Некоторые научно-технические проблемы развития электромеханики малой мощности
Лавриненко В. А., Гончаров И. П., Осипенко Р. А., Чувашский государственный университет им. И. Н. Ульянова
Научно-технические проблемы, решением которых занимаются сотрудники лаборатории микромашин кафедры электромеханики и технологий электротехнических производств Чувашского государственного университета в сотрудничестве с предприятиями, можно объединить в три группы.
1. Проблемы теории
1. 2. Разрабатывается общая теория нелинейных и параметрических систем [10,12,17], которая позволяет решать большое количество прикладных задач.
1. 3. Составляются инженерные методики автоматизированного расчета [13,18,19], позволяющие ускорить процесс оптимизации конструкций ЭМ.
1. 4. Определяются наиболее рациональные конструкции ресурсосберегающих ЭМ [1-9]. Разработка научно и технически обоснованных рекомендаций по использованию того или иного типа ЭМ дает экономический эффект.
техники позволяют решать задачи создания наиболее рациональных способов коммутации тока в цепях электрических машин и получить в результате этого новые типы вентильных машин, в частности, на основе использования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
компьютерного моделирования.
1. 6. Снижается уровень звука ЭМ путем уменьшения возмущающих сил механического, магнитного и аэродинамического происхождения.
2. Конструкторско-технологические проблемы
2. 1. Созданы унифицированные ряды ресурсосберегающих однофазных электрических машин переменного тока ДАО64 бытового назначения и электродвигателей постоянного тока с постоянными магнитами ДП56 для автомобильной техники [11,20].
2. 2. Разрабатываются типовые конструкции двигателей, которые можно использовать для непосредственного электропривода различных механизмов бытового назначения [1-9]. Особенность новых конструкций двигателей в том, что не требуется дорогостоящего оборудования для обмоточных работ. В предлагаемых конструкциях уменьшение трудоемкости и упрощение технологии изготовления происходит за счет применения сосредоточенных обмоток взамен всыпных, укладываемых в отдельные пазы.
2. 3. Повышается качество ЭМ малой мощности за счет выполнения требований, предъявляемых к показателям качества, которые условно можно разбить на семь групп.
Первую группу составляют показатели назначения, включающие в себя классификационные показатели и показатели функциональной и технической эффективности. Для ЭМ классификационные показатели включают в себя номинальные данные. Показатели функциональной и технической эффективности включают кратности максимального kmах, начального пускового kп и минимального kmin моментов, потребляемую мощность P1, кратность пускового тока kI, момент инерции ротора J.
Вторую группу образуют показатели надежности: установленная безотказная наработка Ту и срок службы Тслу (ГОСТ 27. 002-83). ЭМ следует рассматривать как изделие из последовательно соединенных элементов (обмоток, магнитопровода, подшипников, коллектора, щеток и т. д.). При этом отказ любого из них приводит к потере работоспособности машины.
Третья группа — это показатели экономного использования сырьевых, материальных, топливных, энергетических и трудовых ресурсов: коэффициент полезного действия n, удельная масса на единицу полезной мощности G/Рн , коэффициент мощности соs и масса машины G.
Четвертая группа — эргономические показатели: средний уровень звука L, среднее квадратическое значение виброскорости V.
В пятую группу входят показатели технологичности: удельная трудоемкость изготовления Ти (нормочасы на единицу полезной мощности), удельная материалоемкость (кг/Вт) по отдельным видам материалов и суммарная, удельная технологическая себестоимость Ст (руб/Вт) и коэффициент использования материалов Кис, характеризующий их экономию,
Шестая группа — патентно-правовые показатели — показатель патентной защиты Пп. з (наличие оформленных заявок на изобретения патентов в стране и за рубежом) и показатель патентной чистоты Пп. ч, что особенно важно для поставки на экспорт.
2. 4. Применяются технологии автоматизированного проектирования с использованием систем трехмерного (3D) моделирования. Использование таких CAD-, CAM- и CAE-систем, как Pro/engineer, позволяет использовать технологию нисходящего проектирования, в том числе создавать трехмерные скелетоны (англ. skeleton - скелет, каркас) – структурные 3D модели сборок. Имеется возможность объявлять зависимости в компоновке и управлять габаритами проектируемой машины.
Pro/engineer обеспечивает двухстороннюю связь между трехмерной моделью сборок и содержанием чертежей: любые изменения в трехмерных моделях автоматически отражаются в чертежах и наоборот. Данная особенность позволяет всегда контролировать сборку изделия, избежать многочисленных ошибок при подготовке производства, а также в процессе последующего сопровождения изделия.
механизма. По результатам расчетов оптимизируется конструкция, достигаются требуемые размеры и значения параметров.
Сформированная трехмерная модель изделия является основой для дальнейшей работы конструкторов технологической оснастки и программистов станков с ЧПУ, которые используют специальные модули системы Pro/engineer.
2. 5. Используются современные методы производства, позволяющие сократить долю механической обработки деталей, а также применить новые материалы.
2. 6. Электрическим машинам придаются современные формы и цвет с точки зрения эргономики и технической эстетики.
3. Проблемы испытаний
3. 1. Разрабатываются точные и надежные устройства автоматизированных испытаний, исключающие дополнительные нагрузки на валу двигателя. Определяется необходимый объем испытаний ЭМ при серийном производстве.
3. 2. Проводятся исследования по экспериментальному определению параметров ЭМ с использованием измерительной техники нового поколения.
3. 3. Используется имитационное моделирование, позволяющее определить влияние параметров ЭМ на технические характеристики и сократить объем макетных испытаний при разработке.
Производство электрических машин малой мощности представляет собой наиболее динамично развивающееся направление электромеханики, которое характеризуется большой номенклатурой конструктивных вариантов и специальными методами исследования. Для обеспечения выпуска конкурентоспособных электрических машин малой мощности требуется проведение научных исследований и правильной технической политики в этой области электротехники.
Список литературы
2. А. c. 1424101 (СССР). Однофазный многоскоростной асинхронный электродвигатель / Е. И. Ефименко, В. А. Лавриненко, В. В. Охапкин. Заявл. 26. 12. 86. № 4167400; МКИ Н02К,17/06. Откр. Изобр. 15. 09. 88. № 34.
4. Патент 2088029 (РФ). Двухфазный двигатель переменного тока/ Е. И. Ефименко. Заявл. 10. 01. 95. № 95100248. МКИ Н02К, 17/08. Откр. Изобр. 20. 08. 97. № 23.
5. Патент 2085003 (РФ). Статор двухфазного двигателя переменного тока/ Е. И. Ефименко. Заявл. 08. 06. 93. № 93029283. МКИ Н02К, 1/14. Откр. Изобр. 20. 07. 97. № 20.
6. Патент 2085003 (РФ). Однофазный явнополюсный электродвигатель / Е. И. Ефименко, В. М. Пароятников, В. Н. Погодин. Заявл. 11. 04. 96. № 95105480. МКИ Н02К, 17/10. Откр. Изобр. 20. 04. 98. № 11.
7. Патент 2103784 (РФ). Однофазный электродвигатель / Е. И. Ефименко, В. М. Пароятников. Заявл. 24. 03. 95. № 95104397. МКИ Н02К, 17/10. Откр. Изобр. 27. 01. 98. № 3.
8. Полезная модель 28944 (РФ). Однофазный асинхронный электродвигатель / В. А. Лавриненко, Р. А. Осипенко. Заявл. 18. 11. 02. №2002130603. МКИ Н02К,17/10. Полезные модели. Пром. образцы. 2003.№ 11.
9. Патент 2233531 (РФ). Однофазный асинхронный электродвигатель / В. А. Лавриненко, Р. А. Осипенко. Заявл. 13. 11. 02. № 2002130484. Положительное решение о выдаче патента от 05. 03. 04. МКИ Н02К, 17/10. Откр. Изобр. 2004. № 21.
10. Ефименко Е. И. Новые методы исследования машин переменного тока и их приложения. М.: Энергоатомиздат, 1993. 288 с.
Vol. 1. Pp. 74-81.
12. ЛавриненкоВ. А. Тенденцииразвитияэлектромеханическихсистем // Всерос. электротехн. конгрессВЭЛК-99. Москва, 1999. Т. 1. С. 155-157.
13. Лавриненко В. А. Расчет дополнительных электромагнитных моментов однофазного асинхронного двигателя // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Мат. III Всерос. науч. - техн. конф. / Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1999. С. 127-128.
14. Lavrinenko V. A. Using of the microprocessor for registration of distribution magnetic field curve in non-uniform air gap of two-speed shaded-pole induction motor // Unconventional Electromechanical and Electrical Systems. Fourth International Conference / St. Petersburg, Russia, 21-24 June 1999. Vol. 3. Szczecin, 1999. P. 1339-1342.
15. Lavrinenko V. A., Nikolaev V. A. Modeling of electromechanical systems for digital data processing unit // Applied Mechanics'99. Conference for post gradual and young scientists / Technical University. Brno, 1999. P. 247.
16. Lavrinenko V. A. Registration of the flux density distribution curve in stepped air gap of shaded-pole induction motor // Fourth International Conference on Advanced Methods in the Theory of Electrical Engineering Applied to Power Systems (AMTEE'99)/Pilsen, Czesh Republic, 13-15 September 1999. Section D. Pp. 14-17.
III Всерос. науч. -техн. конф. / Чебоксары, Изд-во Чуваш. ун-та, 2000. С. 361-363.
18. Lavrinenko V. A. Mathematical model of small induction motors with magnetic asymmetry // Third International Power Electronics and Motion Control Conference. Tsinghua University, Beijing, China, 2000.
20. Лавриненко В. А., Кузин Н. П., Гончаров И. П., Осипенко Р. А. Разработка, автоматизированный расчет и проектирование коллекторного двигателя с постоянными магнитами // Тр. V Международ. симпозиума “ЭЛМАШ-2004”, МА “Интерэлектромаш”, Москва, 11-15 октября, 2004. Т. 2. С. 10-15.
21. Лавриненко В. А., Кузин Н. П., Гончаров И. П., Осипенко Р. А. Переходные процессы в системе “асинхронный двигатель малой мощности–резонансный инвертор” // Сб. науч. тр. молодых ученых и специалистов. Чуваш. ун-т. Чебоксары, 2004. С. 212-216.
| 
