Keistimewaan 05.09 03 motor listrik silinder linier. Motor linier silinder. Evolusi dalam gerakan. putaran kumparan stator

Invensi ini berkaitan dengan teknik kelistrikan dan dapat digunakan dalam instalasi pemompaan tanpa batang dan instalasi lubang bawah untuk produksi fluida reservoir dari kedalaman menengah dan besar, terutama dalam produksi minyak. Motor induksi linier silinder berisi induktor silinder dengan belitan polifase, dibuat dengan kemungkinan gerakan aksial dan dipasang di dalam elemen sekunder baja. Elemen sekunder baja adalah rumah motor listrik, permukaan bagian dalamnya memiliki lapisan yang sangat konduktif dalam bentuk lapisan tembaga. Induktor silinder terbuat dari beberapa modul yang dipilih dari kumparan fase dan dihubungkan oleh koneksi yang fleksibel. Jumlah modul induktor adalah kelipatan dari jumlah fase belitan. Selama transisi dari satu modul ke modul lainnya, gulungan fase ditumpuk dengan perubahan bergantian di lokasi masing-masing fase. Dengan diameter motor 117 mm, panjang induktor 1400 mm, frekuensi arus induktor 16 Hz, motor listrik mengembangkan gaya hingga 1000 N dan daya 1,2 kW dengan pendinginan alami dan hingga 1800 N dengan oli . Hasil teknisnya terdiri dari peningkatan gaya traksi dan tenaga per satuan panjang mesin dalam kondisi diameter rumah yang terbatas. 4 sakit.

Gambar untuk paten RF 2266607

Invensi ini berkaitan dengan desain motor induksi linier silinder submersible (TSLAD) yang digunakan dalam instalasi pemompaan tanpa batang dan instalasi lubang bawah untuk produksi fluida formasi dari kedalaman menengah dan besar, terutama dalam produksi minyak.

Cara paling umum untuk mengekstraksi minyak adalah dengan mengangkat minyak dari sumur menggunakan pompa pendorong batang yang dikendalikan oleh unit pemompaan.

Selain kerugian yang jelas melekat pada instalasi semacam itu (dimensi dan berat unit pompa dan batang yang besar; keausan pipa dan batang), kerugian yang signifikan juga adalah kemampuan kecil untuk mengontrol kecepatan pendorong, dan karenanya kinerja batang. unit pemompaan, ketidakmampuan untuk bekerja di sumur miring.

Kemampuan untuk mengatur karakteristik ini akan memungkinkan untuk mempertimbangkan perubahan alami dalam laju aliran sumur selama operasinya dan mengurangi jumlah ukuran standar unit pemompaan yang digunakan untuk berbagai sumur.

Solusi teknis yang dikenal untuk pembuatan instalasi pemompaan dalam tanpa batang. Salah satunya adalah penggunaan pompa sumur dalam tipe pendorong yang digerakkan oleh motor asinkron linier.

Desain TsLAD yang diketahui, dipasang di pipa di atas pompa pendorong (Izhelya G.I. dan lainnya "Motor induksi linier", Kiev, Teknik, 1975, hlm. 135) /1/. Mesin yang diketahui memiliki rumah, induktor tetap ditempatkan di dalamnya dan elemen sekunder bergerak yang terletak di dalam induktor dan bekerja melalui dorongan pada pendorong pompa.

Gaya traksi pada elemen sekunder bergerak muncul karena interaksi arus yang diinduksi di dalamnya dengan medan magnet yang berjalan dari induktor linier, yang diciptakan oleh belitan multi-fase yang terhubung ke sumber daya.

Motor listrik seperti itu digunakan dalam unit pompa tanpa batang (AS USSR No. 491793, publ. 1975) /2/ dan (AS USSR No. 538153, publ. 1976) /3/.

Namun, kondisi pengoperasian pompa pendorong submersible dan motor asinkron linier di dalam sumur membatasi pilihan desain dan dimensi motor listrik. Ciri khas TsLAD submersible adalah batasan diameter mesin, khususnya, tidak melebihi diameter pipa.

Untuk kondisi seperti itu, motor listrik yang dikenal memiliki indikator teknis dan ekonomis yang relatif rendah:

efisiensi dan cos lebih rendah daripada motor asinkron tradisional;

Tenaga mekanik spesifik dan tenaga traksi (per satuan panjang mesin) yang dikembangkan oleh TsLAD relatif kecil. Panjang mesin yang ditempatkan di dalam sumur dibatasi oleh panjang pipa (tidak lebih dari 10-12 m). Ketika panjang mesin terbatas, sulit mencapai tekanan yang dibutuhkan untuk mengangkat cairan. Beberapa peningkatan traksi dan tenaga hanya dimungkinkan dengan meningkatkan beban elektromagnetik mesin, yang menyebabkan penurunan efisiensi. dan tingkat keandalan mesin karena peningkatan beban termal.

Kekurangan ini dapat dihilangkan jika sirkuit "induktor-sekunder" "terbalik" dilakukan, dengan kata lain, sebuah induktor dengan belitan ditempatkan di dalam elemen sekunder.

Pertunjukan seperti itu motor linier dikenal ("Motor induksi dengan sirkuit magnetik terbuka". Informelectro, M., 1974, hlm. 16-17) /4/ dan dapat diambil sebagai yang paling dekat dengan solusi yang diklaim.

Motor linier yang diketahui berisi induktor silinder dengan belitan yang dipasang di dalam elemen sekunder, permukaan bagian dalamnya memiliki lapisan yang sangat konduktif.

Desain induktor dalam kaitannya dengan elemen sekunder ini dibuat untuk memfasilitasi belitan dan pemasangan kumparan dan digunakan bukan sebagai penggerak pompa submersible yang beroperasi di sumur, tetapi untuk penggunaan permukaan, mis. tanpa batasan ketat pada dimensi rumah motor.

Tujuan dari penemuan ini adalah untuk mengembangkan desain motor asinkron linier silinder untuk menggerakkan pompa pendorong submersible, yang, dalam kondisi pembatasan diameter rumah motor, telah meningkatkan indikator spesifik: upaya traksi dan daya per satuan panjang motor, sambil memastikan tingkat keandalan yang diperlukan dan konsumsi daya yang diberikan.

Untuk mengatasi masalah ini, motor induksi linier silindris untuk menggerakkan pompa pendorong submersible berisi induktor silinder dengan belitan yang dipasang di dalam elemen sekunder, permukaan bagian dalamnya memiliki lapisan yang sangat konduktif, sedangkan induktor dengan belitan dapat digerakkan secara aksial dan dipasang di dalam rumah tubular motor listrik, ketebalan baja yang dindingnya minimal 6 mm, dan permukaan bagian dalam bodi dilapisi dengan lapisan tembaga dengan ketebalan minimal 0,5 mm.

Mempertimbangkan kekasaran permukaan sumur dan, akibatnya, kemungkinan pembengkokan rumah motor, induktor motor harus dibuat terdiri dari beberapa modul yang dihubungkan satu sama lain oleh sambungan fleksibel.

Pada saat yang sama, untuk menyamakan arus dalam fase belitan motor, jumlah modul dipilih sebagai kelipatan dari jumlah fase, dan ketika berpindah dari satu modul ke modul lainnya, kumparan ditumpuk dengan perubahan bergantian dalam lokasi fase individu.

Inti dari penemuan ini adalah sebagai berikut.

Penggunaan rumah motor baja sebagai elemen sekunder memungkinkan penggunaan ruang sumur yang terbatas secara paling efisien. Nilai maksimum yang dapat dicapai dari daya dan gaya mesin bergantung pada beban elektromagnetik maksimum yang diizinkan (kepadatan arus, induksi medan magnet) dan volume elemen aktif (sirkuit magnetik, belitan, elemen sekunder). Kombinasi elemen struktur struktural - rumah motor dengan elemen sekunder aktif memungkinkan Anda meningkatkan jumlah bahan aktif mesin.

Peningkatan permukaan aktif mesin memungkinkan peningkatan gaya traksi dan tenaga mesin per satuan panjangnya.

Peningkatan volume aktif mesin memungkinkan untuk mengurangi beban elektromagnetik yang menentukan kondisi termal mesin, yang menjadi sandaran tingkat keandalannya.

Pada saat yang sama, memperoleh nilai gaya traksi dan tenaga mesin yang diperlukan per unit panjangnya, sambil memastikan tingkat keandalan yang diperlukan dan konsumsi energi tertentu (faktor efisiensi dan cos) dalam kondisi pembatasan diameter selubung mesin, dicapai dengan pemilihan ketebalan dinding baja selubung mesin yang optimal, serta ketebalan lapisan yang sangat konduktif dari zona aktifnya - permukaan bagian dalam rumahan.

Mempertimbangkan kecepatan nominal pergerakan bagian kerja pompa pendorong, kecepatan medan magnet keliling dari induktor bergerak yang secara optimal sesuai dengannya, kemungkinan kesulitan teknologi dalam pembuatan belitan, nilai pembagian kutub yang dapat diterima (setidaknya 0,06-0,10 m) dan frekuensi arus induktor (tidak lebih dari 20 Hz), parameter ketebalan dinding baja elemen sekunder dan lapisan tembaga dipilih dengan cara yang ditentukan. Parameter ini memungkinkan, dalam kondisi pembatasan diameter motor, untuk mengurangi kehilangan daya (dan, akibatnya, meningkatkan efisiensi) dengan menghilangkan pertumbuhan arus magnetisasi dan mengurangi kebocoran fluks magnet.

Hasil teknis baru yang dicapai oleh penemuan ini terdiri dari penggunaan skema "elemen induktor-sekunder" terbalik untuk penggunaan ruang terbatas sumur yang paling efisien saat membuat motor asinkron linier silinder dengan karakteristik yang memungkinkannya digunakan sebagai drive untuk pompa submersible.

Mesin yang diklaim diilustrasikan dengan gambar, dimana gambar 1 menunjukkan gambaran umum mesin dengan desain modular induktor, gambar 2 sama, bagian sepanjang A-A, gambar 3 menunjukkan modul terpisah, gambar 4 sama, bagian oleh B-B.

Mesin berisi rumahan 1 - pipa baja dengan diameter 117 mm, dengan ketebalan dinding 6 mm. Permukaan bagian dalam pipa 2 dilapisi dengan tembaga dengan lapisan 0,5 mm. Di dalam pipa baja 1, menggunakan busing pemusatan 3 dengan gasket anti-gesekan 4 dan pipa 5, sebuah induktor bergerak dipasang, terdiri dari modul 6 yang saling berhubungan dengan sambungan fleksibel.

Masing-masing modul induktor (gambar 3) terdiri dari kumparan terpisah 7, bergantian dengan gigi annular 8, memiliki slot radial 9, dan ditempatkan pada sirkuit magnetik 10.

Sambungan fleksibel terdiri dari 11 kerah atas dan 12 kerah bawah, dipasang secara bergerak dengan bantuan alur pada tonjolan busing tengah yang berdekatan.

Kabel pembawa arus 13 dipasang pada bidang atas klem 11. Untuk menyamakan arus dalam fase induktor, jumlah modul dipilih menjadi kelipatan dari jumlah fase, dan ketika berpindah dari satu modul ke modul lain, gulungan fase individu berganti tempat secara bergantian. Jumlah modul induktor, dan karenanya panjang motor, dipilih tergantung pada upaya traksi yang diperlukan.

Motor listrik dapat dilengkapi dengan batang 14 untuk disambungkan ke pompa pendorong submersible dan batang 15 untuk disambungkan ke catu daya. Dalam hal ini, batang 14 dan 15 dihubungkan ke induktor dengan sambungan fleksibel 16 untuk mencegah perpindahan momen lentur dari pompa submersible dan suplai arus ke induktor.

Motor listrik telah diuji bangku dan beroperasi sebagai berikut. Saat motor submersible disuplai dengan daya dari konverter frekuensi yang terletak di permukaan bumi, arus muncul di belitan motor multi-fase, menciptakan medan magnet berjalan. Medan magnet ini menginduksi arus sekunder baik di lapisan yang sangat konduktif (tembaga) dari elemen sekunder maupun di selubung baja motor.

Interaksi arus ini dengan medan magnet mengarah pada penciptaan gaya traksi, di bawah aksi induktor bergerak bergerak, bekerja melalui traksi pada pendorong pompa. Pada akhir pergerakan bagian yang bergerak, atas perintah sensor, mesin dibalik karena perubahan urutan fase dari tegangan suplai. Kemudian siklus berulang.

Dengan diameter motor 117 mm, panjang induktor 1400 mm, frekuensi arus induktor 16 Hz, motor listrik mengembangkan gaya hingga 1000 N dan daya 1,2 kW dengan pendinginan alami dan hingga 1800 N dengan oli .

Dengan demikian, mesin yang diklaim memiliki karakteristik teknis dan ekonomis yang dapat diterima untuk penggunaannya bersama dengan pompa pendorong submersible untuk produksi cairan formasi dari kedalaman menengah dan besar.

MENGEKLAIM

Motor asinkron linier silinder untuk menggerakkan pompa pendorong submersible, berisi induktor silinder dengan belitan polifase, dibuat dengan kemungkinan gerakan aksial dan dipasang di dalam elemen sekunder baja, elemen sekunder baja adalah rumah motor listrik, permukaan bagian dalamnya memiliki lapisan yang sangat konduktif dalam bentuk lapisan tembaga, dicirikan bahwa induktor silinder terbuat dari beberapa modul, dirangkai dari gulungan fase dan dihubungkan satu sama lain oleh sambungan fleksibel, jumlah modul induktor silinder adalah kelipatan dari jumlah fase belitan, dan ketika berpindah dari satu modul ke modul lainnya, gulungan fase ditumpuk dengan mengubah lokasi fase individu secara bergantian.

1. MOTOR ASINCHRONOUS LINEAR SILINDER

UNTUK PENGGERAK POMPA PLUG SUBMERSIBLE: STATUS MASALAH, TUJUAN PENELITIAN.

2. MODEL DAN TEKNIK MATEMATIKA UNTUK PERHITUNGAN PROSES ELEKTROMAGNETIK DAN TERMAL DI CLAD.

2.1. Metode perhitungan elektromagnetik CLAD.

2.1.1. Perhitungan elektromagnetik CLAD dengan metode E-H-quadpole.

2.1.2. Perhitungan elektromagnetik CLAD dengan metode elemen hingga.

F 2.2. Metode untuk menghitung cyclograms dari pekerjaan CLAD.

2.3. Metode untuk menghitung kondisi termal CLAD.

3. ANALISIS KINERJA STRUKTURAL POMPA SUBMERSIBLE CLAD FOR DRIVE.

3.1. BERGANTUNG dengan lokasi intern elemen sekunder.

3.2. CLA terbalik dengan induktor bergerak.

3.3. CLA terbalik dengan induktor tetap.

4. RISET UNTUK PENINGKATAN KINERJA

BERPAKAIAN TONGKAT.

4.1 Evaluasi kemungkinan untuk meningkatkan karakteristik CLA dengan elemen sekunder masif pada catu daya frekuensi rendah.

4.2. Analisis pengaruh ukuran bukaan slot induktor terhadap indikator CLAD.

4.3. Investigasi pengaruh ketebalan lapisan gabungan VE terhadap kinerja CLA dengan susunan internal elemen sekunder.

4.4. Investigasi pengaruh ketebalan lapisan SE gabungan pada kinerja CLAD terbalik dengan induktor bergerak.

4.5. Investigasi pengaruh ketebalan lapisan SE gabungan pada kinerja CLIM terbalik dengan induktor tetap.

4.6. Investigasi indikator energi CLAD saat beroperasi dalam mode bolak-balik.

5. PEMILIHAN DESAIN PLUG UNTUK PENGGERAK POMPA PLUGER SUBMERSIBLE.

5.1. Analisis dan perbandingan indikator teknis dan ekonomi TsLAD.

5.2. Perbandingan kondisi termal CLAD.

6. IMPLEMENTASI PRAKTIS HASIL. C

6.1 Studi eksperimental CLAD. TETAPI

6.2 Pembuatan dudukan untuk pengujian penggerak listrik linier berdasarkan CLAD.

6.3 Pengembangan model industri percontohan TsLAD.

HASIL UTAMA PEKERJAAN.

DAFTAR BIBLIOGRAFIS.

Daftar disertasi yang direkomendasikan

• Pengembangan dan penelitian modul motor katup linier untuk pompa oli submersible 2017, kandidat ilmu teknik Shutemov, Sergey Vladimirovich

• Pengembangan dan penelitian penggerak listrik untuk pompa oli dengan motor magnetoelektrik submersible 2008, calon ilmu teknik Okuneeva, Nadezhda Anatolyevna

• Proses teknologi dan sarana teknis yang memastikan pengoperasian yang efisien dari pompa pendorong yang dalam 2010, Doktor Ilmu Teknik Semenov, Vladislav Vladimirovich

• Motor magnetoelektrik multi-kutub dengan gulungan gigi fraksional untuk penggerak listrik pompa submersible 2012 Ph.D.Salah Ahmed Abdel Maksoud Selim

• Peralatan listrik hemat energi dari instalasi penghasil minyak dengan pompa submersible pendorong 2012, kandidat ilmu teknik Artykaeva, Elmira Midkhatovna

Pengantar tesis (bagian dari abstrak) pada topik "Motor asinkron linier silinder untuk menggerakkan pompa pendorong submersible"

Tesis serupa dalam spesialisasi "Elektromekanik dan peralatan listrik", kode VAK 05.09.01

• Meningkatkan efisiensi pompa lubang bor dengan menggunakan motor valve submersible 2007, calon ilmu teknik Kamaletdinov, Rustam Sagaryarovich

• Penelitian kemungkinan dan pengembangan sarana peningkatan motor listrik brushless serial submersible untuk pompa penghasil minyak 2012, calon ilmu teknik Khotsyanov, Ivan Dmitrievich

• Pengembangan teori dan generalisasi pengalaman dalam pengembangan penggerak listrik otomatis untuk unit kompleks minyak dan gas 2004, Doktor Ilmu Teknik Zyuzev, Anatoly Mikhailovich

• Motor asinkron arc-stator kecepatan rendah untuk unit pemompaan sumur minyak marjinal 2011, kandidat ilmu teknik Burmakin, Artem Mikhailovich

• Analisis fitur operasi dan peningkatan efisiensi penggunaan penggerak rantai pompa batang lubang bawah 2013, kandidat ilmu teknik Sitdikov, Marat Rinatovich

Kesimpulan disertasi pada topik "Elektromekanik dan peralatan listrik", Sokolov, Vitaly Vadimovich

Daftar referensi untuk penelitian disertasi calon ilmu teknik Sokolov, Vitaly Vadimovich, 2006

Harap dicatat bahwa teks ilmiah yang disajikan di atas diposting untuk ditinjau dan diperoleh melalui pengenalan teks disertasi asli (OCR). Dalam hubungan ini, mereka mungkin mengandung kesalahan yang terkait dengan ketidaksempurnaan algoritma pengenalan. Tidak ada kesalahan seperti itu dalam file PDF disertasi dan abstrak yang kami kirimkan.

Motor linier telah dikenal luas sebagai alternatif yang sangat akurat dan hemat energi untuk penggerak konvensional yang mengubah gerak rotasi menjadi gerak linier. Apa yang membuat ini mungkin?

Jadi, perhatikan sekrup bola, yang pada gilirannya dapat dianggap sebagai sistem presisi tinggi untuk mengubah gerakan rotasi menjadi gerakan translasi. Biasanya, efisiensi sekrup bola sekitar 90%. Dengan memperhitungkan efisiensi motor servo (75-80%), kehilangan kopling atau penggerak sabuk, di kotak roda gigi (jika digunakan), ternyata hanya sekitar 55% daya yang dihabiskan langsung untuk pekerjaan yang bermanfaat. Dengan demikian, mudah untuk melihat mengapa motor linier yang secara langsung mentransmisikan gerak translasi ke objek lebih efisien.

Biasanya penjelasan paling sederhana dari desainnya adalah analogi dengan mesin rotari konvensional, yang dipotong sepanjang generatrix dan dipasang di pesawat. Faktanya, inilah desain motor linier pertama. Motor linier inti datar adalah yang pertama memasuki pasar dan mengukir ceruknya sebagai alternatif yang kuat dan efisien untuk sistem penggerak lainnya. Terlepas dari kenyataan bahwa secara umum desain mereka ternyata tidak cukup efektif karena kerugian arus eddy yang signifikan, kehalusan yang tidak mencukupi, dll., mereka masih berbeda dalam hal efisiensi. Meskipun kerugian di atas berdampak buruk pada "sifat" presisi tinggi dari motor linier.

Motor linier berbentuk U tanpa biji dirancang untuk menghilangkan kekurangan motor linier datar klasik. Di satu sisi, ini memungkinkan kami untuk menyelesaikan sejumlah masalah, seperti kerugian arus eddy di inti dan kelancaran gerakan yang tidak mencukupi, tetapi di sisi lain, ini memperkenalkan beberapa aspek baru yang membatasi penggunaannya di area yang membutuhkan presisi ultra. gerakan. Ini adalah pengurangan kekakuan mesin yang signifikan dan bahkan masalah yang lebih besar dengan pembuangan panas.

Untuk pasar ultra-presisi, motor linier seperti anugerah, dengan janji pemosisian yang sangat akurat dan efisiensi tinggi. Namun, kenyataan pahit terungkap ketika panas yang dihasilkan karena efisiensi desain yang tidak memadai pada belitan dan inti dipindahkan langsung ke area kerja. Sementara bidang penerapan LD semakin berkembang, fenomena termal yang menyertai pelepasan panas yang signifikan membuat pemosisian dengan akurasi submikron menjadi sangat sulit, bukan tidak mungkin.

Untuk meningkatkan efisiensi, efisiensi motor linier, perlu untuk kembali ke fondasinya yang sangat konstruktif, dan melalui optimalisasi semaksimal mungkin dari semua aspeknya, untuk mendapatkan sistem penggerak yang paling hemat energi dengan kekakuan setinggi mungkin. .

Interaksi mendasar yang mendasari desain motor linier adalah manifestasi dari Hukum Ampere - adanya gaya yang bekerja pada konduktor pembawa arus dalam medan magnet.

Konsekuensi dari persamaan untuk gaya Ampere adalah bahwa gaya maksimum yang dikembangkan oleh motor sama dengan hasil kali arus dalam belitan dan produk vektor dari vektor induksi medan magnet dan vektor panjang kawat dalam belitan. Sebagai aturan, untuk meningkatkan efisiensi motor linier, perlu untuk mengurangi kekuatan arus dalam belitan (karena kerugian pemanasan konduktor berbanding lurus dengan kuadrat kekuatan arus di dalamnya). Untuk melakukan ini pada nilai konstan dari gaya keluaran penggerak hanya dimungkinkan dengan peningkatan komponen lain yang termasuk dalam persamaan Ampere. Inilah yang dilakukan oleh pengembang Cylindrical Linear Motor (CLM), bersama dengan beberapa produsen peralatan ultra-presisi. Bahkan, sebuah studi terbaru di University of Virginia (UVA) menemukan bahwa CLD mengkonsumsi daya 50% lebih sedikit untuk melakukan pekerjaan yang sama, dengan karakteristik keluaran yang sama, sebagai motor linier berbentuk U yang sebanding. Untuk memahami bagaimana peningkatan efisiensi kerja yang begitu signifikan dicapai, mari kita bahas masing-masing komponen persamaan Ampere di atas secara terpisah.

Produk vektor B×L. Menggunakan, misalnya, aturan tangan kiri, mudah dipahami bahwa untuk penerapan gerakan linier, sudut optimal antara arah arus dalam konduktor dan vektor induksi magnetik adalah 90 °. Biasanya, dalam motor linier, arus dalam 30-80% dari panjang belitan mengalir pada sudut kanan ke vektor induksi medan. Belitan lainnya, pada kenyataannya, melakukan fungsi tambahan, sementara kerugian resistansi terjadi di dalamnya, dan bahkan gaya yang berlawanan dengan arah gerakan dapat muncul. Rancangan CLD sedemikian rupa sehingga 100% panjang kawat dalam belitan berada pada sudut optimal 90°, dan semua gaya yang dihasilkan diarahkan bersama dengan vektor perpindahan.

Panjang konduktor dengan arus (L). Saat menyetel parameter ini, muncul semacam dilema. Terlalu lama akan menyebabkan kerugian tambahan karena peningkatan resistensi. Dalam CLD, keseimbangan optimal diamati antara panjang konduktor dan kerugian akibat peningkatan resistansi. Misalnya, dalam CLD yang diuji di University of Virginia, panjang kawat di belitan 1,5 kali lebih panjang daripada kawat berbentuk U.

Vektor induksi medan magnet (B). Terlepas dari kenyataan bahwa sebagian besar motor linier mengarahkan fluks magnet menggunakan inti logam, CLD menggunakan solusi desain yang dipatenkan: kekuatan medan magnet meningkat secara alami karena tolakan medan magnet dengan nama yang sama.

Besarnya gaya yang dapat dikembangkan dengan struktur medan magnet tertentu adalah fungsi kerapatan fluks induksi magnet di celah antara elemen bergerak dan stasioner. Karena hambatan magnet udara kira-kira 1000 kali lebih besar dari baja dan berbanding lurus dengan ukuran celah, meminimalkannya juga akan mengurangi gaya gerak magnet yang diperlukan untuk menciptakan medan dengan kekuatan yang dibutuhkan. Gaya gerak magnet, pada gilirannya, berbanding lurus dengan kekuatan arus dalam belitan, oleh karena itu, dengan mengurangi nilai yang diperlukan, dimungkinkan untuk mengurangi nilai arus, yang pada gilirannya mengurangi kerugian resistansi.

Seperti yang Anda lihat, setiap aspek konstruktif CLD telah dipikirkan dengan tujuan meningkatkan efisiensinya sebanyak mungkin. Tetapi seberapa bermanfaatkah ini dari sudut pandang praktis? Mari kita fokus pada dua aspek: disipasi panas Dan biaya operasional.

Semua motor linier memanas karena kerugian belitan. Panas yang dilepaskan harus pergi ke suatu tempat. Dan efek samping pertama dari pembangkitan panas adalah proses ekspansi termal yang menyertainya, misalnya, elemen tempat belitan dipasang. Selain itu, ada tambahan pemanasan pada irisan pemandu, pelumas, sensor yang terletak di area penggerak. Seiring waktu, proses pemanasan dan pendinginan siklik dapat berdampak buruk pada komponen mekanik dan elektronik sistem. Ekspansi termal juga menyebabkan peningkatan gesekan pada pemandu dan sejenisnya. Dalam studi yang sama yang dilakukan di UVA, ditemukan bahwa CLD mentransfer panas sekitar 33% lebih sedikit ke pelat yang dipasang di atasnya daripada analog.

Dengan konsumsi energi yang lebih sedikit, biaya pengoperasian sistem secara keseluruhan juga berkurang. Rata-rata di AS, 1 kWh berharga 12,17 sen. Dengan demikian, rata-rata biaya tahunan pengoperasian motor linier berbentuk U adalah $540,91, dan CLD $279,54. (Dengan harga 3,77 rubel per kWh, ternyata masing-masing 16.768,21 dan 8.665,74 rubel)

Saat memilih implementasi sistem penggerak, daftar opsinya memang panjang, namun saat merancang sistem yang dirancang untuk kebutuhan peralatan mesin ultra-presisi, efisiensi CLD yang tinggi dapat memberikan keuntungan yang signifikan.

Sebagai manuskrip

Bazhenov Vladimir Arkadievich

Motor asinkron linier silinder di drive tinggisaklar tegangan

Khusus 05.20.02 - teknologi listrik dan peralatan listrik di

disertasi untuk gelar

calon ilmu teknik

Izhevsk 2012

Pekerjaan itu dilakukan di lembaga pendidikan anggaran negara federal untuk pendidikan profesional yang lebih tinggi "Akademi Pertanian Negara Bagian Izhevsk" (FGBOU VPO Akademi Pertanian Negara Bagian Izhevsk)

Penasihat ilmiah: calon ilmu teknik, profesor asosiasi

Vladykin Ivan Revovich

Lawan resmi: Vorobyov Viktor Andreevich

doktor ilmu teknik, profesor

FGBOU VPO MGAU

mereka. V.P. Goryachkina

Bekmachev Alexander Egorovich

calon ilmu teknik,

manajer proyek

CJSC "Radiant-Elcom"

Organisasi pemimpin:

Institusi Pendidikan Anggaran Negara Federal untuk Pendidikan Profesional Tinggi "Akademi Pertanian Negara Bagian Chuvash" (FGOU VPO Akademi Pertanian Negara Bagian Chuvash)

Pertahanan akan terjadi 28 » Mei 2012 di 10 jam pada pertemuan dewan disertasi KM 220.030.02 di Akademi Pertanian Negeri Izhevsk di alamat: 426069, Izhevsk, st. Siswa, 11, kamar. 2.

Disertasi dapat ditemukan di perpustakaan FGBOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy.

Diposting di situs web: www.izhgsha/ru

Sekretaris Ilmiah

dewan disertasi N.Yu. Litvinyuk

GAMBARAN UMUM PEKERJAAN

Relevansi topik. Dengan pengalihan produksi pertanian ke basis industri, persyaratan tingkat keandalan pasokan listrik meningkat secara signifikan.

Program komprehensif yang ditargetkan untuk meningkatkan keandalan pasokan listrik ke konsumen pertanian /TsKP PN/ menyediakan pengenalan luas peralatan otomasi untuk jaringan distribusi pedesaan 0,4 ... 35 kV, sebagai salah satu cara paling efektif untuk mencapai tujuan ini. Program ini mencakup, khususnya, melengkapi jaringan distribusi dengan peralatan switching modern dan perangkat penggerak untuknya. Seiring dengan ini, diasumsikan bahwa peralatan switching utama yang beroperasi akan digunakan secara luas.

Yang paling tersebar luas di jaringan pedesaan adalah sakelar oli (VM) dengan penggerak pegas dan beban pegas. Namun, diketahui dari pengalaman pengoperasian bahwa drive VM adalah salah satu elemen switchgear yang paling tidak dapat diandalkan. Ini mengurangi efisiensi otomatisasi kompleks jaringan listrik pedesaan. Misalnya, dalam studi Sulimov M.I., Gusev V.S. tercatat bahwa 30 ... 35% kasus proteksi relai dan otomasi (RPA) tidak diterapkan karena kondisi drive yang tidak memuaskan. Selain itu, hingga 85% cacat disebabkan oleh VM 10 ... 35 kV dengan penggerak pegas. Peneliti Zul N.M., Palyuga M.V., Anisimov Yu.V. perhatikan bahwa 59,3% kegagalan penutupan otomatis (AR) berdasarkan penggerak pegas terjadi karena kontak tambahan penggerak dan pemutus sirkuit, 28,9% karena mekanisme untuk menghidupkan penggerak dan mempertahankannya pada posisi aktif. Keadaan yang tidak memuaskan dan kebutuhan akan modernisasi dan pengembangan drive yang andal dicatat dalam karya Gritsenko A.V., Tsvyak V.M., Makarova V.S., Olinichenko A.S.

Gambar 1 - Analisis kegagalan pada penggerak listrik ВМ 6…35 kV

Ada pengalaman positif dalam penggunaan penggerak elektromagnetik arus searah dan bolak-balik yang lebih andal untuk VM 10 kV di gardu step-down untuk keperluan pertanian. Penggerak solenoida, seperti dicatat dalam karya G.I. Melnichenko, lebih baik dibandingkan dengan jenis penggerak lain karena kesederhanaan desainnya. Namun, sebagai penggerak langsung, mereka mengkonsumsi banyak daya dan membutuhkan baterai dan pengisi daya yang besar atau penyearah dengan trafo 100 kVA khusus. Karena jumlah fitur yang ditunjukkan, drive ini belum menemukan aplikasi yang luas.

Kami telah menganalisis kelebihan dan kekurangan berbagai drive untuk CM.

Kerugian dari penggerak elektromagnetik DC: ketidakmungkinan menyesuaikan kecepatan pergerakan inti dari elektromagnet switching, induktansi tinggi dari belitan elektromagnet, yang meningkatkan waktu sakelar menjadi 3,5 detik, ketergantungan gaya traksi pada posisi inti, yang mengarah pada kebutuhan untuk peralihan manual, baterai penyimpanan atau penyearah daya tinggi dan dimensi serta beratnya yang besar, yang menempati hingga 70 m2 di area yang dapat digunakan, dll.

Kerugian dari penggerak elektromagnetik AC: konsumsi daya tinggi (hingga 100 ... 150 kVA), penampang kabel pasokan yang besar, kebutuhan untuk meningkatkan daya transformator bantu sesuai dengan kondisi penurunan tegangan yang dapat diterima, ketergantungan kekuatan pada posisi awal inti, ketidakmungkinan menyesuaikan kecepatan gerakan, dll.

Kerugian dari penggerak induksi motor asinkron linier datar adalah: dimensi dan berat yang besar, arus mulai hingga 170 A, ketergantungan (berkurang secara dramatis) gaya traksi pada pemanasan pelari, kebutuhan untuk penyesuaian celah berkualitas tinggi dan kompleksitas desain.

Kerugian di atas tidak ada pada motor induksi linier silinder (CLAM) karena fitur desain dan indikator berat dan ukurannya. Oleh karena itu, kami mengusulkan untuk menggunakannya sebagai elemen daya pada penggerak tipe PE-11 untuk pemutus sirkuit oli, yang menurut data Departemen Ural Barat Rostekhnadzor untuk Republik Udmurt, saat ini beroperasi di neraca perusahaan pemasok energi tipe VMP-10 600 buah, tipe VMG-35 300 buah .

Berdasarkan hal di atas, berikut ini Objektif: meningkatkan efisiensi penggerak pemutus sirkuit oli tegangan tinggi 6 ... 35 kV, beroperasi berdasarkan CLAD, yang memungkinkan untuk mengurangi kerusakan akibat kekurangan pasokan listrik.

Untuk mencapai tujuan ini, tugas penelitian berikut ditetapkan:

1. Lakukan analisis tinjauan terhadap desain penggerak yang ada untuk pemutus sirkuit tegangan tinggi 6 ... 35 kV.
2. Kembangkan model matematika PKB berdasarkan model tiga dimensi untuk menghitung karakteristik.
3. Tentukan parameter jenis penggerak paling rasional berdasarkan studi teoretis dan eksperimental.
4. Lakukan studi eksperimental karakteristik traksi pemutus sirkuit 6 ... 35 kV untuk memverifikasi kecukupan model yang diusulkan dengan standar yang ada.
5. Untuk mengembangkan desain penggerak pemutus sirkuit oli 6 ... 35 kV berdasarkan TsLAD.
6. Lakukan studi kelayakan tentang efisiensi penggunaan ruang kontrol pusat untuk penggerak pemutus sirkuit oli 6 ... 35 kV.

Objek studi adalah: motor listrik asinkron linier silinder (CLAM) untuk perangkat penggerak sakelar jaringan distribusi pedesaan 6 ... 35 kV.

Subjek studi: mempelajari karakteristik traksi CLIM saat beroperasi di pemutus sirkuit oli 6 ... 35 kV.

Metode penelitian. Studi teoritis dilakukan dengan menggunakan hukum dasar geometri, trigonometri, mekanika, kalkulus diferensial dan integral. Studi alam dilakukan dengan sakelar VMP-10 menggunakan alat teknis dan pengukuran. Data percobaan diolah dengan menggunakan program Microsoft Excel.

Kebaruan ilmiah dari karya tersebut.

1. Jenis penggerak baru untuk pemutus sirkuit oli diusulkan, yang memungkinkan untuk meningkatkan keandalan operasinya sebesar 2,4 kali.
2. Sebuah teknik untuk menghitung karakteristik CLIM telah dikembangkan, yang berbeda dengan yang diusulkan sebelumnya, memungkinkan seseorang untuk memperhitungkan efek tepi dari distribusi medan magnet.
3. Parameter desain utama dan mode pengoperasian drive untuk pemutus sirkuit VMP-10 dibuktikan, yang mengurangi kekurangan pasokan listrik ke konsumen.

Nilai praktis dari pekerjaan ditentukan oleh hasil utama berikut:

1. Desain drive pemutus sirkuit VMP-10 diusulkan.
2. Suatu teknik untuk menghitung parameter motor induksi linier silinder telah dikembangkan.
3. Teknik dan program untuk menghitung penggerak telah dikembangkan, yang memungkinkan penghitungan penggerak sakelar dengan desain serupa.
4. Parameter drive yang diusulkan untuk VMP-10 dan sejenisnya ditentukan.
5. Model laboratorium drive dikembangkan dan diuji, yang memungkinkan untuk mengurangi kerugian akibat gangguan catu daya.

Implementasi hasil penelitian.

Pekerjaan dilakukan sesuai dengan rencana R&D FGBOU VPO CHIMESH, nomor registrasi No. 02900034856 "Pengembangan penggerak untuk pemutus sirkuit tegangan tinggi 6 ... 35 kV". Hasil pekerjaan dan rekomendasi diterima dan digunakan di S-VES Asosiasi Produksi "Bashkirenergo" (tindakan implementasi telah diterima).

Pekerjaan ini didasarkan pada generalisasi hasil studi yang dilakukan secara independen dan bekerja sama dengan para ilmuwan dari Universitas Pertanian Negeri Chelyabinsk (Chelyabinsk), Biro Teknologi Desain Khusus Prodmash (Izhevsk), dan Akademi Pertanian Negeri Izhevsk.

Ketentuan berikut telah dipertahankan:

1. Jenis penggerak pemutus sirkuit oli berdasarkan CLAD.
2. Model matematis untuk menghitung karakteristik CLIM, serta gaya traksi, tergantung pada desain alur.
3. Metodologi dan program untuk menghitung drive untuk pemutus sirkuit VMG, tipe VMP dengan tegangan 10 ... 35 kV.
4. Hasil studi tentang usulan desain penggerak pemutus sirkuit oli berdasarkan CLAD.

Persetujuan hasil penelitian. Ketentuan utama dari pekerjaan tersebut dilaporkan dan didiskusikan pada konferensi ilmiah dan praktis berikut: konferensi ilmiah XXXIII yang didedikasikan untuk peringatan 50 tahun Institut, Sverdlovsk (1990); konferensi ilmiah-praktis internasional "Masalah pengembangan energi dalam kondisi transformasi produksi" (Izhevsk, FGBOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy 2003); Konferensi Ilmiah dan Metodologi Regional (Izhevsk, Akademi Pertanian Negeri Izhevsk, 2004); Masalah aktual mekanisasi pertanian: materi peringatan konferensi ilmiah dan praktis "Pendidikan teknik pertanian tinggi di Udmurtia - 50 tahun". (Izhevsk, 2005), pada konferensi ilmiah dan teknis tahunan para guru dan staf Akademi Pertanian Negeri Izhevsk.

Publikasi dengan topik disertasi. Hasil studi teoritis dan eksperimental tercermin dalam 8 karya cetak, antara lain: dalam satu artikel yang diterbitkan dalam jurnal yang direkomendasikan oleh Higher Attestation Commission, dua laporan yang disimpan.

Struktur dan ruang lingkup pekerjaan. Disertasi terdiri dari pengantar, lima bab, kesimpulan umum dan aplikasi, disajikan pada 138 halaman teks utama, berisi 82 ​​gambar, 23 tabel dan daftar referensi dari 103 judul dan 4 aplikasi.

Dalam pendahuluan, relevansi pekerjaan dibuktikan, keadaan masalah, maksud dan tujuan penelitian dipertimbangkan, dan ketentuan utama yang diajukan untuk pembelaan dirumuskan.

Di bab pertama analisis desain sakelar drive dilakukan.

Terpasang:

Keuntungan mendasar menggabungkan drive dengan CLA;

Perlu penelitian lebih lanjut;

Tujuan dan sasaran pekerjaan disertasi.

Di bab kedua metode untuk menghitung CLAD dipertimbangkan.

Berdasarkan analisis perambatan medan magnet, dipilih model tiga dimensi.

Belitan CLIM dalam kasus umum terdiri dari kumparan individu yang dihubungkan secara seri dalam rangkaian tiga fase.

Kami mempertimbangkan CLA dengan belitan satu lapis dan susunan simetris dari elemen sekunder di celah sehubungan dengan inti induktor. Model matematis dari LIM seperti itu ditunjukkan pada Gambar.2.

Asumsi berikut dibuat:

1. Arus belitan diletakkan pada panjangnya 2p, terkonsentrasi di lapisan arus yang sangat tipis yang terletak di permukaan feromagnetik induktor dan menciptakan gelombang perjalanan sinusoidal murni. Amplitudo terkait dengan hubungan yang diketahui dengan kerapatan arus linier dan beban arus

, (1)

- tiang;

m adalah jumlah fase;

W adalah jumlah belokan dalam fase;

I - nilai efektif saat ini;

P adalah jumlah pasang kutub;

J adalah kerapatan arus;

Cob1 - koefisien belitan harmonik fundamental.

2. Bidang utama di wilayah bagian depan didekati dengan fungsi eksponensial

(2)

Keandalan perkiraan seperti itu terhadap gambaran nyata lapangan dibuktikan oleh penelitian sebelumnya, serta percobaan pada model LIM. Dimungkinkan untuk mengganti L=2 detik.

3. Awal dari sistem koordinat tetap x, y, z terletak di awal bagian lilitan tepi masuk induktor (Gbr. 2).

Dengan rumusan masalah yang diterima, n.s. belitan dapat direpresentasikan sebagai deret Fourier ganda:

Kob - koefisien belitan;

L adalah lebar bus reaktif;

Panjang total induktor;

- sudut geser;

z = 0,5L - a - zona perubahan induksi;

n adalah urutan harmonik sepanjang sumbu melintang;

adalah urutan harmonik sepanjang sumbu longitudinal;

Kami menemukan solusi untuk potensi vektor magnetik arus. Di wilayah celah udara, A memenuhi persamaan berikut:

Untuk persamaan SE 2, persamaan memiliki bentuk:

(5)

Persamaan (4) dan (5) diselesaikan dengan metode pemisahan variabel. Untuk menyederhanakan soal, kami hanya memberikan ekspresi untuk komponen normal induksi dalam celah:

Gambar 2 - Perhitungan model matematika LIM tanpa memperhitungkan

distribusi belitan

(6)

Total daya elektromagnetik Sem, yang ditransmisikan dari primer ke celah dan SE, dapat ditemukan sebagai aliran komponen Sy normal dari vektor Poynting melalui permukaan y =

(7)

Di mana REm= ReSEm- komponen aktif, dengan mempertimbangkan tenaga mekanik P2 dan rugi-rugi di SE;

QEm= sayaMSEm- komponen reaktif, memperhitungkan fluks magnet utama dan hamburan di celah;

DENGAN- kompleks, konjugasi dengan DENGAN2 .

Gaya traksi Fx dan gaya normal Fpada untuk LIM ditentukan berdasarkan tensor tegangan Maxwellian.

(8)

(9)

Untuk menghitung LIM silinder, L = 2c harus ditetapkan, jumlah harmonik sepanjang sumbu transversal n = 0, mis. sebenarnya, solusinya berubah menjadi solusi dua dimensi, sepanjang koordinat X-Y. Selain itu, teknik ini memungkinkan untuk memperhitungkan dengan benar keberadaan rotor baja masif, yang merupakan keunggulannya.

Prosedur untuk menghitung karakteristik pada nilai arus konstan pada belitan:

1. Gaya traksi Fx(S) dihitung menggunakan rumus (8);
2. tenaga mekanik

R2 (S)=FX(S) ·= FX(S) 21 (1 – S); (10)

1. Tenaga elektromagnetik SEm(S) = PEm(S) + jQEm(S) dihitung menurut ekspresi, rumus (7)
2. Kerugian tembaga induktor

Rel.1= mI2 RF (11)

Di mana RF- resistensi aktif dari belitan fase;

1. efisiensi tanpa memperhitungkan kerugian pada baja inti

(12)

1. Faktor kekuatan

(13)

dimana, adalah modulus impedansi rangkaian ekuivalen seri (Gbr. 2).

(14)

- kebocoran reaktansi induktif dari belitan primer.

Dengan demikian, algoritme untuk menghitung karakteristik statis LIM dengan elemen sekunder hubung singkat telah diperoleh, yang memungkinkan untuk memperhitungkan sifat bagian aktif struktur pada setiap bagian gigi.

Model matematika yang dikembangkan memungkinkan:

• Terapkan peralatan matematika untuk menghitung motor asinkron linier silinder, karakteristik statisnya berdasarkan rangkaian ekuivalen terperinci untuk rangkaian listrik primer dan sekunder dan magnetik.
• Untuk mengevaluasi pengaruh berbagai parameter dan desain elemen sekunder terhadap karakteristik traksi dan energi motor induksi linier silinder.
• Hasil perhitungan memungkinkan untuk menentukan, sebagai pendekatan pertama, data teknis dan ekonomi dasar yang optimal saat merancang motor induksi linier silinder.

Di bab ketiga "Penelitian komputasi-teoritis" hasil perhitungan numerik pengaruh berbagai parameter dan dimensi geometris terhadap kinerja energi dan traksi CLIM menggunakan model matematika yang dijelaskan sebelumnya disajikan.

Induktor TsLAD terdiri dari mesin cuci individual yang terletak di silinder feromagnetik. Dimensi geometris pencuci induktor, diambil dalam perhitungan, ditunjukkan pada gambar. 3. Jumlah ring dan panjang silinder feromagnetik ditentukan oleh jumlah kutub dan jumlah slot per kutub dan fase belitan induktor CLIM.

Parameter induktor (geometri lapisan gigi, jumlah kutub, pembagian kutub, panjang dan lebar) diambil sebagai variabel independen, parameter struktur sekunder adalah jenis belitan, konduktivitas listrik G2 = 2 d2, serta sebagai parameter rangkaian magnet terbalik. Hasil penelitian disajikan dalam bentuk grafik.

Gambar 3 - Perangkat induktor

Elemen 1-Sekunder; 2-kacang; mesin cuci 3 penyegelan; 4- koil;

Rumah 5 mesin; 6-belitan, 7-mesin cuci.

Untuk drive pemutus sirkuit yang sedang dikembangkan, berikut ini didefinisikan dengan jelas:

1. Mode operasi, yang dapat dicirikan sebagai "mulai". Waktu pengoperasian kurang dari satu detik (tv = 0,07 s), mungkin ada start berulang, tetapi bahkan dalam kasus ini total waktu pengoperasian tidak melebihi satu detik. Akibatnya, beban elektromagnetik adalah beban arus linier, kerapatan arus dalam belitan dapat diambil secara signifikan lebih tinggi daripada yang diterima untuk mesin listrik kondisi-mapan: A = (25 ... 50) 103 A / m; J = (4…7) A/mm2. Oleh karena itu, kondisi termal mesin dapat diabaikan.
2. Tegangan suplai belitan stator U1 = 380 V.
3. Gaya traksi yang dibutuhkan Fx 1500 N. Pada saat yang sama, perubahan tenaga selama pengoperasian harus minimal.
4. Pembatasan dimensi yang ketat: panjang Ls 400 mm; diameter luar stator D = 40…100 mm.
5. Indikator energi (, cos) tidak penting.

Dengan demikian, tugas penelitian dapat dirumuskan sebagai berikut: untuk dimensi tertentu, tentukan beban elektromagnetik, nilai parameter desain LIM, berikan gaya traksi yang diperlukan dalam interval 0,3 S 1 .

Berdasarkan tugas penelitian yang dibentuk, indikator utama LIM adalah gaya traksi pada interval slip 0,3 S 1 . Dalam hal ini, gaya traksi sangat bergantung pada parameter desain (jumlah tiang 2p, celah udara, ketebalan silinder non-magnetik D2 dan konduktivitas listriknya 2 , konduktivitas listrik 3 dan permeabilitas magnetik 3 dari batang baja yang bertindak sebagai sirkuit magnet terbalik). Untuk nilai spesifik dari parameter ini, gaya traksi akan ditentukan secara jelas oleh beban arus linier dari induktor, yang, pada gilirannya, pada U = konstanta tergantung pada susunan lapisan gigi: jumlah slot per kutub dan fasa Q, jumlah lilitan pada kumparan WKe dan cabang sejajar a.

Dengan demikian, gaya dorong LIM diwakili oleh ketergantungan fungsional

FX= f(2p,, , D2 , 2 , 3 , 3 , q, Wk, A A) (16)

Jelas, beberapa parameter ini hanya mengambil nilai diskrit ( 2p,, q, Wk, A) dan jumlah dari nilai-nilai ini tidak signifikan. Misalnya, jumlah tiang hanya dapat dipertimbangkan 2p=4 atau 2p=6; maka pembagian tiang sangat spesifik = 400/4 = 100 mm dan 400/6 = 66,6 mm; q = 1 atau 2; a = 1, 2 atau 3 dan 4.

Dengan bertambahnya jumlah tiang, traksi awal turun secara signifikan. Penurunan upaya traksi dikaitkan dengan penurunan pembelahan kutub dan induksi magnetik di celah udara B. Oleh karena itu, yang optimal adalah 2p=4(Gbr. 4).

Gambar 4 - Karakteristik traksi CLAD bergantung pada jumlah tiang

Mengganti celah udara tidak masuk akal, harus minimal sesuai kondisi pengoperasian. Dalam versi kami = 1 mm. Namun, dalam gambar. 5 menunjukkan ketergantungan gaya traksi pada celah udara. Mereka dengan jelas menunjukkan penurunan kekuatan dengan peningkatan jarak bebas.

Gambar 5 Karakteristik traksi CLA pada berbagai nilai celah udara ( = 1,5mm dan=2.0mm)

Pada saat yang sama, arus operasi meningkat SAYA dan penurunan tingkat energi. Bervariasi relatif bebas tetap hanya konduktivitas listrik 2 , 3 dan permeabilitas magnetik 3 VE.

Perubahan konduktivitas listrik silinder baja 3 (Gbr. 6) gaya traksi CLAD memiliki nilai yang tidak signifikan hingga 5%.

Gambar 6

konduktivitas listrik silinder baja

Perubahan permeabilitas magnetik 3 silinder baja (Gbr. 7) tidak membawa perubahan signifikan pada gaya traksi Fх=f(S). Dengan working slip S=0.3, karakteristik traksinya sama. Gaya traksi awal bervariasi dalam 3…4%. Oleh karena itu, mengingat pengaruhnya tidak signifikan 3 Dan 3 pada gaya traksi CLA, silinder baja dapat dibuat dari baja lunak secara magnetis.

Gambar 7 Karakteristik traksi CLA pada nilai yang berbeda Xpermeabilitas magnetik (3 =1000 0 Dan 3 =500 0 ) silinder baja

Dari analisis ketergantungan grafis (Gbr. 5, Gbr. 6, Gbr. 7), kesimpulannya adalah sebagai berikut: perubahan konduktivitas silinder baja dan permeabilitas magnetik, membatasi celah non-magnetik, tidak mungkin mencapai keteguhan gaya traksi Fx karena pengaruhnya yang kecil.

Angka 8 Karakteristik traksi CLA pada nilai yang berbeda

konduktivitas listrik SE

Parameter yang dengannya Anda dapat mencapai upaya traksi yang konstan FX= f(2p,, , D2 , 2 , 3 , 3 , q, Wk, A A) TSLAD, adalah konduktivitas listrik dari 2 elemen sekunder. Gambar 8 menunjukkan varian konduktivitas ekstrem yang optimal. Eksperimen yang dilakukan pada pengaturan eksperimental memungkinkan untuk menentukan konduktivitas spesifik yang paling tepat di dalamnya =0,8 107 …1,2 107 cm/m.

Gambar 9…11 menunjukkan dependensi F, sayapada nilai yang berbeda dari jumlah belokan pada belitan induktor CLIM dengan elemen sekunder berpelindung ( D2 =1 mm; =1 mm).

Gambar 9 Ketergantungan I=f(S) untuk nilai angka yang berbeda

berubah menjadi sebuah kumparan

Gambar 10. Kecanduan cos=f(S) Gambar 11. Kecanduan= f(S)

Ketergantungan grafis dari indikator energi pada jumlah belokan dalam mangkuk adalah sama. Ini menunjukkan bahwa perubahan jumlah belokan pada koil tidak menyebabkan perubahan signifikan pada indikator ini. Inilah alasan kurangnya perhatian terhadap mereka.

Peningkatan gaya traksi (Gbr. 12) dengan penurunan jumlah belokan pada koil dijelaskan oleh fakta bahwa penampang kawat meningkat pada nilai konstan dari dimensi geometris dan faktor pengisian slot induktor dengan tembaga dan sedikit perubahan pada nilai kerapatan arus. Motor di penggerak pemutus sirkuit beroperasi dalam mode start kurang dari satu detik. Oleh karena itu, untuk menggerakkan mekanisme dengan gaya traksi awal yang besar dan mode operasi jangka pendek, lebih efisien menggunakan CLA dengan sejumlah kecil putaran dan penampang besar kawat kumparan belitan induktor.

Gambar 12. Karakteristik traksi CLIM untuk berbagai nilai angka

putaran kumparan stator

Namun, dengan seringnya menyalakan mekanisme seperti itu, diperlukan margin pemanas mesin.

Dengan demikian, berdasarkan hasil eksperimen numerik menggunakan metode perhitungan di atas, dimungkinkan untuk menentukan dengan tingkat akurasi yang cukup tren perubahan indikator kelistrikan dan traksi untuk berbagai variabel CLIM. Indikator utama keteguhan traksi adalah konduktivitas listrik dari lapisan elemen sekunder 2. Mengubahnya di dalam =0,8 107 …1,2 107 Cm / m, Anda bisa mendapatkan karakteristik traksi yang dibutuhkan.

Oleh karena itu, untuk keteguhan dorongan CLIM, cukup untuk menetapkan nilai konstanta 2p,, , 3 , 3 , q, A, a. Kemudian, ketergantungan (16) dapat diubah menjadi ekspresi

FX= f(K2 , Wk) (17)

Di mana K \u003d f (2p,, , D2 , 3 , 3 , q, A, a).

Di bab keempat metode melakukan eksperimen dari metode penggerak pemutus sirkuit yang dipelajari dijelaskan. Studi eksperimental tentang karakteristik penggerak dilakukan pada pemutus sirkuit tegangan tinggi VMP-10 (Gbr. 13).

Gambar 13. Pengaturan eksperimen.

Juga dalam bab ini, resistansi inersia pemutus sirkuit ditentukan, yang dilakukan dengan menggunakan teknik yang disajikan dalam metode analitik grafik, menggunakan diagram kinematik pemutus sirkuit. Karakteristik elemen elastis ditentukan. Pada saat yang sama, desain pemutus sirkuit oli mencakup beberapa elemen elastis yang menangkal penutupan pemutus sirkuit dan memungkinkan Anda mengakumulasi energi untuk mematikan pemutus sirkuit:

1. Percepatan pegas FPU;
2. Lepaskan musim semi FOLEH;
3. Gaya elastis dihasilkan oleh pegas kontak FKP.

Efek total pegas yang melawan gaya motor dapat dijelaskan dengan persamaan:

FOP(x)=FPU(x)+FOLEH(x)+FKP(X) (18)

Gaya tarik pegas umumnya digambarkan dengan persamaan:

FPU=kx+F0 , (19)

Di mana k- koefisien kekakuan pegas;

F0 - gaya preload pegas.

Untuk 2 pegas percepatan, persamaan (19) memiliki bentuk (tanpa pretensi):

FPU=2 kyX1 (20)

Di mana ky- koefisien kekakuan pegas percepatan.

Gaya pegas pembuka dijelaskan oleh persamaan:

FOLEH=k0 X2 +F0 (21)

Di mana k0 - kekakuan pegas pembukaan;

X1 , X2 - pergerakan;

F0 - kekuatan pretensioning dari pegas pembuka.

Gaya yang diperlukan untuk mengatasi hambatan pegas kontak, karena sedikit perubahan pada diameter soket, dianggap konstan dan sama dengan

FKP(x)=FKP (22)

Dengan mempertimbangkan (20), (21), (22), persamaan (18) berbentuk

FOP=kyX1 + k0 X2 +F0 +FKP (23)

Gaya elastis yang dihasilkan oleh bukaan, akselerasi, dan pegas kontak ditentukan dengan mempelajari karakteristik statis pemutus sirkuit oli.

FAngkatan laut=f(DI DALAM) (24)

Untuk mempelajari karakteristik statis sakelar, instalasi dibuat (Gbr. 13). Tuas dengan sektor lingkaran dibuat untuk menghilangkan perubahan panjang lengan saat sudut berubah DI DALAM batang penggerak. Hasilnya, saat sudut berubah, bahu aplikasi gaya yang dibuat oleh winch 1 tetap konstan.

L=f()=konst (25)

Untuk menentukan koefisien kekakuan pegas ky, k0 , kekuatan resistansi pengaktifan pemutus sirkuit dari setiap pegas diselidiki.

Studi ini dilakukan dalam urutan berikut:

1. Studi karakteristik statis di hadapan semua mata air z1 , z2 , z3 ;
2. Studi karakteristik statis di hadapan 2 mata air z1 Dan z3 (mempercepat pegas);
3. Selidiki karakteristik statis di hadapan satu pegas z2 (pegas mati).
4. Selidiki karakteristik statis di hadapan satu pegas yang dipercepat z1 .
5. Selidiki karakteristik statis di hadapan 2 pegas z1 Dan z2 (percepatan dan pemutusan pegas).

Selanjutnya pada bab keempat dilakukan pendefinisian karakteristik elektrodinamika. Ketika arus hubung singkat mengalir di sepanjang sirkuit pemutus sirkuit, gaya elektrodinamik yang signifikan muncul yang mengganggu pengaktifan, secara signifikan meningkatkan beban pada mekanisme penggerak pemutus sirkuit. Perhitungan gaya elektrodinamik dilakukan dengan metode analitik grafis.

Resistansi aerodinamis oli isolasi udara dan hidrolik juga ditentukan dengan metode standar.

Selain itu, karakteristik transfer pemutus sirkuit ditentukan, yang meliputi:

1. Karakteristik kinematik h=f(c);
2. Karakteristik transfer poros pemutus sirkuit v=f(1);
3. Karakteristik transfer tuas traverse 1=f(2);
4. Mentransfer karakteristik h=f(xT)

di mana - sudut rotasi poros penggerak;

1 - sudut rotasi poros pemutus sirkuit;

2 - sudut rotasi tuas lintasan.

Di bab kelima penilaian efisiensi teknis dan ekonomi menggunakan CLCM pada penggerak pemutus sirkuit oli dilakukan, yang menunjukkan bahwa penggunaan penggerak pemutus sirkuit oli berbasis CLCM memungkinkan untuk meningkatkan keandalannya sebesar 2,4 kali, mengurangi konsumsi listrik sebesar 3,75 kali dibandingkan dengan penggunaan drive lama. Efek ekonomi tahunan yang diharapkan dari pengenalan CLAD pada penggerak pemutus sirkuit oli adalah 1063 rubel / diskon. dengan jangka waktu pengembalian investasi modal kurang dari 2,5 tahun. Penggunaan TsLAD akan mengurangi kekurangan pasokan listrik ke konsumen pedesaan sebesar 834 kWh per sakelar dalam 1 tahun, yang akan meningkatkan profitabilitas perusahaan penyedia energi, yang akan berjumlah sekitar 2 juta rubel untuk Republik Udmurt.

KESIMPULAN

1. Karakteristik traksi optimal untuk penggerak pemutus sirkuit oli telah ditentukan, yang memungkinkan untuk mengembangkan gaya traksi maksimum sebesar 3150 N.
2. Model matematika motor induksi linier silinder berdasarkan model tiga dimensi diusulkan, yang memungkinkan untuk memperhitungkan efek tepi dari distribusi medan magnet.
3. Sebuah metode diusulkan untuk mengganti penggerak elektromagnetik dengan penggerak dengan CLAD, yang memungkinkan untuk meningkatkan keandalan dengan faktor 2,7 dan mengurangi kerusakan akibat kekurangan pasokan listrik oleh perusahaan penyedia energi sebesar 2 juta rubel.
4. Model fisik drive untuk pemutus sirkuit oli tipe VMP VMG untuk tegangan 6 ... 35 kV telah dikembangkan, dan deskripsi matematisnya telah diberikan.
5. Sampel percontohan penggerak dikembangkan dan diproduksi, yang memungkinkan penerapan parameter pemutus sirkuit yang diperlukan: kecepatan penutupan 3,8 ... 4,2 m/dtk, mematikan 3,5 m/dtk.
6. Berdasarkan hasil penelitian, spesifikasi teknis disusun dan ditransfer ke Bashkirenergo untuk pengembangan dokumentasi desain kerja untuk menyelesaikan sejumlah pemutus sirkuit rendah oli tipe VMP dan VMG.

Publikasi yang tercantum dalam daftar VAK dan disamakan dengannya:

1. Bazhenov, V.A. Peningkatan drive pemutus sirkuit tegangan tinggi. / V.A. Bazhenov, I.R. Vladykin, A.P. Kolomiets//Jurnal ilmiah dan inovatif elektronik "Buletin Teknik Don" [Sumber daya elektronik]. - №1, 2012 hlm.2-3. – Mode akses: http://www.ivdon.ru.

Edisi lainnya:

1. Pyastolov, A.A. Pengembangan penggerak untuk pemutus arus tegangan tinggi 6…35 kV. /A A. Pyastolov, I.N. Ramazanov, R.F. Yunusov, V.A. Bazhenov // Laporan pekerjaan penelitian (art. No. GR 018600223428, inv. No. 02900034856. - Chelyabinsk: CHIMESH, 1990. - P. 89-90.
2. Yunusov, R.F. Pengembangan penggerak listrik linier untuk keperluan pertanian. / R.F. Yunusov, I.N. Ramazanov, V.V. Ivanitskaya, V.A. Bazhenov // konferensi ilmiah XXXIII. Abstrak laporan - Sverdlovsk, 1990, hlm.32-33.
3. Pyastolov, A.A. Penggerak pemutus sirkuit oli tegangan tinggi. / Yunusov R.F., Ramazanov I.N., Bazhenov V.A.// Selebaran informasi No. 91-2. - TsNTI, Chelyabinsk, 1991.S.3-4.
4. Pyastolov, A.A. Motor asinkron linier silinder. / Yunusov R.F., Ramazanov I.N., Bazhenov V.A.// Selebaran informasi No. 91-3. - TsNTI, Chelyabinsk, 1991. hal. 3-4.
5. Bazhenov, V.A. Pilihan elemen akumulatif untuk pemutus sirkuit VMP-10. Masalah aktual mekanisasi pertanian: materi peringatan konferensi ilmiah dan praktis "Pendidikan teknik pertanian tinggi di Udmurtia - 50 tahun". / Izhevsk, 2005.S.23-25.
6. Bazhenov, V.A. Pengembangan penggerak pemutus sirkuit oli yang ekonomis. Konferensi Ilmiah dan Metodologi Regional Izhevsk: FGOU VPO Akademi Pertanian Negeri Izhevsk, Izhevsk, 2004. P. 12-14.
7. Bazhenov, V.A. Peningkatan drive pemutus sirkuit oli VMP-10. Masalah Pengembangan Energi dalam Kondisi Transformasi Industri: Prosiding Konferensi Ilmiah dan Praktis Internasional yang didedikasikan untuk HUT ke-25 Fakultas Elektrifikasi dan Otomasi Pertanian dan Departemen Teknologi Listrik Produksi Pertanian. Izhevsk 2003, hlm. 249-250.

disertasi untuk gelar calon ilmu teknik

Diserahkan ke set pada tahun 2012. Ditandatangani untuk publikasi pada 24 April 2012.

Kertas offset Headset Times New Roman Format 60x84/16.

Volume 1 cetak.l. Sirkulasi 100 eksemplar. Nomor Pesanan 4187.

Rumah Penerbitan FGBOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy Izhevsk, st. Mahasiswa, 11

480 gosok. | 150 USD | $7,5", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Tesis - 480 rubel, pengiriman 10 menit 24 jam sehari, tujuh hari seminggu dan hari libur

Ryzhkov Alexander Viktorovich Analisis dan pilihan desain rasional motor linier silinder dengan eksitasi magnetoelektrik: disertasi... kandidat ilmu teknik: 05.09.01 / Ryzhkov Alexander Viktorovich; [Tempat perlindungan: Voronezh. negara teknologi. un-t].- Voronezh, 2008.- 154 hal.: sakit. RSL OD, 61 09-5/404

Perkenalan

Bab 1 Analisis arah teoretis dan konstruktif pengembangan mesin listrik gerakan linier 12

1.1 Fitur khusus implementasi desain mesin listrik linier 12

1.2 Analisis desain yang dikembangkan dari motor listrik linier silinder 26

1.3 Tinjauan Praktik Perancangan Mesin Linear 31

1.4 Pemodelan proses elektromagnetik berdasarkan metode elemen hingga 38

1.5 Maksud dan tujuan penelitian 41

Bab 2 Algoritma Perhitungan Elektromagnetik untuk Motor DC Linier Silinder Tanpa Kontak 43

2.1 Rumusan Masalah 43

2.2 Analisis motor DC linier silinder dengan desain longitudinal - radial sistem magnet 45

2.3 Algoritma perhitungan elektromagnetik motor DC linier silinder 48

2.4 Evaluasi keadaan termal motor linier silinder 62

Bab 3 Simulasi dan pemilihan set parameter keluaran rasional dari motor DC linier silinder 64

3.1 Sintesis motor DC silinder linier berdasarkan kriteria traksi spesifik maksimum, kinerja energi 64

3.2 Pemodelan Elemen Hingga Motor DC Linier Silinder 69

3.2.1 Deskripsi data masukan untuk pemodelan 69

3.2.2 Analisis hasil simulasi 78

Bab 4 Implementasi praktis dan hasil studi eksperimental motor linier silinder 90

4.1 Contoh model motor DC linier silinder 90

4.1.1 Komponen struktural arsitektur motor linier 90

4.1.2 Implementasi model motor linier silinder 95

4.1.3 Struktur kontrol motor linier silinder 96

4.2 Hasil studi eksperimental varian yang dikembangkan dari motor listrik linier silinder 100

4.2.1 Investigasi keadaan termal motor linier 101

4.2.2 Studi eksperimental induksi di celah prototipe motor linier 103

4.2.3 Investigasi gaya penahan traksi elektromagnetik terhadap arus dalam belitan 107

4.2.3 Studi tentang ketergantungan gaya traksi dari motor listrik linier yang dikembangkan pada jumlah perpindahan bagian yang bergerak 110

4.2.3 Karakteristik mekanik sampel motor linier yang dikembangkan 118

Temuan 119

Kesimpulan 120

Referensi 122

Lampiran A 134

Lampiran B 144

Lampiran B 145

Pengantar kerja

Relevansi topik.

Saat ini, motor linier silindris semakin tersebar luas sebagai elemen penggerak penggerak listrik tujuan khusus yang diterapkan dalam kerangka kompleks kelistrikan yang digunakan, khususnya, dalam ruang dan teknologi medis. Pada saat yang sama, kehadiran aksi langsung langsung dari badan eksekutif pada motor linier silinder menentukan keunggulannya dibandingkan motor linier datar. Hal ini disebabkan oleh tidak adanya gaya tarik satu sisi, serta inersia yang lebih rendah dari bagian yang bergerak, yang menentukan kualitas dinamisnya yang tinggi.

Perlu dicatat bahwa di bidang pengembangan alat untuk menganalisis opsi desain untuk motor linier, ada hasil positif yang diperoleh baik oleh domestik (Voldek A.I., Svecharnik D.V., Veselovsky O.N., Konyaev A.Yu., Sarapulov F.N. ) dan peneliti asing (Yamamura, Wang J., Jewell Geraint W., Howe D.). Namun, hasil ini tidak dapat dianggap sebagai dasar untuk membuat perkakas universal yang memungkinkan pemilihan opsi desain optimal untuk motor listrik linier dalam kaitannya dengan area objek tertentu. Hal ini memerlukan penelitian tambahan di bidang perancangan motor linier khusus arsitektur silinder untuk mendapatkan pilihan desain rasional yang berorientasi objek.

Dengan demikian, berdasarkan hal tersebut di atas, relevansi topik penelitian ditentukan oleh perlunya penelitian tambahan yang bertujuan untuk mengembangkan alat untuk pemodelan dan analisis motor linier silinder dengan eksitasi magnetoelektrik untuk mendapatkan solusi desain yang rasional.

Subjek penelitian disertasi sesuai dengan salah satu arahan ilmiah utama VPO "Universitas Teknik Negeri Voronezh" Sistem komputasi dan kompleks perangkat lunak dan perangkat keras kelistrikan (Pengembangan dan penelitian teknologi cerdas dan informasi untuk merancang dan mengelola kompleks dan sistem industri yang kompleks. GB NIR No.2007.18).

Maksud dan tujuan penelitian. Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk membuat seperangkat alat untuk menganalisis desain motor DC linier silinder dengan eksitasi magnetoelektrik, yang memungkinkan pilihan opsi rasional mereka, berfokus pada penggunaan dalam kerangka penggerak listrik tujuan khusus, mewujudkan nilai-nilai pembatas ​​dari indikator energi spesifik dan tingkat sifat dinamis.

Sesuai dengan tujuan ini, tugas-tugas berikut ditetapkan dan diselesaikan dalam pekerjaan:

analisis desain rasional motor DC linier silinder, yang menyediakan, dalam kerangka penggerak listrik tujuan khusus, nilai pembatas dari indikator energi spesifik;

melakukan studi teoritis tentang proses yang terjadi pada motor DC non-kontak linier sebagai dasar untuk membangun algoritme perhitungan elektromagnetik dari motor listrik linier silinder;

pengembangan algoritme perhitungan elektromagnetik, dengan mempertimbangkan fitur yang disebabkan oleh arsitektur sistem magnetik motor linier silinder;

pengembangan struktur model elemen hingga untuk analisis proses elektromagnetik sehubungan dengan kondisi motor linier silinder;

Melakukan studi eksperimental prototipe, di bawah
mengkonfirmasi kecukupan model analitik dan algoritma yang dikembangkan
MA Desain Silinder Linear Motors.

Metode penelitian. DI DALAM Karya tersebut menggunakan metode teori lapangan, teori rangkaian listrik, teori desain mesin listrik, matematika komputasi, percobaan fisika.

Kebaruan ilmiah. Hasil berikut, yang dibedakan oleh kebaruan ilmiah, diperoleh dalam karya tersebut:

desain sirkuit magnetik motor DC linier silinder dengan magnet permanen bermagnet aksial sebagai bagian dari sistem magnetik dengan arah magnetisasi radial diusulkan, yang dibedakan dengan arsitektur baru untuk konstruksi bagian bergerak dari motor listrik linier;

algoritma untuk menghitung motor DC linier silinder dengan magnet permanen yang dimagnetisasi secara aksial sebagai bagian dari sistem magnetik dengan arah magnetisasi radial telah dikembangkan, yang berbeda dengan mempertimbangkan fitur-fitur karena arsitektur bangunan bagian yang bergerak dari silinder motor listrik linier;

struktur model elemen hingga telah dikembangkan, yang dibedakan dengan seperangkat kondisi batas khusus di zona tepi;

rekomendasi telah dikembangkan untuk memilih solusi desain rasional yang bertujuan untuk meningkatkan kinerja energi spesifik dan kualitas dinamis motor DC linier silinder berdasarkan data kuantitatif dari perhitungan numerik, serta hasil studi eksperimental prototipe.

Signifikansi praktis dari pekerjaan itu. Nilai praktis dari karya disertasi adalah:

Algoritma untuk merancang motor linear silinder
daya rendah;

model elemen hingga dalam analisis dua dimensi motor linier silinder, yang memungkinkan membandingkan karakteristik spesifik motor dari berbagai desain sistem magnetik;

Model dan algoritma yang diusulkan dapat digunakan sebagai dasar matematika untuk membuat alat khusus untuk perangkat lunak aplikasi untuk desain motor DC non-kontak yang dibantu komputer.

Pelaksanaan hasil kerja. Hasil teoritis dan eksperimental yang diperoleh dari pekerjaan disertasi digunakan di perusahaan "Lembaga Penelitian Mekanotronika - Alfa" saat melakukan pekerjaan penelitian "Penelitian tentang cara membuat penggerak penggerak mekatronik sumber daya tinggi modern dari berbagai jenis gerakan dalam variasi dengan digital saluran informasi dan kontrol tanpa sensor dalam identifikasi koordinat fase yang diintegrasikan ke dalam perangkat sistem pendukung kehidupan ruang angkasa (SC)”, R&D “Penelitian tentang cara membuat penggerak listrik gerak linier “cerdas” dengan kontrol vektor keadaan untuk sistem otomasi pesawat ruang angkasa”, R&D “Penelitian dan pengembangan perangkat propulsi gerak presisi linier mekatronik cerdas dengan tata letak modular non-tradisional untuk peralatan industri, medis, dan khusus generasi baru”, serta diperkenalkan ke dalam proses pendidikan Departemen Sistem Elektromekanis dan Catu Daya Pendidikan Negara Institusi Pendidikan Profesi Tinggi "Universitas Teknik Negeri Voronezh" dalam kursus kuliah "Mesin Listrik Khusus".

Persetujuan pekerjaan. Ketentuan utama dari pekerjaan disertasi dilaporkan pada konferensi ilmiah dan teknis regional "Teknologi baru dalam penelitian ilmiah, desain, manajemen, produksi"

(Voronezh 2006, 2007), di bidang ilmiah dan teknis mahasiswa antar universitas

konferensi "Masalah Terapan Elektromekanik, Energi, Elektronik" (Voronezh, 2007), di Konferensi Seluruh Rusia "Teknologi Baru dalam Penelitian Ilmiah, Desain, Manajemen, Produksi" (Voronezh, 2008), di Konferensi Sekolah Internasional "Tinggi Teknologi Penghematan Energi" (Voronezh , 2008), pada Konferensi Ilmiah dan Praktis Internasional I "Pemuda dan Sains: Realitas dan Masa Depan" (Nevinnomyssk, 2008), di Dewan Ilmiah dan Teknis "Lembaga Penelitian dan Desain Mekanotronika-Alpha " (Voronezh, 2008 ), pada konferensi ilmiah dan teknis fakultas dan mahasiswa pascasarjana Departemen Otomasi dan Informatika dalam Sistem Teknis VSTU (Voronezh, 2006-2008). Selain itu, hasil disertasi diterbitkan dalam kumpulan makalah ilmiah "Kompleks elektroteknik dan sistem kontrol", "Masalah terapan elektromekanik, energi, elektronik" (Voronezh, 2005-2007), dalam jurnal "Kompleks elektroteknik dan kontrol sistem" (Voronezh, Rusia). Voronezh 2007-2008), dalam Buletin Universitas Teknik Negeri Voronezh (2008).

Publikasi. Pada topik disertasi, 11 karya ilmiah diterbitkan, termasuk 1 dalam publikasi yang direkomendasikan oleh Komisi Atestasi Tinggi Federasi Rusia.

Struktur dan ruang lingkup pekerjaan. Disertasi terdiri dari pengantar, empat bab, kesimpulan, daftar referensi 121 judul, materi disajikan pada 145 halaman dan berisi 53 gambar, 6 tabel dan 3 lampiran.

Di bab pertama tinjauan dan analisis keadaan saat ini di bidang pengembangan motor listrik linier aksi langsung telah dilakukan. Klasifikasi motor listrik linier kerja langsung dilakukan sesuai dengan prinsip operasi, serta sesuai dengan desain utama. Masalah teori pengembangan dan desain motor linier dipertimbangkan, dengan mempertimbangkan fitur-fitur mesin linier. Penggunaan metode elemen hingga sebagai alat modern untuk merancang listrik yang kompleks

sistem mekanis. Tujuan pekerjaan ditetapkan dan tugas penelitian dirumuskan.

Di bab kedua masalah pembentukan metodologi untuk merancang motor DC linier silinder non-kontak dipertimbangkan, perhitungan elektromagnetik dari berbagai implementasi konstruktif dari sistem magnetik motor linier disajikan, yang berisi langkah-langkah berikut: pemilihan dimensi dasar, perhitungan daya ; perhitungan konstanta mesin; penentuan beban termal dan elektromagnetik; perhitungan data belitan; perhitungan gaya traksi elektromagnetik; perhitungan sistem magnet, pemilihan ukuran magnet permanen. Perhitungan perkiraan proses perpindahan panas motor listrik linier telah dibuat.

Di bab ketiga ekspresi kriteria pengoptimalan universal diberikan, yang memungkinkan untuk melakukan analisis komparatif motor DC dan AC berdaya rendah, dengan mempertimbangkan persyaratan energi dan kecepatan. Ketentuan metodologi untuk pemodelan motor DC silinder linier dengan metode elemen hingga dibentuk, asumsi utama ditentukan, di mana peralatan matematika untuk menganalisis model motor jenis ini dibangun. Model elemen hingga dua dimensi untuk motor linier silinder untuk berbagai desain bagian yang bergerak diperoleh: dengan magnetisasi pseudo-radial dari magnet segmen pada batang dan dengan mesin cuci magnet yang dimagnetisasi secara aksial.

Di bab keempat pengembangan praktis sampel motor sinkron linier silinder disajikan, implementasi rangkaian unit kontrol untuk motor linier silinder ditampilkan. Prinsip-prinsip mengendalikan motor listrik yang ditentukan disorot. Hasil studi eksperimental motor sinkron linier silinder dengan desain berbeda dari sistem magnetik bagian yang bergerak, termasuk: studi tentang mode termal motor listrik,

ketergantungan gaya traksi motor listrik pada arus dan perpindahan. Perbandingan hasil pemodelan dengan metode elemen hingga dengan percobaan fisik dilakukan, penilaian parameter motor linier yang diperoleh dengan tingkat teknis modern dilakukan.

Sebagai kesimpulan, hasil utama dari studi teoritis dan eksperimental yang dilakukan disajikan.

Analisis desain yang dikembangkan dari motor listrik linier silinder

Penggerak listrik linier dengan kontrol vektor keadaan memberlakukan sejumlah persyaratan khusus pada desain dan pengoperasian CLSD. Aliran energi dari jaringan melalui perangkat kontrol memasuki belitan angker, yang memastikan urutan interaksi yang benar antara medan elektromagnetik belitan dan medan magnet permanen batang bergerak sesuai dengan hukum peralihan yang memadai. Jika magnet permanen dengan koersivitas tinggi terletak di batang, maka reaksi jangkar praktis tidak merusak fluks magnet utama. Kualitas konversi energi elektromekanis ditentukan tidak hanya oleh sistem magnet yang dipilih secara rasional, tetapi juga oleh rasio parameter energi merek magnet dan beban linier belitan angker stator. Perhitungan medan elektromagnetik FEM dan pencarian desain rasional mesin listrik dengan metode eksperimen numerik, diarahkan dengan bantuan kriteria pengoptimalan yang diperoleh, memungkinkan untuk melakukan ini dengan biaya minimal.

Mempertimbangkan persyaratan modern untuk sumber daya, rentang pengaturan dan pemosisian, tata letak CLSD dibangun sesuai dengan prinsip klasik interaksi dinamis fluks magnet eksitasi batang bergerak dengan fluks magnet belitan angker dari slotless stator.

Analisis teknis pendahuluan dari desain yang dikembangkan memungkinkan untuk menetapkan hal-hal berikut:

Masalah energi motor tergantung pada jumlah fase dan rangkaian sakelar belitan jangkar, sedangkan bentuk medan magnet yang dihasilkan di celah udara dan bentuk tegangan yang disuplai ke fase belitan memainkan peran penting;

Pada batang bergerak terdapat magnet permanen tanah jarang dengan struktur magnetisasi pseudo-radial, yang masing-masing terdiri dari enam segmen, digabungkan menjadi struktur silinder berongga;

Dalam desain yang dikembangkan, dimungkinkan untuk memastikan kesatuan teknologi dari mekanisme kerja dan batang CLSD;

Penopang bantalan dengan faktor beban yang dioptimalkan memberikan margin kualitas yang diperlukan dalam hal tingkat jaminan waktu pengoperasian dan rentang pengaturan kecepatan perjalanan batang;

Kemungkinan perakitan presisi dengan toleransi minimal dan memastikan selektivitas yang diperlukan dari permukaan kawin suku cadang dan rakitan memungkinkan Anda untuk meningkatkan masa pakai;

Kemampuan untuk menggabungkan jenis gerakan translasi dan rotasi dalam satu geometri mesin memungkinkan Anda memperluas fungsionalitasnya dan memperluas cakupannya.

Jangkar TsLSD adalah silinder yang terbuat dari baja magnet lunak, yaitu memiliki desain tanpa slot. Sirkuit magnetik kuk angker terbuat dari enam modul - busing, tumpang tindih dan terbuat dari baja 10 GOST 1050-74. Busing memiliki lubang untuk ujung keluaran gulungan belitan angker dua fase. Busing, yang dirangkai dalam satu paket, pada dasarnya membentuk kuk untuk mengalirkan fluks magnet utama dan mendapatkan nilai induksi magnet yang diperlukan dalam total celah kerja non-magnetik. Desain angker tanpa slot adalah yang paling menjanjikan dalam hal memastikan keseragaman kecepatan tinggi di wilayah nilai minimum rentang kontrol kecepatan linier, serta akurasi pemosisian batang penggerak (tidak ada pulsasi dari gaya traksi elektromagnetik dari urutan gigi di celah non-magnetik). Kumparan belitan angker berbentuk drum, belitan belitan terbuat dari kawat dengan insulasi PFTLD yang disinter sendiri atau dengan insulasi enamel PETV GOST 7262-54, diresapi dengan senyawa termoset berdasarkan resin epoksi, dililitkan pada bingkai aluminium dengan bentuk yang kaku dan dirancang untuk suhu hingga 200 C. Setelah pencetakan dan polimerisasi senyawa peresapan, koil menjadi unit monolitik yang kaku. Pelindung bantalan dirakit bersama dengan modul kuk jangkar. Rumah pelindung bantalan terbuat dari paduan aluminium. Busing perunggu dipasang di rumah pelindung bantalan.

Menurut hasil pencarian paten, dua implementasi konstruktif dari sistem magnetik diidentifikasi, yang berbeda terutama dalam sistem magnetik bagian yang bergerak dari motor linier silinder.

Batang bergerak dari desain dasar motor listrik berisi magnet permanen tanah jarang N35, di antaranya dipasang mesin cuci pemisah non-feromagnetik, memiliki 9 kutub (yang tidak lebih dari 4 di antaranya tercakup dalam panjang aktif mesin). Desain mesin memberikan keseimbangan medan magnet dari magnet permanen untuk mengurangi efek tepi longitudinal utama. Magnet dengan koersivitas tinggi memberikan tingkat induksi yang diperlukan di celah udara. Magnet permanen dilindungi oleh selongsong non-feromagnetik, yang berfungsi sebagai pemandu dan memiliki sifat permukaan geser yang diinginkan. Bahan selongsong pemandu harus non-feromagnetik, yaitu selongsong tidak boleh melindungi medan magnet modul belitan dan magnet, yang hubungan fluksnya harus maksimum. Pada saat yang sama, selongsong harus memiliki sifat mekanis tertentu yang menjamin masa pakai yang tinggi dan tingkat kerugian gesekan mekanis yang rendah pada bantalan linier. Diusulkan untuk menggunakan baja tahan korosi dan tahan panas sebagai bahan selongsong.

Perlu dicatat bahwa peningkatan kinerja energi spesifik biasanya dicapai melalui penggunaan magnet permanen dengan energi magnet tinggi, khususnya dari paduan dengan logam tanah jarang. Saat ini, sebagian besar produk terbaik menggunakan magnet neodymium - besi - boron (Nd-Fe-B) dengan aditif dari bahan seperti disprosium, kobalt, niobium, vanadium, galium; dll. Penambahan bahan-bahan ini mengarah pada peningkatan stabilitas magnet dari sudut pandang suhu. Magnet yang dimodifikasi ini dapat digunakan hingga +240C.

Karena selongsong magnet permanen harus dimagnetisasi secara radial, masalah teknologi muncul selama pembuatannya karena kebutuhan untuk menyediakan fluks yang diperlukan untuk magnetisasi dan dimensi geometris kecil. Sejumlah pengembang magnet permanen mencatat bahwa perusahaan mereka tidak memproduksi magnet permanen bermagnet radial dari bahan tanah jarang. Akibatnya, diputuskan untuk mengembangkan selongsong magnet permanen dalam bentuk magnet - rakitan enam segmen prisma lengkung.

Dengan mengembangkan dan membandingkan kinerja energi sistem magnetik, kami akan mengevaluasi kemampuan energi, dan juga mempertimbangkan kesesuaian kinerja motor listrik dengan tingkat teknis saat ini.

Diagram motor sinkron linier silinder dengan sistem magnetik radial longitudinal ditunjukkan pada Gambar 1.8.

Sebagai hasil perbandingan dan analisis indikator tingkat energi dua, yang dikembangkan selama penelitian, implementasi konstruktif dari sistem magnetik diperoleh sebagai hasil percobaan fisik, kecukupan metode analitis, numerik untuk menghitung dan merancang tipe motor listrik linier yang sedang dipertimbangkan akan dikonfirmasikan pada bagian selanjutnya.

Algoritma Perhitungan Elektromagnetik Motor DC Linear Silinder

Data berikut adalah dasar untuk menghitung CLSD:

Ukuran;

Panjang langkah bagian yang bergerak (rod)

Kecepatan batang sinkron Vs, m/s;

Nilai kritis (maksimum) gaya traksi elektromagnetik FT N;

Tegangan suplai /, V;

Mode pengoperasian mesin (kontinu, PV);

Kisaran suhu sekitar DI, C;

Versi mesin (terlindung, tertutup).

Pada mesin listrik induktif, energi medan elektromagnetik terkonsentrasi di celah kerja dan zona gigi (tidak ada zona gigi di CLDPT dengan angker halus), jadi pilihan volume celah kerja dalam sintesis mesin listrik sangat penting.

Kepadatan energi spesifik dalam celah kerja dapat didefinisikan sebagai rasio daya aktif mesin Рg dengan volume celah kerja. Metode klasik untuk menghitung mesin listrik didasarkan pada pilihan konstanta mesin SA (konstanta Arnold), yang menghubungkan dimensi desain utama dengan beban elektromagnetik yang diizinkan (sesuai dengan beban termal maksimum)

Untuk memastikan batang meluncur, selongsong dengan ketebalan Ar dipasang magnet permanen Nilai Ag tergantung pada faktor teknologi dan dipilih seminimal mungkin.

Kecepatan sinkron linier batang CLDPT dan kecepatan sinkron ekuivalen dihubungkan oleh relasi

Untuk memastikan nilai gaya traksi yang diperlukan dengan nilai konstanta waktu minimum dan tidak adanya gaya pengikat (menguranginya ke nilai yang dapat diterima), preferensi diberikan pada desain ompong dengan eksitasi dari magnet permanen berdasarkan energi tinggi bahan magnet keras (neodymium - besi - boron). Dalam hal ini, motor memiliki celah kerja yang cukup untuk menampung belitan.

Tugas utama perhitungan sistem magnetik adalah menentukan parameter desain yang optimal dalam hal parameter energi, gaya traksi dan indikator lain yang memberikan nilai tertentu dari fluks magnet pada celah kerja. Pada tahap desain awal, hal terpenting adalah menemukan hubungan rasional antara ketebalan bagian belakang magnet dan koil.

Perhitungan sistem magnetik dengan magnet permanen dikaitkan dengan penentuan kurva demagnetisasi dan konduktivitas magnetik masing-masing bagian. Magnet permanen tidak homogen, pola medan di celahnya rumit karena efek tepi memanjang dan fluks hamburan. Permukaan magnet tidak ekuipotensial, masing-masing bagian, tergantung pada posisi relatif terhadap zona netral, memiliki potensi magnet yang tidak sama. Keadaan ini menyulitkan untuk menghitung konduktivitas magnetik bocor dan fluks bocor magnet.

Untuk menyederhanakan perhitungan, kami menerima asumsi keunikan kurva demagnetisasi, dan mengganti fluks kebocoran aktual, yang bergantung pada distribusi MMF di sepanjang ketinggian magnet, dengan yang dihitung, yang melewati seluruh ketinggian magnet dan benar-benar meninggalkan permukaan kutub.

Ada sejumlah metode analitik grafis untuk menghitung sirkuit magnetik dengan magnet permanen, di mana metode faktor demagnetisasi yang digunakan untuk menghitung magnet langsung tanpa penguatan telah menemukan penerapan terbesar dalam praktik teknik; metode perbandingan yang digunakan untuk menghitung magnet dengan angker, serta metode analogi kelistrikan yang digunakan untuk menghitung rangkaian magnet bercabang dengan magnet permanen.

Keakuratan perhitungan lebih lanjut sangat bergantung pada kesalahan yang terkait dengan penentuan keadaan magnet dengan energi spesifik yang berguna dengan z.opt yang dikembangkan oleh mereka dalam celah kerja non-magnetik 8v. Yang terakhir harus sesuai dengan produk maksimum induksi medan yang dihasilkan di celah kerja dan energi spesifik magnet.

Distribusi induksi dalam celah kerja CLSD dapat ditentukan paling akurat selama analisis elemen hingga dari model perhitungan tertentu. Pada tahap awal perhitungan, ketika datang untuk memilih satu set dimensi geometris tertentu, data belitan dan sifat fisik material, disarankan untuk menetapkan nilai induksi efektif rata-rata di celah kerja Bscp. Kecukupan tugas B3av dalam interval yang disarankan akan benar-benar menentukan kompleksitas perhitungan elektromagnetik verifikasi mesin dengan metode elemen hingga.

Magnet tanah jarang magnet keras yang digunakan berdasarkan logam tanah jarang memiliki kurva demagnetisasi yang hampir relai, oleh karena itu, dalam berbagai perubahan kekuatan medan magnet, nilai induksi yang sesuai berubah relatif kecil.

Untuk mengatasi masalah penentuan ketinggian magnet-segmen kembali hM pada tahap pertama sintesis CLSD, pendekatan berikut diusulkan.

Deskripsi data input untuk pemodelan

Perhitungan elektromagnetik dengan metode numerik didasarkan pada model yang mencakup geometri mesin, sifat magnetik dan listrik bahan aktifnya, parameter rezim, dan beban operasi. Selama perhitungan, induksi dan arus di bagian model ditentukan. Kemudian gaya dan momen ditentukan, serta indikator energi.

Membangun model mencakup definisi sistem asumsi dasar yang menetapkan idealisasi sifat-sifat karakteristik fisik dan geometris dari struktur dan beban, yang menjadi dasar model tersebut dibangun. Desain mesin yang terbuat dari bahan asli memiliki sejumlah fitur, termasuk ketidaksempurnaan bentuk, dispersi dan ketidakhomogenan sifat material (penyimpangan sifat magnet dan listriknya dari nilai yang ditetapkan), dll.

Contoh tipikal dari idealisasi material nyata adalah pemberian sifat homogenitas padanya. Dalam sejumlah desain motor linier, idealisasi seperti itu tidak mungkin dilakukan, karena menyebabkan hasil perhitungan yang salah. Contohnya adalah motor sinkron linier silinder dengan lapisan konduktif non-feromagnetik (selongsong), di mana sifat listrik dan magnetik berubah secara tiba-tiba saat melintasi antarmuka antar bahan.

Selain saturasi, karakteristik keluaran mesin sangat dipengaruhi oleh permukaan dan efek tepi memanjang. Dalam hal ini, salah satu tugas utamanya adalah menetapkan kondisi awal pada batas wilayah aktif mesin.

Dengan demikian, model hanya dapat diberkahi dengan sebagian dari sifat-sifat struktur nyata, sehingga deskripsi matematisnya disederhanakan. Kompleksitas perhitungan dan keakuratan hasilnya bergantung pada seberapa baik model yang dipilih.

Peralatan matematika untuk analisis model motor sinkron linier silinder didasarkan pada persamaan medan elektromagnetik dan dibangun di atas asumsi dasar berikut:

1. Medan elektromagnetik adalah kuasi-stasioner, karena arus perpindahan dan penundaan perambatan gelombang elektromagnetik di dalam wilayah medan dapat diabaikan.

2. Dibandingkan dengan arus konduksi dalam konduktor, arus konduksi dalam dielektrik dan arus konveksi yang muncul ketika muatan bergerak bersama medium dapat diabaikan, dan oleh karena itu arus konveksi dapat diabaikan. Karena arus konduksi, arus perpindahan dan arus konveksi dalam dielektrik yang mengisi celah antara stator dan rotor tidak diperhitungkan, kecepatan pergerakan dielektrik (gas atau cairan) dalam celah tidak diperhitungkan. pengaruh medan elektromagnetik.

3. Besarnya EMF induksi elektromagnetik jauh lebih besar daripada EMF Hall, Thompson, kontak, dll., Oleh karena itu yang terakhir dapat diabaikan.

4. Saat mempertimbangkan medan dalam media non-feromagnetik, permeabilitas magnetik relatif dari media ini diasumsikan sebagai satu kesatuan.

Tahap perhitungan selanjutnya adalah deskripsi matematis dari perilaku model, atau konstruksi model matematika.

Perhitungan elektromagnetik dari FEM terdiri dari langkah-langkah berikut:

1. Memilih jenis analisis dan membuat model geometri untuk FEA.

2. Memilih jenis elemen, memasukkan properti material, menugaskan properti material dan elemen ke wilayah geometris.

3. Mempartisi area model menjadi mesh elemen hingga.

4. Aplikasi pada model kondisi batas dan beban.

5. Memilih jenis analisis elektromagnetik, mengatur opsi pemecah dan solusi numerik dari sistem persamaan.

6. Menggunakan makro postprocessor untuk menghitung nilai integral yang diinginkan dan menganalisis hasilnya.

Tahapan 1-4 mengacu pada tahap perhitungan pra-prosesor, tahap 5 - ke tahap prosesor, tahap 6 - ke tahap pasca-prosesor.

Pembuatan model elemen hingga merupakan langkah yang melelahkan dalam perhitungan FEM, karena terkait dengan reproduksi geometri objek yang paling akurat dan deskripsi sifat fisik wilayahnya. Penerapan beban dan kondisi batas yang dibenarkan juga menghadirkan kesulitan-kesulitan tertentu.

Solusi numerik dari sistem persamaan dilakukan secara otomatis dan, semua hal lain dianggap sama, ditentukan oleh sumber daya perangkat keras dari teknologi komputer yang digunakan. Analisis hasil agak difasilitasi oleh alat visualisasi yang tersedia sebagai bagian dari perangkat lunak yang digunakan (PS), namun, ini adalah salah satu tahapan yang paling tidak diformalkan, yang memiliki intensitas tenaga kerja terbesar.

Parameter berikut ditentukan: potensial vektor kompleks medan magnet A, potensial skalar Ф, besarnya induksi medan magnet B, dan kekuatan H. Analisis medan yang bervariasi waktu digunakan untuk mencari efek eddy arus dalam sistem.

Solusi (7) untuk kasus arus bolak-balik berupa potensial kompleks (ditandai dengan amplitudo dan sudut fasa) untuk setiap simpul model. Permeabilitas magnetik dan konduktivitas listrik dari material area dapat ditentukan sebagai konstanta atau sebagai fungsi temperatur. PS yang digunakan memungkinkan penerapan makro yang sesuai pada tahap postprosesor untuk menghitung sejumlah parameter penting: energi medan elektromagnetik, gaya elektromagnetik, kerapatan arus eddy, kehilangan energi listrik, dll.

Harus ditekankan bahwa dalam proses pemodelan elemen hingga, tugas utamanya adalah menentukan struktur model: pemilihan elemen hingga dengan fungsi dasar tertentu dan derajat kebebasan, deskripsi sifat fisik material di berbagai area, penugasan beban yang diterapkan, serta kondisi awal di perbatasan.

Sebagai berikut dari konsep dasar FEM, semua bagian model dibagi menjadi himpunan elemen hingga yang terhubung satu sama lain pada simpul (node). Elemen hingga dari bentuk yang agak sederhana digunakan, di mana parameter bidang ditentukan menggunakan fungsi pendekatan polinomial sepotong-sepotong.

Batas-batas elemen hingga dalam analisis dua dimensi dapat berupa linear potongan-potongan (elemen orde pertama) atau parabola (elemen orde kedua). Elemen linear piecewise memiliki sisi lurus dan node hanya di sudut. Elemen parabola mungkin memiliki simpul perantara di sepanjang masing-masing sisi. Berkat inilah sisi-sisi elemen dapat berbentuk lengkung (parabola). Dengan jumlah elemen yang sama, elemen parabola memberikan akurasi perhitungan yang lebih besar, karena mereka lebih akurat mereproduksi geometri lengkung model dan memiliki fungsi bentuk yang lebih akurat (fungsi perkiraan). Namun, perhitungan menggunakan elemen hingga orde tinggi membutuhkan sumber daya perangkat keras yang besar dan waktu komputer yang lebih banyak.

Ada sejumlah besar jenis elemen hingga yang digunakan, di antaranya ada elemen yang bersaing satu sama lain, sedangkan untuk berbagai model tidak ada keputusan yang dapat dibenarkan secara matematis tentang cara membagi area yang lebih efektif .

Karena komputer digunakan untuk membangun dan menyelesaikan model diskrit yang dipertimbangkan karena banyaknya informasi yang diproses, kondisi kemudahan dan kesederhanaan perhitungan menjadi penting, yang menentukan pilihan fungsi polinomial per bagian yang dapat diterima. Dalam hal ini, pertanyaan tentang keakuratan yang dengannya mereka dapat memperkirakan solusi yang diinginkan menjadi sangat penting.

Dalam masalah yang dipertimbangkan, yang tidak diketahui adalah nilai potensi magnet vektor A di node (simpul) elemen hingga dari area yang sesuai dari desain mesin tertentu, sedangkan solusi teoretis dan numerik bertepatan di bagian tengah dari elemen hingga, sehingga akurasi maksimum menghitung potensi magnetik dan kerapatan arus akan berada di tengah elemen.

Struktur unit kontrol motor linier silinder

Unit kontrol mengimplementasikan algoritme kontrol perangkat lunak untuk penggerak listrik linier. Secara fungsional, unit kontrol dibagi menjadi dua bagian: informasi dan daya. Bagian informasi berisi mikrokontroler dengan sirkuit input/output untuk sinyal diskrit dan analog, serta sirkuit pertukaran data dengan komputer. Bagian daya berisi sirkuit untuk mengubah sinyal PWM menjadi tegangan belitan fase.

Diagram rangkaian listrik unit kontrol motor linier disajikan pada Lampiran B.

Elemen-elemen berikut digunakan untuk memberi daya pada bagian informasi unit kontrol:

Pembentukan catu daya dengan tegangan stabil +15 V (catu daya untuk sirkuit mikro DD5, DD6): kapasitor filter СІ, С2, stabilizer + 15 V, dioda pelindung VD1;

Pembentukan catu daya dengan tegangan stabil +5 V (catu daya untuk rangkaian mikro DD1, DD2, DD3, DD4): resistor R1 untuk mengurangi beban termal stabilizer, kapasitor filter C3, C5, C6, pembagi tegangan yang dapat disesuaikan pada resistor R2, R3, kapasitor smoothing C4, stabilizer yang dapat disesuaikan +5 V.

Konektor XP1 digunakan untuk menghubungkan sensor posisi. Mikrokontroler diprogram melalui konektor XP2. Resistor R29 dan transistor VT9 secara otomatis menghasilkan sinyal logis "1" di rangkaian reset dalam mode kontrol dan tidak berpartisipasi dalam pengoperasian unit kontrol dalam mode pemrograman.

Konektor HRZ, chip DD1, kapasitor C39, C40, C41, C42 mentransfer data antara komputer pribadi dan unit kontrol di kedua arah.

Untuk membentuk umpan balik tegangan untuk setiap rangkaian jembatan, digunakan elemen-elemen berikut: pembagi tegangan R19-R20, R45-R46, penguat DD3, penyaringan sirkuit RC R27, R28, C23, C24.

Rangkaian logika yang diimplementasikan menggunakan chip DD4 memungkinkan untuk mengimplementasikan switching simetris bipolar dari satu fase motor menggunakan satu sinyal PWM yang disuplai langsung dari pin mikrokontroler.

Untuk menerapkan undang-undang kontrol yang diperlukan untuk motor listrik linier dua fase, pembangkitan arus terpisah di setiap belitan stator (bagian tetap) menggunakan dua rangkaian jembatan digunakan, memberikan arus keluaran hingga 20 A di setiap fase pada tegangan suplai dari 20 V ke 45 V. Sakelar daya digunakan MOSFET VT1-VT8 IRF540N dari International Rectifier (USA), memiliki resistansi sumber saluran yang cukup rendah RCH = 44 mOhm, harga yang dapat diterima dan adanya analog domestik 2P769 dari VZPP ( Rusia), diproduksi dengan penerimaan OTK dan VP.

Persyaratan khusus untuk parameter sinyal kontrol MOSFET: tegangan sumber gerbang yang relatif besar diperlukan untuk menyalakan MOSFET sepenuhnya, untuk memastikan peralihan cepat, tegangan gerbang perlu diubah untuk waktu yang sangat singkat (fraksi mikrodetik ), arus isi ulang yang signifikan dari kapasitansi input transistor MOSFET, kemungkinan kerusakannya ketika tegangan kontrol berkurang dalam mode "aktif", sebagai aturan, menentukan perlunya menggunakan elemen tambahan untuk mengkondisikan sinyal kontrol input .

Untuk mengisi ulang kapasitansi input MOSFET dengan cepat, arus kontrol pulsa harus kira-kira 1A untuk perangkat kecil dan hingga 7A untuk transistor daya tinggi. Koordinasi output arus rendah dari rangkaian mikro untuk keperluan umum (pengontrol, logika TTL atau CMOS, dll.) Dengan gerbang berkapasitas tinggi dilakukan menggunakan penguat pulsa khusus (driver).

Tinjauan driver memungkinkan untuk mengidentifikasi dua driver Si9978DW dari Vishay Siliconix (AS) dan IR2130 dari Penyearah Internasional (AS) yang paling cocok untuk mengendalikan jembatan transistor MOS.

Driver ini memiliki perlindungan undervoltage built-in untuk transistor sambil tetap memastikan tegangan suplai yang diperlukan di gerbang MOSFET, kompatibel dengan 5V CMOS dan logika TTL, memberikan kecepatan peralihan yang sangat cepat, disipasi daya rendah, dan dapat beroperasi dalam mode bootstrap. (pada frekuensi dari puluhan Hz hingga ratusan kHz), mis. tidak memerlukan catu daya berbobot tambahan, yang memungkinkan Anda mendapatkan sirkuit dengan jumlah elemen minimum.

Selain itu, driver ini memiliki pembanding bawaan untuk mengimplementasikan sirkuit proteksi arus berlebih dan sirkuit penekan arus bawaan di MOSFET eksternal.

Sirkuit mikro IR2130 dari Penyearah Internasional DD5, DD6 digunakan sebagai driver untuk unit kontrol, karena, hal lain dianggap sama, kondisi teknis lebih tersebar luas di pasar komponen elektronik Rusia dan ada kemungkinan pembelian ecerannya.

Sensor arus rangkaian jembatan diimplementasikan menggunakan resistor R11, R12, R37, R38, dipilih untuk menerapkan pembatasan arus pada level 10 A.

Dengan bantuan penguat arus yang terpasang pada driver, resistor R7, R8, SW, R34, penyaringan sirkuit RC R6, C18-C20, R30, C25-C27, umpan balik pada arus fasa motor diimplementasikan. Tata letak panel prototipe unit kontrol penggerak listrik linier kerja langsung ditunjukkan pada Gambar 4.8.

Untuk mengimplementasikan algoritma kontrol dan pemrosesan informasi yang masuk dengan cepat, mikrokontroler digital AVR ATmega 32 dari keluarga Mega yang diproduksi oleh At-mel digunakan sebagai mikrokontroler DD2. Mikrokontroler keluarga mega adalah mikrokontroler 8-bit. Mereka diproduksi menggunakan teknologi CMOS berdaya rendah, yang dikombinasikan dengan arsitektur RISC canggih, mencapai rasio kinerja/daya terbaik.