Учебное пособие 800600

1.Современные области применения радиоламп [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://vevby.ru/articles/16008-sovremennye- sfery-primeneniya-radiolamp.html

2.Кардонов Г.А. Курс лекций по электроприводу [Электронный

электродвигателя переменного тока [Текст] / Г.А. Пархоменко, С.Ю.

51

Завьялов // Научно-практический вестник «ЭНЕРГИЯ», 2013. – №1-2.

– С.82-83.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.313

Д.Р. Черкасов, А.А.Федоров, Т.Е. Черных, А.В. Тикунов

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В РАЗРАБОТКЕ ГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

Рассматриваются современные генераторы, используемые в составе автономных источников энергии

Ключевые слова: автономные источники энергии, генератор, ветроэнергетическая установка

Современный человек уже не может обходиться без электроэнергии, а стационарные электрические сети не везде доступны, в связи с этим автономные устройства, вырабатывающие электричество, продолжают набирать популярность.

Состав современных систем автономного электроснабжения обычно включает в себя источник электроэнергии, систему управления, а также может содержать резервный источник питания на основе химического аккумулятора.

Источником энергии, как правило, служит электрический генератор, приводимый во вращении различными первичными двигателями (ветроколесом в ветроэнергетических установках, дизельным или бензиновым двигателем в дизельили бензогенераторах и т.п.).

Отличительной особенностью автономных систем электроснабжения является специфичность конструкций и характеристик электрических генераторов, что объясняется специальными условиями эксплуатациии требованиями, которыепредъявляютсякним:

высокая надежность;

максимальная простота и технологичность изготовления;

удовлетворительные массогабаритные показатели;

малая себестоимость;

52

простота обслуживания.

На текущий момент времени наибольшее применение в качестве электрического генератора для автономных систем электроснабжения нашли асинхронные и синхронные машины. Машины постоянного тока практически не используются по причине того, что большая часть потребителей это потребители переменного тока, что требует использование инвертора, а это удорожание установки и уменьшение надежности системы.

Асинхронные машины используются преимущественно в составе бензо- и дизельгенераторных установках, так как в этом случае частота вращения первичного двигателя достигает от 750 об/мин и выше, что позволяет использовать данный тип машин без повышающего редуктора.

В последние десятилетия в нашей стране и за ее пределами значительно вырос интерес к автономным системам электроснабжения на базе возобновляемых источников энергии (ветрогенераторы, микроГЭС и т.п.). Однако в ветроэнергетических установках и микро-ГЭС использование асинхронных машин затруднительно из-за низкой скорости вращения первичных двигателей: ветроколес и гидротурбин, что вызывает необходимость включать в состав установки мультипликатор, что значительно усложняет конструкцию и повышает стоимость установки в целом. Решить эту проблему можно используя синхронные машины с возбуждением от постоянных магнитов.

Бурное распространение этих машин стало возможным благодаря разработке современных марок постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов. Применение таких магнитов позволило сделать электрические машины менее габаритными и более мощными. Это стало возможным из-за свойств редкоземельных магнитов, например, изготовленные на основе сплава Sm-Co магниты, обладают хорошими магнитными характеристиками (высокие значения намагниченности насыщения, коэрцитивной силы), термической стабильностью, а также устойчивостью по отношению к процессам коррозии. Основной недостаток этого типа магнитов - высокая цена на Sm и Co. В настоящее время предпринимается попытка заменить Co на Fe. Ведутся работы по разработке постоянных магнитов на базе составов Sm2Fe17 с добавлением азота и углерода.

Одним из главных критериев конкурентоспособности в промышленности является стоимость, в этом отношении спеченные магниты Nd-Fe-B выгодно отличаются от магнитов из Sm-Co - они относительно недороги по сравнению с ферритами и альнико, которые

53

широко использовались до недавнего времени из-за низкой себестоимости.

Совершенствование магнитов заключается не только в изменении их химического состава, но и в разработке новых технологии их изготовления, которые позволяют значительно снизить их себестоимость, а также получить разнообразные формы магнитов для магнитных систем (скобы, сегменты и т.п.).

Кроме использования в генераторах более современных материалов используются также новые конфигурации магнитных систем, разработанные под конкретные установки.

Например, большое внимание сейчас уделяется синхронным дисковым генераторам для использования в ветроэнергетических установках. Например, на кафедре электромеханических систем и электроснабжения ВГТУ ведутся исследования дискового синхронного генератора (рис. 1) [1].

Рис. 1. Дисковый генератор

Такая конструктивная схема позволяет получить генератор с хорошими массогабаритными показателями, обладающий высокой технологичностью и ремонтопригодностью, а также дает возможность интеграции генератора с ветроэнергетической установкой.

Также большой интерес вызывают торцевые генераторы, которые используются в малых ветроэнергетических установках

(рис. 2).

Такие машины обладают малым моментом страгивания, малым индуктивным сопротивлением обмотки, жесткой внешней характеристикой, высоким КПД в широком диапазоне частот вращения [2].

54

УДК 621.825.5

А.А. Агапов, С.А. Белозоров

УГЛОВАЯ МАГНИТНАЯ МУФТА

Рассматривается способ передачи вращения под углом при помощи муфты на основе постоянных магнитов

Ключевые слова: магнитная муфта, постоянный магнит

На сегодняшний день разработаны невероятно сложные системы механической передачи момента способные передавать его под любым углом и практически на любое расстояние.

Однако довольно часто не требуется прибегать к использованию таких систем, современные электродвигатели, используемые в качестве приводного механизма, достигают невероятно высоких показателей КПД, при довольно небольших габаритах, а электронные управляющие модули способны обеспечить необходимую частоту вращения и момент на валу. Ввиду этого, зачастую требуется обеспечить всего лишь непосредственное соединение приводного двигателя с исполнительным механизмом. Без применения редукции (или же мультипликации) момента и частоты вращения. Для этих целей используются различного рода муфты.

В механических системах муфта выполнят очень важную роль, по своей сути она представляет собой устройство, позволяющее обеспечить передачу крутящего момента от ведущей части к ведомой. Однако помимо передачи момента муфты служат для защиты от толчков и ударов, включения и выключения ведомой части (при непрерывном вращении ведущей), компенсации температурных деформаций длинных валов, облегчения сборки сложных механизмов и т.д. Муфты также применяют в качестве управляющих элементов и различных предохранительных устройств, для предотвращения возможных поломок ведущих и ведомых элементов при внезапном застопоривании движения или резком возрастании передаваемого момента или скорости вращения.

Стоит так же отметить, что существуют системы, в которых механическая муфта, несмотря на ряд достоинств серьезно проигрывает. К примеру, системы с повышенным уровнем вибрации. В данных системах применение магнитных муфт позволяет исключить

56

прямую передачу вибрации через муфту и снизить общий уровень вибрации системы.

Использование магнитных муфт имеет ряд ключевых преимуществ по сравнению с механическими:

1.Обеспечение безопасности персонала при взаимодействии с агрессивными, высокотоксичными резкими и взрыво- и огнеопасными жидкостными средами;

2.Сохранение чистоты и герметичности перекачиваемого продукта, в случае использования муфт в насосной технике;

3.Исключение возможности разрушения валов и узлов агрегата при ударном торможении;

4.Магнитные муфты служат очень долго, так как не имеют быстро изнашиваемых деталей;

5.Экономичность – не требующие обслуживания муфты уменьшают затраты на ремонт;

6.Такого рода муфты не потребляют электроэнергии.

Стоит отметить, что все представленные на сегодняшний день на рынке электромагнитные (магнитные) муфты обеспечивают передачу момента без углового смещения осей валов.

На рисунке 1 представлена классическая конструкция магнитной муфты, состоящей из двух полумуфт, в состав которых входят магнитные системы и экран, обеспечивающий дополнительное крепление.

Рис. 1. Классическая конструкция магнитной муфты

Стоит отметить, что в зависимости от целей и задач конструкция магнитных муфт может меняться, однако неизменно лишь одно – валы

57

полумуфт находятся на одной оси. Разумеется, возможно незначительное угловое смещение осей валов, но оно обусловлено всего лишь погрешностью при установке механизмов.

В связи с этим возникает острая необходимость в создании муфты способной обеспечить передачу вращающего момента с углом передачи, значительно превышающим угловую погрешность при установке и при этом сохраняющей все положительные качества, описанные ранее.

Решением данной проблемы может стать угловая магнитная муфта. Один из вариантов исполнения магнитной системы такого рода муфты представлена на рисунке 2а и состоит из кольцевой (1) и параболической (2) полумуфт.

а б Рис.2. Конструкция магнитной системы

угловой магнитной муфты Конструктивной особенностью указанной магнитной муфты

является то, что передача момента осуществляется под углом 90° при помощи постоянных магнитов, установленных в полумуфтах.

Другим возможным конструктивным исполнением является магнитная система, представленная на рисунке 2б, особенностью которой является то, что она состоит из 2-х параболических полумуфт. Представленные конструктивные исполнения угловых магнитных муфт сохраняют практически все преимущества муфт классического исполнения, при этом позволяя передавать крутящий момент под необходимым углом.

Однако, довольно серьезным недостатком данной конструкции является то, что работа данной муфты может быть осуществлена только при некой «синхронизации» полей, ведущей и ведомой полумуфт. Ввиду чего для устойчивой работы муфты необходимо обеспечения угла нагрузки (по аналогии с синхронной машиной). Обеспечения требуемого угла нагрузки при пуске приводного механизма без специализированных средств является невозможным.

58

Однако решением данной проблемы может стать «беличья клетка». Как известно из теории электрических машин «беличья клетка» позволяет синхронному двигателю развить необходимую подсинхронную скорость после чего происходит втягивание ротора машины в синхронизм. Применения «беличьей клетки» в составе угловой муфты может стать неплохим решением данной проблемы.

Указанная конструкция может найти применение в самых различных областях промышленности. В целом угловая магнитная муфта обладает всеми преимуществами магнитных муфт, а также обеспечивает передачу крутящего момента под углом. В аналогичных механических системах для этого необходимо использовать предохранительную муфту, а также ременную или зубчатую передачу, что экономически невыгодно.

Помимо этого, все предложенные конструктивные исполнения относятся к классу бесконтактных муфт. Отсутствие механического контакта позволяет исключить появление стружки и металлической пыли, помимо этого, полностью исключена возможность искрения и появления высоко нагретых областей, что в свою очередь делает возможным еЕ использование, к примеру, в насосных системах для перекачки химически активных продуктов.

Стоит отметить, что помимо этого существует еще огромное количество менее ответственных областей промышленности, где данная муфта может найти применение.

Литература 1. Копылов И.П. Проектирование электрических машин [Текст]:

учеб. пособие для вузов / И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков и др.; подред. И.П. Копылова. – М.:Энергия, 1980. – 496 с.

Воронежский государственный технический университет

59

УДК 621.316.1.024:004.3

А.С. Голубчиков, А.Н. Кубахов, М.Ю. Дворядкина, Н.И. Климентов

РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НАЛИЧИИ НЕСКОЛЬКИХ КОММУТАЦИЙ

Разработана программа в среде LabVIEW для исследования переходных процессов при наличии нескольких коммутаций

Ключевые слова: переходные процессы, сложная цепь, несколько коммутаций

Задача исследования электрических цепей в переходном режиме сводится к определению реакции y t , представляющей собой ток или напряжение какой-либо ветви, на некоторое возмущающее воздействие x t [1].

Для программной реализации алгоритма исследования переходных процессов при наличии нескольких коммутаций была использована среда программного обеспечения LabVIEW компании

National Instruments.

LabVIEW получает все большее распространение в образовании, при проведении научных исследований и выполнении проектных работ. Этому способствуют ее несомненные преимущества – высокая производительность при разработке программ, называемых виртуальными приборами (ВП) и широкий набор функциональных возможностей языка и среды программирования [2].

Виртуальная установка для выполнения лабораторной работы «Исследование переходных процессов при наличии нескольких коммутаций» представляет собой компьютерную модель, располагающуюся на рабочем столе персонального компьютера (рис. 1).

Электродвижущая сила Е постоянного тока в момент времени t 0 включается в цепи при равных нулю токе в индуктивности L2 и напряжения на емкости C1. Этот момент соответствует первой коммутации (замыкается ключ 1).

Вторая коммутация (включение ключа 2) происходит через интервал времени t1 после первой коммутации.

Третья коммутация (включение ключа 3) происходит через интервал времени t2 после второй коммутации.

60