Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3570

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
7.17 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ, ЭНЕРГЕТИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ

Труды Всероссийской студенческой научно-технической конференции

(г. Воронеж, 15-16 мая 2017г.)

Воронеж 2017

УДК 621.3 ББК 31.2

Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды Всерос. студенческой науч.-техн. конф. [Электронный ресурс] – Электрон. текстовые и граф. данные (5,4 Мб). – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017.– 1 электрон. опт. диск (CD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024x768; Adobe Acrobat; CD-ROM дисковод;

мышь. – Загл. с экрана.

ISBN 978-5-7731-0530-5

В трудах конференции рассмотрены вопросы оптимального проектирования, управления, эксплуатации устройств электромеханики, энергетики, электроники с использованием математических и физических моделей. Материалы сборника соответствует научному направлению «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии, электротехнические комплексы и системы управления» и перечню критических технологий Российской Федерации, утвержденному Президентом РФ.

В.П. Шелякин

Н.И. Королёв

Н.В. Ситников

С.А. Горемыкин

Рецензенты:

Редакционная комиссия

канд. техн. наук, доц. - ответственный редактор, Воронежский государственный технический университет;

канд. техн. наук, доц.,

Воронежский государственный технический университет; − канд. техн. наук, доц.,

Воронежский государственный технический университет; − канд. техн. наук, доц. - ответственный секретарь,

Воронежский государственный технический университет Международный институт компьютерных технологий

(д-р техн. наук, проф. А.Н. Анненков); канд. техн. наук, доц. А.В. Романов

ISBN 978-5-7731-0530-5 Коллектив авторов, 2017

Оформление. ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017

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 пренебрегать неудачами и огорчаться из-за них. 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.

Председатель орг. комитета

Шелякин В.П.

заведующий кафедрой ЭМСЭС

 

3

Электромеханика

4

УДК 621.313.22

А.А. Агапов, С.А. Белозоров

ИССЛЕДОВАНИЕ БЕСПАЗОВЫХ ОБМОТОК РАЗЛИЧНОГО ИСПОЛНЕНИЯ

Проводится сравнительный анализ беспазовых обмоток бесконтактных микромашин постоянного тока различной формы исполнения

Ключевые слова: бесконтактный двигатель постоянного тока, обмотка

Жизнь современного человека неразрывно связана с электричеством и немалую роль в ней играют электрические машины. В настоящее время требуются качественно новые неординарные решения для улучшения их основных показателей.

Невозможно спорить, что лидером по своей востребованности в мире является асинхронный двигатель. Он прост в конструкции и довольно надежен, однако среди микромашин лидерами являются коллекторные и бесконтактные машины постоянного тока. В свою очередь коллекторные машины имеют один, но очень серьезный недостаток – это щеточно-коллекторный узел. Искрение и ненадежность исключили возможность использования данных машин в ответственных системах. Решением стала бесконтактная машина постоянного тока.

Однако увеличение частоты вращения при одновременном снижении массогабаритных показателей стала серьезной проблемой, в связи с тем, что потребовала:

повышения надежности долговечности подшипниковых узлов машины;

применения различного рода редукторов;

повышение нагрузки на электронику.

Необходимость использования машины на низких частотах вращения в номинальном режиме заставила разработчиков применять различные нетрадиционные методы для достижения цели. Однако все решения сводятся либо к изменению индуктора, либо к изменению якоря. Самыми простыми способами для снижения частоты вращения являются увеличение магнитного потока индуктора, либо увеличение числа витков обмотки якоря.

5

Выбор типа и параметров обмотки в наибольшей степени определяют все свойства будущей машины. В беспазовых машинах обмотка так же определяет величину воздушного зазора, так как медь обмотки имеет то же магнитное сопротивление, что и воздух.

Поэтому правильный выбор типа обмотки, шага и способа укладки является одной из главнейших задач при проектировании машины.

В беспазовых машинах на сегодняшний день довольно часто применяют намотку катушек внавал. Данный тип намотки с точки зрения технологии довольно прост так как не требует значительного контроля при укладке проводников. При этом такой тип намотки требует последующей формовки лобовых частей, после чего конструкция становится похожа на «колокольчик»

(рис. 1а).

Простота и скорость намотки таких катушек обеспечила им значительную популярность.

а б Рис.1. Обмотки, намотанные внавал и ортоциклически

Помимо намотки внавал существует ортоциклическая намотка [2], которая наматывается в одной плоскости виток к витку, после чего не претерпевает никаких пространственных видоизменений кроме формовки для создания сегмента окружности. Данная обмотка представлена на рисунке 1б.

Основным достоинством данной обмотки является то, что из-за отсутствия утолщения в лобовой части она находится полностью под магнитопроводом, что в свою очередь позволяет создать магнитную систему, в которой магнит будет также находиться полностью под

магнитопроводом, без сдвигов вдоль оси вращения.

 

При

проектировании

БДПТ

нередко

применяют

специализированные обмотки,

такие как

обмотка

«лодочка»

(рис. 2а) и ромбовидная (рис. 2б).

 

 

 

6

Рис.2. Обмотки «лодочка» и ромбовидная

Разница между «лодочкой» и ромбовидной в том, что у первой ярко выражена активная и лобовая части, в свою очередь ромбовидная состоит только из условной лобовой части, при этом вся обмотка является активной частью. Данные обмотки так же являются ортоциклическими.

При этом распределение проводников в таких обмотках строго зависит от угла наклона лобовой части и для определения числа проводников в искусственном пазу беспазовой машины приходится применять различные геометрические расчеты.

Пример такого расчета показан на рисунке 3. При этом зазоров между катушками, вызванных наклоном лобовой части, можно избежать. Для этого необходимо выбрать оптимальный угол наклона. Формула показывает, как, зная величину ширины искусственного паза

(b) и угол наклона (α), можно рассчитать место, которое впоследствии будет занято проводниками.

a

b

 

;

 

2 cos

7

Рис.3. Влияние угла наклона лобовой части на размещение проводников в «искусственном» пазу

Проводя сравнительный анализ обмоток, намотанных ортоциклически и внавал, можно сделать следующие выводы:

намотка внавал более технологична и проста в изготовлении;

у обмоток, намотанных внавал определить коэффициент заполнения проводником довольно сложно, при этом данный коэффициент достаточно небольшой и колеблется в районе 0,2…0,3;

ортоциклические двухслойные обмотки за счет укладки проводников виток к витку будут иметь коэффициент заполнения проводником в несколько раз больше по сравнению с обмотками, намотанными внавал;

определение активного и индуктивного сопротивлений обмотки внавал имеет большую погрешность так как формы и длины витков в катушке различны;

наименьшую аксиальную длину имеет ромбовидная обмотка

ввиду отсутствия ярко выраженной активной части, что в итоге приводит к снижению длины всего БДПТ;

величина коэффициента заполнения проводом обмоточного пространства у простой петлевой обмотки будет выше в силу того, что у данной обмотки лобовая часть имеет форму дуги окружности,

8

благодаря чему нет потери обмоточного пространства в искусственном пазу;

при необходимости, изменяя угол наклона лобовой части в ромбовидной обмотке и обмотке «лодочка» можно достигнуть того же коэффициента заполнения, что и у простой петлевой,

изменяя угол наклона лобовой части также можно регулировать величину вылета лобовой части, у простой петлевой это сделать невозможно;

длина электродвигателя может быть снижена за счет перехода от классической обмотки с лобовой и активной частями к ромбовидной, которая полностью является активной частью;

Проводя данное исследование с уверенностью можно сказать, что единого критерия в оценки эффективности обмоток нет, и в каждом отдельном случае требуется на основе имеющихся данных выбирать наиболее подходящую для дальнейшей реализации конструкцию.

Литература

1.Овчинников И.Е. Вентильные электрические двигатели и привод на их основе (малая и средняя мощность) [Текст]: курс лекций / И.ЕОвчинников. СПб.:КОРОНА-Век, 2006. 366 с.

2.Агапов А.А. Исследование возможности применения нетрадиционной ортоциклической обмотки для малогабаритных

бесконтактных двигателей постоянного тока / А.А. Агапов, Ю.В. Писаревский // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды Всерос. студенческой науч.-техн. конф. Воронеж. – 2016. – С. 19-22.

Воронежский государственный технический университет

9

УДК 621.313

А.С. Зяблов, Ю.В. Писаревский

БЕСКОНТАКТНЫЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГОТОКА.

Рассматриваются особенности различных конструкций магнитопроводов бесконтактных машин постоянного тока

Ключевые слова: бесконтактный двигатель постоянного тока, авиационные электродвигатели, постоянные магниты

Бесконтактные электрические машины отличаются большим разнообразием. Это – машины с постоянными магнитами, бесщеточные, индукторные, асинхронные и др. Существует класс бесконтактных электрических машин с полупроводниковыми преобразователями – бесконтактные двигатели постоянного тока. Благодаря появлению новых материалов(мощных постоянных магнитов) стало возможным создание машин с высоким соотношение мощности и массы, что является очень важным параметром для авиационных электродвигателей. Кроме того, к преимуществам данного класса машин можно отнести высокую надежность, возможность долгого хранения без работы и применение во взрывоопасных средах.

При производстве бесконтактных электрических машин возможно применение различных конструкций, обладающих своими достоинствами и недостатками. Рассмотрим два типа конструкции:

1.Классическая конструкция магнитопровода.

Кпреимуществам данной конструкции можно отнести: высокий коэффициент заполнения паза и, как следствие, эффективное использование внутреннего пространства машины, известная технология производства магнитопровода, и изготовления обмотки.

Кнедостаткам можно отнести условия охлаждения пазовых частей обмотки. Пример такой конструкции приведен на рисунке 1.

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]