3293
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hя |
C |
|
а |
|
Dм2 |
Lм |
2 Lлоб |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
7,9 |
9,62 |
|
14,8 |
|
25,16 |
|
|
|
0,8 |
7,85 |
9,56 |
|
14,6 |
|
24,82 |
|
|
|
0,9 |
7,8 |
9,5 |
|
14,6 |
|
24,82 |
|
|
|
1 |
7,95 |
9,68 |
|
14,6 |
|
24,82 |
|
|
|
1,1 |
7,9 |
9,62 |
|
14,4 |
|
24,48 |
|
|
|
1,2 |
7,95 |
9,68 |
|
14,4 |
|
24,48 |
|
16,6 |
|
|
|
|
|
||||||
1,3 |
7,9 |
9,62 |
|
14,2 |
|
24,14 |
|
|
|
1,4 |
7,95 |
9,68 |
|
14,2 |
|
24,14 |
|
|
|
1,5 |
7,9 |
9,61 |
|
14 |
|
23,8 |
|
|
|
1,6 |
7,95 |
9,68 |
|
14 |
|
23,8 |
|
|
|
1,7 |
7,9 |
9,62 |
|
13,8 |
|
23,46 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hя |
Ф |
|
|
Ф Lм |
|
Wф |
|
Wс |
|
0,7 |
7,11 |
|
|
1,78 |
|
57,5 |
|
15 |
|
0,8 |
6,842 |
|
|
1,7 |
|
60 |
|
15 |
|
0,9 |
6,59 |
|
|
1,636 |
|
62,6 |
|
16 |
|
1 |
6,32 |
|
|
1,5678 |
|
65,2 |
|
16 |
|
1,1 |
6,1 |
|
|
1,49 |
|
68,7 |
|
17 |
|
1,2 |
5,87 |
|
|
1,437 |
|
71,2 |
|
18 |
|
1,3 |
5,65 |
|
|
1,364 |
|
75 |
|
19 |
|
1,4 |
5,446 |
|
|
1,31 |
|
78,1 |
|
19 |
|
1,5 |
5,247 |
|
|
1,25 |
|
82 |
|
21 |
|
1,6 |
5,285 |
|
|
1,26 |
|
81 |
|
21 |
|
1,7 |
4,848 |
|
|
1,137 |
|
90 |
|
23 |
51
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
|
Sп |
Sиз |
Sм |
Iдоп |
|
Lв |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,45 |
0,0483 |
0,0314 |
0,157 |
|
0,067 |
8,04 |
1,64 |
0,0547 |
0,0346 |
0,173 |
|
0,066 |
7,92 |
1,83 |
0,057 |
0,0437 |
0,2183 |
|
0,066 |
8,45 |
2,08 |
0,065 |
0,0437 |
0,2185 |
|
0,066 |
8,45 |
2,275 |
0,0669 |
0,0437 |
0,2185 |
|
0,0655 |
8,91 |
2,5 |
0,694 |
0,0437 |
0,2185 |
|
0,0655 |
9,43 |
2,69 |
0,0708 |
0,049 |
0,245 |
|
0,065 |
9,88 |
2,91 |
0,0765 |
0,0552 |
0,276 |
|
0,065 |
9,88 |
3,1 |
0,073 |
0,049 |
0,245 |
|
0,064 |
10,75 |
3,33 |
0,079 |
0,0708 |
0,354 |
|
0,064 |
10,75 |
3,515 |
0,0764 |
0,0552 |
0,26 |
|
0,0635 |
11,68 |
|
|
|
|
Продолжение табл. 2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
Sп |
Rя |
Pм |
P1 |
|
P2 |
η |
1,45 |
4,68 |
0,115 |
4,24 |
4,125 |
97,3 |
|
1,64 |
4 |
0,1197 |
4,67 |
4,55 |
97,4 |
|
1,83 |
3,38 |
0,162 |
5,9 |
5,738 |
97,2 |
|
2,08 |
3,38 |
0,161 |
5,9 |
5,74 |
97,3 |
|
2,275 |
3,57 |
0,17 |
5,9 |
5,73 |
97,1 |
|
2,5 |
3,78 |
0,18 |
5,9 |
5,72 |
96,9 |
|
2,69 |
3,53 |
0,212 |
6,6 |
6,388 |
96,78 |
|
2,91 |
3,13 |
0,238 |
7,45 |
7,212 |
96,8 |
|
3,1 |
3,84 |
0,23 |
6,6 |
6,37 |
96,5 |
|
3,33 |
2,65 |
0,33 |
9,55 |
9,22 |
96,5 |
|
3,515 |
3,7 |
0,25 |
7,02 |
6,77 |
96,4 |
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.
Устройство перемещения пялец можно |
выполнить как |
мехатронный модуль, который обеспечит |
их линейное |
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.
. |
2 |
|
5 |
|
1 |
3 |
|||
|
|
|||
|
|
|
||
|
|
|
4 |
|
а) |
|
|
б) |
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.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потр. |
Потр. |
Полез. |
|
|
|
Частота |
Номер |
Модель |
ток |
мощн. |
мощн. |
Cosϕ |
КПД |
|
вращ. |
|
|
Iпотр |
Р1 Вт |
Р2 Вт |
|
|
|
рот. |
|
|
А |
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
об/мин |
1 |
4А100L4 |
9,74 |
4169 |
3940 |
0,659 |
0,945 |
|
1475 |
2 |
СД - 6 |
20,6 |
4506,5 |
4003,5 |
0,336 |
0,89 |
|
1500 |
3 |
СД - 12 |
15,88 |
4383 |
4006 |
0,427 |
0,914 |
|
1500 |
4 |
СД - 14 |
14,92 |
4348 |
4006 |
0,462 |
0,92 |
|
1500 |
5 |
СД - 16 |
13,7 |
4306 |
4006 |
0,488 |
0,93 |
|
1500 |
6 |
СД - 17 |
14,2 |
4319 |
4006 |
0,473 |
0,93 |
|
1500 |
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