2016.08.13. Обзор статей в журналах рекомендованных ВАК, за первое полугодие 2016 года.

n 0177 1

Под катом представлен обзор публикаций, напечатанных в журналах рекомендованных ВАК за первое полугодие 2016 год. Тематика публикаций: электромеханическое преобразование энергии, линейные электрические двигатели.

«Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения»

№1 2016г. «Реверсивный линейный двигатель для привода системы наклона кузова скоростного подвижного состава»

В.И. Омельяненко, Г.В. Кривякин, Е.С. Афанасьева

Обоснована возможность использования в качестве силового привода системы наклона поездов с наклоняемыми кузовами линейных электромагнитных преобразователей. Показаны недостатки предложенной ранее системы наклона с линейными двигателями электромагнитного типа. Разработана математическая модель электромеханического преобразования энергии для линейного двигателя электромагнитного типа, с помощью которой рассчитана тяговая характеристика базовой модели линейного двигателя и выявлено существенное несоответствие ее форм и нагрузочной характеристики механизма наклона. Определены величины составляющих силы тяги, действующих на различные поверхности сердечника якоря линейного двигателя, и формы их характеристик. Описан анализ исследования ряда моделей линейного двигателя, отличающихся от базового набором конструктивных элементов. Выявлены основные закономерности влияния конструктивных элементов линейного двигателя на его рабочие свойства. Предложен реверсивный линейный двигатель для системы наклона кузова с улучшенными тяговыми свойствами и массогабаритными параметрами. Проведено описание конструктивного устройства реверсивного линейного двигателя, обоснован набор и конструктивное исполнение его элементов, позволяющее добиться наилучшего совпадения его тяговой характеристики и нагрузочной характеристики механизма наклона. Указан принцип работы реверсивного линейного двигателя в системе наклона кузова. Показано, что в результате предпринятых мероприятий по усовершенствованию линейного двигателя для системы наклона кузова тяговая характеристика нового реверсивного двигателя и нагрузочная характеристика механизма наклона кузова имеют удовлетворительное совпадение.

Ключевые слова: реверсивный линейный двигатель, система наклона, скоростной подвижной состав, тяговая характеристика, нагрузочная характеристика.

 

«Вестник Кузбасского государственного технического университета»

№1 2016г. «Методология способов анализа электромеханических систем»

Падалко Д.А.

Аннотация: В статье рассмотрены методы изучения электромеханических систем на примере электрических машин различного типа. Показан системный подход к вопросу выбора метода изучения, исходя из поставленных требований и имеющихся ресурсов. Представлены результаты моделирования электромеханических систем различными методами.

Ключевые слова: электромеханические системы, визуальное моделирование, математический метод, подход с позиции ТАУ, методология, научно-технические решения

№2 2016г. «Управление динамическим состоянием электромеханических систем при включении их в работу»

Соколов И.А.

Аннотация: Актуальность работы: Исследована возможность использования импульсного воздействия на типовой объект второго порядка, находящегося в режиме диссипативного осциллятора, для улучшения его динамической нагруженности. Оценивание такой возможности производится в задаче оптимального управления объектом с использованием принципа максимума Л.С. Понтрягина. Определена структура системы управления, визуализированная в программном пакете MatLab SimuLink. Разработанные алгоритмы оптимального управления системой могут быть реализованы в технических устройствах, поведение которых можно без особых погрешностей линеаризовать до системы с двумя емкостями энергии и средой передачи и преобразования энергии. Цель работы: Апробирование алгоритма формирования систем управления на абстрактном объекте 2 порядка средствами численного решения системы дифференциальных уравнений, встроенными в инструменты имитационного моделирования MatLab SimuLink. Методы исследований: Основаны на использовании математической модели диссипативного осциллятора, методах оптимального управления с использованием принципа максимума Л.С. Понтрягина. Результаты: Получены SimuLink-модели диссипативного осциллятора и системы оптимального импульсного управления. Приведены результаты компьютерных экспериментов.

Ключевые слова: принцип максимума Л.С. Понтрягина, задача оптимального управления объектом 2-го порядка

 

«Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения»

№1 2016г. «Описание нелинейными коэффициентами зависимости величины индуктивности от тока или потокосцепления в обыкновенных дифференциальных уравнениях математических моделей электротехнических устройств»

Гиоев З.Г., Пустоветов М.Ю., Флегонтов Н.С.

Рассмотрен вопрос о правомерности использования в обыкновенных дифференциальных уравнениях математических моделей электротехнических устройств с индуктивностями нелинейных коэффициентов для описания явления магнитного насыщения. Приведены обоснования допустимости такого подхода в случаях одинаковости и неодинаковости законов изменения тока (модуля тока) и зависящей от него переменной составляющей индуктивности.

Ключевые слова: насыщение магнитной цепи, нелинейность кривой намагничивания, трёхфазная асинхронная электрическая машина, трансформатор, дроссель, математическая модель, обыкновенные дифференциальные уравнения, нелинейный коэффициент

№1 2016г. «Первичный продольный краевой эффект в линейных асинхронных двигателях с поперечным магнитным потоком»

Соломин В.А., Шапшал А.С., Трубицина Н.А., Савин Г.А., Трубицин М.А.

Приводятся результаты аналитического исследования первичного продольного краевого эффекта в линейных асинхронных двигателях с поперечным магнитным потоком с использованием закона полного тока. Получены соотношения для расчета магнитной индукции в эквивалентном воздушном зазоре линейного асинхронного двигателя с поперечным магнитным потоком в режиме идеального холостого хода. Приведены примеры расчета.

Ключевые слова: продольный краевой эффект, линейный асинхронный двигатель, поперечный магнитный поток, закон полного тока, магнитная индукция.

 

«Вестник Самарского государственного технического университета. Серия Технические науки»

№1 2016 «Электродинамические процессы при индукционном нагреве»

Егиазарян А.С., Зимин Л.С.

Рассматриваются особенности индукционного нагрева тел с резко изменяющейся кривизной поверхности, к которым в первую очередь относятся прямоугольные заготовки большого по-перечного сечения, например слябы при нагреве под прокатку. В этом случае необходимо учи-тывать объемную плотность электромагнитного поля, которая проявляется в виде электро-динамического взаимодействия индуктора прямоугольного сечения и сляба. В результате воз-никают сильные вибрации и шум, превышающий санитарные нормы. Проведенные исследова-ния позволяют сделать рекомендации по учету электродинамических и виброакустических процессов при проектировании индукторов прямоугольной формы. Электродинамические рас-четы проводились на численной математической модели, построенной с использованием ме-тода связанных контуров и принципа возможных перемещений.

Ключевые слова: электромагнитное поле, электродинамические силы, вибрации, акустическое излучение.

 

«Вестник Самарского государственного университета путей сообщения»

№1 2016г. «Электрические и магнитные явления с точки зрения теории представления»

Григоровский Б.К., Припутников А.П.

Показано, что электрические и магнитные явления можно рассматривать совместно с теорией представлений.

Ключевые слова: явления, многообразие, представления.

 

 

 

«Горное оборудование и электромеханика»

№2 2016г. «Сравнение параметров оптимальных электромагнитов переменного тока»

Лобов Б. Н.

Электромагниты переменного тока широко применяются в качестве приводных в электрических аппаратах, в том числе и используемых в горном электрооборудовании. Наиболее распространенными являются электромагниты с П- и Ш-образным ярмом и плоским, П- и Ш-образным якорем. При проектировании нового электрооборудования выбор оптимальной конструктивной формы электромагнита является очень актуальной задачей.

Приводятся основные параметры оптимальных по массе и потребляемой мощности электромагнитов переменного тока четырех конструкций. При проектировании на заданную статическую тяговую характеристику Ш-образные электромагниты имеют на 12...30 % меньшие значения массы и на 5...7 % меньше значения мощности, чем электромагниты П-образного типа. Отмечено, что электромагниты с плоским якорем имеют указанные показатели хуже, чем электромагниты с П- и Ш-образными якорями.

Установлены зависимости массы, мощности, потребляемой в установившемся режиме нагрева, соотношений геометрических размеров электромагнитов броневого, П- и Ш-образного типа от магнитной индукции в рабочем зазоре, тягового усилия, допустимой температуры нагрева обмотки и других параметров. Эти зависимости рекомендуется использовать на стадиях технического предложения и эскизного проекта, а также для выбора начальных значений указанных параметров при оптимизационных расчетах.

Ключевые слова: горное электрооборудование, аппараты управления, электромагниты, переменный ток, тяговая характеристика, масса, потребляемая мощность, оптимальный

 

«Известия Томского политехнического университета»

№1 2016 «Методы компенсации влияния электрической несимметрии на механический момент индукционного двигателя»

Лавренов Е.О.

При эксплуатации электрических машин часто имеют место неноминальные и аварийные режимы работы. Существующая на сегодняшний день защита электрических машин от аварийных режимов в большинстве случаев способна лишь экстренно отключить двигатель в случае превышения фазными токами допустимого уровня. Однако в некоторых отраслях (металлургия, химическая промышленность) с непрерывным циклом производства это может оказаться крайне нежелательным по экономическим причинам или причинам, связанным с вопросами безопасности. Поэтому задачи исследования, прогнозирования и совершенствования методов диагностики подобных режимов не перестают быть актуальными.

Цель работы: поиск наиболее эффективного и рационального метода компенсации влияния электрической несимметрии цепей асинхронного двигателя на величину провала в статической механической характеристике машины.

Методы исследования: численное моделирование с использованием программного пакета MATLAB, метод Рунге–Кутты для решения системы дифференциальных уравнений высших порядков, составленных согласно законам Кирхгофа, Ленца, Ампера и второму закону Ньютона.

Результаты.

Показано, что для компенсации провала в статической механической характеристике асинхронного двигателя пригодны методы, приводящие к ослаблению влияния ЭДС обратной последовательности в статоре. Выполнено имитационное моделирование индукционного двигателя в математическом пакете MATLAB с целью поиска наиболее удобного и простого алгоритма компенсации влияния несимметрии на механический момент асинхронной машины. Рассмотрены следующие варианты:

введение в цепь статора противоЭДС с амплитудой, частотой и фазой, минимизирующими токи обратной последовательности;

повышение сопротивления статора путем введения внешних реостатов; использование источника тока для питания индукционного двигателя. По полученным результатам сделаны выводы.

 

"Мехатроника, Автоматизация, Управление"

№2 2016. «Система активной виброизоляции с электродинамическим актуатором»

Ю. А. Бурьян, В. Н. Сорокин, Ю. Ф. Галуза, С. Н. Поляков.

Рассмотрена принципиальная возможность построения активной системы виброизоляции с электродинамическим актуатором. Приведена структура системы управления с экстремальным регулятором при использовании сигналов с акселерометра и датчика силы. Дана оценка эффективности системы при случайном характере возмущений.

Ключевые слова: виброизолятор, активная система виброизоляции, экстремальный регулятор, спектр, частота настройки, коэффициент передачи усилия, дисперсия, датчик силы, акселерометр, электродинамический актуатор.

№2 2016 «Исследование динамики следящего электропривода с вентильным двигателем в режиме автокоммутации»

В. М. Иванов

При исследовании динамических режимов следящего вентильного электропривода обоснованы условия перехода к координатам ротора и дано математическое описание вентильного двигателя как бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ). Приведена структурная схема следящего электропривода, учитывающая коммутационные процессы и формирование упреждающих углов коммутации. Дано обоснование упрощенной структурной схемы вентильного двигателя при работе его в режиме БДПТ. Выполнен синтез регуляторов двухконтурной следящей системы. Приведены результаты исследования динамических режимов привода внизу и вверху диапазона регулирования скорости в системе с программным задатчиком угла и скорости. Показано, что в зависимости от условий работы БДПТ обладает дуальными свойствами: синхронной машины и двигателя постоянного тока. Результаты исследования подтверждают, что характерные особенности предлагаемой системы позволяют обеспечить динамические и статические характеристики вентильного электропривода, работающего в режиме автокоммутации, сопоставимые с векторными системами управления синхронными машинами с ориентацией потокосцепления.

Ключевые слова: следящий электропривод, синхронная машина, обращенная машина постоянного тока, БДПТ, ПИД регулятор, программный задатчик скорости и угла

 

«Электричество»

№1 2016. «Энергосберегающие электрические машины для привода электромобилей и гибридных автомобилей (Обзор зарубежных разработок)»

ШУМОВ Ю.Н., САФОНОВ А.С.

Приведен обзор зарубежных публикаций по проблемам энергосбережения для тяговых электродвигателей электромобилей и гибридных автомобилей. Показаны характерные особенности, тенденции развития, способы уменьшения потерь для синхронных двигателей с постоянными магнитами (СДПМ), асинхронных (АД), вентильно-индукторных реактивных (ВИРД). Рассмотрены методы уменьшения массы постоянных магнитов в СДПМ. Наиболее энергоэффективными являются синхронные машины с постоянными магнитами, в особенности синхронные машины со встроенными ПМ. Ключевые слова: электрические машины, энергоэффективность, электропривод, электромобили, гибридные автомобили, обзор.

№2 2016. «Электротрансмиссия транспортных средств на базе вентильных машин комбинированного возбуждения»

ГАНДЖА С.А., КИЕСШ И.Е. Показано преимущество применения вентильной машины комбинированного возбуждения (от постоянных магнитов и обмотки возбуждения) для электрической трансмиссии транспортных средств по сравнению c машинами: вентильной магнитоэлектрической, вентильно-индукторной и асинхронной. Преимущество заключается в уменьшении габаритов самой машины и электронной системы управления, которая может осуществляться по слаботочной цепи возбуждения. Дано описание запатентованной конструкции машины и принципа ее действия. Показано моделирование электромагнитных полей с применением метода конечных элементов. Приведены результаты тестирования опытных образцов. Ключевые слова: вентильная машина, комбинированное возбуждение, постоянные магниты, обмотка возбуждения, регулирование магнитного потока, моделирование электромагнитного поля, средства транспорта

№2 2016 «Математическое моделирование явнополюсных синхронных двигателей с автоматическим подбором параметров локальных характеристик намагничивания»

ШРЕЙНЕР Р.Т., ПОЛЯКОВ В.Н., МЕДВЕДЕВ А.В.

Цель работы – создание математической модели двигателя, пригодной для аналитических расчетов и построения систем управления электроприводами с явнополюсными синхронными двигателями. Для этого модифицирован метод локальных характеристик намагничивания дополнением его процедурой автоматического подбора параметров. Разработан цифровой алгоритм расчета интегральных характеристик намагничивания, предназначенный для уточненного математического моделирования явнополюсных синхронных двигателей. Приведены графики распределения магнитной индукции в локальных сечениях интегральных характеристик намагничивания, подтверждающие возможность учета насыщения и взаимовлияния процессов по ортогональным осям. Представлены результаты моделирования динамических режимов явнополюсного синхронного электродвигателя в системе векторного управления, построенной на основе полученных интегральных вектор-функций намагничивания. Ключевые слова: синхронный явнополюсный двигатель, моделирование, учет насыщения магнитной цепи, метод локальных характеристик намагничивания, автоматический подбор параметров

№3 2016 «Параметры вентильных индукторных генераторов»

СУГРОБОВ А.М., РУСАКОВ А.М., КАЗИМИРОВ Е.О., ОКУНЕЕВА А.Н., СОЛОМИН А.Н.

Приведено расчетно-теоретическое исследование индукторных генераторов. Результаты исследования расширяют теоретическую базу, на которой построены притменяемые методики их проектирования. Теория дополнена конкретными сведениями о характере изменения магнитных потоков в рассматриваемых машинах в функции координат точек внешней и токоскоростной характеристики. Учитываются также закономерности изменения в функции нагрузки коэффициентов использования магнитного потока, определенных по его первым гармоническим и по глубине модуляции кривой его изменения в зависимости от угла поворота ротора. Определены предельные по условию реализации в индукторных генераторах электромагнитные нагрузки, приведены численные значения некоторых

параметров, важных с точки зрения получения достоверных конечных результатов проектирования.

 

«Электротехника»

№1 2016 «К вопросу о настройке системы управления электропривода постоянного

тока на модульный оптимум. Ч.1»

СТАШИНОВ Ю.П.

Получена математическая модель двухконтурной системы управления

электропривода постоянного тока при реализации устройства управления на

наиболее распространённых П и ПИ регуляторах. Оптимизируемыми

параметрами системы являются: коэффициенты усиления контуров тока и

скорости и коэффициенты интегральных составляющих регуляторов этих

контуров. Рассмотрены два варианта оптимизация структуры и параметров

системы: – стандартная последовательная настройка контуров тока и скорости на

модульный оптимум, которая приводит к статической системе управления с П

регулятором скорости и ПИ регулятором тока; – настройка системы на модульный

оптимум как единого целого, без выделения контуров тока и скорости, которая

приводит к астатической системе с ПИ регулятором скорости и П регулятором

тока, либо без регулятора тока – с отрицательной токовой обратной связью на

вход преобразователя. Приведены формулы для определения оптимальных

значений настраиваемых параметров для обоих вариантов. Компьютерным

моделированием в MatLab-Simulink на конкретном примере показано, что система

с настройкой по второму варианту имеет более высокие показатели качества

управлении по точности, быстродействию и перерегулированию при изменении

задающего и возмущающего воздействий.

Ключевые слова: система управления, электропривод постоянного тока,

настройка, модульный оптимум.

№2 2016 «Способ перемещения ферромагнитных тел внутри цилиндрической поверхности»

ЮЩЕНКО Л.В.

Рассматриваются теоретические основы перемещения магнитного поля внутри неподвижных объектов, например, внутри цилиндрической поверхности. Принимается

цилиндрическая поверхностьв виде диэлектрической втулки. С внешней стороны на втулке размещаются три (или числом, кратным трем) катушки, к которым подводится трехфазное напряжение через полупроводниковые диоды. Катушки по очереди создают внутри втулки магнитное поле со сдвигом во времени и в пространстве. Магнитное поле сцепляется с ферромагнитным телом определенных размеров, помещенным внутри втулки и перемещает его. Предложенный способ перемещения ферромагнитных тел внутри цилиндрической поверхности можно использовать для обработки поверхностного слоя деталей дробью после устранения эффекта торможения движения дроби на завершающем этапе перемещения. Предложенная модель магнитного двигателя также может быть востребована там, где требуется низкая угловая скорость вращения механизмов или рабочих машин.

Ключевые слова: трёхфазное напряжение, полупроводниковые диоды, диэлектрическая втулка, обмотки, концентрическое магнитное поле, перемещение ферромагнитного тела.

№3 2016 «К вопросу о настройке системы управления электропривода постоянного тока на модульный оптимум. Ч. 2.»

Сташинов Ю.П.

Приведены результаты компьютерного моделирования в MatLab-Symulink наиболее распространённых вариантов электроприводов постоянного тока с оптимальными настройками параметров с учётом естественных и искусственных ограничений на диапазон изменения переменных. Особое внимание уделено способам ограничения тока якорной цепи, влиянию ограничений на свойства электропривода, сравнительному анализу переходных процессов при пуске электроприводов. Показано, что с учётом искусственного ограничения тока якорной цепи и естественного ограничения выходного напряжения преобразователя лучшие показатели по перерегулированию и быстродействию имеет система управления с ПИ-регулятором скорости и П-регулятором тока, настроенная на модульный оптимум. Сравнимые показатели качества переходного процесса имеет одноконтурная система управления с ПИ-регулятором скорости, настроенная на модульный оптимум.

Ключевые слова: система управления, регулятор, электропривод постоянного тока, настройка, модульный оптимум.

№3 2016 «Математическая модель синхронной индукторной бесподшипниковой машины как объекта управления»

ДОМРАЧЕВА Ю.В., ЛОГИНОВ С.Ю.

В статье рассматривается один из видов бесподшипниковых электрических машин – синхронная индукторная бесподшипниковая машина (СИБМ). Получено упрощённое аналитическое описание статических характеристик модуля СИБМ и предложен закон управления фазой токов подвеса. Адекватность полученных выражений проверялась с помощью численного расчёта методом конечных элементов. Радиальные электромагнитные силы модуля описываются линейными зависимостями от амплитуды токов подвеса и смещения ротора в соответствующем радиальном направлении. Зависимость сил от смещения в другом (перпендикулярном) направлении упрощена. В рабочем диапазоне токов и перемещений аналитическая модель показала высокую точность расчёта. Основная составляющая вращающего момента СИБМ является квадратичной зависимостью от амплитуды тока привода. Погрешность расчёта момента по аналитической модели при центральном положении ротора и отсутствии тока в обмотке подвеса составила 1,8% во всём диапазоне тока и при любых углах нагрузки. В статье приводятся графики, демонстрирующие влияние тока подвеса и смещения ротора на вращающий момент. Предложенный закон управления фазой тока подвеса представляет собой линейную зависимость от угла поворота ротора, направления радиального смещения и угла нагрузки привода синхронной машины. Коэффициент пропорциональности между углом нагрузки и фазой тока подвеса получен приближённо. Погрешность расчёта при различных смещениях ротора оценена и представлена графически.

Ключевые слова: синхронная индукторная бесподшипниковая машина, математическая модель объекта управления, направление и амплитуда радиальной силы.

№3 2016 «Полифункциональные электромеханические преобразователи энергии технологического назначения»

ЗАБЛОДСКИЙ Н.Н., ПЛЮГИН В.Е., ГРИЦЮК В.Ю., ГРИНЬ Г.М.

Рассмотрены полифункциональные электромеханические преобразователи энергии с ферромагнитным ротором, предусматривающие полное использование диссипативной энергии, структурную, функциональную и тепловую интеграцию. Особенностью таких устройств является совмещение в одной машине нескольких технологических функций. При этом ротор охлаждается сырьем, которое перерабатывается. Дополнительным охлаждающим агентом может выступать воздух и легкоплавкие материалы с высокой теплоемкостью и скрытой теплотой плавления. Показано, что практически все условные «потери» активной мощности формируют одну из составляющих полезной мощности – тепловую мощность и полезно используются в технологическом процессе. Представлена реализация принципа саморегуляции при разделении электромагнитной мощности на две составляющие полезной мощности: поток механической мощности и поток тепловой мощности. Приведены положения по безредукторному обеспечению малой частоты вращения и кратного усиления вращающего момента преобразователя, основанные на использовании взаимодействия прямых и обратных полей ведущих и ведомых модулей, изменении направления вращения поля ведомого модуля и продолжительности его действия. Обратный момент является положительным и приводит к увеличению пологости механической характеристики, как следствие, к усилению неустойчивости работы преобразователя при нагрузке. Длительности задержки включения тормозного модуля необходимо выбирать из условия достижения необходимого результирующего вращающего момента преобразователя.

Ключевые слова: электромеханический преобразователь, ферромагнитный ротор, интеграция, диссипативная энергия, безредукторное управление.

 

«Вопросы электромеханики»

Том 144. №1 2015 «СПОСОБЫ УПРОЩЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ ПРИВОДА

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН НА БАЗЕ ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ»

С.И. Копылов, О.А. Липа, Л.В. Беляева, Е.В. Хромов

Одним из главных недостатков, применяемых в производстве сельскохозяйственных машин с возвратно-поступательным движением рабочих органов, являются низкие технико-экономические показатели, связанные с необходимостью применения преобразователей вращательного движения вала приводного электродвигателя в возвратно-поступательное движение рабочего органа машины (клиноременная передача, эксцентриковый колебатель), что значительно увеличивает массу и габариты, удорожает конструкцию сельскохозяйственной машины. Большая металлоёмкость, потери энергии, сложность регулирования и интеграции с рабочими органами сельскохозяйственных машин заставляет искать пути получения возвратно-поступательного движения без механических редукторов. Совершенствование конструкций сельскохозяйственных машин за счёт совмещения рабочего органа и электродвигателя, имеющего высокие технико-экономические показатели. Совмещение рабочего органа сельскохозяйственных машин и ротора электродвигателя позволяет уменьшить массу и размеры машин, исключить из электропривода преобразователь движения в виде редуктора или другого передаточного механизма, улучшить условиятеплоотдачи, охлаждения и вентиляции. Оснащение сельскохозяйственных машин безредукторным приводом отвечает современным требованиям энергосбережения и энергоэффективности и является актуальной задачей АПК. Одно из направлений по созданию таких машин – использование линейных асинхронных двигателей (ЛАД). В работе рассмотрены способы моделирования безредукторного привода.

Ключевые слова: привод сельскохозяйственных машин, линейный асинхронный двигатель, однофазный преобразователь частоты, система управления двигателем, упругие накопители энергии.

Том 148. №5 2015. «ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ – ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН»

В.Б. Баль, В.Я. Геча, В.И. Гончаров, Е.В. Ежов, В.Г. Чиркин, С.В. Ширинский, Д.А. Петриченко

Приведён обзор разработок и публикаций за последние 10 лет, посвящённых типам и конструкциям электрических машин возвратно-поступательного действия. Среди применяемых на практике линейных электрических машин рассмотрены синхронные машины с постоянными магнитами, машины с поперечным потоком, асинхронные машины, синхронные реактивные машины и вентильно-индукторные машины. Также приведён обзор конструктивных исполнений линейных электрических машин. Рассмотрены преимущества и недостатки вариантов расположения индуктора и якоря на подвижной и неподвижной части машины, оптимальное соотношения длин статора и индуктора, сравнение плоской конструкции линейного генератора с цилиндрической, а также конструкция сердечника цилиндрического линейного генератора. В заключении формулируется наиболее актуальное сейчас представление об оптимальной конструкции линейного генератора.

Ключевые слова: линейная электрическая машина, линейный генератор, линейный электрический двигатель, электрическая машина возвратно-поступательного действия, конструкция.

 

«Известия Томского политехнического университета»

№2 2016. «Экспериментальное исследование и расчет магнитного поля электромагнита постоянного тока с расщепленными полюсами и полюсными наконечниками в комплексе программ ELCUT»

Татевосян А.С., Татевосян А.А., Захарова Н.В., Шелковников С.В., Шелковникова Ю.В.

Актуальность исследований. Железоотделители на основе электромагнитов постоянного тока находят повсеместное применение во многих отраслях промышленности, например, на рудообогатительных фабриках, угольных теплоэлектростанциях, коксохимических заводах и т.д., для защиты оборудования от механических поломок, а также засорения конечного продукта посторонними предметами, причем сепарация основана на феррромагнитных свойствах этих предметов. Среди магнитных систем электромагнитов постоянного тока с полюсными наконечниками клапанная магнитная система является наиболее распространенной, а значит хорошо изученной, так как нашла широкое применение в приводах электромагнитных коммутационных аппаратов, устройствах автоматики и управления. Однако даже при синтезе такой магнитной системы электромагнита у разработчиков возникает проблема определения доли магнитного потока под полюсным наконечником в рабочем зазоре. Решение задачи ещё более осложняется при отсутствии в электромагните постоянного тока поворотного якоря, поскольку магнитное поле в межполюсном зазоре оказывается резко неоднородным, затухающим по мере удаления исследуемой точки от плоскости полюсов. Такое распределение магнитного поля имеет место в специальных электромагнитах постоянного тока - подвесных железоотделителях, которые используются для извлечения ферромагнитных предметов из различных сыпучих материалов, транспортируемых ленточными конвейерами. Цель исследования. Рассмотреть комплексный подход к исследованию магнитного поля электромагнита постоянного тока с расщепленными полюсами и полюсными наконечниками, характеризующийся изучением резкой неоднородности магнитного поля в межполюсном зазоре и за его пределами. Методы исследования. Исследование проводилось с использованием разработанного лабораторного стенда электромагнита с применением программного обеспечения Elcut 6.0. Подход основывается на сопоставлении результатов экспериментального исследования магнитного поля и магнитной силы для опытного образца электромагнитного железоотделителя с помощью цифрового миллитесламетра с датчиком Холла, численного расчета магнитного поля в комплексе программ Elcut 6.0 и аналитического расчета напряженности магнитного поля. Результаты исследования. Полученные результаты экспериментального исследования магнитного поля на опытном образце электромагнита с использованием цифрового миллитесламетра с датчиком Холла дополнены результатами аналитического и численного расчета магнитного поля, выполненного в комплексе программ ELCUT6.0 (профессиональная версия). Надежность представленных результатов эксперимента и расчета подтверждается проверкой закона полного тока в замкнутом контуре. В ходе анализа затухания магнитного поля электромагнита на середине межполюсного зазора по мере удаления исследуемой точки от полюсных наконечников определено оптимальное расстояние между полюсными наконечниками, при котором удельная пондеромоторная сила магнитного поля достигает максимального значения.

Ключевые слова:электронный ресурс, электромагниты постоянного тока, межполюсные зазоры, полюсные наконечники, расщепленные полюса, закон полного тока, проверка, магнитное поле, затухание, пондеромоторные силы

 

«Электричество»

№6 2016. «Расчет магнитных потерь электромеханических устройств»

АФАНАСЬЕВ А.А. На основе решения уравнения Ландау–Лифшица для однодоменной структуры магнетика предлагаются формулы для расчёта гистерезисных явлений при переменном, вращательном и переменно-вращательном перемагничивании электротехнической стали. Рассматриваются расчётные кривые нутации вектора намагниченности, гистерезисные петли при продольном и поперечном гармоническом воздействии внешнего магнитного поля на домен с учётом его структуры при статическом симметричном намагничивании. Обсуждаются возможности использования полученных уравнений для многодоменного ферромагнетика. Проводится гармоническая линеаризация симметричной гистерезисной петли с целью определения параметров эквивалентных синусоид магнитного поля и удельных гистерезисных потерь. Метод численного расчета потерь от вихревых токов в

стальных листах шихтованного магнитного сердечника, предлагаемый авторами, основан на определении среднего значения вектора Пойнтинга плоских электромагнитных волн, воздействующих на обе стороны каждого листа локальных элементарных участков (ЭУ) сердечника. Программа численного метода предусматривает разбиение нелинейных фрагментов магнитной цепи (зубцов, ярм, постоянных магнитов) на совокупность ЭУ, магнитная проницаемость которых дискретно постоянна внутри (после итерационного уточнения) и испытывает скачки на границах ЭУ. Расчёты магнитных потерь, выполненные на основе этой полевой программы, учитывают особенности геометрической формы каждого ЭУ.

Ключевые слова: электромеханические устройства, уравнения Ландау–Лифшица, перемагничивание, гармоническая линеаризация, удельные магнитные потери, математическое моделирование, численные расчёты.

№6 2016.  «Моделирование боковых усилий в линейной индукционной машине для электродинамической сепарации»

КОНЯЕВА.Ю., БАГИН Д.Н. Рассмотрен электродинамический сепаратор с бегущим магнитным полем на основе линейных индукторов. Электродинамическая сепарация, основанная на взаимодействии магнитного поля с вихревыми токами, наведенными этим полем в проводящих частицах, наиболее эффективна при сборе и переработке цветных металлов. Сепарация является результатом совместного действия нескольких сил: электромагнитных (продольных и боковых), гравитации, трения и др. В статье представлена математическая модель для исследования боковых электромагнитных сил в линейной индукционной машине. Выполнена экспериментальная проверка результатов расчетов. Характеристики подтверждают работоспособность математической модели. Описаны результаты исследования боковых электромагнитных сил в опытном образце электродинамического сепаратора.

Ключевые слова: электродинамическая сепарация, линейная индукционная машина, сортировка металлов, боковые электромагнитные силы, математическое моделирование, экспериментальная проверка.

 

«Электротехника»

№4 2016. «Алгоритм управления электромагнитным приводом воздушно-тактового клапана двигателя внутреннего сгорания»

 ПАВЛЕНКО А.В., ГУММЕЛЬ А.А., БАТИЩЕВ Д.В., БАУМБАХ Е.

Предложен адаптивный алгоритм управления быстродействующим электромагнитом привода воздушно-тактового клапана (ВТК) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) без использования специализированных датчиков положения и скорости. Применение ВТК обеспечивает создание волновых явлений в системе впуска путем быстрого открытия и закрытия впускного канала клапаном ВТК, обеспечивая при этом резонанс в системе цилиндр–впускной коллектор во всем диапазоне частот вращения ДВС. Клапан с электромагнитным приводом устанавливается непосредственно перед впускным клапаном ДВС и управляется системой управления, обеспечивающей требуемые динамические характеристики привода в условиях внешних воздействующих факторов. Существующие системы и методы управления для обеспечения требуемых динамических характеристик в условиях внешних воздействующих факторов предполагают использование специализированных датчиков положения или скорости, что приводит к усложнению системы, росту массогабаритных и стоимостных показателей, снижает надежность системы в целом. Для анализа динамики работы электромагнитного привода и методов управления разработана комплексная математическая модель мехатронного привода ВТК. Предложен способ управления, позволяющий косвенно определять пространственное положение и скорость якоря в момент подхода к полюсу в режиме реального времени по характеру изменения тока в обмотках и напряжения на них, с учетом всех дестабилизирующих факторов. Приведены результаты исследования влияния скорости якоря электромагнита на уровень «токового провала», а также влияние тока подхвата на скорость посадки якоря. Описан способ определения времени трогания якоря по изменению напряжения на управляющей обмотке электромагнита. Эксперименты показали, что применение предложенного алгоритма управления позволяет обеспечить

конечную скорость посадки клапана менее 0,4 м/с при времени переключения порядка 34 мс и тем самым подтвердили эффективность предложенного алгоритма. Ключевые слова: алгоритм управления, электромагнитный привод, воздушно-тактовый клапан, двигатель внутреннего сгорания.

№6 2016 «Электромеханическое преобразование энергии в системе с объемным высокотемпературным сверхпроводником. Ч. 1. Математическое моделирование процессов»

ДЕРГАЧЕВ П.А., КУЛАЕВ Ю.В., КУРБАТОВ П.А., КУРБАТОВА Е.П.

Рассматриваются особенности преобразования энергии в линейном электромеханическом вибрационном устройстве с элементом из высокотемпературного сверхпроводящего (ВТСП) материала. Постоянный магнит в форме диска с осевой намагниченностью перемещается внутри неподвижной кольцеобразной катушки, а керамический ВТСП элемент, также имеющий форму диска, закреплен неподвижно на некотором расстоянии от постоянного магнита. Все элементы преобразователя расположены соосно. Перевод ВТСП в сверхпроводящее состояние осуществляется в магнитном поле постоянного магнита. Цель исследований - выяснить влияние ВТСП элемента на статические и динамические параметры преобразователя, сравнив работу устройства с ВТСП элементом и без него. Предложены математические модели для расчетов динамических показателей устройства, составленные в программной среде MatlabSimulink для электрической и механической подсистем. Связь между подсистемами определяется функциями потокосцепления катушки и электромагнитной силы, которые получаются из анализа электромагнитного поля методом пространственных интегральных уравнений с учетом свойств ВТСП материала. Предложена комбинированная модель свойств ВТСП материала с двумя источниками магнитного поля: плотностью тока и намагниченностью, которая обладает большей универсальностью, чем модели только для токов.

Ключевые слова: объемный высокотемпературный сверхпроводник, электромеханический преобразователь, постоянный магнит, математическая модель, расчет

№7 2016. «Электромеханическое преобразование энергии в системе с объемным высокотемпературным сверхпроводником. Ч. 2. Анализ работы устройства»

ДЕРГАЧЕВ П.А., КУЛАЕВ Ю.В., КУРБАТОВ П.А., КУРБАТОВА Е.П.

Выполнен анализ работы линейного электромеханического вибрационного преобразователя, содержащего элемент из высокотемпературного сверхпроводящего материала (ВТСП). При расчетах использовались модели преобразователя, рассмотренные в первой части статьи [1]. Параметры модели свойств ВТСП материала определены путем

сопоставления данных расчетов и экспериментальных исследований силовых взаимодействий в лабораторном образце устройства. На основе анализа электромагнитного поля рассчитаны функции потокосцепления и сил от тока в катушке и перемещений постоянного магнита для макроскопической модели устройства. Результаты расчетов параметров работы электромеханического преобразователя приведены в виде амплитудно-частотных характеристик тока в катушке, амплитуды перемещения постоянного магнита и электрических и механических мощностей. Определены зависимости мощностей, КПД и фазы тока от активной механической нагрузки на резонансной частоте. Полученные характеристики сопоставлены с данными моделирования аналогичного преобразователя без ВТСП элемента, сделан вывод о том, что ВТСП элементы существенно изменяют параметры процесса преобразования электрической энергии в механическую. Показано, что электромеханические преобразователи с объемными ВТСП элементами могут быть более эффективными, чем традиционные конструкции. Ключевые слова: объемный высокотемпературный сверхпроводник, электромеханический преобразователь, математическая модель, расчет параметров, экспериментальные исследования

 

«Энергетик»

№4 2016. «ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ ВОЛН НА ОСНОВЕ ЛИНЕЙНЫХ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ МОЩНОСТЬЮ 30 И 100 КВТ»

АНТИПОВ В.Н., ГРОЗОВ А.Д., ИВАНОВА А.В

Представлены результаты проектирования электромеханических преобразователей энергии волн с помощью плавающего буя-абсорбера и линейного электрического генератора мощностью 30 и 100 кВт. Средняя мощность и параметры генераторов определяются характеристиками значимой волны. Электромагнитные поля и параметры синхронных генераторов в различных режимах определены методом конечных элементов. Моделирование работы линейного генератора проведено в среде Matlab Simulink на выпрямительную, инверторную и ёмкостную аккумулирующую нагрузки. Разработаны принципы проектирования модульной конструкции низкочастотного линейного синхронного генератора с постоянными магнитами, обладающего оптимальной магнитной редукцией, рациональной концентрической обмоткой статора, значительной ЭДС и высоким КПД. Предложенная конструкция позволила уменьшить массу и получить более высокие удельные показатели генератора по сравнению с аналогичными разработками.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ВОЛН, ПЛАВАЮЩИЙ БУЙ-АБСОРБЕР, ЛИНЕЙНЫЙ ГЕНЕРАТОР, ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ, МОДЕЛИРОВАНИЕ В СРЕДЕ MATLAB SIMULINK, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ

 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Дополнительная информация

Рейтинг@Mail.ru