Учебное пособие 800617

Рис. 2. Нетрадиционная ортоциклическая обмотка

Основным достоинством данной обмотки является то, что изза отсутствия утолщения она находится полностью под магнитопроводом, что в свою очередь позволяет создать магнитную систему, в которой магнит находится полностью под магнитопроводом.

Сегодня в бесконтактных машинах постоянного тока применяются невероятно мощные редкоземельные магниты, которые в случае недостаточной длинны или смещения магнитопровода способны замыкать свои поля через корпус машины, наводя там поля и увеличивая потери, не говоря уже о дополнительном нагреве машины и помехах для находящейся рядом электроники. Однако наибольшую проблему в этом случае составит то, что поле, замкнутое через корпус в обход магнитопровода будет снижать частоту вращения, работая, как тормоз, что является абсолютно неприемлемым.

Обмотки микродвигателей в силу свих габаритов имеют довольно малое сечение провода и даже небольшие токи, пропущенные по ним, могут вызывать значительный рост температуры и тем важнее стоит вопрос теплоотвода. Как уже говорилось представленная обмотка полностью находится под магнитопроводом, что способствует непосредственной передаче тепла от обмотки на магнитопровод и далее через корпус в окружающую среду.

Остается лишь один вопрос, как намотать данную обмотку?

21

К сожалению, здесь придется отойти от стандартных принципов намотки. Основная сложность заключатся в том, что необходимо рассчитать длину одной полусекции (4), отмотать её на вспомогательную катушку (5) и лишь потом, закрепив проводник на оправке (2), начать намотку. Примечательно то, что намотка полусекций производится на оправке толщиной в 1 проводник, находящейся между специальных щек (1). При этом полусекция (3) и полусекция (4) мотаются в разных направлениях относительно оси вращения.

Рис. 3. Иллюстрация принципа намотки полусекций

Исходя из всего выше сказанного можно сделать вывод, что ортоциклическая обмотка такого типа может стать достаточно выгодным решением при создании бесконтактных микромашин мелкосерийного производства.

Литература 1.Пархоменко Г.А., Титова Л.Н. Перцев Ю.А. Технология

электромашиностроения, Воронеж: «Научная книга»,2006. 87 с. 2.Писаревский Ю.В. Писаревский А.Ю. Нюхин Р.О.

Тепловые и гидравлические расчеты электрических машин, Воронеж: «Научная книга»,2009. 125 с.

Воронежский государственный технический университет

22

УДК 621.313

А.С. Поперека, Г.А. Пархоменко

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ДЛЯ ГИБРИДНОГО АВТОМОБИЛЯ

Электродвигатель гибридного автомобиля целесообразно выполнить на базе маховика бензинового мотора. Предложены две конструкции такого электродвигателя с пазовым игладким, беспазовым статором

Современные автомобили отличаются высокими эксплуатационными качествами, производятся большими объемами, пользуются широкой армией потребителей. В настоящее время бурно развивается новое направление отрасли – автомобили на электрической тяге (электромобили). Однако, проблемы с недорогими и надежными источниками электроэнергии все ещё тормозят развитие идеи. В то же время развивается направление создания так называемых гибридных автомобилей, содержащих как электрическую машину, так и бензиновый двигатель, что позволяет более гибко решать проблему энергоснабжения транспортного средства[1]. При этом привлекает внимание наличие в автомобиле массивного маховика, который мог бы совмещать и функции ротора электрической машины.

Нами выполнены необходимые расчеты и предложено конструктивное решение такого электродвигателя [2]. Ротор двигателя, совмещенный с коленвалом обычным образом, представляет собой магнитопровод из магнитомягкого материала, в который встроены

12неодимовых постоянных магнитов(Nd-Fe- B). Такая конструкция, как показали расчеты и исследована на компьютерной модели, позволяет получить индукцию магнитного

поля в зазоре до 1,2Тл.

С целью снижения себестоимости производства машины мы рассмотрели возможность применения

гладкой, беззубцовой обмотки на статоре. В тех же габаритах удалось сохранить основные энергетические характеристики машины. С учетом сравнительно высокого значения тока в

23

обмотках пришлось для изготовления применить обмоточный провод прямоугольного сечения. Активные проводники расположены на поверхности расточки статора слоями.

Общий вид статора показан на

рис.2. При изговлении статора предусматривается специальная технология изготовления обмотки.

Каждый виток обмотки состоит из двух полувитков (стержней), каждый из которых сформован в соответствии с местоположением активной части на поверхности расточки статора. Для образования витка полувитки соединены в головке лобовой

рис.3.Обмотку следует уложить на специальный клей, после чего пайкой соединить витки между собой с образованием трехфазной системы с 12-ю полюсами. Расчеты показали, что при габаритах 180 мм (диаметр) Х 90мм (длина) машина может развивать мощность до 8 кВт при частоте вращения ротора 3300 об/мин.Расчетный КПД при этом достигает 0.88.

Литература

1.Гибридный автомобиль http://systemsauto.ru/engine/hybrid.html

2. Поперека С.А. и др. Электрическая машина для гибридного автомобиля// Труды всероссийской студ. науч.-тех. конф «Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники. Инженерные идеи XXI века» ВГТУ, Воронеж: 2012г.

Воронежский государственный технический университет

24

УДК 629.423.3:621.316.53

А.Ю. Гусев, Г.М. Мамедов, Н.И. Климентов

ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ МЕЖВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ

ДАТЧИКОВ ТОКАТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОПОЕЗДОВ

Предложено устройство, позволяющее выявлять наличие короткозамкнутых витков в рабочих обмотках датчиков тока тяговых двигателей электропоездов

Датчики тока якоря и возбуждения входят в систему автоматического управления тяговыми двигателями электропоезда ЭД9М и предназначены для преобразования величины силового тока в низковольтное напряжение, изменяющееся пропорционально току и не имеющее гальванической связи с высокопотенциальными цепями [1].

Возникающие в процессе эксплуатации дефекты датчика приводят к неудовлетворительной работе системы управления электропоездом.

Одним из наиболее часто встречающихся дефектов датчика тока являются межвитковые замыкания в его рабочих обмотках.

Нарушение межвитковой изоляции происходит как в процессе производства, так и при эксплуатации. Пробой межвитковой изоляции в условиях эксплуатации может быть вызван атмосферными или коммутационными перенапряжениями при переходных режимах (разгон, торможение, реверс) или другими причинами.

Отбраковка датчиков тока с межвитковым замыканием в рабочих обмотках при малом числе замкнутых витков не позволяет обнаруживать их посредством измерения омического сопротивления обмоток.

Предложенное устройство для обнаружения межвиткового замыкания содержит генератор звуковой частоты (ЗГ), исследуемый датчик тока (ДТ), являющийся, по принципу работы, трансформатором постоянного тока, осциллограф (ЭО) и электронный вольтметр (V2).

25

В датчике тока выполнена дополнительная измерительная обмотка c числом витков è и обмотки с 1, 2 и 3-мя витками, позволяющие имитировать короткозамкнутые витки.

Схема устройства для определения наличия межвитковых замыканий в рабочих обмотках датчика тока приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема устройства для определения наличия межвитковых замыканий в рабочих обмотках датчика тока

С учетом частотных свойств материала магнитопровода датчика тока [2.3] , устанавливается оптимальная частота генератора, обуславливающая максимальную чувствительность устройства.

Для обнаружения короткозамкнутого витка к рабочим обмоткам датчика подводится напряжение генератора звуковой частоты в диапазоне 3 – 10 В. На измерительной обмотке определяется наведенная ЭДС Ехх при отсутствии замыкания в рабочей обмотке. Затем поочередно замыкаются обмотки, имитирующие короткозамкнутые витки.

По результатам измерений на рисунке 2 построены графики, отражающие реакцию датчика тока на наличие короткозамкнутых витков в его рабочих обмотках. На этом рисунке по оси абсцисс указана частота в герцах и показаны частотные зависимости относительной величины индуктируемой ЭДС в измерительной обмотке:

–отсутствие короткозамкнутых витков;

–наличие одного короткозамкнутого витка;

–наличие двух короткозамкнутых витков;

–наличие трех короткозамкнутых витков.

26

Рис.2. Частотные зависимости относительного изменения величины индуктируемой ЭДС в измерительной обмотке датчика тока

Предложенное устройство позволяет диагностировать трудновыявляемые дефекты датчиков тока тяговых двигателей электропоездов.

Литература

1.Комплект электрооборудования электропоезда ЭД9М. Руководство по эксплуатации 0БС.467.338 РЭ. Утвержден ОБД.467.338 РЭ-ЛУ.

2.Испытание магнитных материалов и систем/ Е.В. Комаров, А.Д. Покровский, В.Г. Сергеев, А.Я. Шихин; – Под ред. А.Я. Шихина. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 376 с.

3.Кифер И.И. Характеристики ферромагнитных сердечников,

М.: Энергия, 1967. – 168 с.

Московский государственный университет путей сообщения (Воронежский филиал МИИТ)

27

УДК 629.423.3:621.316.53

А.Ю. Гусев, Н.И. Климентов, Г.М. Мамедов

РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДАТЧИКАТОКА ТИПА 1УМ.007.8

Представлено описание разработанного стенда для проведения проверки датчиков тока тяговых электродвигателей как в нормальных условиях их работы, так и в условиях, отличающихся от требуемых при их эксплуатации

В настоящее время на сети железных дорог России эксплуатируются электропоезда, в системах управления которых используются датчики тока, обеспечивающие оптимальные режимы пуска и торможения тяговых электродвигателей.

Воздействия напряжения сетей электропитания на современную электронную аппаратуру имеют различный характер: высоковольтные импульсы нано-микросекундной длительности, превышение и снижение величины напряжения приводят к сбоям в функционировании электронной аппаратуры электропоезда и выходу её из строя.

По запросу моторвагонного депо «Отрожка», об оказании содействия в разработке схемы для проверки датчиков тока электропоездов серий ЭД-9М, в Воронежском филиале МИИТ разработан стенд диагностики.

Одной из задач, реализуемой на стенде является выявление причин изменения выходных параметров датчика, приводящих к его неудовлетворительной работе [1].

Разработанный стенд содержит имитатор тока тягового электродвигателя, что позволяет исследовать процессы близкие к реальным, протекающим в электрических цепях датчика тока, а также систему сбора и анализа информации. Эта установка имеет сопряжение с компьютером и позволяет наблюдать результаты исследований на экране монитора, с дальнейшей распечаткой их на принтере.

Для изучения принципа действия и режимов работы датчиков тока использовалась программа LabVIEW [2].

Назначение элементов схемы стенда. Источник питания ИП1 предназначен для питания первичной обмотки датчика тока

28

необходимой величиной напряжения с повышенной и нормальной пульсацией, которые имеют место при различных положениях контроллера в процессе разгона и торможения тяговых электродвигателей [1].

Источник стабилизированного переменного напряжения ИП2 предназначен для питания первичной обмотки трансформатора TV стабильным напряжением синусоидальной и несинусоидальной формы (после тиристорного стабилизатора напряжения).

Принципиальная электрическая схема стенда

Трансформатор TV (1ТРЭ.096 У2) обеспечивает напряжение питания рабочих обмоток А1, В1 датчика тока [1].

Датчик тока якоря типа 1УМ.007.8 представляет собой магнитный усилитель, работающий в режиме трансформатора постоянного тока, обмотка управления которого содержит один виток с током якоря тягового электродвигателя.

Для имитации величины управляющего тока в первичной обмотке датчика, через окно датчика пропущены витки дополнительной (первичной) обмотки управления, число витков

29

которой создают необходимую (рабочую) намагничивающую силу, эквивалентную силе тока якоря реального тягового двигателя [3], т. е.

Fð Fó ,

где

Fð Ið ð – магнитодвижущая сила рабочей обмотки;

Fó Ió ó – магнитодвижущая сила обмотки управления.

Датчик тока предназначен для преобразования величины тока электродвигателя в низковольтное напряжение для работы в электронных блоках БРУ, БУТР и БРТ системы автоматического управления тяговыми электродвигателями [1].

Блок А1 предназначен для преобразования выходного напряжения датчика тока на диодах VD1 – VD6, нагрузкой которых служит резистор Rí . Напряжение на резисторе Rí является выходным напряжением датчика тока.

Разработанный стенд позволяет произвести измерения всех параметров датчика тока, снять вольтамперные характеристики, снять характеристику управления Ið f Ió при номинальном

сопротивлении нагрузки и номинальном напряжении рабочих обмоток, позволяет проверить маркировку выводов рабочих обмоток и определить наличие в них короткозамкнутых витков.

Литература

1.Комплект электрооборудования электропоезда ЭД9М. Руководство по эксплуатации 0БС.467.338 РЭ. Утвержден ОБД.467.338 РЭ-ЛУ.

2.Загидуллин Р.Ш. LabView в исследованиях и разработках. – М.: Горячая линия–Телеком, 2005. – 352 с.

3.Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник для бакалавров / Л.А. Бессонов. – 11-

еизд., перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2012. – 701 с. – Серия: Бакалавр. Углубленный курс.

Московский государственный университет путей сообщения (Воронежский филиал МИИТ)

30