістом креслень: будь-які зміни у тривимірних моделях автоматично позначаються на кресленнях і навпаки. Ця особливість дозволяє завжди контролювати складання вироби, уникнути численні помилки для підготовки виробництва, соціальній та процесі наступного супроводу вироби.

Использование сформованої тривимірної складання виробу дає можливість проводити розрахунки на взаємне те що і міцність окремих деталей чи вузлів, і навіть моделювати віртуальні руху вузлів механізму. За результатами розрахунків оптимізується конструкція, досягаються необхідні розміри і значення параметрів.

Сформированная тривимірна модель вироби є підвалинами подальшої роботи конструкторів технологічної оснастки і програмістів верстатів з ЧПУ, що використовують спеціальні модулі системи Pro/engineer.

2.5. Використовуються сучасні методи виробництва, дозволяють скоротити частку механічного оброблення деталей, і навіть застосувати нові матеріали.

2.6. Електричним машинам придаются використання сучасних форм і колір з погляду ергономіки та програмах технічної естетики.

3. Проблеми випробувань

3.1. Розробляються точні і надійні устрою автоматизованих випробувань, виключають додаткові навантаження на валу двигуна. Визначається необхідний обсяг випробувань ЕМ при серійному виробництві.

3.2. Проводяться дослідження з експериментального визначенню параметрів ЕМ з допомогою вимірювальної техніки нового покоління.

3.3. Використовується імітаційне моделювання, що дозволяє визначити вплив параметрів ЕМ на технічні характеристики і скоротити обсяг макетных випробувань розробки.

Производство електричних машин малої потужності є найдинамічніше розвивається напрям електромеханіки, що характеризується великий номенклатурою конструктивних варіантів і спеціальними методи дослідження. Задля більшої випуску конкурентоспроможних електричних машин малої потужності потрібне проведення наукових і правильної технічної політики у цій галузі електротехніки.

Список литературы

1. А.c. 619 997 (СРСР). Однофазний асинхронний двигун / Э. В. Владимиров, Є.І. Єфименка. Заявл. 01.03.77. № 2 457 936; МКІ Н02К, 17/04. Одкр. Изобр. 15.08.78. № 30.

2. А.c. 1 424 101 (СРСР). Однофазний многоскоростной асинхронний електродвигун / Є.І. Єфименка, В. А. Лавриненко, В. В. Охапкин. Заявл. 26.12.86. № 4 167 400; МКІ Н02К, 17/06. Одкр. Изобр. 15.09.88. № 34.

3. Патент 2 085 003 (РФ). Двигун Єфименка (його варіанти) / Е. И. Ефименко. Заявл. 19.12.94. № 94 044 756. МКІ Н02К, 17/08. Одкр. Изобр. 20.08.97. № 23.

4. Патент 2 088 029 (РФ). Дво-фаза двигун змінного струму/ Е. И. Ефименко. Заявл. 10.01.95. № 95 100 248. МКІ Н02К, 17/08. Одкр. Изобр. 20.08.97. № 23.

5. Патент 2 085 003 (РФ). Статор двухфазного двигуна змінного струму/ Є.І. Єфименка. Заявл. 08.06.93. № 93 029 283. МКІ Н02К, 1/14. Одкр. Изобр. 20.07.97. № 20.

6. Патент 2 085 003 (РФ). Однофазний явнополюсный електродвигун / Е. И. Ефименко, В. М. Пароятников, В.М. Погодін. Заявл. 11.04.96. № 95 105 480. МКІ Н02К, 17/10. Одкр. Изобр. 20.04.98. № 11.

7. Патент 2 103 784 (РФ). Однофазний електродвигун / Е. И. Ефименко, В. М. Пароятников. Заявл. 24.03.95. № 95 104 397. МКІ Н02К, 17/10. Одкр. Изобр. 27.01.98. № 3.

8. Корисна модель 28 944 (РФ). Однофазний асинхронний електродвигун / В. А. Лавриненко, Р. А. Осипенко. Заявл. 18.11.02. № 2 002 130 603. МКІ Н02К, 17/10. Корисні моделі. Пром. образцы.2003.№ 11.

9. Патент 2 233 531 (РФ). Однофазний асинхронний електродвигун / В. А. Лавриненко, Р. А. Осипенко. Заявл. 13.11.02. № 2 002 130 484. Позитивне рішення про видання патенту від 05.03.04. МКІ Н02К, 17/10. Одкр. Изобр. 2004. № 21.

10. Єфименка Є.І. Нові методи дослідження машин змінного струму та його докладання. М.: Энергоатомиздат, 1993. 288 з.

11. Lavrinenko V.A. Mathematical model of two-speed shaded-pole induction motor with a stepped air gap // Micromachines and Servodrives. International XI Symposium. Malbork, Poland, 14…18, IX, 1998. Vol.1. Pp.74−81.

12. Лавриненко В. А. Тенденції розвитку електромеханічних систем // Всерос. электротехн. конгрес ВЭЛК-99. Москва, 1999. Т.1. З. 155−157.

13. Лавриненко В. А. Розрахунок додаткових електромагнітних моментів однофазного асинхронного двигуна // Динаміка нелінійних дискретних електротехнічних і електронних систем: Матюк. III Всерос. наук. — техн. цук. / Чебоксар: Вид-во Чуваш. ун-ту, 1999. С.127−128.

14. Lavrinenko V.A. Using of the microprocessor for registration of distribution magnetic field curve in non-uniform air gap of two-speed shaded-pole induction motor // Unconventional Electromechanical and Electrical Systems. Fourth International Conference / St. Petersburg, Russia, 21−24 June 1999. Vol.3. Szczecin, 1999. P. 1339−1342.

15. Lavrinenko V.A., Nikolaev V.A. Modeling of electromechanical systems for digital data processing unit // Applied Mechanics «99. Conference for post gradual and young scientists / Technical University. Brno, 1999. P. 247.

16. Lavrinenko V.A. Registration of the flux density distribution curve in stepped air gap of shaded-pole induction motor // Fourth International Conference on Advanced Methods in the Theory of Electrical Engineering Applied to Power Systems (AMTEE «99)/Pilsen, Czesh Republic, 13−15 September 1999. Section D. Pp. 14−17.

17. Лавриненко В. А. Математичного моделювання електромеханічних перетворювачів енергії: стан, обмеження, перспективи // Інформаційні технології в електротехніці і електроенергетиці: Матюк. III Всерос. науч.-техн. цук. / Чебоксар, Вид-во Чуваш. ун-ту, 2000. С.361−363.

18. Lavrinenko V.A. Mathematical model of small induction motors with magnetic asymmetry // Third International Power Electronics and Motion Control Conference. Tsinghua University, Beijing, China, 2000.

19. Lavrinenko V.A. Mathematical model of small induction machines// International XII Symposium on Micromachines and Servodrives. Kamien Slaski, Poland, 10…14, IX, 2000. Vol.II. P.428−435.

20. Лавриненко В. А., Кузин Н. П., Гончаров І.П., Осипенко Р. А. Розробка, автоматизований розрахунок і проектування коллекторного двигуна з постійними магнітами // Тр. V Международ. симпозіуму «ЭЛМАШ-2004», МА «Интерэлектромаш», Москва, 11−15 жовтня, 2004. Т.2. С.10−15.

21. Лавриненко В. А., Кузин Н. П., Гончаров І.П., Осипенко Р. А. Перехідні процеси у системі «асинхронний двигун малої мощности-резонансный інвертор» // Рб. наук. тр. молодих вчених і фахівців. Чуваш. ун-т. Чебоксар, 2004. З. 212−216.

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із російського сайту internet.