Закрити

  Авторизація

Логін
Пароль
Запам'ятати на 2 тижні?

Забули пароль?
Якщо ви незареєстровані, пройдіть реєстрацію
Останні новини
Останні новини
До 2030 року виробництво електроенергії на світових ГЕС збільшиться на 50%
15.11.2018р.

В той час як сонячна та вітрова енергетика постійно...

Енергохаб Литви, Польщі й України забезпечить незалежність від Росії
14.11.2018р.

Створення Східноєвропейського енергетичного хабу...

Представлено надзвичайний концептуальний електроспортбайк
14.11.2018р.

Тайванська фірма «Kymco», що випускає скутери,...

Обсяги виробництва на підприємстві «Південкабель» збільшились на 40%
13.11.2018р.

Продукція, яку випускає харківський завод,...

Міністр енергетики США: Малі модульні реактори – перспективний проект для України
12.11.2018р.

США вважають можливим подальший розвиток в Україні...

Опитування
Опитування

Вам подобається оновлений портал?

5036
03.01.2006р. |
Структурна оптимізація електричних машин постійного струму малої потужності
Зростаючий рівень вимог до якості промислового і спеціального устаткування зобов'язує до пошуку технічних рішень, які забезпечують зниження маси і габаритів, збільшення швидкодії, підвищення надійності, зменшення енергоспоживання і поліпшення інших техніко-економічних показників. Усі ці завдання постають і перед розробниками електричних машин, які використовуються в основних і допоміжних електроприводах цього устаткування.
"Електротема" № 2 (2) 24 вересня - 7 жовтня 2002 року

Зростаючий рівень вимог до якості промислового і спеціального устаткування зобов`язує до пошуку технічних рішень, які забезпечують зниження маси і габаритів, збільшення швидкодії, підвищення надійності, зменшення енергоспоживання і поліпшення інших техніко-економічних показників. Усі ці завдання постають і перед розробниками електричних машин, які використовуються в основних і допоміжних електроприводах цього устаткування. На сучасному рівні розвитку науки і техніки задовільного вирішення поставлених завдань можна досягнути тільки при системному підході до створення нових електричних машин, в основі якого лежать структурна і параметрична оптимізації їхніх конструкцій.

Незважаючи на те, що якість функціонування будь-якої технічної системи значною мірою обумовлюється її структурою, яка закладається на початковому етапі проектування, розвиток методів структурної оптимізації відстає від методів чисельної оптимізації, яка використовується на наступному етапі проектування системи. Нині синтез структур електричних машин здійснюється переважно на підставі досвіду, інтуїції чи винахідницьким шляхом, тобто без достатнього обґрунтування. У результаті цього можливе виникнення ситуацій, коли застосування навіть чудових методів параметричної оптимізації втрачає сенс через погано обрану структуру.

Відставання методів структурної оптимізації обумовлене надзвичайною трудомісткістю огляду всієї безлічі конкурентноздатних варіантів шуканої структури. Тому для більшості завдань проектування структурна оптимізація залишається практично нездійсненною. Залучення обчислювальної техніки до її вирішення лише, незначною мірою розширює можливості розроблювачів.

Усі види електричних машин, а машин постійного струму особливо, за своєю технічною сутністю є досить складними технічними системами з неголономними зв`язками, що створює додаткові труднощі пошуку їхніх оптимальних структур.

У цьому зв`язку, для вирішення питання структурної оптимізації машини постійного струму, треба розглядати її як структурний елемент того устаткування, у якому вона буде використовуватися. Такий підхід вимагає вибору основних конструкторських рішень, які стосуються структури і компонування електричної машини, уже на початковому етапі створення устаткування, для приводів якого вона призначається. При цьому під час системного аналізу технічних вимог до устаткування мають бути враховані такі фактори: бажані та гранично допустимі габарити, маса і вартість; вимоги до системи керування і до джерел живлення; задана швидкодія і продуктивність; точність відпрацювання керуючих впливів; електромагнітна, вібраційна й акустична сумісність з іншими об`єктами, розташованими в безпосередній близькості; довговічність і надійність; виробнича й експлуатаційна технологічності; вимоги до утилізації устаткування після його повного зносу і ряд інших факторів, які зумовлюють його якість. При такому підході до синтезу машини вдається зробити оптимальний вибір головних параметрів структури машини постійного струму: колекторна чи безконтактна; тип якоря – феромагнітний зубцюватий чи немагнітний, циліндричний чи дисковий; наявність необхідності встановлення компенсуючих і регулюючих елементів, призначених для забезпечення заданих вихідних характеристик машини.

У випадках, коли початок пошуку оптимальної структури машини переноситься на етап, безпосередньо пов`язаний з її проектуванням, тобто коли машина проектується як самостійний виріб, який не прив`язаний до конкретного устаткування, зона структурної оптимізації значно звужується. Вона практично зводиться до вибору способу збудження, кількості пар полюсів, типу обмотки, кількості зубців, конструкції датчика положення і схеми комутатора – у безконтактних машинах, кількості колекторних пластин, конструкції щіткотримача і співвідношень розмірів контактуючих поверхонь ковзного контакту – у колекторних машинах, а також до вибору активних матеріалів.

Основні технічні рішення

До числа основних технічних рішень, прийнятих у процесі створення машини, належить вибір типу якоря, способу збудження, наявність ковзного контакту і спосіб її з`єднання з виконавчим механізмом.

Незважаючи на те, що в сучасному електромашинобудуванні найпоширенішими є феромагнітні якорі із зубцюватою структурою, таке технічне рішення не можна вважати найкращим. Особливо це стосується тих випадків, коли до машини ставлять високі вимоги за рівнем пульсацій моменту, плавності ходу, швидкодії, а також за наявності обмежень на величину однобічних магнітних тяжінь. У такому випадку перевагу варто віддавати немагнітним якорям. Поширена думка про збільшену витрату активних матеріалів у машинах з такими якорями порівняно з машинами, що мають зубцюватий якір, базується на помилковому підході до вибору величини повітряного зазору, в якому розташовується якірна обмотка . Доказ стосовно більшої трудомісткості виготовлення немагнітних якорів, певною мірою справедливий щодо виготовлення порожніх і гладких циліндричних якорів, але перехід до дискових якорів цілком усуває цей недолік.

Практично у всіх випадках сучасні машини постійного струму потужністю до 100-150 кВт повинні виконуватися зі збудженням від постійних магнітів. Це зумовлено необхідністю зниження енергоспоживання, прагненням до збільшення надійності та зменшення нагрівання, пошуком шляхів відмови від стабілізаторів струму в колах збудження.

Безсумнівні досягнення у створенні напівпровідникових перетворювачів, а також при розробці прогресивних технічних рішень з керування безконтактними машинами постійного струму, дозволяють значно розширити межі їхнього застосування. Однак, електроприводи із широким діапазоном регулювання частоти обертання ротора, з малим рівнем пульсацій моменту при низьких частотах обертання можуть бути створені тільки з використанням колекторних машин. А з огляду на наявність високоякісних і надійних мікросхем керування колекторними двигунами, які серійно випускають фірми SIEMENS, Mitsubishi, rohm та ін., електроприводам з цими двигунами варто віддавати перевагу в більшості випадків.

При вирішенні питання про спосіб зчленування машини з виконавчим механізмом перевагу, безсумнівно, варто віддати приладнаним конструкціям, тобто конструкціям , які не мають своїх власних підшипників. Це зайвий раз підтверджує доцільність початку розробки машини з етапу вибору компоновочної схеми устаткування, для якого вона призначається.

Магнітна система

`Залежність Вплив прийнятої кількості пар полюсів р машини постійного струму на об’єм активної частини машини, чи її масу, ілюструється гістограмою, що зображена на мал.1. Ця гістограма побудована для машини магнітоелектричного збудження (використані магніти типу Alnico)з діаметром якоря100 мм. При цьому прийнято, що величина моменту і коефіцієнта перевантажувальної здатності машини за розмагнічувальною дією реакції якоря є постійними.

Наведена залежність свідчить про те, що збільшення р, при дотриманні інших рівних умов, забезпечує зменшення габаритів і маси машини, а отже, і зниження її вартості. Це пояснюється зменшенням маси встановлених у ній магнітів. Зазначена залежність ще більше виявляється при використанні в машині постійних магнітів з меншою коерцитивною силою, а при використанні магнітів типу Sm-Co і Nd-Fe-B – ефект проявляється набагато слабше.

Необхідно мати на увазі, що істотне збільшення р, що супроводжується зменшенням величини полюсного розподілу, призводить до виникнення ряду труднощів технологічного характеру. У цьому зв`язку виникає необхідність переходу до нетрадиційних видів обмоток якоря, що будуть розглянуті нижче.

 

`Пазовий Варто звернути увагу на те, що в багатьох випадках використання традиційних конструкцій зубцюватих якорів не є найкращим рішенням при створенні машин, до яких ставляться жорсткі вимоги за масо-габаритними показниками. Для таких машин раціональніше застосувати якорі із зубцевою зоною, виконаною з окремих блоків. Такі блоки можуть бути виконані з рулонних анізотропних феромагнітних матеріалів методом навивки.

При співпадінні напрямку шляху проходження магнітного потоку з напрямком прокатки феромагнітного матеріалу вдається досягти відчутного зменшення витрат активних матеріалів, які застосовані у магнітній системі. Особливо ефективними такі конструкції стають при використанні тонколистового прокату, наприклад, товщиною 0,1-0,2 мм. Це пояснюється істотним зниженням втрат у зубцях і можливістю збільшення індукції в них. Конструкційна схема якоря з блоковою зубцевою зоною наведена на мал. 2.

Якірні обмотки

Співставлення технологічних процесів виробництва, устаткування й обладнання, які необхідні для виготовлення традиційних і неперехресних якірних обмоток машин з великою кількістю пар полюсів, свідчить, що виготовлення останніх має істотно меншу трудомісткість, а устаткування й оснащення значно простіше. Сказане пояснює підвищену увагу до них розроблювачів електричних машин. Теорія таких обмоток перебуває в стадії становлення, ведеться пошук раціональних схем з`єднання обмоток і оптимальних співвідношень геометричних розмірів активних частин машини.

Машини з неперехресними обмотками можуть бути виконані з різною кількістю пар полюсів p і котушок якірної обмотки S. Для забезпечення можливості узгодження машин з джерелами живлення, машини з такими обмотками повинні виконуватися з кількістю пар полюсів і кількістю колекторних пластин , які з`єднані між собою з кроком по колекторі, рівним S. При цьому початок котушок з номерами j підключаються до груп колекторних пластин з номерами

`Розрахунок,

а кінці цих котушок під`єднані до груп колекторних пластин з номерами

`а,

де m і d - будь-які цілі позитивні числа, не рівні одиниці;

``;

а - число пар паралельних віток обмотки якоря;

j = 1, 2, 3,…, S – номери котушок обмотки в порядку їхнього розташування на якорі, починаючи з довільно взятої котушки;

ν, i = 1, 2, 3,…,S – номери груп колекторних пластин, зумовлені найменшим номером колекторної пластини, що входить у дану групу

``;

l = 1, 2, 3,…, K=`mS` - номери груп колекторних пластин у порядку їхнього розташування на колекторі при обході його в тому ж напрямку, що й при нумерації котушок якоря, починаючи з довільно узятої групи;

k1, k2, k3 – цілі позитивні числа, включаючи нуль, які забезпечують виконання умови, що вирази в квадратних дужках дорівнюють цілим додатним числам;

Fr – оператор виділення дробової частини змішаного дробу.

Сказане вище пояснимо на прикладі машини з р=`18` і S=`25.` Кількість пар полюсів цієї машини може бути представлена у вигляді добутків співмножників m і d, які можуть приймати такі значення: m = 6,3,9,2, а відповідні їм d = 3, 6, 2, 9. Така обмотка повинна бути приєднана до колектора, кількість пластин якого К відповідно дорівнює 150, 75, 225 чи 50. На мал.3а наведено електричну схему обмотки, яка виконана за умови що m = 6, d = 3, К = 150, а мал.3б – m = 9, d = 2, К = 225. Котушкам наданіні номери 1s – 25s, а колекторним пластинам – 1к – 225к. На наведених малюнках котушки розташовані не в порядку їхнього розташування на якорі, що зроблено з метою спрощення схематичного зображення.

`Схеми

                                                                a)                                     b)

Мал.3.Схеми перехресних якірних обмоток

a)– at m = 6, d = 3, K = 150, a = 2; b)– at m = 9, d = 2, K = 225, a = 3


Наведені дані говорять про широкі можливості узгодження машин з неперехресними обмотками з різними джерелами живлення, при обмеженому наборі конструкційних елементів, які використовуються при виготовленні машин, що дозволяє знизити витрати на виробництво серій машин.

Зі сказаного вище випливає, що при створенні машин постійного струму малої потужності необхідно враховувати таке:

• мінімальні маса машини і витрати на її виробництво досягаються у випадку, коли вона виконується приладнаною (або вбудованою) до обладнання, для якого вона розробляється;

• оптимальна структура машини буде отримана тільки в тому випадку, коли прийняття рішень про особливості її конструкції здійснюється в результаті системного аналізу технічних вимог до обладнання, для якого вона розробляється;

• збільшення кількості пар полюсів машини веде до зменшення її маси і габаритів;

• застосування неперехресних обмоток знижує трудомісткість виготовлення і підвищує надійність машини;

• у машинах з високими вимогами до точності і швидкодії рекомендується застосовувати дискові немагнітні якорі;

• у машинах із жорсткими обмеженнями за масо-габаритним показниками варто застосовувати пазові якорі, виготовлені з U-подібних кручених елементів.

Юрій ЧУЧМАН, професор, доктор технічних наук.

Спеціальне конструкторське бюро електромеханічних систем

Національного університету «Львівська політехніка», м.. Львів

Теги та ключові фрази
характеристики машин постійного струмув млюнках, втрата потужності в електро мясорубках, електричні машини постійного струму газета, електричні машини малої потужності, Структура машин постійного струму, машини постійного струму допоміжні полюси, скачать программу на нокиа аша 305,чтобы распаковать сборник фото другого формата, поле чудес на нокиа аша 202 с вап, якірні обмотки машин постійного струму, електрична схема мясорубки електричної kenwood


Поділіться цією інформацією в соцмережах, дякуємо за популяризацію порталу:
Також Ви можете:

Додати до закладок Підписатись Версія для друку




Інші статті
17.11.2010р.

Електричні щити 2

Електричний щит - це початок всієї електричної частини будівлі, і не важливо, що це - величезний завод у мегаполісі або скромний будиночок у селі. Скрізь є електричні щити

18.08.2010р.

Пристрій для плавного пуску електродвигуна

Одним із самих головних недоліків асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором є наявність у них великих пускових струмів. І якщо теоретично методи їх зниження були добре розроблені вже досить давно, то ось практично всі ці розробки застосовувалися дуже в рідкісних випадках

Більше статей за тегами
При використанні матеріалів посилання на www.proelectro.info (для інтернет ресурсів з гіперссилкою) обов'язкове.