Учебное пособие 800577

ПРЕДИСЛОВИЕ

Слово к читателю

У каждого молодого человека, стоящего на пороге взрослой жизни, есть своя мечта. Один мечтает о славе, другой – о достатке, третий – о впечатляющих приключениях…

Однако опыт, накопленный многими поколениями, свидетельствует, что наиболее содержательная жизнь всегда связана с творчеством, с созидательной деятельностью, поиском решений задач, которых еще никто не решил. Это – тропа первопроходцев. Умение сформулировать задачу и найти оптимальное ее решение – это надежный старт для содержательной интересной жизни.

Авторы сборника делают попытку стать на эту стезю. Хочется пожелать им твердости поступи и уверенности в успехе. Пусть выступление в этом сборнике и станет началом содержательной жизни, насыщенной захватывающими приключениями созидательным трудом, научным поиском. Нужно только помнить, что успехи всегда окрыляют, придают уверенность, раздвигают горизонты поиска. Но не следует огорчаться и пренебрегать неудачами. Они должны закалять характер, воспитывать настойчивость и все то, что неизбежно приводит к новым успехам. Знание и опыт – главное богатство каждого человека. Это богатство следует приумножать постоянно.

Все мы ценим наследие предыдущих поколений первооткрывателей. Только благодаря их достижениям мы сегодня совершаем новые открытия, создаем изобретения. Наша задача – своими результатами еще выше поднять вершины знаний и умений. И здесь – наша ответственность перед потомками.

Хочется от всей души пожелать всем молодым авторам сборника уверенности в поиске и успехов в созидании.

3

УДК 621.313.01.4

В.В. Думшев, Г.А. Пархоменко

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЭКОНОМИИ МЕДИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЕРИЕСНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Рассматривается возможность отказа от обмотки возбуждения на полюсах коллекторного двигателя переменного тока и создания вращающего момента за счет разности магнитной проницаемости по продольной и поперечной осям магнитной системы

Коллекторные электродвигатели переменного тока находят широкое применение в электроинструментах, бытовых и других приборах. Обмотка возбуждения такого двигателя включена последовательно в цепь якоря, что обеспечивает сохранение направления вращающего момента при изменении направления тока в сети [1]. При этом магнитное поле якоря действует, как правило, размагничивающим образом. Имеется опыт создания вращающего момента в таком двигателе без использования катушек возбуждения на полюсах [2]. При сдвиге щеток с геометрической нейтрали в таком двигателе явновыраженные полюса статора искажают поле якоря так же, как это имеет место в синхронном реактивном двигателе [1]. Это хорошо видно на рис.1, где при сдвиге щеток на край полюса наблюдается деформация поля якоря, приводящая к появлению вращающего момента, действующего против часовой стрелки.

Нами была поставлена задача экспериментально исследовать возможность реализации указанной идеи в электродвигателе ДК-100, используемого для привода шлифмашинки «болгарка», выпускаемой воронежским предприятием ООО «РемКом».

Электродвигатель имеет следующие основные характеристики: полезная

Воронежский государственный технический университет

6

УДК 621.313.333

А.А.Агапов,С.А.Белозоров

НИЗКООБОРОТНЫЕ ТОРЦЕВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ С МНОГОПОЛЮСНОЙ ОБМОТКОЙ

Рассматривается конструкция торцевого двигателя, описывается способ изготовления статора

Практика показывает, что сегодня для различных целей требуются низкооборотные двигатели, которые позволяют исключить механический редуктор. Самым главной недостатком асинхронного двигателя цилиндрической формы является то, что скорость вращения двигателя прямо пропорциональна частоте сети, поэтому невозможно понизить его скорость без специальных частотных преобразователей (инверторов).

Решением данной проблемы является создание многополюсной машины. Однако реализация многополюсной конструкции с 2p>12 в цилиндрических АД сильно удорожает конструкцию и усложняет её изготовление, а в микромашинах является и вовсе невозможной. Решением может стать создание торцевого двигателя с многополюсной обмоткой.

После проведения анализа конструкции торцевых и цилиндрических двигателей была разработана конструкция торцевого двигателя (рисунок ).

Конструкция торцевого двигателя Указанная конструкция представляет собой торцевой

двигатель, статор 1 которого состоит из многополюсной трехфазной обмотки и компаунда, а для замыкания магнитного поля в данной конструкции используется магнитопровод 3 в виде сплошного диска. В свою очередь ротор 2 представлен

7

магнитопроводом и короткозамкнутой алюминиевой беличьей клеткой.

В данном двигателе используется 3-х фазная медная обмотка, которая изготавливается предварительным созданием катушечных групп путем механической или ручной намотки на определенный шаблон. Далее идут размещение и фиксация готовых катушек на магнитопроводе статора, материалом которого могут хорошо проводящие магнитное поле металлы, а также различные виды композитов с похожими свойствами. После чего заготовку помещают в форму для последующей заливки компаундом.

Инновацией станет то, что будет исключена пазовая конструкция статора, её заменит компаунд с добавлением коллоидного металла (железо, электротехническая сталь, пермаллой), что позволит уменьшить потери на вихревые токи. Так же применение данной конструкции в значительной мере упростит реализацию многополюсной обмотки. Ведь именно пазовая структура статора цилиндрического двигателя не позволяет размещать большое число катушек, при этом сохраняя прежние габариты и форму пазов. У торцевых АД таких проблем нет, так как нет жесткой привязки к пазам статора, что в свою очередь позволяет увеличить количество полюсов, не прибегая к увеличению габаритов машины. Однако существуют конструкции цилиндрических АД с многополюсной обмоткой, но, исходя из рекомендаций по выбору числа полюсов многополюсные цилиндрические машины в промышленности встречаются относительно редко.

Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что представленная конструкция может быть использована при производстве многофункциональных низкооборотных электрических машин.

Литература 1. Игнатов В.А., Вильданов К.Я. Торцевые асинхронные

электродвигатели интегрального изготовления М.: Энергоатомиздат, 1988. 304 с

Воронежский государственный технический университет

8

УДК 621.318.24

А.С. Гаврюшин, В.О. Корчагин

МОДЕЛИРОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА С РЕЛЬСОМ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Рассмотрены вопросы моделирования усилителя сцепления колеса с рельсом, основанного на использовании магнитного поля

Для обеспечения эффективного функционирования устройств их разработка обычно сопровождается физическим и математическим моделированием [1]. Физическое моделирование связано с материальными затратами, поскольку требует изготовление макетов и их последующее исследование. Часто физическое моделирование невозможно из-за сложности устройств. Для решения этой задачи, прибегают к математическому моделированию [2]. Моделью удобно пользоваться на этапе проектирования и проведения поисково-исследовательских работ. Модель позволяет не проводя дополнительных экспериментов, выявить характер работы устройства, внести улучшения в его конструкцию, тем самым добиться оптимизации затрат, не прибегая к дорогостоящему изготовлению натурных моделей.

Использование устройств, усиливающих сцепление колеса с рельсом позволяет решить проблемы, связанные с возникновением таких процессов, как буксование и юз колёсных пар. В данной работе рассмотрено устройство, основанное на воздействии магнитного поля катушки. При этом колесо и рельс являются частью магнитной цепи, между ними возникают силы притяжения. Подобное устройство может использоваться на трудных участках, оно позволяет при необходимости повысить сцепной вес локомотива на требуемую величину. Положительная особенность заключается в том, что в вливание затрат на усиление верхнего строения пути потребуется лишь на наиболее трудных участках.

При анализе полей и процессов в электромеханических систем широкое распространение получил метод конечных элементов [3]. При расчёте магнитных систем [4] методом конечных элементов пространство разбивается поверхностями на отдельные части, которые имеют форму треугольников, прямоугольников, а при трёхмерной задачи - параллелепипедов,

9

тетраэдров. Конечные элементы не перекрывают друг друга, в узловых точках (вершинах конечных элементов первого порядка) конечных элементов рассчитываются значения искомых параметров. Для расчётной модели системы колесо - рельс построена сетка конечных элементов (рис. 1).

1 - бандаж колеса;

2 - рельс;

3 - обмотка.

Рис. 1. Сетка конечных элементов Каждый конечный элемент имеет три вершины-узла,

скалярный магнитный потенциал для каждого конечного элемента представляется в виде полинома с коэффициентами, постоянными для данного элемента. Для каждого элемента потенциал задаётся линейным полиномом первого порядка.

м(i) а(i) b(i) x c(i) y

где а(i), b(i), c(i) - коэффициенты i-го элемента.

Задача метода конечных элементов сводится к определению коэффициентов для каждого элемента посредством решения уравнений Лапласа или Пуассона. В результате появляется возможность определить скалярный магнитный потенциал в любой точке поля. Для получения решения высокой точности требуется достаточно густая сетка и значительные вычислительные ресурсы. При анализе симметричных областей применяется метод конечных суперэлементов. При этом расчетная область разбивается на ряд суперэлементов, решение задачи на первом этапе сосредотачивается внутри суперэлемента. Каждый суперэлемент оснащается системой базисных функций, которые являются решениями рассматриваемого уравнения в СЭ, с некоторыми граничными условиями. Использование сетки суперэлементов и

10