3640

пара и век электричества, атомной энергии и компьютеров. По мнению многих экспертов XXI век будет веком нанонауки и нанотехнологий, которые и определят его лицо. Воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, изменить экономику и затронуть все стороны быта, работы, социальных отношений. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни.

Литература

1.Технология получения и свойства сплава FINEMET –

Электрон. дан. – Режим доступа: https://studwood.ru/1118543/ /matematika_himiya_fizika/tehnologiya_polucheniya_svoystva_splava_ finemet

2.Нанопорошки: описание и объемы производства– Электрон. дан. – Режим доступа:http://www.abercade.ru/research/ /analysis/67.html

3. Наноалмазы– Электрон. дан. – Режим доступа:https://studwood.ru/875454/marketing/nanoalmazy

4.Фуллурен– Электрон. дан. – Режим доступа:http://fb.ru/ article/301306/fulleren-eto-chto-takoe-svoystva-i-primenenie-fullerenov

5.Провода из нанотрубок превзошли по проводимости медь равной массы– Электрон. дан. – Режим доступа:http://meandr.org/archives/18136

6.Нанотехнологии в машиностроении– Электрон. дан. –

Режим доступа:https://works.doklad.ru/view/pOWRrzYKw0o/all.html

Воронежский государственный технический университет

21

УДК 621.313

Д.Р. Черкасов, А.Н. Шкурин, Н.Н. Золотухин, Т.Е. Черных, А.В. Тикунов

ВЫБОР ТИПА ОБМОТКИ ДИСКОВОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

C ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

В статье рассмотрены результаты анализа возможных схем обмоток для синхронного дискового генератора

Ключевые слова: дисковый генератор, постоянные магниты

На сегодняшний день в нашей стране вопрос развития технологий, использующих экологически чистые возобновляемые источники энергии (ветра, воды, солнца и т.п.) является весьма актуальным. В рамках этого направления ведутся активные работы по совершенствованию уже имеющегося оборудования и разработки новых образцов, как установок в целом, так и отдельных узлов и агрегатов.

Одним из перспективных направлений является разработка новых конструктивных схем электрических генераторов для ветро- и гидроэнергетических установок.

На кафедре электромеханических систем и электроснабжения ВГТУ уже довольно долгое время ведется разработка генераторов для ветроэнергетических установок. Как показали проведенные исследования, наиболее перспективным в данном направлении является синхронный дисковый генератор с возбуждением от постоянных магнитов [1]. Данный вид машин позволяет получить хорошие массогабаритные показатели машины, высокую ремонтопригодность, простоту и технологичность производства, а самое главное при дисковой конструкции можно за счет большого диаметра ротора получить высокие энергетические показатели даже при низких скоростях ветра (до 100 об/мин).

Конструктивная схема этого генератора рассмотрена в [2][4], но самый актуальный вопрос в данной разработке – это выбор типа обмотки, в связи с чем в ходе исследований были исследованы различные варианты обмоток.

22

Самыми простыми с позиции изготовления оказались катушечные обмотки [3]. Форма витка катушки (Рис. 1) оказывает значительное влияние на форму выходной ЭДС.

Рис. 1. Формы витков катушечных обмоток

Проводились исследования выходной ЭДС при различных формах витка. В каждой обмотке по 10 витков. На рис. 2 представлены кривые ЭДС различных форм катушек, для каждой из катушек, представленных на рис. 1. Соответствие номеров соблюдено.

В результате анализа характеристик ЭДС выявлено наличие 3, 5, 7 и других высших гармоник. Наличие высших гармонических в составе кривой ЭДС обусловлено спектральным составом индукции в зазоре. Это приводит к появлению электромагнитных моментов от каждой из высших гармоник, что приводит к снижению КПД электрогенератора.

23

Наиболее перспективными оказались более сложные в изготовлении распределенные обмотки (Рис. 3). В результате испытаний получена зависимость ЭДС холостого хода от времени, а так же её гармонических состав (Рис. 4).

Рис. 3. Схема намотки и форма витка распределённой волновой обмотки

Рис. 4. Результаты исследование простой волновой обмотки

25

По результатам исследований можно сделать выводы, что наиболее плохие результаты по форме кривой и действующему значению ЭДС показывают катушечные обмотки. При этом наиболее оптимальной является круглая форма катушки, обладающая более стабильным составом гармоник.

Наилучшими показателями преобразования энергии и кривой ЭДС с минимальным составом высших гармонических наблюдаются при использовании распределенной простой волновой обмотки.

Литература

1.Патент 111365 Российской Федерации, МПК Н02Л21/24. Электрогенератор / Писаревский Ю.В., Беляков, П.Ю., Писаревский А. Ю., Тикунов А.В., Черных Т.Е. – № 2011133630/07; заявл. 10.08.2011 ; опубл. 10.12.2011.

2.Сугак В.В. Специализированный генератор для ветроэнергетической установки / В.В. Сугак, Т.Е. Черных, А.С. Павлов, А.В. Тикунов. // Труды Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники. Инженерные идеи ХХI

века». Воронеж. – 2011. С. 16 – 19

3.Зинченко И.С. Выбор обмотки низкооборотного синхронного генератора / И.С. Зинченко, Т.Е. Черных, А.С. Павлов, П.Ю. Беляков, А.В. Тикунов // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: Труды всероссийской научнотехнической конференции. - Воронеж, 2012. - С.82-85.

4.Черных Т.Е. Исследование торцевого синхронного генератора прямого привода для вертикально-осевой ветроэнергетической установки / Т.Е. Черных, А.С. Павлов, П. Ю. Беляков Ю.В. Писаревский, А.В. Тикунов // Электротехнические комплексы и системы управления. – Воронеж, 2012. – С. 11–16.

Воронежский государственный технический университет

26

УДК 621.313

Р.В. Астафьев, П.А. Пехтерев БЕСЩЕТОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Коллекторные электродвигатели постоянного тока получили широкое применение благодаря высоким энергетическим и регулировочным качествам. Однако наличие щеточного контакта ограничивает их ресурс, повышает чувствительность к внешним воздействиям, не допускает использования во взрывоопасной среде, вызывает помехи как в цепях питания, так и в эфире. Поэтому все чаще применяются бесщеточные двигателя постоянного тока с электронной коммутацией тока в обмотке якоря

Ключевые слова: электродвигатель, ток, коммутация, магнитопровод, мощность, потери

Коллекторные электродвигатели постоянного тока получили широкое применение, благодаря ряду неоспоримых преимуществ. Однако им свойственны и серьезные недостатки связаны с наличием щеточно-коллекторного устройства. Но связанные с применением коллекторных двигателей проблемы вынуждают производителей постоянно искать альтернативные варианты создания экономичных и хорошо регулируемых бесконтактных двигателей. Эту задачу удалось решить только после появления недорогих бесконтактных управляемых ключей, способных коммутировать токи якорной обмотки. В качестве таких ключей используются полупроводниковые управляемые приборы в ключевом режиме.

При создании бесщеточного двигателя постоянного тока (БДПТ) было принято во внимание, что коллектор в электрической маши не выполняет две функции: логическую – определяет подключение к источнику постоянного тока тех секций обмотки якоря, которые обеспечивают максимальный вращающий момент, и силовую – замыкает и размыкает цепи со значительными токами. В БДПТ эти функции разделены между двумя устройствами: логическая функция выполняется датчиком положении ротора (ДПР), встроенным в двигатель; силовая – полупроводниковым коммутатором. Последний чаще всего выполняется в виде отдельного блока, соединенного с двигателем и ДПР. Поэтому БДПТ можно представить структурной схемой, показанной на (Рис.1). В качестве двигателя здесь используется синхронный двигатель с m-фазной обмоткой на статоре. Магнитное поле

27

возбуждено постоянным магнитом, размещенном на валу. ДПР выдает команду коммутатору на подключение к источнику тех фаз, которые во взаимодействии с магнитным полем магнита обеспечат максимальный момент.

Из изложенного след, что образование вращающего момента в БДПТ обеспечивается таким же образом, как и в коллекторной машине. Отличие состоит лишь в том, что коммутируемая обмотка здесь размещена не на роторе, а на статоре. Кроме того, обмотка выполняется с минимальным числом коммутируемых секций с целью упрощения конструкции коммутатора. Наибольшее применение в силовых БДПТ получили трехфазные обмотки, где фазы соединены в «звезду». Поэтому исполнительная часть БДПТ по конструкции не отличается от синхронного двигателя с возбуждением от постоянного магнита.

В связи с изложенным анализ свойств БДПТ может быть выполнен с использованием классической теории синхронных машин [2]. Это позволяет получить уравнение механической характеристики, раскрывающее влияние соотношение параметров обмотка на свойства БДПТ:

где обозначено: Мэм – электромагнитный вращающий момент, m и р – количество фаз и полюсов; Ф0 – основной магнитный поток; ω – угловая частота; r и L – сопротивление и индуктивность фазы обмотки; θ – угол смещения вектора ЭДС относительно вектора фазного напряжения, его величина определяется установкой ДПР.

Рис. 1. Коммутатор

28