Электромеханические системы. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Эволюция требований к свойствам материалов постоянных магнитов для электрических машин
Статья научная
В статье рассматриваются этапы развития технологии производства сплавов магнитно-твердых материалов, предназначенных для применения в составе индукторов электрических машин. Показано влияние характеристик магнитно-твердых сплавов на подход к проектированию электрических машин. Определены особенности наиболее распространённых в настоящее время сплавов, определяющие область их применения. Показана необходимость регулирования потока возбуждения для тяговых электродвигателей. Обоснована принципиальная возможность использования синхронных гистерезисных электродвигателей, обладающих возможностью регулирования потока возбуждения по цепи статора, в качестве тяговых. Показаны достоинства и недостатки гистерезисного электродвигателя. Рассмотрены алгоритмы управления гистерезисным электродвигателем, позволяющие улучшить энергетику его работы в режиме запуска и в рабочем режиме. Проведено сопоставление процессов перемагничивания материала индуктора при работе гистерезисного двигателя и двигателей с возбуждением от постоянных магнитов, показаны особенности процессов перемагничивания ротора гистерезисного двигателя при работе в составе электропривода. Сформулированы требования к сплавам, необходимым для применения в индукторах тяговых гистерезисных электродвигателей.
Бесплатно
Экспериментальное определение параметров магнитного сердечника и катушки индуктивности на его основе
Статья научная
Введение. Статья посвящена описанию экспериментального метода определения кривой намагничивания сердечника для расчета катушки индуктивности на его основе, что удобно применять, например, при отсутствии параметров магнитного материала сердечника или для уточнения параметров готовой катушки. Материалы и методы. Предлагается для измерения кривой намагничивания - зависимости магнитного потока от МДС Φ(F) - сформировать импульс тока в намотанной на сердечнике тестовой обмотке. Это предлагается осуществить с помощью тиристорно-конденсаторной схемы. При этом измерение МДС провести по току в обмотке, а магнитный поток в сердечнике одним из способов: либо с помощью дополнительной потокоизмерительной обмотки, либо косвенным вычислением из напряжения на основной обмотке. Результаты. Предлагается программный код в системе MATLAB для обработки результатов и построения кривых намагничивания по второму способу для сердечника ГМ24ДС ШЛ 40х80 (100х40) ТУ 1261-032-12287107-2010 фирмы «Гаммамет» при разных зазорах. По полученным данным рассчитаны параметры катушки: индуктивность, магнитная проводимость, максимальный магнитный поток и МДС насыщения. По полученным характеристикам предложен расчет катушки на заданную индуктивность и максимальный ток. Обсуждение. Указанная методика универсальна и может быть применена для определения параметров разных типов магнитных сердечников, а приведенный расчет может быть использован для уточнения параметров катушек индуктивности на этих сердечниках. Заключение. В результате работы получено семейство характеристик намагничивания Φ(F) для сердечника ГМ24ДС ШЛ 40х80 (100х40) ТУ 1261-032-12287107-2010 фирмы «Гаммамет» и определен его максимальный магнитный поток насыщения Φm. Полученные данные использованы для расчета катушки индуктивности по исходным данным.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы построения экспериментального стенда для исследования процессов работы тиристорного и транзисторного выпрямительно-инверторных преобразователей электровоза переменного тока в режиме тяги. На стенде реализуется два примера выполнения силовой схемы выпрямительно-инверторного преобразователя - на основе тиристоров и транзисторов, на которые даны технические характеристики. В каждой схеме преобразователя перечислены элементы электрического и механического оборудования, а также объяснено их назначение. В статье рассмотрены примеры работы тиристорного и транзисторного преобразователей в режиме выпрямителя (режим тяги электровоза) на первой зоне регулирования, имеющей отличие в процессах по отношению к более высоким (второй и третьей) зонам. Представлены осциллограммы процессов работы преобразователей в виде кривых тока и напряжения в первичной обмотке трансформатора и в цепи выпрямленного тока нагрузки (тягового двигателя), а также дано их сравнение. По результатам сравнительных испытаний работы тиристорного и транзисторного преобразователей в режиме выпрямителя на первой зоне регулирования получены экспериментальные зависимости коэффициента мощности электровоза в зависимости от изменения напряжения первой зоны. Дается сравнительная оценка энергетической эффективности работы преобразователей на первой зоне регулирования через измерение его коэффициента мощности для половины (0,5) и полного (1,0) значений напряжения первой зоны.
Бесплатно
Электромеханические силокомпенсирующие системы подъёмно-транспортных манипуляторов
Статья научная
Рассмотрены подъёмно-транспортные устройства, при работе которых требуется осуществлять перемещение и позиционирование объектов с помощью незначительных усилий рук человека, прикладываемых непосредственно к перемещаемому объекту. Проанализированы применяемые способы реализации их конструкции и технические характеристики, на основе которых сформулированы требования к электромеханической системе рассматриваемых подъёмно-транспортных манипуляторов. С учётом недостатков существующих систем управления предложен новый подход при построении систем управления электроприводов подъёмно-транспортных манипуляторов. С помощью методов оптимального управления, основанных на вариационном исчислении, с учётом реальных ограничений управляющего воздействия и энергетических возможностей электропривода выполнен синтез оптимального регулятора усилия в электромеханической системе с обратной связью по ускорению электродвигателя. С использованием методов математического моделирования применительно к манипулятору МП-100 выполнены исследования, подтверждающие преимущества предлагаемой структуры системы управления подъёмно-транспортными манипуляторами, которая позволит повысить качество функционирования манипулятора.
Бесплатно
Электропривод с устройством косвенного контроля выходных координат асинхронного двигателя
Статья научная
Приведены аналитические выражения для математического описания способов косвенного контроля момента и угловой скорости асинхронного двигателя (АД) с помощью устройства косвенного контроля, позволяющие с заданной точностью рассчитать значения электромагнитного момента и угловой скорости АД и проводить их непрерывный контроль для обеспечения заданных технологических параметров в различных режимах работы общепромышленных механизмов. Приведены блок-схемы устройства косвенного контроля выходных механических переменных АД, реализованные на математическом описании способов расчета электромагнитного момента и угловой скорости АД, с различной точностью. Представлены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие правильность предложенного математического описания способов косвенного контроля выходных механических координат асинхронного двигателя с помощью устройства косвенного контроля для асинхронных электроприводов общепромышленных механизмов с частотным управлением.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются вопросы повышения устойчивости частотно-регулируемых электроприводов (ЧРП) с двухскоростными асинхронными двигателями к нарушениям электроснабжения, а также вопросы повышения их энергетической эффективности. Предложена концепция электроприводов по системе «Преобразователь частоты - двухскоростной асинхронный двигатель» с переключающимися структурами. Отличительной особенностью концептуального подхода является переключение обмоток высокой и низкой скоростей при осуществлении частотного регулирования на каждой из этих обмоток. Рассматриваются электропривод с двумя преобразователями частоты с питанием обмоток от независимых вводов и электропривод с преобразователем частоты с двумя звеньями постоянного тока. Представлены результаты экспериментальных исследований переключения ЧРП с основного на резервный ввод. Сделан вывод об удовлетворительном характере переходных процессов. В плане реализации предложенной концепции разработан способ частотного регулирования производительности тягодутьевых механизмов, отличительной особенностью которого является переключение преобразователя частоты с обмотки высокой скорости на обмотку низкой скорости (и обратно) в зависимости от производительности механизма. Рассмотрен частотно-регулируемый электропривод, реализующий данный способ. Разработана методика расчета энергетической эффективности внедрения ЧРП с двухскоростными двигателями. Показано, что снижение энергопотребления обеспечивается за счет повышения эквивалентного коэффициента полезного действия. Представлены результаты оценки технико-экономической эффективности внедрения. Для этого выполнено сравнение КПД и потребляемой мощности с аналогичными показателями при реализации известного способа, согласно которому во всем диапазоне изменения производительности механизма частотное регулирование скорости двигателя осуществляется на высокоскоростной обмотке. Подтверждена эффективность внедрения разработанного ЧРП на дутьевых вентиляторах котлов КВГМ-100 пиковой котельной г. Магнитогорска. Отмечена целесообразность его внедрения на тягодутьевых механизмах котельных агрегатов с пиковым характером нагрузки.
Бесплатно
Статья научная
В последние несколько лет вышел ряд публикаций, затрагивающих вопросы симметричного индукционного нагрева под термообработку металлоизделий шарообразной формы на заданную глубину токами повышенной частоты. Следует отметить высокую степень важности разрабатываемой технологии в массовых производствах мелющих тел для горно-обогатительных фабрик и цементных заводов, шариков подшипников качения, клапанов в гидравлических системах, в том числе высокоизносостойких шариков в обратных клапанах глубинных насосов для нефтедобычи и др. В качестве идеи технического решения задачи симметричного индукционного нагрева металлоизделий шарообразной формы в публикациях указывается новая конфигурация индуктора, направляющий желоб которого (он же транспортирующий профиль) изогнут в пространственную спираль с вертикальной осью симметрии. Кинематика движения шара по спиральному желобу в индукторе (свободное скатывание) характеризуется двухмерным, а в другом случае при переменной кривизне витков спирали (или траектории движения центра массы шара) - трёхмерным побуждением к изменению направления его оси собственного вращения от входа в индуктор до выхода из него. Указанный факт предопределяет возможность создания установок индукционного нагрева (УИН) непрерывного действия, обеспечивающих равномерное по плотности взаимодействие всей поверхности скатывающегося шара с электромагнитным полем в индукторе. Таким образом, появляется возможность достижения искомого симметричного нагрева на заданную глубину - прямого скоростного и потому высокоэнергоэффективного, практически без окисления и обезуглероживания. В связи с особой актуальностью разрабатываемой технологии, возникает потребность в анализе энергетических показателей УИН, обеспечивающих заявленные выше качества нагрева.
Бесплатно
