Магнитоелектричен безконтактен генератор с импулсен регулатор на напрежението (страница 1 от 15)

1.1 Проблемът със създаването на безконтактни електрически машини (BEM)

1.2 Вътрешни и чуждестранни безконтактни автотракторни генератори

1.2.1 Безконтактни магнитоелектрически генератори

1.2.2 Безконтактни електрически машини с полеви намотки

1.3 Съвременни тенденции в развитието на безконтактни генераторни агрегати и регулиране на напрежението в тях

1.3.1 Система за управление на безконтактен магнитоелектрически генератор

1.3.2 Безконтактен стартер-генератор, управляван от микропроцесорна система

2.1 Първоначални данни

2.1.1 Избор на генератор с постоянен магнит

2.1.2 Ротор с нокътни стълбове с цилиндрични постоянни магнити, магнетизирани в аксиална посока

2.1.3 Избор на постоянен магнит

2.1.4 Определяне на скоростта на ротора на генератора и предавателното отношение на задвижването от двигателя към генератора

2.2 Избор и обосновка на типа регулатор

2.3 Избор и изчисляване на токоизправителната верига

2.4 Изчисляване на силовата част на импулсния контролер

2.4.1 Изчисляване на дросела

2.4.2 Определяне на параметрите на регулиращия транзистор

2.5 Избор на изходен етап на управляващата верига

2.6 Избор на верига за управление на превключващ регулатор

2.6.1 Избор на метод за управление

2.6.2 Избор на верига за управление на регулатора

2.6.3 Работа на веригата за управление на стабилизатора

2.7 Динамичен дизайн на стабилизатора

2.7.1 Съставяне на различните уравнения на системата

2.7.2 Анализ на динамичните свойства на системата за управление на стабилизатора

2.7.3 Симулация на системата за управление

3.1 Определяне нивото на технологичност на FU

3.1.1 Изчисляване на показателите за производственост

3.1.2 Цялостна оценка на технологичността

3.2 Изчисляване на топлинното натоварване на елементите на FU

3.3 Изчисляване на надеждността на FU

3.4 Процес на сглобяване

4.1 Мрежово планиране

4.1.1 Изграждане на мрежов модел

4.1.2 Изчисляване на времевите параметри на мрежата

4.1.3 Изчисляване на запасите от време за събития и произведения

4.1.4 Анализ на мрежата

4.2 Изчисляване на прогнозните разходи и разходите за научни изследвания

4.2.1 Изчисляване на интензивността на труда и заплатите за работа в мрежата

4.2.2 Изчисляване на разходите и цените за НИРД

4.3 Предварителна оценка на икономическата осъществимост на проучването

5.1 Анализ на потенциално опасни и вредни производствени фактори

5.2 Мерки за безопасност и премахване на въздействието на FPVP

5.4 Ергономичност и работна естетика

Понастоящем се обръща по-голямо внимание на развитието на автономната електроенергийна индустрия, която в много случаи предоставя решение на важни технически проблеми на електрозахранването в транспорта. Електрическите машини трябва да имат повишена надеждност, подобрени динамични свойства, с малки маси и размери поради увеличени механични, електромагнитни и топлинни натоварвания. Серийно произведените безконтактни машини се използват широко в авиацията, наземните превозни средства и др. По-нататъшното бързо развитие и внедряване на безконтактни електрически машини (BEM) може да се предвиди.

В сравнение със стандартните аналози, безконтактните машини имат голямо разнообразие от видове и възможности за дизайн, в зависимост от широко различаващи се цели и условия на работа.

В тази връзка използването на генератори на постоянни магнити се оказа обещаващо. През годините дизайнът на генераторите на постоянни магнити се е променил значително поради широкото използване на високопринудителни магнити.

Бързото развитие на микроелектрониката и нейното приложение в транспорта налага повишени изисквания към съвременните източници на електрическа енергия за автомобилни превозни средства. Предложеният в изследването импулсен регулатор, чието използване става препоръчително при използване на описания генератор, повишава надеждността на генератора, е просто електрическо устройство с висока ефективност до 95%, подобрява изходните характеристики, има висока скорост на преходно действие процеси и при определени условия на употреба дава по-ниско тегло и размери. Всичко това е много обещаващо за автомобилната индустрия и както показва анализът, по-нататъшното подобрение ще продължи в тази посока.

1. Аналитичен преглед

1.1 Проблемът със създаването на безконтактни електрически машини (BEM)

Електрическите машини са един от най-често срещаните видове преобразуватели на енергия. Електричеството е най-удобната форма на енергия за предаване на разстояние, контрол и регулиране, трансформация и разпределение.

Особеността на създаването на подобрени машини е свързана с факта, че условията на работа на електрическите машини непрекъснато се усложняват и изискванията за тяхната надеждност рязко се увеличават. Нещо повече, честотата на повреди за такива машини в много случаи трябва да бъде значително по-ниска от тази на машините, работещи при нормални условия.

Един от радикалните начини за увеличаване на надеждността, разширяване на функционалността и подобряване на общите характеристики на електрическите машини е да се откаже използването на електрически контакти с четки и да се премине към безконтактни електрически машини.

Първо, според наличната статистика контактът на четката при нормални работни условия, заедно с изолацията и лагерните възли, причинява най-голям брой откази в работата на електрическите машини. За колекторни машини с постоянен ток средно 25% от повредите възникват поради повреда на четко-колекторния блок (в транспортните инсталации делът на такива откази достига 44,66%)/1/.

На второ място, при нестандартни условия на околната среда контактът с четката в електрическите машини или влошава рязко работата си, или дори става неработещ. Контактът с четка е неприемлив в присъствието на запалими газове или пари. Работата на контактните устройства рязко се влошава при излагане на йонизиращо лъчение, те не работят добре при наличие на вибрации.

Трето, контактът с четката значително ограничава допустимата скорост на ротора на електрическа машина. В повечето случаи ограничаващите скорости на линията в контакт не трябва да надвишават 80 100 m/s. Известно е, че мощността на електрическа машина при дадено електромагнитно натоварване е пропорционална на скоростта на ротора. Следователно наличието на контакт не позволява изпълнението на силно ускорени конструкции на електрически машини, проектирани за екстремни механични натоварвания и с най-добро тегло и размери.

Четвърто, контактът на четката създава допълнителни електрически и механични загуби, е източник на шум и смущения.

Пето, контактът с четката значително скъсява експлоатационния живот (ресурс) на електрическата машина.

И накрая, контактът с четката усложнява поддръжката на машината, замърсява вътрешните кухини на машината с графитен прах, което намалява диелектричната якост на изолацията, предотвратява използването на високоефективно охлаждане с течна струя в машината, влошава стабилността на параметрите на машината и др.

От особено значение е разработването на BEM за автономни електрически централи, където изброените недостатъци на контакта с четките са особено изразени. Следователно създаването на високоефективни BEM е една от най-спешните задачи, предложени на специалистите в областта на енергетиката на въздухоплавателните, корабните и транспортните инсталации.

Препоръчително е да използвате безчеткови генераторни комплекти на превозни средства с дълъг експлоатационен живот (до 300 хиляди км или повече) или дълъг интервал между поддръжката при тежки експлоатационни условия (например селскостопански машини).

Нека разгледаме основните видове BEM/1 /.

Фигура 1 показва класификацията на енергията BEM. Според принципа на работа, повечето AC BEM, подобно на конвенционалните електрически машини, се разделят на синхронни и асинхронни (индукционни). И двете се основават на използването на явлението електромагнитна индукция.

Фигура: 1. BEM класификация.

1.2 Вътрешни и чуждестранни безконтактни автотракторни генератори

1.2.1 Безконтактни магнитоелектрически генератори

BEM с постоянни магнити (PM) е първият тип електромеханичен преобразувател на енергия, създаден от човека. Още през 1831 г. М. Фарадей демонстрира това устройство/1 /.

В автономните системи за захранване на мотоциклети и трактори все по-често се използват генератори с постоянни магнити или магнитоелектрици. Когато магнитомотивната сила, необходима за провеждане на магнитния поток в работната въздушна междина, се създава от постоянни магнити.

Поради появата на магнитни материали с високи специфични енергии. Започвайки през 70-те години, започва индустриалното развитие на високопринудителни магнити на базата на редкоземни материали - интерметални съединения на самарий с кобалт Sm Co 5, самарий с прозеодим и кобалт Sm0,5 Pr 0,5 Co 5 и др.