3293

51

В процессе исследования влияния соотношения параметров магнитной системы электродвигателя на допустимую полезную мощность, была получена оптимальная геометрия магнитной системы, позволяющая достигнуть максимально полезной мощности (P2 = 9,22 Вт) в заданном объеме электродвигателя.

Воронежский государственный технический университет

52

УДК 621.313.292

Д. А. Корнева, М. О. Коновалов, О. А. Киселёва

ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПЯЛЕЦ

В работе проводятся исследования линейного электропривода прямого действия. Рассмотрены возможности применения прямого привода с синхронным линейным электродвигателем для перемещения пялец. Показано, что линейный электропривод является непосредственным приводом, в большинстве случаев для него необходимо индивидуальное изготовление двигателей. Индивидуальное изготовление линейных электродвигателей влечет за собой необходимость его доработки под конкретное изделие, что сдерживает их более широкое использование.

Ключевые слова: линейный электропривод, синхронные линейные электродвигатели, пяльцы.

Пяльцы – это приспособление, сделанное из дерева, пластика или стали, которое прочно закрепляет материал между своим внутренним и внешним кольцами, и присоединяется к пантографу вышивальной машины. Пяльцы для машинной вышивки сделаны таким образом, чтобы удерживать материал внизу внутреннего кольца и располагать его на вышивальной машине. Перемещение пялец необходимо обеспечивать в двух координатах. Алгоритм, по которому сформирована управляющая функция для перемещения пялец, определит вышиваемый рисунок [1].

Модернизация отечественных вышивальных машин, которая повысит производительность, а главное эстетический вид производимой продукции, позволит решить многие проблемы, возникающие в легкой промышленности при производстве товаров народного потребления.

Для вышивальных машин, использующих пяльцы, можно применить линейный электропривод прямого действия. Такие электроприводы ещё не применялись как в отечественных, так и в зарубежных аналогах вышивальных машин, но их применение может решить многие задачи, такие как обеспечение высокой точности движений и реализацию быстрых и точных перемещений рабочих органов по сложным контурам.

Самый высоконагруженный механизм швейных вышивальных машин – это устройство для перемещения пялец,

53

который в основном определяет качество строчки. В большинстве таких машин перемещение на заданную длину стежка обеспечивает механизм транспортирования, содержащий зубчатые рейки.

Повышение производительности вышивальных машин возможно за счет нового подхода к конструированию устройств перемещения материала, закрепленного в пяльцы, при сохранении их мощности и качества вышивки. Повышение скорости перемещения пялец приводит к увеличению динамических нагрузок, которые возникают при возвратно-поступательном движении вышивальной рамки в старт-стопном режиме работы, что влияет на точность позиционирования.

перемещение непосредственно с помощью линейного электропривода. Он обеспечит поступательное перемещение без преобразования вращательного движения вала электродвигателя с помощью дополнительных устройств.

Синхронный линейный реактивный электродвигатель обычно имеет двухсторонний статор, а реактивный элемент выполнен как равномерно чередующиеся ферромагнитные звенья.

У синхронного линейного электродвигателя обмотка возбуждения может быть вынесена на магнитопровод, который соединяет две части статора, причём его реактивная часть выполнена из равномерно чередующихся ферромагнитных и немагнитных звеньев [2, 3].

Габариты установки для перемещения пялец вышивальной машины из-за отсутствия редуктора могут уменьшиться, как и трудоемкость изготовления, а так же стоимость всего устройства, но в большинстве случаев необходимо индивидуальное изготовление двигателей.

Индивидуальное изготовление линейных электродвигателей для устройств перемещения пялец вышивальной машины сдерживает их более широкое использование в настоящее время.

На базе уравнений, предложенных в работах [там же], для описания переходных процессов в линейном электроприводе разработана математическая модель для устройства перемещения пялец в вышивальной машине.

В работе показана целесообразность применения синхронных линейных двигателей в электроприводах пялец автоматической

54

вышивальной машины, которое позволит обеспечить требуемое качество поступательного перемещения, не используя дополнительные устройства преобразования вращательного движения ротора исполнительного электродвигателя в поступательное движение.

Применение линейных электродвигателей в различных устройствах, включая и вышивальную машину, – это новая возможность создания мехатронных модулей, обеспечивающих управляемое поступательное движение с высокой точностью [4].

Литература

1.VELLES VE 15CN-SC. Автоматическая компьютерная компактная вышивальная машина с сенсорным управлением. Руководство по эксплуатации. – 264 с.

2.Поваляев В. А. Синтез системы управления линейного

электропривода прямого действия / В. А. Поваляев, В. Л. Бурковский // Системы управления и информационные технологии. – 2006. – № 2 (25). – С. 127-129.

3. Миронов С. М. Анализ методов структурного синтеза линейного электропривода непосредственного действия / С. М. Миронов, В. А. Поваляев, Г. В. Соломахин // Электротехнические комплексы и системы управления: науч.-техн. журнал. – Воронеж: Кварта, 2006. – С. 14-16.

4. Поваляев В. А. Мехатронные модули линейных движений / В. А. Поваляев, В. Л. Бурковский // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды всерос. конф. – Воронеж: ВГТУ, 2005. – С. 5960.

Воронежский государственный технический университет

55

УДК 621.313.292

В. В. Бабенко, И. А. Хайченко, Р. С. Попов

ЭЛЕКТРОПРИВОД НА БАЗЕ БЕСКОНТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

В работе проводится исследование электропривода на базе бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ). В связи с тем, что БДПТ используются в беспилотных летательных аппаратах, то задачи повышения надежности, снижения веса, величины потребляемого тока в переходных режимах являются основополагающими при проектировании исполнительного двигателя, так как они питаются от бортовых источников.

Ключевые слова: беспилотные летательные аппараты, электропривод, бесконтактный двигатель постоянного тока.

Применение бесконтактного двигателя постоянного тока в непилотируемых летательных аппаратах в настоящее время приобрело большое значение за счет особенностей их характеристик. Рассмотрим один из вариантов применения БДПТ, например, в рулевых механизмах. В состав рулевого механизма входит руль, исполнительный двигатель, в нашем случае БДПТ, и система управления двигателем.

Основной задачей электропривода с БДПТ рулевого механизма является точное, надежное и безопасное управление по заданному маршруту. Рулевой механизм должен обеспечить

спомощью системы управления электропривода с БДПТ [1-2].:

–управляемость;

–устойчивость;

–поворотливость;

–надежность.

Свойства устойчивости и управляемости беспилотного летательного аппарата можно реализовать с помощью электропривода с БДПТ рулевого механизма в соответствии с режимами движения.

Электроприводы для рулевых механизмов обеспечивают передачу крутящего момента от вала двигателя к рулевому механизму. Они должны удовлетворять следующим требованиям:

56

-питание электропривода с БДПТ осуществляется от автономного источника ограниченной мощности;

-в системе необходимо обеспечить сигнализацию или непрерывное диагностирование, которое должно содержать информацию о наличии напряжения в цепи питания рулевого привода, его перегрузки и отключения;

-электродвигатель и блок управления должны выдерживать большие перегрузки.

Рулевые электроприводы должны быть надежными, иметь малые габариты и массу. Для обеспечения надежности должны быть предусмотрены устройства быстрого перехода с основного на резервное управление рулевого механизма.

На руль беспилотного летательного аппарата постоянно действуют нагрузки, которые должен компенсировать момент на валу БДПТ. Режим маневрирования определяет работу

электропривода с точки зрения времени перекладки и максимальных нагрузочных моментов, в соответствии с чем, устанавливаются мощность и частота вращения БДПТ. В режиме удержания объекта на заданном курсе для обеспечения его устойчивости, переходят в релейный режим управления, что обеспечивает частые перекладки руля.

Реализация идеального векторного управления практически

внастоящее время не возможна, поэтому пользуются его дискретным эквивалентом [3-4] или применением в управлении БДПТ скользящих режимов. Системы управления БДПТ в этом случае имеет переменную структуру, знак управления меняется как

врелейной системе.

Электромеханические датчики обратной связи по скорости в электроприводе с БДПТ можно заменить наблюдателями состояний, что особенно важно для рулевых механизмов беспилотных летательных аппаратов, перемещающихся с большими скоростями и ускорениями.

Исследование систем управления БДПТ для рулевых механизмов – одна из важных задач при разработке электроприводов, так как они являются перспективными. В системе управления БДПТ используется принцип векторного управления, который заключается в создании поля статора с такой амплитудой и углом поворота относительно поля ротора, чтобы вызывать ускорение или торможение ротора в зависимости от его текущей скорости.

57

Принципы управления БДПТ определяются программной и аппаратной базой электропривода. К аппаратной части можно отнести исполнительный двигатель, датчики положения ротора и датчики скорости и преобразователь (инвертор).

Вычислительная мощность контроллера во многом определяет выбор способа управления и возможности замены электромеханических датчиков наблюдателями состояний.

Литература

1.Пархоменко Г. А. Особенности векторного управления бесконтактным двигателем постоянного тока / Г. А. Пархоменко, О. А. Киселёва, И. А. Федосова, В. В. Бабенко // Энергия – ХХI век: науч.-практ. Вестн. – М., 2016. – № 3 (95). – С.72-79.

2.Пархоменко Г. А. Адаптивная обратная связь в системе

управления бесконтактным двигателем постоянного тока / Г. А. Пархоменко, О. А. Киселёва, И. А. Федосова, В. В. Бабенко // Энергия – ХХI век: науч.-практ. Вестн. – М., 2016. – № 2(94). – С.61-68.

3.Винокуров С. А. Идеальное векторное управление бесконтактным двигателем постоянного тока / С. А. Винокуров, О. А. Киселёва, Т. В. Попова // Моделирование, оптимизация

иинформационные технологии. 2017. – № 1 (16). – С.13.

4.Киселёва О. А. Дискретный эквивалент идеальному векторному управлению бесконтактным двигателем постоянного тока / О. А. Киселева, С. А. Винокуров, Т. В. Попова // Моделирование, оптимизация и информационные технологии.

2017. – № 1 (16). – С.16.

Воронежский государственный технический университет

58

УДК 621.313

А. Н. Страшко

ИССЛЕДОВАНИЕ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Рассмотрен синхронный двигатель с постоянными магнитами, размещёнными радиально относительно пусковой «беличьей клетки». Исследование выполнено с использованием метода конечных элементов. Полученные результаты позволяют судить о влиянии относительных размеров магнитов на энергетические характеристики машины.

Ключевые слова: электродвигатель, магнит, ротор, поле, мощность.

Синхронные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов (СДПМ) с асинхронным пуском [1] широко используются, благодаря удачному сочетанию стабильной частоты вращения, простоты пуска и приемлемых энергетических характеристик.

С появлением высокоэнергетических магнитов полезная мощность таких машин может быть увеличена, что, безусловно, актуализирует задачу увеличения мощности СДПМ. Такие машины смогли бы в ряде случаев заменить асинхронные двигатели в технологическом оборудования. Это способствовало бы не только повышению уровня технологии, но и давало бы положительный эффект в части энергосбережения. Для проведения исследования был взят асинхронный двигатель общего применения 4А100L4 с мощностью на валу Р2 = 4 кВт [2]. С целью унификации конструкции была поставлена задача модернизировать лишь ротор для перевода работы двигателя в синхронный режим.

Рис. 1. Модернизация конструкции ротора:

а– сечение штатного ротора асинхронного двигателя;

б– сечение модернизированного ротора

59

На рис. 1, а показано сечение штатного ротора асинхронного двигателя 4А100L4. Здесь обозначены: 1 – лист ротора; 2 – паз, залитый алюминием; 3 – вал ротора. На рис. 2, б показано сечение ротора после модернизации. В новой конструкции предусмотрены четыре постоянных магнита (4) (материал NeFeB), имеющих форму сектора в 90°. Выполнены также пазы (5) для уменьшения рассеяния магнитов.

Для сравнения главных характеристик двигателя результаты моделирования представлены в табл. 1.

В первой графе обозначен номер варианта, во второй – тип модели: варианты 2–6 – модели синхронного двигателя (СД) с указанием радиального размера магнита от 6 мм до 17 мм. Во всех случаях использовались общие принципы моделирования и предусматривалась по возможности равнозначная нагрузка на валу (Р2 ≈ 4000 кВт).

В первой строке таблицы показаны характеристики двигателя 4А100L4. Во второй строке приведены характеристики СД с минимальной толщиной магнитов (6 мм), обеспечивающей устойчивую синхронизацию вращения ротора. Далее, при увеличении этого размера, наблюдается заметное улучшение параметров: ток уменьшается, а КПД и Cosϕ. Из приведенных в табл. 1 характеристик вариантов можно сделать вывод об оптимальном размере постоянного магнита, обеспечивающий наилучшие характеристики двигателя в синхронном исполнении.

60