Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка экспериментального образца обратимой электрической машины возвратно-поступательного действия мощностью 10-20 кВт для тяжелых условий эксплуатации

Докладчик: Ившин Игорь Владимирович

Должность: Заведующий кафедрой, профессор, доктор технических наук

Цель проекта:
1 Разработка новых методических и конструктивных решений в области создания энергоэффективных электрических машин возвратно-поступательного действия мощностью 10-20 кВт, имеющих модульную конструкцию и предназначенных для генерации электрической энергии и привода механизмов в агрессивной среде в составе автономных энергоустановок. 2 Разработка экспериментального образца обратимой электрической машины возвратно-поступательного действия с температурным рабочим диапазоном от 0°C до 150 °C и усилием на трансляторе электрической машины до 11 кН.

Основные планируемые результаты проекта:
С учетом требований, предъявляемых к проектируемому опытному образцу, по рабочей температуре, скорости перемещения транслятора и использования унифицированных деталей принята следующая концепция обратимой электрической машины возвратно-поступательного движения:
обратимая электрическая машина возвратно-поступательного движения с обмоткой на статоре и постоянными магнитам на цилиндрическом полом трансляторе. Конструктивно выполнять транслятор целесообразно полым, с поверхностно монтируемыми магнитами, формирующими радиальный магнитное поток. Выбранная форма реализации обеспечит наилучшие техническо-экономические характеристики обратимой электрической машины возвратно-поступательного действия.
Поставленные задачи предлагается решать на основе следующих методов и средств:
- создание системы охлаждения обмотки статора и индуктора электрической машины на испытательном стенде для проведения углубленных исследований опытного образца обратимой электрической машины возвратно-поступательного действия для улучшения условий охлаждения;
- снижение вибраций при движении индуктора за счет использования газовых пружин, гидросистем и противовесов;
- использование современного программного обеспечения для управления полупроводниковыми преобразователями (выпрямитель, инвертор), с целью разработки необходимых законов управления в режиме генератора и двигателя;
- разработка алгоритма оптимизации конструктивных параметров электрической машины.
Обзор работ по методам исследования электрических машин возвратно-поступательного действия с ПМ позволил обосновать целесообразность использования численных методов расчета электромагнитного поля на основе применения метода конечных элементов.
Выбор материала NdFeB, который имеет максимальную индукцию среди магнитных материалов 1,23 Тл, позволяет сделать размеры постоянные магниты небольшими, в сам генератор компактнее.
Применение цилиндрической машины позволит в большей степени добиться унификации и стандартизации деталей электрической машины, что является обязательным условием, согласно требованиям технического задания.
Принятые при проектировании испытательного стенда решения позволяют добиться таких показателей как максимальная скорость перемещения транслятора до 20 м/с, максимально измеряемое усилие до 100 кН, частота перемещения транслятора до 300 Гц, мощность нагрузки до 25 кВт, напряжение нагрузки до 400 В, измерение электрического тока до 300 А, точность определения положения транслятора до 0,1 мм, измерение температуры элементов машины до 204 С, частота оцифровки входных сигналов системы контроля и управления до 800 кГц.
Кроме этого применение гидравлического цилиндра в качестве тормозного устройства в двигательном режиме работы позволит в полной мере получить механические и электрические характеристики двигателя, а также максимальное усилие, развиваемое в любой точке положения транслятора.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В настоящее время в нашей стране и за рубежом большое внимание уделяется совершенствованию систем электропитания (СЭП) электроэнергетических комплексов автономных объектов. Системы электропитания, являясь одной из основных частей автономных объектов, определяют их энергетическое обеспечение, существенно влияют на эффективность и срок активного функционирования. В связи с развитием в последнее время новых прогрессивных технологий появилась необходимость создания и применения в качестве источника питания СЭП линейных генераторов (ЛГ) малой и средней мощности с возвратно-поступательным движением.
Линейный генератор может быть использован на транспортном сред-стве в качестве демпфирующего устройства. При движении автомобиля ко-лебания кузова передаются на шток генератора. Индуктор, жестко закреп-ленный на штоке, движется поступательно, что приводит к генерации ЭДС.
Известна также конструкция устройства с линейным генератором в основе, для выработки электричества от волнения поверхности воды (волны прибоя, приливные волны, ветер и т.д.), а так же в качестве привода насоса – электродвигательный режим обратимой электрической машины.
Весьма перспективным и актуальным представляется применение ЛГ в качестве дополнительного источника питания низкоорбитальных космических аппаратов (КА). Использование ЛГ в качестве дополнительного бортового источника КА позволит улучшить характеристики СЭП. Рабочий цикл ЛГ не зависит от продолжительности периода затенения, а наличие такого источника колебаний как термоакустический двигатель (ТАД), обеспечивает надежное функционирование СЭП в течение длительного периода времени. Интеграция ЛГ в СЭП позволит также сократить количество аккумуляторных батарей, установленных на борту КА.
Таким образом, использование в качестве электромеханического пре-образователя энергии в силовых установках на базе свободно-поршневых двигателей для нужд малой энергетики, выработки электричества от волне-ния поверхности воды, в качестве привода насоса, в качестве дополнительного источника питания низкоорбитальных космических аппаратов, создания «электрического вертолета», для гибридного транспорта перспективным является создание обратимой модульной электрической машины возвратно-поступательного действия. Ее применение позволяет существенно улучшить эффективность и экологичность получения электрической энергии.

Текущие результаты проекта:
Исследованы, обоснованы и выбраны методы и средства, направления исследований и способы решения поставленных задач.
Определены и обоснованы тип и характеристики обратимой электрической машины возвратно-поступательного действия.
Выбраны схемные решения систем измерения, питания и управления испытательного стенда для проведения углубленных исследований опытного образца обратимой электрической машины возвратно-поступательного действия.
Проведен обзор, анализ и выбор современного программного обеспечения для решения поставленных задач.
Проведены патентных исследований в соответствии ГОСТ Р 15.011-96.
Приобретены материалы и спецоборудование для изготовления испытательного стенда.