Электромеханические преобразователи с множественными взаимодействующими якорями

Цель проекта: электромеханические преобразователи с повышенными на 25 % силовыми и динамическими показателями по сравнению с существующими моделями.

Идея проекта: увеличение электромагнитного усилия за счет разделения подвижного якоря линейного двигателя на множество взаимодействующих, подвижных друг относительно друга, частей.

Аннотация проекта:

1. Область знания, коды ГРНТИ: 45.29.33; 45.41.33; 45.01.77.

2. Цели, содержание и основные требования к проведению НИР:

Целью проекта является разработка теории электромеханического преобразования энергии в преобразователях с множественными энергетическими взаимосвязями и процессами, в целях повышения энергетических и эксплуатационных характеристик преобразователей.  Разработка линейного электрического двигателя оригинальной, качественно отличной конструкции, отличающейся от известных конструкций повышенной эффективностью преобразования энергии, коэффициентом полезного действия, эксплуатационными характеристиками.

Содержанием проекта является:

2.1. разработка теоретических положений повышения эффективности электромеханических преобразователей;

2.2. построение математических моделей рассматриваемых устройств и их рабочих процессов;

2.3. экспериментальное подтверждение теоретических результатов;

2.4. разработка инженерных методик проектирования перспективных электромеханических преобразователей энергии.

Требованиями при проведении проекта являются:

2.5. использование современных программно-вычислительных комплексов моделирования физических устройств;

2.6. использование современных цифровых систем управления электроприводом;

2.7. использование возможностей металлообрабатывающих станочных производств при создании экспериментальных образцов электрических двигателей и стендов для их испытания.

3. Соответствие проводимых исследований:

- приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в Российской Федерации: «Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика» - в части создания эффективных систем преобразования энергии в электроприводе.

- приоритетным направлениям модернизации и технологического развития экономики России: «Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе вопросы разработки новых видов топлива» - в части создания эффективных систем преобразования энергии в электроприводе.

- критическим технологиям:

«Базовые и критические военные и промышленные технологии для создания перспективных видов вооружения, военной и специальной техники» - в части создания специализированной электроприводной техники;

«Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии» - в части создания эффективных систем преобразования энергии в электроприводе.

4. Актуальность, научная и практическая значимость работы:

Актуальность проекта обосновывается важностью создания эффективных систем электропривода для хозяйства России.

Научная новизна заключается в рассмотрении новых теоретических принципов формирования электромагнитного усилия в электрических машинах (в частности линейного перемещения) за счет использования множества взаимосвязанных подвижных частей.

Практическая значимость работы обосновывается потребностями промышленности России в перспективных системах электропривода для автоматизированных сборочных линий, позиционирования объектов, исполнительных систем транспорта и военной техники.

5. Соответствие заявки современному состоянию и перспективам развития научно-технического комплекса страны: обосновывается отсутствием отечественных серийных производств линейных электрических двигателей и систем непосредственного привода, сопоставимых по масштабам производства с зарубежными аналогами.

Проект включен в комплексную научно-инновационную программу СГТУ имени Гагарина Ю.А. на 2016-2018 гг.

Интеллектуальная собственность:

1. Конструктивные схемы перспективных электромеханических преобразователей (отличные от ниже приведенного образца).

2. Методика определения оптимальных конструктивных параметров линейного двигателя (магнитопровода, обмоток возбуждения магнитного поля);

3. Алгоритмы формирования оптимальных режимов управления линейным двигателем с множественными якорями, реализованные в виде программ для микроконтроллерного управления.

Математические модели:

1. Теория расчета динамических характеристик (токов и пространственных перемещений) множества взаимодействующих электромеханических контуров (статьи);

2. Теория расчета динамических характеристик электромеханического преобразователя с минимумом математических операций (статьи);

3. Математические модели расчета:

3.1. электромагнитного поля в пространстве перспективного линейного двигателя;

p01 1

- позволяют рассчитывать электромагнитные, электродинамические усилия в зависимости от токов, координат и скорости движения подвижных якорей;

- учитывают нелинейность магнитных материалов магнитопровода;

- алгоритмы расчета магнитного поля непосредственно интегрируются в алгоритмы расчета динамики рабочих процессов двигателя;

- апробированы результатами замеров магнитного поля на экспериментальных образцах.

3.2. динамических характеристик (токов, пространственных координат) перспективного линейного двигателя

p01 2

- позволяют определить динамические параметры линейного двигателя, в том числе в системе электропривода;

- позволяют определить оптимальные режимы работы линейного двигателя, сформировать требования к системе управления.

 

Алгоритмы программ управления:

1. Разработана программа управления электроприводом на основе перспективного линейного двигателя (разомкнутого и замкнутого по датчикам тока и координат типа) – реализована на базе микроконтроллера PIC18F2550 (верхний уровень, управление двигателем в целом, взаимодействие с персональным компьютером по каналу USB), PIC16F873A (нижний уровень – управление отдельными контурами электромеханического преобразования);

2. Разработана программа без-датчикового (по координате) управления электромеханическими преобразователями электродинамического типа, позволяющая управлять координатой, усилием, механической мощностью развиваемой двигателем.

 

Практические наработки:

1. Разработан и создан экспериментальный образец линейного электромагнитного-электродинамического двигателя, позволяющего изучить рабочие процессы и апробировать результаты расчетов в полной мере. Представленная конструкция является макетом и показывает принцип совершенствования конструкции линейных двигателей.

Присутствующая на текущий день инструментально-приборная база проекта:

1. Механический участок: токарный станок, фрезерный станок, паяльная станция, электролизная ванна;

2. Измерительная аппаратура: осциллографы, мультиметры, измеритель магнитного поля, датчики температуры;

3. Информационная техника: персональные компьютеры, програматоры микроконтроллеров, МФУ.

 

Потребности проекта:

1. Разработка комплекта чертежей для производства промышленного образца линейного двигателя в соответствиями с требованиями ЕСКД и возможностями механического цеха предприятия - производителя;

2. Разработка эргономичного, функционального программного обеспечения с интерфейсом управления электрическим двигателем на стороне компьютера – рабочей станции;

3. Включение работ по созданию перспективных линейных электрических двигателей разрабатываемых принципов работы в программы поисковых НИР промышленных предприятий специализирующихся на производстве электропривода, автоматизированных систем, робототехники, мехатронных систем;

4. Приобретение оборудования: линейных направляющих/подшипников, датчиков линейного перемещения промышленного исполнения, радиоэлектронных изделий (микроконтроллеров, силовых транзисторов и иного), контрольно-измерительной аппаратуры;

5. Приобретение программного обеспечения специализирующегося на выполнении: математических расчетов (matlab, comsol multiphysics – минимально достаточной комплектации), компиляторов программ микроконтроллеров (пример: CCS);

6. Исполнение заказа на выполнение работ: механической обработки при создании магнитопровода, корпуса, направляющих и иных составляющих двигателя (обрабатываемые материалы: металл, пластмасса); создания печатных плат систем управления.

 

       На основании вышесказанного приглашаем к участию в данном проекте Заказчиков со стороны промышленных предприятий, конструкторских бюро и научных коллективов. Готовы участвовать в разработке конструкций электрических двигателей иной конструкции и принципов действия. Поддержать проект можно перечислением средств на номер яндекс-кошелька: 410011735633808. Также, приглашаем аспирантов, студентов электротехнических специальностей к обсуждению научно-технических вопросов в области электродвигателестроения. Будем рады знакомству со специалистами в области проектирования и эксплуатации электрических двигателей, с благодарностью примем критические замечания и советы.

 

Рейтинг@Mail.ru