Motore asincrono lineare cilindrico per il pilotaggio di pompe sommerse a pistoni. Elenco di tesi consigliate per motore a induzione lineare cilindrico

il principale / Olio

1. MOTORI ASINCRONI LINEARI CILINDRICI

PER LE POMPE SOMMERGIBILI A PISTONE CON MOTORE: STATO DEL PROBLEMA, OBIETTIVI DELLA RICERCA.

2. MODELLI E METODI MATEMATICI PER IL CALCOLO DEI PROCESSI ELETTROMAGNETICI E TERMICI NEL CLAD.

2.1. Metodi di calcolo elettromagnetico del CLAD.

2.1.1. Calcolo elettromagnetico del CLAD con il metodo E-H-quattro poli.

2.1.2. Calcolo elettromagnetico di CLAD con il metodo degli elementi finiti.

F 2.2. Metodologia per il calcolo dei ciclogrammi dell'operazione CLAD.

2.3. Metodologia per il calcolo dello stato termico del CLAD.

3. ANALISI DI VERSIONI COSTRUTTIVE DEL MASTER PER AZIONAMENTO DI POMPE SOMMERSE.

3.1. TsLAD con disposizione interna dell'elemento secondario.

3.2. CLAD invertito con induttore mobile.

3.3. CLAD invertito con induttore fisso.

4. STUDIO DELLE POSSIBILITÀ DI MIGLIORAMENTO DELLA PERFORMANCE

STICK TSLAD.

4.1 Valutazione delle possibilità di miglioramento delle caratteristiche del CLAD con un elemento secondario massivo ad alimentazione a bassa frequenza.

4.2. Analisi dell'influenza dell'ampiezza dell'apertura della fessura dell'induttore sugli indicatori CLAD.

4.3. Indagine sull'influenza dello spessore degli strati del RE combinato sugli indici del CLAD con disposizione interna dell'elemento secondario.

4.4. Indagine sull'influenza dello spessore degli strati del RE combinato sugli indicatori del CLAD invertito con un induttore mobile.

4.5. Indagine sull'influenza dello spessore degli strati del RE combinato sugli indicatori del CLAD invertito con un induttore fisso.

4.6. Indagine sugli indicatori energetici del CLAD quando si lavora in modalità alternativa.

5. SELEZIONE DEL PROGETTO DEL CILINDRO PER L'AZIONAMENTO DI POMPE SOMMERGIBILI A PISTONE.

5.1. Analisi e confronto degli indicatori tecnici ed economici del CLAD.

5.2. Confronto dello stato termico del CLAD.

6. ATTUAZIONE PRATICA DEI RISULTATI. C

6.1 Studi sperimentali del CLAD. MA

6.2 Creazione di un banco per il collaudo di un azionamento elettrico lineare basato sul MLAD.

6.3 Sviluppo di un modello sperimentale-industriale del Laboratorio Centrale.

PRINCIPALI RISULTATI DEL LAVORO.

ELENCO BIBLIOGRAFICO.

Elenco di tesi consigliate

  • Sviluppo e ricerca di un modulo motore valvola lineare per pompe sommerse produzione olio 2017, candidato alle scienze tecniche Shutemov, Sergey Vladimirovich

  • Sviluppo e ricerca di un azionamento elettrico per pompe oleodinamiche con motore magnetoelettrico sommergibile 2008, Candidato di scienze tecniche Okuneeva, Nadezhda Anatolyevna

  • Processi tecnologici e mezzi tecnici che garantiscono il funzionamento efficiente della pompa a stantuffo profondo 2010, Dottore in Scienze Tecniche Semyonov, Vladislav Vladimirovich

  • Motore magnetoelettrico multipolare con avvolgimenti a denti frazionati per azionamento elettrico di pompe sommerse 2012, Candidato di scienze tecniche Salah Ahmed Abdel Maksud Selim

  • Apparecchiature elettriche a risparmio energetico degli impianti di produzione di petrolio con una pompa sommersa a stantuffo 2012, candidato di scienze tecniche Artykaeva, Elmira Midkhatovna

Introduzione alla tesi (parte dell'abstract) sull'argomento "Motori asincroni lineari cilindrici per l'azionamento di pompe sommerse a pistoni"

I motori asincroni lineari cilindrici (CLAD), talvolta detti coassiali, possono costituire la base degli azionamenti elettrici alternativi, in alternativa agli azionamenti con convertitori meccanici del tipo di moto (come vite-chiocciola o cremagliera), nonché pneumatici e, in alcuni casi, azionamenti idraulici... Rispetto ai tipi di azionamenti indicati, gli azionamenti elettrici lineari con trasmissione diretta della forza elettromagnetica a un elemento in movimento hanno migliori proprietà di controllo, maggiore affidabilità e richiedono costi operativi inferiori. Come risulta da fonti letterarie, i CLAD sono utilizzati nella creazione di azionamenti elettrici per una serie di meccanismi di produzione: apparecchiature di commutazione (ad esempio sezionatori nei sistemi di alimentazione della metropolitana); spintori o espulsori utilizzati nelle linee di produzione; pompe a stantuffo o pistone, compressori; porte scorrevoli e traversi di finestre di officine o serre; manipolatori vari; serrande e serrande; dispositivi di lancio; meccanismi di impatto (martelli pneumatici, punzoni), ecc. Le capacità specificate degli azionamenti elettrici lineari supportano un interesse costante nel loro sviluppo e ricerca. Nella maggior parte dei casi, il CLAD opera in modalità operative a breve termine. Tali motori possono essere considerati non come convertitori di energia, ma come convertitori di potenza. Inoltre, un indicatore di qualità come il coefficiente azione utile sfuma in secondo piano. Allo stesso tempo, negli azionamenti elettrici ciclici (azionamenti di pompe, compressori, manipolatori, martelli pneumatici, ecc.), I motori funzionano in modalità intermittente e continua. In questi casi, diventa rilevante il compito di migliorare gli indicatori tecnici ed economici di un azionamento elettrico lineare basato sul MLAD.

In particolare, una delle applicazioni richieste di CLAD è il loro utilizzo in unità di pompaggio per il sollevamento di petrolio dai pozzi. Attualmente, per questi scopi vengono utilizzati principalmente due metodi di sollevamento artificiale dell'olio:

1. Sollevamento mediante impianti di elettropompe centrifughe sommergibili (ESP).

2. Sollevamento con pompe a ventose (SRP).

Le elettropompe centrifughe sommerse azionate da motori sommersi asincroni ad alta velocità o valvole sono utilizzate per la produzione di petrolio da pozzi con portate elevate (25 m3/giorno e oltre). Tuttavia, il numero di pozzi con sovrapressione elevata sta diminuendo ogni anno. Il funzionamento attivo di pozzi ad alta velocità porta a una graduale diminuzione della loro velocità. In questo caso le prestazioni della pompa diventano eccessive, il che porta ad un abbassamento del livello del fluido di formazione nel pozzo e situazioni di emergenza (marcia a secco della pompa). Quando la portata scende sotto i 25 m/giorno, al posto delle elettropompe centrifughe sommergibili, vengono installate pompe ad asta a ventosa con azionamento da gruppi di pompaggio, ormai largamente utilizzati. Il numero in costante crescita di pozzi a bassa e media produzione aumenta ulteriormente la loro quota nel totale delle attrezzature per la produzione di petrolio.

L'installazione di una pompa a ventosa è costituita da un gruppo pompante equilibratore del terreno e da una pompa sommergibile a pistoni. Il collegamento della sedia a dondolo con lo stantuffo viene effettuato da un'asta, la cui lunghezza è di 1500-2000 m.Per conferire alle aste la massima rigidità possibile, sono realizzate in acciai speciali. I gruppi pompanti a ventosa e i gruppi pompanti sono ampiamente utilizzati per la loro facilità di manutenzione. Tuttavia, l'estrazione mineraria in questo modo presenta ovvi svantaggi:

Usura di tubi e barre per attrito delle loro superfici.

Frequenti rotture delle canne e una piccola vita di revisione (300-350 giorni).

Scarse proprietà di regolazione delle unità di pompaggio a ventosa e relativa necessità di utilizzare diverse dimensioni standard di unità di pompaggio, nonché difficoltà che sorgono quando si modifica la portata dei pozzi.

Grandi dimensioni e peso delle macchine: bilancieri e aste, che ne complicano il trasporto e l'installazione.

Gli svantaggi indicati determinano la ricerca di soluzioni tecniche per la realizzazione di gruppi pompanti fondo pozzo senza stelo. Una di queste soluzioni è l'uso di pompe a pistoni profondi con un azionamento basato su lineare motori asincroni... In questo caso, escluse bielle e bilancieri, la parte meccanica è estremamente semplificata. L'alimentazione di tali motori a una profondità di 1,5-2,0 km può essere effettuata con un cavo, in modo simile a come avviene nei trapani elettrici e nelle pompe sommerse centrifughe.

Negli anni '70 e '80 del secolo scorso, sull'onda di un'ondata di interesse generale per i motori lineari nell'Unione Sovietica, è stata condotta la ricerca e lo sviluppo di unità di pompaggio senza stelo per pozzi profondi basati su LIM cilindrico. I principali sviluppi sono stati effettuati presso il PermNIPIneft Institute (Perm), lo Special Design Bureau of Linear Electric Motors (Kiev), l'Institute of Electrodynamics of the Academy of Sciences of the SSR ucraino (Kiev) e SCV Magnetic Hydrodynamics (Riga). Nonostante il gran numero di soluzioni tecniche in questo settore, queste installazioni non hanno ricevuto un'applicazione pratica. La ragione principale di ciò erano i bassi indicatori specifici ed energetici dei LIM cilindrici, la ragione per cui era l'impossibilità di fornire una velocità del campo di viaggio di 2-3 m / s quando alimentata da una frequenza industriale di 50 Hz. Questi motori avevano una velocità sincrona del campo di corsa di 6-8 m / s e, quando funzionavano a una velocità di 1-2 m / s, avevano uno scorrimento maggiore s = 0,7-0,9, che era accompagnato da alto livello perdite e bassa efficienza. Per ridurre la velocità del campo mobile a 2-3 m / s quando alimentato da una frequenza di 50 Hz, è necessario ridurre lo spessore dei denti e delle bobine a 3-5 mm, il che è inaccettabile per motivi di producibilità e affidabilità progettuale. A causa di queste carenze, la ricerca in questa direzione è stata ridotta.

Il tema della possibilità di migliorare le prestazioni dei LIM cilindrici per l'azionamento di pompe profonde quando alimentati da una sorgente a bassa frequenza è stato toccato nelle pubblicazioni di quegli anni, ma non sono state condotte ricerche in questa direzione. L'attuale diffusione massiccia di un azionamento elettrico a frequenza controllata e la tendenza a una continua diminuzione dei costi e degli indicatori dimensionali di massa della moderna tecnologia dei semiconduttori lo rendono rilevante per la ricerca nel campo del miglioramento delle prestazioni del CLAD a bassa velocità . Migliorare l'energia e gli indicatori specifici del CLAD riducendo la velocità del campo di viaggio quando alimentato da un convertitore di frequenza consente di tornare al problema della creazione di unità di pompaggio senza stelo e, eventualmente, di garantire la loro attuazione pratica. Il fatto che attualmente in Russia oltre il 50% dello stock di pozzi sia abbandonato a causa di una diminuzione della portata rende questo argomento particolarmente rilevante. L'installazione di unità di pompaggio in pozzi con una capacità inferiore a 10 m3 / giorno risulta essere economicamente non redditizia a causa degli elevati costi operativi. Ogni anno il numero di tali pozzi non fa che aumentare e non è stata ancora creata alcuna alternativa alle unità di pompaggio a ventosa. Il problema dell'esercizio di pozzi marginali oggi è uno dei più pressanti nell'industria petrolifera.

Le caratteristiche dei processi elettromagnetici e termici nei motori considerati sono associate, prima di tutto, alla limitazione del diametro esterno del CLAD, determinato dalla dimensione dei tubi dell'involucro, e alle condizioni specifiche per il raffreddamento delle parti attive della macchina . La richiesta di LIM cilindrici ha richiesto lo sviluppo di nuovi progetti di motori e lo sviluppo della teoria CLAD basata sulle moderne capacità di modellazione al computer.

Lo scopo della tesi è aumentare gli indicatori specifici e le caratteristiche energetiche dei motori asincroni lineari cilindrici, per sviluppare un CLAD con caratteristiche migliorate per il pilotaggio di pompe sommerse a pistoni.

Gli obiettivi della ricerca. Per raggiungere questo obiettivo, sono stati risolti i seguenti compiti:

1. Modellazione matematica CLAD utilizzando il metodo della modellazione analogica delle strutture multistrato (E-H-quattro porte) e il metodo degli elementi finiti in una formulazione bidimensionale del problema (tenendo conto della simmetria assiale).

2. Indagine sulle possibilità di miglioramento delle caratteristiche del CLAD quando alimentato da una sorgente a bassa frequenza.

3. Indagine sull'influenza dello spessore limitato dell'elemento secondario e dello spessore del rivestimento in rame altamente conduttivo sulle prestazioni del CLAD.

4. Sviluppo e confronto dei progetti di CLAD per l'azionamento di pompe sommerse a pistoni.

5. Modellazione matematica dei processi termici nel CLAD mediante il metodo degli elementi finiti.

6. Creazione di una metodologia per il calcolo dei ciclogrammi e degli indicatori risultanti del CLAD operante nell'ambito di un impianto sommergibile con pompa a pistoni.

7. Studio sperimentale di LIM cilindrici.

Metodi di ricerca. La soluzione dei problemi teorico-computazionali posti nel lavoro è stata effettuata utilizzando il metodo della modellazione analogica delle strutture multistrato e il metodo degli elementi finiti, basato sulla teoria dei campi elettromagnetici e termici. La valutazione degli indicatori integrali è stata effettuata utilizzando le funzionalità integrate dei pacchetti di calcolo agli elementi finiti FEMM 3.4.2 e Elcut 4.2 T. Il metodo di calcolo termico utilizza metodi per determinare lo stato termico quasi stazionario utilizzando le perdite volumetriche medie ridotte. I metodi sviluppati sono implementati nell'ambiente matematico Mathcad 11 Enterprise Edition. L'affidabilità dei modelli matematici e dei risultati di calcolo è confermata confrontando i calcoli con metodi diversi e i risultati calcolati con i dati sperimentali del CLAD sperimentale.

La novità scientifica del lavoro è la seguente:

Sono stati proposti nuovi progetti del centro di controllo centralizzato, sono state rivelate le caratteristiche dei processi elettromagnetici in essi;

Sono stati sviluppati modelli e metodi matematici per il calcolo del CLAD mediante il metodo E-H-quattro porte e il metodo degli elementi finiti, tenendo conto delle peculiarità del nuovo progetto e della non linearità delle caratteristiche magnetiche dei materiali;

Viene proposto un approccio allo studio delle caratteristiche del CLAD sulla base della soluzione sequenziale di problemi elettromagnetici, termici e del calcolo dei ciclogrammi di funzionamento del motore nell'ambito del gruppo pompante;

Viene effettuato il confronto delle caratteristiche dei progetti considerati del CLAD, vengono mostrati i vantaggi delle varianti invertite.

Il valore pratico del lavoro svolto è il seguente:

La valutazione delle caratteristiche del MLAD viene eseguita quando viene alimentato da una sorgente a bassa frequenza, viene mostrato il livello di frequenza, che è razionale per il MLAD sommergibile. In particolare, si dimostra che una diminuzione della frequenza di scorrimento inferiore a 45 Hz non è consigliabile a causa dell'aumento della profondità di penetrazione del campo e del deterioramento delle caratteristiche del MLAD nel caso di utilizzo di uno spessore limitato del SE;

Sono state effettuate l'analisi delle caratteristiche e il confronto degli indicatori dei vari disegni del CLAD. Per azionare pompe sommergibili a stantuffo, si consiglia un design invertito del CLAD con un induttore mobile, che ha le migliori prestazioni tra le altre opzioni;

È stato implementato un programma per il calcolo delle strutture non invertite e invertite del CLAD utilizzando il metodo E-H-four-port con la possibilità di tener conto dello spessore reale degli strati RE e della saturazione dello strato di acciaio;

Modelli mesh creati di oltre 50 varianti del CLAD per il calcolo con il metodo degli elementi finiti nel pacchetto FEMM 3.4.2, che possono essere utilizzati nella pratica progettuale;

È stato sviluppato un metodo per calcolare i ciclogrammi e gli indicatori dell'azionamento delle unità di pompaggio sommergibili con il MLAD nel suo insieme.

Attuazione del lavoro. I risultati della ricerca sono stati presentati per l'uso negli sviluppi di LLC NPF "Bitek". I programmi per il calcolo del CLAD sono utilizzati nel processo educativo dei dipartimenti "Ingegneria elettrica e sistemi elettrotecnologici" e "Macchine elettriche" dell'Università tecnica statale degli Urali - U PI.

Approvazione del lavoro. I principali risultati sono stati riportati e discussi presso:

NPK "Problemi e risultati nell'energia industriale" (Ekaterinburg, 2002, 2004);

7° NPK "Attrezzature e tecnologie per il risparmio energetico" (Ekaterinburg, 2004);

IV Conferenza Internazionale (XV tutta russa) sulla trasmissione elettrica automatizzata "La trasmissione elettrica automatizzata nel XXI secolo: vie di sviluppo" (Magnitogorsk, 2004);

Congresso Elettrotecnico Panrusso (Mosca, 2005);

Reporting conferenze di giovani scienziati USTU-UPI (Ekaterinburg, 2003-2005).

1. MOTORI CILINDRICI LINEARI ASINCRONI PER L'AZIONAMENTO DI POMPE SOMMERSE A PISTONE: STATO DEL PROBLEMA, OBIETTIVI DELLA RICERCA

Gli azionamenti elettrici lineari delle pompe sommerse a pistoni si basano su motori asincroni lineari cilindrici (CLAD), i cui principali vantaggi sono: nessuna parte di testa e perdite in esse, nessun effetto del bordo trasversale, simmetria geometrica ed elettromagnetica. Pertanto, sono interessanti soluzioni tecniche per lo sviluppo di CLAD simili utilizzati per altri scopi (azionamenti di sezionatori, spintori, ecc.). Inoltre, in una soluzione sistematica al problema della creazione di unità di pompaggio per pozzi profondi con MLAD, oltre ai progetti di pompe e motori, dovrebbero essere prese in considerazione soluzioni tecniche per il controllo e la protezione degli azionamenti elettrici.

Viene considerata la versione più semplice del design del sistema CLAD: una pompa a stantuffo. Una pompa a stantuffo in combinazione con un motore a induzione lineare (Fig.1.1, a) è uno stantuffo 6, che è collegato da un'asta 5 con una parte mobile 4 motore lineare... Quest'ultimo, interagendo con l'induttore 3 con gli avvolgimenti 2 collegati dal cavo 1 alla sorgente di alimentazione, crea una forza che alza o abbassa lo stantuffo. Quando lo stantuffo, situato all'interno del cilindro 9, si sposta verso l'alto, l'olio viene aspirato attraverso la valvola 7.

Quando lo stantuffo si avvicina alla posizione superiore, la sequenza delle fasi cambia e la parte mobile del motore lineare, insieme allo stantuffo, scende. In questo caso, l'olio all'interno del cilindro 9 passa attraverso la valvola 8 nella cavità interna dello stantuffo. Con un ulteriore cambiamento nella sequenza delle fasi, la parte mobile si muove alternativamente su e giù e ad ogni corsa solleva una porzione di olio. Dalla parte superiore del tubo, l'olio entra nel serbatoio di stoccaggio per un ulteriore trasporto. Quindi il ciclo si ripete e ad ogni passata una porzione di olio sale verso l'alto.

Una soluzione simile proposta dal PermNIPIneft Institute e descritta in è mostrata in Fig. 1.1.6.

Per aumentare la produttività dei gruppi pompanti basati sul CLAD, sono stati sviluppati gruppi a doppio effetto. Ad esempio, nella Fig. 1.1, c mostra un'unità di pompaggio fondo pozzo a doppio effetto. La pompa si trova nella parte inferiore dell'unità. Come cavità di lavoro della pompa, vengono utilizzate sia un'area senza stelo che una a forma di asta. In questo caso, nel pistone si trova una valvola di scarico, che agisce in sequenza su entrambe le cavità.

Il principale caratteristica di design unità di pompaggio del pozzo è un diametro limitato del pozzo e dell'involucro, non superiore a 130 mm. Per fornire la potenza necessaria al sollevamento del liquido, la lunghezza totale dell'impianto, compresa la pompa e il motore sommerso, può arrivare fino a 12 metri. La lunghezza di un motore sommerso può superare il suo diametro esterno di 50 volte o più. Per i motori a induzione rotanti, questa caratteristica determina le difficoltà con la posa dell'avvolgimento nelle cave di tale motore. Nel CLAD l'avvolgimento è costituito da bobine anulari convenzionali, e il diametro limitato del motore comporta difficoltà nella realizzazione del nucleo magnetico dell'induttore, che deve avere una direzione di carica parallela all'asse del motore.

Le soluzioni precedentemente proposte si basavano sull'utilizzo del design tradizionale non invertito nelle unità di pompaggio del CLAD, in cui l'elemento secondario è situato all'interno dell'induttore. Questo design, in condizioni di un diametro esterno limitato del motore, determina il piccolo diametro dell'elemento secondario e, di conseguenza, una piccola area della superficie attiva del motore. Di conseguenza, tali motori hanno indicatori specifici bassi (potenza meccanica e sforzo di trazione per unità di lunghezza). A ciò si aggiungono i problemi di fabbricazione del nucleo magnetico dell'induttore e di assemblaggio dell'intera struttura di tale motore. un 6 pollici

Riso. 1.1. Versioni di gruppi sommergibili con CLAD 1 ----:

Riso. 1.2. Schemi del design del CLAD: a - tradizionale, b - invertito

In condizioni di limitato diametro esterno del corpo sommergibile CLAD, un significativo aumento degli indicatori specifici può essere ottenuto utilizzando il circuito "invertitore" "induttore - elemento secondario" (Fig. 1.2.6), in cui la parte secondaria copre il induttore. In questo caso, è possibile aumentare il volume del nucleo elettromagnetico del motore con lo stesso diametro della cassa, grazie al quale si ottiene un aumento significativo degli indicatori specifici rispetto alla struttura non invertita con valori uguali del carico di corrente dell'induttore.

Le difficoltà associate alla fabbricazione del circuito magnetico dell'elemento secondario del CLAD da lamiera di acciaio elettrico, tenendo conto dei rapporti indicati di dimensioni diametrali e lunghezza, rendono preferibile l'uso di un circuito magnetico in acciaio massiccio, su cui un (rame) viene applicato il rivestimento. In questo caso diventa possibile utilizzare la cassa in acciaio del TsLAD come circuito magnetico.

In questo caso, viene fornita l'area più grande della superficie attiva del CLAD. Inoltre, le perdite generate nell'elemento secondario vanno direttamente al mezzo di raffreddamento. Poiché il funzionamento in modalità ciclica è caratterizzato dalla presenza di tratti di accelerazione con aumento dello scorrimento e delle perdite nell'elemento secondario, anche questa caratteristica gioca un ruolo positivo. Lo studio delle fonti letterarie mostra che le costruzioni LAD invertite sono state studiate molto meno di quelle non invertite. Appare quindi rilevante lo studio di tali strutture al fine di migliorare le prestazioni del CLAD, in particolare per l'azionamento di pompe sommerse a pistoni.

Uno dei principali ostacoli alla propagazione dei motori lineari cilindrici è il problema di garantire prestazioni accettabili quando alimentati da una frequenza di rete standard di 50 Hz. Per utilizzare il CLAD come azionamento per una pompa a stantuffo, velocità massima il movimento dello stantuffo dovrebbe essere di 1-2 m / s. La velocità di sincronismo di un motore lineare dipende dalla frequenza di rete e dal passo polare, che a sua volta dipende dall'ampiezza del passo e dal numero di cave per polo e fase:

Гс = 2. / Гг, dove m = 3-q-t2. (1.1)

Come dimostra la pratica, nella produzione di LIM con un passo dei denti inferiore a 10-15 mm, la complessità della produzione aumenta e l'affidabilità diminuisce. Quando si fabbrica un induttore con un numero di slot per polo e fase q = 2 e superiore, la velocità sincrona del CLAD a una frequenza di 50 Hz sarà 6-9 m / s. Considerando che, a causa della limitata lunghezza della corsa, la velocità massima della parte mobile non deve superare i 2 m/s, tale motore funzionerà con elevati valori di scorrimento, e, quindi, con bassi rendimenti ed in condizioni gravose regime termico... Per funzionamento scorrevole s<0.3 необходимо выполнять ЦЛАД с полюсным делением т<30 мм. Уменьшение полюсного деления кроме технологических проблем ведет к ухудшению показателей двигателя из-за роста намагничивающего тока. Для обеспечения приемлемых показателей таких ЦЛАД воздушный зазор должен составлять 0.1-0.2 мм . При увеличении зазора до технологически приемлемых значений 0.4-0.6 мм рост намагничивающего тока приводит к значительному снижению усилия и технико-экономических показателей ЦЛАД.

Il modo principale per migliorare le caratteristiche del CLAD è la sua alimentazione da un convertitore di frequenza regolabile. In questo caso, il motore lineare può essere progettato alla frequenza più favorevole per il moto stazionario. Inoltre, variando la frequenza secondo la legge richiesta, ad ogni avviamento del motore, è possibile ridurre sensibilmente le perdite di energia per i processi transitori, e durante la frenatura è possibile utilizzare un metodo di frenatura rigenerativa, che migliora il complessivo caratteristiche energetiche del motore. Negli anni '70 e '80, l'uso di un convertitore di frequenza regolabile per il controllo di installazioni sommerse con motori elettrici lineari era limitato dall'insufficiente livello di sviluppo dell'elettronica di potenza. Attualmente, la massiccia distribuzione della tecnologia dei semiconduttori rende possibile realizzare questa possibilità.

Durante lo sviluppo di nuove versioni di installazioni sommergibili azionate da un motore lineare, l'implementazione di progetti combinati di pompe e motori proposti negli anni '70 e mostrati in Fig. 1.1 è difficile da implementare. Le nuove installazioni dovrebbero avere un'esecuzione separata di LIM e pompa a stantuffo. Quando la pompa a stantuffo si trova sopra il motore lineare, durante il funzionamento, il fluido di formazione viene fornito alla pompa attraverso il canale anulare tra il LIM e l'involucro, il che provoca un raffreddamento forzato del LIM. L'installazione di una tale pompa a stantuffo azionata da un motore lineare è quasi identica all'installazione di una pompa sommersa elettrica asincrona sommersa elettrica. Uno schema di tale installazione è mostrato in Fig. 1.3. L'unità comprende: 1 - motore lineare cilindrico, 2 - protezione idraulica, 3 ~ pompa a pistoni, tubo 4 carter, 5 - tubi, 6 - linea cavi, 7 - attrezzatura testa pozzo, 8 - punto di collegamento cavo remoto, 9 - trasformatore completo dispositivo, 10 - stazione di controllo del motore.

Riassumendo, possiamo dire che lo sviluppo di pompe a pistoni sommergibili con azionamento elettrico lineare rimane un compito urgente, per la cui soluzione è necessario sviluppare nuovi progetti di motori ed esplorare le possibilità di aumentare le loro prestazioni grazie alla scelta razionale della frequenza di rete, dimensioni geometriche del nucleo elettromagnetico e opzioni per il raffreddamento del motore. La soluzione di questi problemi, soprattutto in relazione a nuovi progetti, richiede la creazione di modelli e metodi matematici per il calcolo dei motori.

Durante lo sviluppo di modelli matematici del CLAD, l'autore si è basato sia su approcci precedentemente sviluppati che sulle capacità dei moderni pacchetti software.

Riso. 1.3. Schema di un impianto sommergibile con un CLAD

Dissertazioni simili nella specialità "Elettromeccanica e dispositivi elettrici", 05.09.01 codice VAK

  • Miglioramento dell'efficienza delle pompe da pozzo mediante l'utilizzo di motori sommersi a valvole 2007, candidato alle scienze tecniche Kamaletdinov, Rustam Sagaryarovich

  • Ricerca di possibilità e sviluppo di mezzi di miglioramento di motori elettrici a valvole sommergibili di serie per pompe petrolifere 2012, candidato di scienze tecniche Khotsyanov, Ivan Dmitrievich

  • Sviluppo della teoria e generalizzazione dell'esperienza nello sviluppo di azionamenti elettrici automatizzati per unità del complesso petrolifero e del gas 2004, dottore in scienze tecniche Zyuzev, Anatoly Mikhailovich

  • Motore asincrono arco-statore a bassa velocità per unità di pompaggio di pozzi petroliferi marginali 2011, Candidato di Scienze Tecniche Burmakin, Artem Mikhailovich

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Conclusione della tesi sull'argomento "Elettromeccanica e dispositivi elettrici", Sokolov, Vitaly Vadimovich

PRINCIPALI RISULTATI DEL LAVORO

1. Sulla base di una revisione della letteratura e delle fonti dei brevetti, tenendo conto dell'esperienza esistente nell'uso di motori lineari cilindrici per azionare pompe a pistoni profondi, viene mostrata l'importanza dei lavori di ricerca volti a migliorare i progetti e ottimizzare le caratteristiche del CLAD.

2. È dimostrato che l'uso di un convertitore di frequenza per l'alimentazione del CLAD, nonché lo sviluppo di nuovi progetti, possono migliorare significativamente gli indicatori tecnici ed economici del CLAD e garantire la loro implementazione industriale di successo.

3. Sono stati sviluppati metodi per il calcolo elettromagnetico del CLAD con il metodo EH-quattro terminali e con il metodo degli elementi finiti, tenendo conto della non linearità delle caratteristiche magnetiche dei materiali e delle caratteristiche dei nuovi progetti del CLAD, in primo luogo tra tutti, lo spessore limitato del massiccio EE.

4. È stato sviluppato un metodo per calcolare i ciclogrammi degli indicatori di funzionamento e di energia del CLAD, nonché lo stato termico del motore durante il funzionamento in modalità alternativa.

5. Sono stati condotti studi sistematici dell'effetto di frequenza di scorrimento, passo polare, gap, carico di corrente, spessore limitato dell'elemento secondario e spessore di un rivestimento altamente conduttivo sulle caratteristiche di un CLAD con SE massivo. Viene mostrato l'effetto dello spessore limitato dell'SE e del rivestimento altamente conduttivo sulle prestazioni del CLAD. Si è riscontrato che il funzionamento del CLAD sommergibile considerato con uno spessore limitato del SE a una frequenza di scorrimento inferiore a 4-5 Hz è impraticabile. L'intervallo di passo polare ottimale in questo caso è compreso tra 90 e 110 mm.

6. Sono stati sviluppati nuovi design invertiti del CLAD, che consentono di aumentare significativamente gli indicatori specifici in condizioni di diametro esterno limitato. Vengono confrontati gli indicatori tecnici ed economici e le condizioni termiche delle nuove strutture con le tradizionali strutture non invertite del centro di pressione dell'aria centrale. Grazie all'utilizzo di nuovi design del CLAD e a una frequenza di alimentazione ridotta, è possibile ottenere uno sforzo nel punto di lavoro della caratteristica meccanica di 0,7-1 kN per 1 m di lunghezza dell'induttore per il CLAD con un diametro esterno di 117 mm. Nuove soluzioni tecniche dovrebbero essere brevettate, i materiali sono al vaglio di Rospatent.

7. I calcoli dei ciclogrammi dell'operazione CLAD per l'azionamento di pompe per pozzi profondi hanno mostrato che a causa della modalità operativa non stazionaria, l'efficienza risultante del CLAD diminuisce di 1,5 volte o più rispetto all'efficienza nello stato stazionario modalità ed è 0,3-0,33. Il livello raggiunto corrisponde alle prestazioni medie dei gruppi pompanti a ventosa.

8. Studi sperimentali del laboratorio CLAD hanno dimostrato che i metodi di calcolo proposti forniscono una precisione accettabile per la pratica ingegneristica e confermano la correttezza delle premesse teoriche. L'affidabilità dei metodi è confermata anche confrontando i risultati del calcolo con metodi diversi.

9. I metodi sviluppati, i risultati della ricerca e le raccomandazioni sono stati trasferiti a LLC NPF "Bitek" e utilizzati nello sviluppo di un modello sperimentale-industriale di un CLAD sommergibile. Metodi e programmi per il calcolo del CLAD sono utilizzati nel processo educativo dei dipartimenti "Ingegneria elettrica e sistemi elettrotecnologici" e "Macchine elettriche" dell'Università tecnica statale degli Urali - UPI.

Elenco della letteratura di ricerca di tesi candidato di scienze tecniche Sokolov, Vitaly Vadimovich, 2006

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3. Sokolov M.M., Sorokin L.K. Azionamento elettrico con motori lineari. .-M.: Energia, 1974.-136 anni.

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Si ricorda che i testi scientifici di cui sopra sono pubblicati per revisione e ottenuti mediante riconoscimento dei testi originali delle tesi (OCR). A questo proposito, possono contenere errori associati all'imperfezione degli algoritmi di riconoscimento. Non ci sono errori di questo tipo nei file PDF di tesi e abstract che forniamo.

Come un manoscritto

vladimir bazhenov

Motore a induzione lineare cilindrico in azionamento altointerruttori di tensione

Specialità 20.05.02 - tecnologie elettriche e apparecchiature elettriche in

tesi di laurea scientifica

candidato di scienze tecniche

Izhevsk 2012

Il lavoro è stato svolto presso l'Istituto statale federale di istruzione di bilancio per l'istruzione professionale superiore "Accademia agricola statale di Izhevsk" (FGBOU VPO Accademia agricola statale di Izhevsk)

Consulente scientifico: candidato di scienze tecniche, professore associato

Vladykin Ivan Revovich

Avversari ufficiali: Vorobiev Viktor Andreevich

Dottore in Scienze Tecniche, Professore

FGBOU VPO MGAU

loro. V.P. Goryachkina

Bekmachev Aleksandr Egorovich

candidato di scienze tecniche,

responsabile del progetto

CJSC "Radiant-Elkom"

Organizzazione principale:

Istituzione educativa di bilancio statale federale per l'istruzione professionale superiore "Accademia agricola statale di Chuvash" (FGOU VPO Accademia agricola statale di Chuvash)

La difesa si farà" 28 »Maggio 2012 in 10 ore in una riunione del Consiglio di tesi KM 220.030.02 presso l'Accademia agricola statale di Izhevsk all'indirizzo: 426069, Izhevsk, st. Studente, 11, stanza. 2.

La tesi può essere trovata nella biblioteca dell'Accademia agricola statale di Izhevsk.

Pubblicato sul sito web: www.izhgsha / ru

Segretario Scientifico

consiglio di tesi N.Yu. Litvinyuk

DESCRIZIONE GENERALE DEL LAVORO

Pertinenza del tema. Con il trasferimento della produzione agricola su base industriale, i requisiti per il livello di affidabilità dell'alimentazione elettrica sono notevolmente aumentati.

Il programma completo mirato per migliorare l'affidabilità dell'alimentazione elettrica ai consumatori agricoli / CKP PN / prevede l'introduzione diffusa di apparecchiature di automazione per reti di distribuzione rurali di 0,4 ... 35 kV, come uno dei modi più efficaci per raggiungere questo obiettivo. Il programma include, in particolare, dotare le reti di distribuzione di moderne apparecchiature di commutazione e dispositivi di azionamento per esse. Insieme a questo, si presume che l'apparecchiatura di commutazione primaria in funzione sia ampiamente utilizzata.

I più diffusi nelle reti rurali sono gli interruttori automatici in olio (VM) con azionamenti a molla ea molla. Tuttavia, è noto dall'esperienza operativa che le unità VM sono uno degli elementi meno affidabili dei quadri elettrici. Ciò riduce l'efficacia dell'automazione integrata delle reti elettriche rurali. Ad esempio, negli studi di Sulimov M.I., Gusev V.S. si segnala che il 30 ... 35% dei casi di protezione relè e automazione (RPA) non vengono implementati a causa dello stato insoddisfacente degli azionamenti. Inoltre, fino all'85% dei difetti è rappresentato da VM 10 ... 35 kV con azionamenti a molla. I ricercatori Zul N.M., Palyuga M.V., Anisimov Yu.V. si noti che il 59,3% dei guasti della richiusura automatica (AR) basata su azionamenti a molla è dovuto ai contatti ausiliari dell'azionamento e dell'interruttore, il 28,9% a meccanismi per l'accensione dell'azionamento e il mantenimento in posizione di chiusura. Le condizioni insoddisfacenti e la necessità di modernizzazione e sviluppo di unità affidabili sono state rilevate nei lavori di A.V. Gritsenko, V.M. Tsvyak, V.S. Makarov, A.S. Olinichenko.

Immagine 1 - Analisi dei guasti negli azionamenti elettrici VM 6 ... 35 kV

C'è un'esperienza positiva nell'uso di azionamenti elettromagnetici CA e CC più affidabili per VM da 10 kV in sottostazioni step-down per scopi agricoli. Gli azionamenti a solenoide, come notato nel lavoro di GI Melnichenko, si confrontano favorevolmente con altri tipi di azionamenti nella loro semplicità di progettazione. Tuttavia, essendo azionamenti ad azione diretta, consumano molta energia e richiedono l'installazione di un ingombrante accumulatore e di un caricabatterie o un raddrizzatore con uno speciale trasformatore da 100 kVA. A causa del numero specificato di funzioni, queste unità non sono ampiamente utilizzate.

Abbiamo analizzato i vantaggi e gli svantaggi di varie unità per VM.

Svantaggi degli azionamenti elettromagnetici a corrente continua: impossibilità di regolare la velocità di movimento del nucleo dell'elettromagnete di commutazione, elevata induttanza dell'avvolgimento dell'elettromagnete, che aumenta il tempo di commutazione dell'interruttore a 3-5 s, dipendenza dalla trazione forza sulla posizione del nucleo, che porta alla necessità di accensione manuale, batteria o raddrizzatore ad alta potenza e le loro grandi dimensioni e peso, che occupa fino a 70 m2 di area utile, ecc.

Svantaggi dei convertitori di frequenza elettromagnetici: elevato consumo energetico (fino a 100 ... 150 kVA), ampia sezione dei cavi di alimentazione, necessità di aumentare la potenza del trasformatore ausiliario in base alle condizioni della caduta di tensione consentita, la dipendenza della potenza sulla posizione iniziale del nucleo, l'impossibilità di regolare la velocità di movimento, ecc.



Svantaggi dell'azionamento a induzione di motori asincroni lineari piatti: grandi dimensioni e peso, corrente di avviamento fino a 170 A, dipendenza (fortemente decrescente) dello sforzo di trazione sul riscaldamento del corridore, necessità di una regolazione di alta qualità delle distanze e complessità del design.

Gli svantaggi di cui sopra sono assenti nei motori asincroni lineari cilindrici (CLAD) in considerazione delle loro caratteristiche costruttive e del peso e delle dimensioni. Pertanto, proponiamo di utilizzarli come elemento di potenza negli azionamenti del tipo PE-11 per interruttori dell'olio, che, secondo il dipartimento degli Urali occidentali di Rostekhnadzor nella Repubblica di Udmurt, oggi sono in funzione sull'equilibrio delle società di alimentazione di il tipo VMP-10 600 pezzi, il tipo VMG-35 300 pezzi ...

Sulla base di quanto sopra, si formula quanto segue. obiettivo del lavoro: aumentare l'efficienza dell'azionamento degli interruttori automatici dell'olio ad alta tensione 6 ... 35 kV, operanti sulla base del MLAD, consentendo di ridurre il danno dalla carenza di energia elettrica.

Per raggiungere questo obiettivo, sono stati fissati i seguenti compiti di ricerca:

  1. Condurre un'analisi panoramica dei progetti esistenti di azionamenti per interruttori ad alta tensione 6 ... 35 kV.
  2. Sviluppare un modello matematico del CLAD basato su un modello tridimensionale per il calcolo delle caratteristiche.
  3. Determinare i parametri del tipo di azionamento più razionale sulla base di studi teorici e sperimentali.
  4. Condurre studi sperimentali sulle caratteristiche di trazione degli interruttori 6 ... 35 kV al fine di verificare l'adeguatezza del modello proposto agli standard esistenti.
  5. Sviluppare il design dell'azionamento per interruttori automatici in olio 6 ... 35 kV basato sul CLAD.
  6. Eseguire uno studio di fattibilità sull'efficienza dell'utilizzo del CLAD per azionamenti di interruttori dell'olio 6 ... 35 kV.

Oggetto di ricercaè: un motore elettrico asincrono lineare cilindrico (CLAD) di dispositivi di azionamento per interruttori di reti di distribuzione rurali 6 ... 35 kV.

Materia di studio: studio delle caratteristiche di trazione del CLAD durante il funzionamento in olio interruttori 6 ... 35 kV.

Metodi di ricerca. La ricerca teorica è stata condotta utilizzando le leggi fondamentali della geometria, della trigonometria, della meccanica, del calcolo differenziale e integrale. Gli studi naturali sono stati condotti con l'interruttore VMP-10 utilizzando strumenti tecnici e di misurazione. I dati sperimentali sono stati elaborati utilizzando il programma Microsoft Excel.

Novità scientifica dell'opera.

  1. È stato proposto un nuovo tipo di azionamento per gli interruttori dell'olio, che consente di aumentare l'affidabilità del loro funzionamento di 2,4 volte.
  2. È stato sviluppato un metodo per il calcolo delle caratteristiche del CLAD che, a differenza di quelli proposti in precedenza, consente di tenere conto degli effetti di bordo della distribuzione del campo magnetico.
  3. Sono comprovati i principali parametri di progettazione e le modalità operative dell'azionamento per l'interruttore automatico VMP-10, che riducono la fornitura insufficiente di elettricità ai consumatori.

Il valore pratico dell'operaè determinato dai seguenti risultati principali:

  1. È stato proposto il progetto dell'azionamento dell'interruttore automatico VMP-10.
  2. È stato sviluppato un metodo per calcolare i parametri di un motore a induzione lineare cilindrico.
  3. Sono stati sviluppati una metodologia e un programma per il calcolo dell'azionamento, che consentono di calcolare gli azionamenti di interruttori di circuito con design simili.
  4. Sono stati determinati i parametri dell'unità proposta per VMP-10 e simili.
  5. È stato sviluppato e testato un campione di laboratorio dell'unità, che ha permesso di ridurre la perdita di interruzioni di corrente.

Implementazione dei risultati della ricerca.

Il lavoro è stato svolto in conformità con il piano di ricerca e sviluppo del FGBOU VPO CHIMESH, numero di registrazione 02900034856 "Sviluppo di un azionamento per interruttori ad alta tensione 6 ... 35 kV". I risultati del lavoro e le raccomandazioni sono stati accettati e utilizzati nel software "Bashkirenergo" S-VES (è stato ricevuto l'atto di attuazione).

Il lavoro si basa sulla generalizzazione dei risultati della ricerca condotta in modo indipendente e in collaborazione con scienziati della FGBOU VPO Chelyabinsk State Agricultural University (Chelyabinsk), Special Design Technological Bureau "Prodmash" (Izhevsk), FGOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy.

Per la difesa sono state proposte le seguenti disposizioni:

  1. Tipo di azionamento per interruttori in olio basato su CLAD.
  2. Modello matematico calcolando le caratteristiche del MLAD, nonché la forza di trazione, a seconda del design della scanalatura.
  3. Metodologia e programma per il calcolo del drive per interruttori come VMG, VMP tensione 10 ... 35 kV.
  4. Risultati della ricerca del progetto proposto dell'azionamento dell'interruttore automatico dell'olio basato sul CLAD.

Approvazione dei risultati della ricerca. Le principali disposizioni del lavoro sono state riportate e discusse nelle seguenti conferenze scientifiche e pratiche: XXXIII conferenza scientifica dedicata al 50° anniversario dell'Istituto, Sverdlovsk (1990); conferenza scientifico-pratica internazionale "Problemi di sviluppo energetico nel contesto delle trasformazioni industriali" (Izhevsk, FGBOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy 2003); Conferenza scientifica e metodologica regionale (Izhevsk, FGBOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy, 2004); Problemi attuali della meccanizzazione agricoltura: materiali della conferenza scientifica e pratica giubilare "Istruzione superiore in agroingegneria in Udmurtia - 50 anni". (Izhevsk, 2005), alle conferenze scientifiche e tecniche annuali di insegnanti e dipendenti dell'Accademia agricola statale di Izhevsk.

Pubblicazioni sul tema della tesi. I risultati degli studi teorici e sperimentali si riflettono in 8 lavori a stampa, tra cui: in un articolo pubblicato su una rivista raccomandata dalla Higher Attestation Commission, due rapporti depositati.

Struttura e ambito di lavoro. La tesi si compone di un'introduzione, cinque capitoli, conclusioni generali e allegati, articolato su 138 pagine del testo principale, contiene 82 figure, 23 tabelle ed elenchi di fonti utilizzate da 103 titoli e 4 allegati.

Nell'introduzione si sostanzia la rilevanza del lavoro, si considerano lo stato della questione, lo scopo e gli obiettivi della ricerca, si formulano le principali disposizioni per la difesa.

Nel primo capitoloè stata effettuata l'analisi dei progetti degli azionamenti degli interruttori.

Installato:

Il principale vantaggio di combinare l'azionamento con il CLAD;

La necessità di ulteriori ricerche;

Scopi e obiettivi della tesi.

Nel secondo capitolo si considerano le modalità di calcolo del CLAD.

Sulla base dell'analisi della propagazione del campo magnetico, è stato selezionato un modello tridimensionale.

L'avvolgimento MLAD è generalmente costituito da bobine separate collegate in serie in un circuito trifase.

Consideriamo un CLAD con un avvolgimento monostrato e un elemento secondario nello spazio che è simmetrico rispetto al nucleo dell'induttore. Il modello matematico di tale LIM è mostrato in Fig. 2.

Si fanno le seguenti ipotesi:

1. Corrente dell'avvolgimento posata sulla lunghezza 2p, è concentrato in fogli di corrente infinitamente sottili situati sulle superfici ferromagnetiche dell'induttore e crea un'onda viaggiante puramente sinusoidale. L'ampiezza è correlata alla relazione nota con la densità di corrente lineare e il carico di corrente

, (1)

- palo;

m è il numero di fasi;

W è il numero di turni in una fase;

I è il valore effettivo della corrente;

P è il numero di coppie di poli;

J è la densità di corrente;

Kob1 - coefficiente di armonica fondamentale dell'avvolgimento.

2. Il campo primario nell'area delle parti frontali è approssimato dalla funzione esponenziale

(2)

L'affidabilità di tale approssimazione al quadro reale del campo è evidenziata da studi precedenti, nonché da esperimenti sul modello LIM. In questo caso, è possibile sostituire L = 2 s.

3. L'origine del sistema di coordinate fisso x, y, z si trova all'inizio della parte avvolta del bordo incidente dell'induttore (Fig. 2).

Con la formulazione accettata del problema, il ricercatore gli avvolgimenti possono essere rappresentati come una doppia serie di Fourier:

Cob - coefficiente di avvolgimento;

L è la larghezza del bus reattivo;

La lunghezza totale dell'induttore;

- angolo di taglio;

z = 0,5 L - a - zona di variazione dell'induzione;

n è l'ordine dell'armonica lungo l'asse trasversale;

- ordine delle armoniche lungo l'asse longitudinale;

Troviamo la soluzione per il potenziale magnetico vettoriale delle correnti. Nell'area del traferro, A soddisfa le seguenti equazioni:

Per le equazioni EE 2, le equazioni hanno la forma:

(5)

La soluzione delle equazioni (4) e (5) viene eseguita con il metodo della separazione delle variabili. Per semplificare il problema, presentiamo solo l'espressione per la componente normale dell'induzione nel gap:

Figura 2 - Modello matematico calcolato di LIM senza tener conto

distribuzione degli avvolgimenti

(6)

La potenza elettromagnetica totale Sem, trasmessa dalla parte primaria al gap e al SE, può essere trovata come il flusso della componente normale Sу del vettore di Poyting attraverso la superficie у =

(7)

dove REm= ReSEm- componente attivo, tenendo conto della potenza meccanica P2 e delle perdite in RE;

QEm= iomSEm- la componente reattiva, tiene conto del flusso magnetico principale e dello scattering nel gap;

INSIEME A- un complesso di coniugazioni con INSIEME A2 .

Fx forza di trazione e forza normale Fin per LIM è determinato in base al tensore degli sforzi di Maxwell.

(8)

(9)

Per calcolare un LIM cilindrico, si dovrebbe porre L = 2c, il numero di armoniche lungo l'asse trasversale n = 0, cioè infatti, la soluzione si trasforma in bidimensionale, lungo le coordinate X-Y. Inoltre, questa tecnica consente di tenere correttamente conto della presenza di un massiccio rotore in acciaio, che è il suo vantaggio.

La procedura per il calcolo delle caratteristiche con un valore costante della corrente nell'avvolgimento:

  1. La forza di trazione Fх (S) è stata calcolata con la formula (8);
  2. Potenza meccanica

R2 (S) = FNS(S)= FNS(S) 21 (1 – S); (10)

  1. Potenza elettromagnetica SEm(S) = PEm(S) + jQEm(S)è stato calcolato secondo l'espressione, formula (7)
  2. Induttore di perdita di rame

Re-mail 1= mi2 RF (11)

dove RF- resistenza attiva dell'avvolgimento di fase;

  1. Efficienza d. senza tener conto delle perdite nell'acciaio del nucleo

(12)

  1. Fattore di potenza

(13)

dove, è il modulo dell'impedenza del circuito equivalente in serie (Fig. 2).

(14)

è la reattanza induttiva di dispersione dell'avvolgimento primario.

Si è così ottenuto un algoritmo per il calcolo delle caratteristiche statiche di un LIM con elemento secondario cortocircuitato, che permette di tenere conto delle proprietà delle parti attive della struttura ad ogni divisione dei denti.

Il modello matematico sviluppato consente:

  • Applicare un apparato matematico per il calcolo di un motore a induzione lineare cilindrico, le sue caratteristiche statiche basate su circuiti equivalenti espansi di circuiti elettrici primari e secondari e magnetici.
  • Valutare l'influenza di vari parametri e design dell'elemento secondario sulle caratteristiche di trazione ed energia di un motore a induzione lineare cilindrico.
  • I risultati del calcolo consentono di determinare, in prima approssimazione, i dati tecnici ed economici di base ottimali nella progettazione di motori cilindrici lineari a induzione.

Nel terzo capitolo "Studi computazionali e teorici" vengono presentati i risultati dei calcoli numerici dell'influenza di vari parametri e dimensioni geometriche sugli indicatori di energia e spinta del CLAD utilizzando il modello matematico descritto in precedenza.

L'induttore TsLAD è costituito da rondelle separate situate in un cilindro ferromagnetico. Le dimensioni geometriche delle rondelle dell'induttore prese nel calcolo sono mostrate in Fig. 3. Il numero di rondelle e la lunghezza del cilindro ferromagnetico sono determinati dal numero di poli e dal numero di cave per polo e fase dell'avvolgimento dell'induttore CLAD.

I parametri dell'induttore (geometria dello strato dentato, numero di poli, divisione dei poli, lunghezza e larghezza), la struttura secondaria - il tipo di avvolgimento, conduttività elettrica G2 = 2 d2, nonché i parametri del ritorno magnetico circuito sono stati presi come variabili indipendenti. In questo caso, i risultati dello studio sono presentati sotto forma di grafici.

Figura 3 - Dispositivo induttore

1-elemento secondario; 2 dadi; 3 rondella di tenuta; 4- bobina;

Alloggiamento 5 motori; 6 avvolgimenti, 7 rondelle.

Per l'azionamento dell'interruttore sviluppato, sono definiti in modo univoco:

  1. La modalità di funzionamento, che può essere caratterizzata come "start". Il tempo di funzionamento è inferiore al secondo (tв = 0,07 s), possono verificarsi avviamenti ripetuti, ma anche in questo caso il tempo di funzionamento totale non supera il secondo. Di conseguenza, i carichi elettromagnetici sono carichi di corrente lineari, la densità di corrente negli avvolgimenti può essere presa significativamente superiore a quella accettata per le modalità stazionarie delle macchine elettriche: A = (25 ... 50) 103 A / m; J = (4 ... 7) A/mm2. Pertanto, lo stato termico della macchina può essere trascurato.
  2. Tensione di alimentazione dell'avvolgimento dello statore U1 = 380 V.
  3. Forza di trazione richiesta Fx 1500 N. In questo caso, la variazione della forza durante il funzionamento dovrebbe essere minima.
  4. Rigidi limiti dimensionali: lunghezza Ls 400 mm; il diametro esterno dello statore è D = 40 ... 100 mm.
  5. Gli indicatori energetici (, cos) non contano.

Pertanto, il compito di ricerca può essere formulato come segue: per determinate dimensioni, determinare i carichi elettromagnetici il valore dei parametri di progetto LIM che forniscono lo sforzo di trazione richiesto nell'intervallo 0,3 S 1 .

Sulla base del compito di ricerca formato, l'indicatore principale del LIM è lo sforzo di trazione nell'intervallo di scorrimento 0,3 S 1 ... In questo caso, la forza di trazione dipende in gran parte dai parametri di progetto (il numero di poli 2p, traferro, spessore cilindro amagnetico D2 e la sua conducibilità elettrica specifica 2 , conduttività elettrica 3 e la permeabilità magnetica 3 di un'asta di acciaio che funge da circuito magnetico di ritorno). A valori specifici di questi parametri, la forza di trazione sarà determinata in modo univoco dal carico di corrente lineare dell'induttore, che, a sua volta, a U = cost dipende dalla disposizione dello strato dentato: il numero di cave per polo e fase Q, il numero di spire della bobina Wa e rami paralleli a.

Pertanto, la forza di spinta del LIM è rappresentata da una dipendenza funzionale

FNS= f (2p,, , D2 , 2 , 3 , 3 , q, WK, Aa) (16)

Ovviamente, tra questi parametri, alcuni assumono solo valori discreti ( 2p,, q, WK, un) e il numero di questi valori è insignificante. Ad esempio, il numero di poli può essere considerato solo 2p = 4 o 2p = 6; da qui le divisioni polari molto specifiche = 400/4 = 100 mm e 400/6 = 66,6 mm; q = 1 o 2; a = 1, 2 o 3 e 4.

All'aumentare del numero dei pali, lo sforzo di trazione iniziale diminuisce notevolmente. Il calo dello sforzo di trazione è associato a una diminuzione della spaziatura dei poli e dell'induzione magnetica nel traferro B. Pertanto, è ottimale 2p = 4(fig. 4).

Figura 4 - Caratteristica di trazione del CLAD in funzione del numero di poli

Cambiare il traferro non ha senso, dovrebbe essere minimo in termini di condizioni operative. Nella nostra versione = 1 mm. Tuttavia, nella Fig. 5 mostra la dipendenza della forza di trazione dal traferro. Mostrano chiaramente il calo di forza con l'aumentare del gioco.

Figura 5. La caratteristica di trazione del CLAD a vari valori del traferro ( = 1,5 mm e= 2.0mm)

La corrente di esercizio aumenta contemporaneamente io e gli indicatori energetici stanno diminuendo. Solo la conduttività elettrica rimane variabile in modo relativamente libero 2 , 3 e permeabilità magnetica 3 VE.

Variazione della conduttività elettrica di un cilindro in acciaio 3 (Fig. 6) la forza di trazione del CLAD ha un valore irrilevante fino al 5%.

Figura 6.

cilindro in acciaio a conducibilità elettrica

La variazione della permeabilità magnetica del cilindro in acciaio 3 (Fig. 7) non comporta variazioni significative dello sforzo di trazione Fx = f (S). Con uno scorrimento di lavoro S = 0,3, le caratteristiche di trazione sono le stesse. Lo sforzo di trazione iniziale varia entro il 3 ... 4%. Pertanto, data l'influenza insignificante 3 e 3 sulla forza di trazione del CLAD, il cilindro in acciaio può essere realizzato in acciaio magnetico dolce.

Figura 7. Caratteristica di trazione del CLAD a vari valori NSpermeabilità magnetica (3 =1000 0 e 3 =500 0 ) cilindro in acciaio

Dall'analisi delle dipendenze grafiche (Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7), segue la conclusione: cambiamenti nella conduttività del cilindro di acciaio e permeabilità magnetica, limitazione del traferro non magnetico, è impossibile ottenere costanza della forza di trazione Fх a causa del loro piccolo effetto.

Figura 8. Caratteristica di trazione del CLAD a vari valori

conduttività elettrica

Parametro con cui è possibile ottenere uno sforzo di trazione costante FNS= f (2p,, , D2 , 2 , 3 , 3 , q, WK, Aa) TsLAD, è la conducibilità specifica del 2 elemento secondario. La Figura 8 mostra le conducibilità estreme ottimali. Gli esperimenti condotti su un apparato sperimentale hanno permesso di determinare la conducibilità specifica più adatta all'interno di = 0,8 107 ... 1.2 · 107 cm/m.

Le figure 9 ... 11 mostrano le dipendenze F, io,a diversi valori del numero di spire nella bobina dell'avvolgimento dell'induttore CLAD con un elemento secondario schermato ( D2 =1 mm; =1 mm).

Figura 9. Dipendenza I = f (S) per diversi valori del numero

gira in una bobina


Figura 10. Dipendenza cos= f (S) Figura 11. Dipendenza= f (S)

Le dipendenze grafiche degli indicatori energetici dal numero di giri nei porridge coincidono. Ciò suggerisce che un cambiamento nel numero di giri nella bobina non porta a un cambiamento significativo di questi indicatori. Questo è il motivo della mancanza di attenzione nei loro confronti.

L'aumento dello sforzo di trazione (Fig. 12) con una diminuzione del numero di spire nella bobina è spiegato dal fatto che la sezione trasversale del filo aumenta con valori costanti delle dimensioni geometriche e del coefficiente di riempimento del rame della scanalatura dell'induttore e una leggera variazione del valore della densità di corrente. Il motore negli azionamenti degli interruttori funziona in modalità di avviamento per meno di un secondo. Pertanto, per azionare meccanismi con una grande forza di trazione iniziale e una modalità operativa a breve termine, è più efficiente utilizzare un CLAD con un numero ridotto di spire e un'ampia sezione del filo della bobina dell'avvolgimento dell'induttore.

Figura 12. Caratteristica di trazione del CLAD a vari valori del numero

spire della bobina dello statore

Tuttavia, con frequenti accensioni di tali meccanismi, è necessario disporre di un margine di riscaldamento per il motore.

Pertanto, sulla base dei risultati di un esperimento numerico utilizzando il metodo di calcolo sopra descritto, è possibile determinare con un grado di precisione sufficiente la tendenza dei cambiamenti negli indicatori elettrici e di trazione per varie variabili del CLAD. L'indicatore principale per la costanza dello sforzo di trazione è la conducibilità elettrica del rivestimento dell'elemento secondario 2. Cambiandolo all'interno = 0,8 107 ... 1.2 · 107 S / m, puoi ottenere le prestazioni di trazione richieste.

Di conseguenza, per la spinta costante del CLAD è sufficiente impostare valori costanti 2p,, , 3 , 3 , q, A, a... Quindi, la dipendenza (16) può essere trasformata nell'espressione

FNS= f (K2 , WK) (17)

dove K = f (2p,, , D2 , 3 , 3 , q, A, a).

Nel quarto capitolo viene descritta la tecnica di conduzione dell'esperimento del metodo investigato dell'azionamento dell'interruttore. Sono stati effettuati studi sperimentali delle caratteristiche del drive su un interruttore di alta tensione VMP-10 (Fig. 13).

Figura 13. Setup sperimentale.

Anche in questo capitolo viene determinata la resistenza inerziale dell'interruttore, che viene effettuata utilizzando la tecnica presentata nel metodo analitico grafico, utilizzando il cinematismo dell'interruttore. Le caratteristiche degli elementi elastici sono determinate. Allo stesso tempo, nel design dell'interruttore automatico sono inclusi diversi elementi elastici, che resistono alla chiusura dell'interruttore e consentono di accumulare energia per aprire l'interruttore:

  1. Molle di accelerazione FPU;
  2. Taglio di primavera FSOPRA;
  3. Forze elastiche delle molle di contatto FKP.

L'effetto complessivo delle molle che si oppongono alla forza del motore può essere descritto dall'equazione:

FOPERAZIONE(x) = FPU(x) + FASOPRA(x) + FAKP(NS) (18)

La forza di trazione di una molla è generalmente descritta dall'equazione:

FPU= kx + F0 , (19)

dove K- coefficiente di rigidità della molla;

F0 - la forza di pretensionamento della molla.

Per 2 molle acceleranti, l'equazione (19) ha la forma (senza pretensionamento):

FPU=2 KsìX1 (20)

dove Ksìè il coefficiente di rigidità della molla in accelerazione.

La forza della molla di scatto è descritta dall'equazione:

FSOPRA= k0 X2 + Fa0 (21)

dove K0 - la rigidità della molla di apertura;

NS1 , NS2 - in movimento;

F0 - la forza di pretensionamento della molla di apertura.

La forza necessaria per vincere la resistenza delle molle di contatto, dovuta ad una leggera variazione del diametro della presa, si assume costante ed uguale

FKP(x) = FKP (22)

Tenendo conto (20), (21), (22), l'equazione (18) assume la forma

FOPERAZIONE= ksìX1 + k0 X2 + Fa0 + FaKP (23)

Le forze elastiche, co-emesse dalle molle di intervento, di accelerazione e di contatto, vengono determinate studiando le caratteristiche statiche dell'interruttore in olio.

FMarina Militare= f (IN) (24)

Per studiare le caratteristiche statiche dell'interruttore è stato realizzato un impianto (Fig. 13). È stata realizzata una leva con un settore di cerchio per eliminare la variazione della lunghezza del braccio al variare dell'angolo IN albero di trasmissione. Di conseguenza, quando l'angolo cambia, la spalla di applicazione della forza creata dal verricello 1 rimane costante

L = f () = cost (25)

Per determinare i coefficienti di rigidezza delle molle Ksì, K0 , sono state studiate le forze di resistenza dell'interruttore in chiusura da ciascuna molla.

La ricerca è stata condotta nella seguente sequenza:

  1. Studio della caratteristica statica in presenza di tutte le molle z1 , z2 , z3 ;
  2. Studio delle caratteristiche statiche in presenza di 2 molle z1 e z3 (molle acceleranti);
  3. Indagare le caratteristiche statiche in presenza di una molla z2 (apertura primavera).
  4. Indagare le caratteristiche statiche in presenza di una molla in accelerazione z1 .
  5. Indagare le caratteristiche statiche con 2 molle z1 e z2 (molle di accelerazione e di apertura).

Inoltre, nel quarto capitolo, viene effettuata la determinazione delle caratteristiche elettrodinamiche. Quando le correnti di cortocircuito fluiscono lungo il circuito dell'interruttore, si verificano significative forze elettrodinamiche che impediscono l'accensione, aumentano significativamente il carico sul meccanismo di azionamento dell'interruttore. Viene eseguito il calcolo delle forze elettrodinamiche, che viene eseguito con il metodo grafico-analitico.

Anche la resistenza aerodinamica dell'aria e dell'olio isolante idraulico è stata determinata utilizzando un metodo standard.

Inoltre, sono state determinate le caratteristiche di trasferimento dell'interruttore, che includono:

  1. Caratteristica cinematica h = f (c);
  2. Caratteristica di trasferimento dell'albero dell'interruttore â = f (1);
  3. Caratteristica di trasferimento della leva di traslazione 1 = f (2);
  4. Caratteristica di trasferimento h = f (xT)

dove в è l'angolo di rotazione dell'albero motore;

1 - angolo di rotazione dell'albero dell'interruttore;

2 - l'angolo di rotazione della leva trasversale.

Nel quinto capitoloè stata effettuata una valutazione dell'efficienza tecnica ed economica dell'utilizzo del CLAD negli azionamenti degli interruttori in olio, che ha dimostrato che l'uso di un azionamento dell'interruttore in olio basato sul CLAD consente di aumentare la loro affidabilità di 2,4 volte, per ridurre il consumo di elettricità di 3,75 volte, rispetto all'uso dei vecchi azionamenti. L'effetto economico annuale previsto dall'introduzione del CLAD negli azionamenti degli interruttori automatici dell'olio è di 1.063 rubli / off. con un periodo di ammortamento degli investimenti di capitale inferiore a 2,5 anni. L'uso del CLAD ridurrà la fornitura insufficiente di elettricità ai consumatori rurali di 834 kWh per interruttore per 1 anno, il che porterà ad un aumento della redditività delle società di fornitura di energia, che ammonterà a circa 2 milioni di rubli per la Repubblica di Udmurt.

CONCLUSIONI

  1. È stata determinata la caratteristica di trazione ottimale per l'azionamento degli interruttori oleodinamici, che consente al CLAD di sviluppare uno sforzo di trazione massimo pari a 3150 N.
  2. Viene proposto un modello matematico di un motore a induzione lineare cilindrico basato su un modello tridimensionale, che consente di tenere conto degli effetti sui bordi della distribuzione del campo magnetico.
  3. Viene proposto un metodo per sostituire un'unità elettromagnetica con un'unità con un CLAD, che consente di aumentare l'affidabilità di 2,7 volte e ridurre di 2 milioni di rubli i danni derivanti dalla carenza di elettricità da parte delle società di alimentazione.
  4. È stato sviluppato un modello fisico dell'azionamento degli interruttori automatici in olio del tipo VMP VMG per una tensione di 6 ... 35 kV e sono state fornite le loro descrizioni matematiche.
  5. È stato sviluppato e prodotto un prototipo dell'azionamento, che consente di implementare i parametri necessari dell'interruttore: la velocità di accensione 3,8 ... 4,2 m / s, spegnimento 3,5 m / s.
  6. Sulla base dei risultati della ricerca, sono state elaborate e trasferite a Bashkirenergo le specifiche tecniche per lo sviluppo della documentazione di progettazione esecutiva per il completamento di una serie di interruttori a basso consumo di olio del tipo VMP e VMG.

Edizioni indicate nell'elenco della Commissione Superiore di Attestazione e ad esse equiparate:

  1. Bazhenov, V.A. Miglioramento dell'azionamento dell'interruttore ad alta tensione. / V.A. Bazhenov, I.R. Vladykin, A.P. Kolomiets // Rivista elettronica scientifica e innovativa "Engineering Bulletin of the Don" [risorsa elettronica]. - N. 1, 2012 S. 2-3. - Modalità di accesso: http://www.ivdon.ru.

Altre edizioni:

  1. Pjastolov, A.A. Sviluppo di un azionamento per interruttori ad alta tensione 6 ... 35 kV. / AA. Pyastolov, I.N. Ramazanov, R.F. Yunusov, V.A. Bazhenov // Rapporto sul lavoro di ricerca (x. n. GR 018600223428 inv. n. 02900034856. - Chelyabinsk: ChIMESKh, 1990. - pp. 89-90.
  2. Yunusov, R.F. Sviluppo di un azionamento elettrico lineare per scopi agricoli. /RF Yunusov, I.N. Ramazanov, V.V. Ivanitskaja, V.A. Bazhenov // XXXIII conferenza scientifica. Estratti di relazioni - Sverdlovsk, 1990, pp. 32-33.
  3. Pjastolov, A.A. Azionamento dell'interruttore automatico dell'olio ad alta tensione. / Yunusov R.F., Ramazanov I.N., Bazhenov V.A.// Scheda informativa n. 91-2. - TsSTI, Chelyabinsk, 1991.S 3-4.
  4. Pjastolov, A.A. Motore a induzione lineare cilindrico. / Yunusov R.F., Ramazanov I.N., Bazhenov V.A.// Scheda informativa n. 91-3. - TsNTI, Chelyabinsk, 1991. p. 3-4.
  5. Bazhenov, V.A. Selezione di un elemento di accumulo per l'interruttore VMP-10. Problemi reali della meccanizzazione agricola: materiali della conferenza scientifica e pratica giubilare "Istruzione superiore di agroingegneria in Udmurtia - 50 anni". / Izhevsk, 2005.S. 23-25.
  6. Bazhenov, V.A. Sviluppo di un azionamento economico per l'interruttore automatico dell'olio. Conferenza scientifica e metodologica regionale Izhevsk: FGOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy, Izhevsk, 2004. S. 12-14.
  7. Bazhenov, V.A. Miglioramento dell'azionamento dell'interruttore del circuito dell'olio VMP-10. Problemi di sviluppo energetico nel contesto delle trasformazioni industriali: Materiali della conferenza scientifica e pratica internazionale dedicata al 25° anniversario della Facoltà di Elettrificazione e Automazione dell'Agricoltura e del Dipartimento di Elettrotecnologie delle produzioni agricole. Izhevsk 2003, pp. 249-250.

tesi per il corso di laurea in scienze tecniche

Affittato in un set 2012. Firmato per la stampa il 24 aprile 2012.

Carta offset Carattere Times New Roman Formato 60x84/16.

Foglio stampato volume 1 Tiratura 100 copie. N. ordine 4187.

Izhevsk State Agricultural Academy Casa editrice Izhevsk, st. Studente, 11

480 RUB | UAH 150 | $ 7.5 ", MOUSEOFF, COLOREFG," #FFFFCC ", COLOREBG," # 393939 ");" onMouseOut = "return nd ();"> Tesi - 480 rubli, consegna 10 minuti, 24 ore su 24, sette giorni su sette

Ryzhkov Aleksandr Viktorovich. Analisi e selezione di progetti razionali di un motore lineare cilindrico con eccitazione magnetoelettrica: tesi ... Candidato di scienze tecniche: 05.09.01 / Ryzhkov Aleksandr Viktorovich; [Luogo di protezione: Voronezh. stato tecnico. un-t] .- Voronezh, 2008.- 154 p.: ill. RSL OD, 61 09-5 / 404

introduzione

Capitolo 1 Analisi delle direzioni teoriche e costruttive di sviluppo delle macchine elettriche lineari 12

1.1 Caratteristiche specifiche delle realizzazioni costruttive delle macchine elettriche lineari 12

1.2 Analisi del progetto sviluppato di un motore elettrico lineare cilindrico 26

1.3 Panoramica delle tecniche di progettazione per macchine lineari 31

1.4 Simulazione di processi elettromagnetici basati sul metodo degli elementi finiti 38

1.5 Scopo del lavoro e obiettivi dello studio 41

Capitolo 2 Algoritmizzazione del calcolo elettromagnetico del motore DC lineare cilindrico senza contatto 43

2.1 Dichiarazione del problema 43

2.2 Analisi di un motore DC lineare cilindrico con un design longitudinale - radiale del sistema magnetico 45

2.3 Algoritmo per il calcolo elettromagnetico di un motore DC lineare cilindrico 48

2.4 Valutazione dello stato termico di un motore lineare cilindrico 62

Capitolo 3 Modellazione e selezione di insiemi razionali di parametri di uscita di un motore CC lineare cilindrico 64

3.1 Sintesi di un motore lineare cilindrico DC basato sui criteri di massima trazione specifica, indicatori energetici 64

3.2 Simulazione di un motore DC lineare cilindrico con il metodo degli elementi finiti 69

3.2.1 Descrizione dei dati iniziali per la modellazione 69

3.2.2 Analisi dei risultati della simulazione 78

capitolo 4 Implementazione pratica e risultati di studi sperimentali su motori lineari cilindrici 90

4.1 Modelli fittizi di motori DC lineari cilindrici 90

4.1.1 Componenti strutturali dell'architettura del motore lineare 90

4.1.2 Realizzazione del modello di motori elettrici lineari cilindrici 95

4.1.3 Struttura dell'unità di controllo per motore elettrico lineare cilindrico 96

4.2 Risultati degli studi sperimentali delle varianti sviluppate di motori elettrici lineari cilindrici 100

4.2.1 Indagine sullo stato termico di un motore lineare 101

4.2.2 Studi sperimentali di induzione nel gap di prototipi di motori lineari 103

4.2.3 Indagini sulla forza di trazione elettromagnetica di ritenzione dalla corrente nell'avvolgimento 107

4.2.3 Indagine sulla dipendenza della forza di trazione dei motori elettrici lineari sviluppati dall'entità dello spostamento della parte mobile 110

4.2.3 Caratteristiche meccaniche dei campioni sviluppati di motori lineari 118

Conclusioni 119

Conclusione 120

Riferimenti 122

Appendice A 134

Appendice B 144

Appendice B 145

Introduzione al lavoro

Pertinenza del tema.

Attualmente, i motori lineari cilindrici stanno diventando più diffusi come elementi di azionamento per azionamenti elettrici speciali, implementati nell'ambito di complessi elettrici utilizzati, in particolare, nello spazio e nella tecnologia medica. In questo caso, la presenza di un'azione diretta diretta dell'elemento esecutivo nei motori lineari cilindrici ne determina il vantaggio rispetto ai motori lineari piatti. Ciò è dovuto all'assenza di forze di attrazione unilaterali, nonché alla minore inerzia della parte mobile, che ne determina le elevate qualità dinamiche.

Va notato che nel campo dello sviluppo di strumenti per l'analisi delle opzioni di progettazione per i motori lineari, ci sono risultati positivi ottenuti sia da quelli domestici (Voldek A.I., Svecharnik D.V., Veselovsky O.N., Konyaev A.Yu., Sarapulov F.N. ) che esteri ricercatori (Yamamura, Wang J., Jewell Geraint W., Howe D.). Tuttavia, questi risultati non possono essere considerati la base per la creazione di strumenti universali che consentano la selezione di opzioni di progettazione ottimali per motori elettrici lineari in relazione a una specifica area dell'oggetto. Ciò richiede ulteriori ricerche nella progettazione di motori lineari speciali di architettura cilindrica al fine di ottenere opzioni di progettazione razionali orientate agli oggetti.

Pertanto, sulla base di quanto sopra, la rilevanza del tema di ricerca è dettata dalla necessità di ulteriori ricerche focalizzate sullo sviluppo di strumenti di modellazione e analisi per motori lineari cilindrici ad eccitazione magnetoelettrica al fine di ottenere soluzioni progettuali razionali.

L'argomento della ricerca di tesi corrisponde a una delle principali direzioni scientifiche dell'Università tecnica statale di Voronezh Sistemi informatici e complessi elettrici hardware e software (Sviluppo e ricerca di tecnologie intelligenti e informatiche per la progettazione e la gestione di complessi e sistemi industriali complessi. GB NIR n. 2007.18).

Scopo e obiettivi dello studio. Lo scopo del lavoro è creare un insieme di strumenti per analizzare le strutture dei motori cilindrici lineari a corrente continua con eccitazione magnetoelettrica, consentendo la selezione delle loro opzioni razionali, focalizzate sull'uso nell'ambito di azionamenti elettrici speciali, realizzando la limitazione valori di indicatori energetici specifici e il livello delle proprietà dinamiche.

In conformità con questo obiettivo, sono stati stabiliti e risolti i seguenti compiti nel lavoro:

analisi di progetti razionali di motori CC lineari cilindrici, che forniscono i valori limite di indicatori energetici specifici nell'ambito di azionamenti elettrici speciali;

effettuare studi teorici sui processi che avvengono nei motori lineari a corrente continua senza contatto, come base per la costruzione di un algoritmo per il calcolo elettromagnetico di un motore elettrico lineare cilindrico;

sviluppo di un algoritmo per il calcolo elettromagnetico, tenendo conto delle caratteristiche dovute all'architettura dei sistemi magnetici di un motore lineare cilindrico;

sviluppo di strutture di modelli agli elementi finiti per l'analisi dei processi elettromagnetici in relazione alle condizioni di un motore lineare cilindrico;

Studi sperimentali di prototipi, sotto
confermando l'adeguatezza dei modelli analitici e dell'algoritmo sviluppato
Master in progettazione di motori lineari cilindrici.

Metodi di ricerca. IN Il lavoro utilizza i metodi della teoria del campo, della teoria dei circuiti elettrici, della teoria della progettazione di macchine elettriche, della matematica computazionale, dell'esperimento fisico.

Novità scientifica. Il lavoro ha ottenuto i seguenti risultati, contraddistinti da novità scientifica:

si propone il progetto del circuito magnetico di un motore cilindrico lineare in corrente continua a magneti permanenti magnetizzati assialmente nell'ambito di un sistema magnetico a direzione radiale di magnetizzazione, caratterizzato da una nuova architettura per la realizzazione della parte mobile di un motore elettrico lineare;

è stato sviluppato un algoritmo per il calcolo di un motore lineare cilindrico in corrente continua a magneti permanenti magnetizzati assialmente nell'ambito di un sistema magnetico con direzione di magnetizzazione radiale, che si distingue tenendo conto delle caratteristiche dovute all'architettura della parte mobile di un lineare cilindrico motore elettrico;

sono state sviluppate le strutture dei modelli agli elementi finiti, che differiscono per uno speciale insieme di condizioni al contorno nelle zone di bordo;

sono state sviluppate raccomandazioni per la selezione di soluzioni progettuali razionali volte ad aumentare gli indicatori energetici specifici e le proprietà dinamiche dei motori CC lineari cilindrici sulla base di dati quantitativi di calcoli numerici, nonché i risultati di studi sperimentali di prototipi.

Il significato pratico dell'opera. Il valore pratico del lavoro di tesi è:

Algoritmo per la progettazione di motori lineari cilindrici
bassa potenza;

modelli agli elementi finiti nell'analisi bidimensionale di motori lineari cilindrici, che consentono di confrontare le caratteristiche specifiche dei motori di vari progetti di sistemi magnetici;

I modelli e l'algoritmo proposti possono essere utilizzati come base matematica per la creazione di strumenti speciali per software applicato per sistemi di progettazione automatizzata per motori CC senza contatto.

Attuazione dei risultati del lavoro. I risultati teorici e sperimentali ottenuti dal lavoro di tesi sono stati utilizzati presso l'Istituto di ricerca di meccanotronica - Alpha nel corso del lavoro di ricerca "Ricerca di modi per creare moderni attuatori meccanotronici ad alta risorsa di vari tipi di movimento in variazioni con un'informazione digitale controllo di canale e sensorless nell'identificazione delle coordinate di fase integrate nei sistemi di supporto vitale dei dispositivi spaziali (SC) ", R&D" Ricerca di modi per creare azionamenti elettrici "intelligenti" di movimento lineare con controllo vettoriale di stato per sistemi di automazione SC " equipaggiamento speciale di un nuovo generazione ", nonché introdotto nel processo educativo del Dipartimento di" Sistemi elettromeccanici e alimentazione "GOU VPO" Università tecnica statale di Voronezh "nelle lezioni 1° corso "Macchine elettriche speciali".

Approvazione del lavoro. Le principali disposizioni della tesi sono state riportate al convegno tecnico e scientifico regionale "Nuove tecnologie nella ricerca scientifica, nella progettazione, nella gestione, nella produzione"

(Voronezh 2006, 2007), presso lo studente interuniversitario scientifico e tecnico

conferenza "Problemi applicati di elettromeccanica, energia, elettronica" (Voronezh, 2007), alla conferenza tutta russa "Nuove tecnologie nella ricerca scientifica, progettazione, gestione, produzione" (Voronezh, 2008), alla conferenza scolastica internazionale "Alta tecnologie del risparmio energetico" (Voronezh , 2008), alla I Conferenza scientifica e pratica internazionale "Gioventù e scienza: realtà e futuro" (Nevinnomyssk, 2008), al Consiglio tecnico e scientifico dell'"Istituto di ricerca e design di meccanotronica" -Alpha" (Voronezh, 2008 ), a conferenze scientifiche e tecniche del personale docente e dei dottorandi del Dipartimento di Automazione e Informatica nei Sistemi Tecnici di VSTU (Voronezh, 2006-2008). Inoltre, i risultati della tesi sono stati pubblicati nelle raccolte di articoli scientifici "Complessi elettrotecnici e sistemi di controllo", "Problemi applicati di elettromeccanica, ingegneria energetica, elettronica" (Voronezh 2005-2007), nella rivista "Complessi elettrotecnici e controllo sistemi" (St. Voronezh 2007-2008), nel Bollettino dell'Università tecnica statale di Voronezh (2008).

Pubblicazioni. Sul tema del lavoro di tesi sono stati pubblicati 11 lavori scientifici, di cui 1 in pubblicazioni raccomandate dalla Commissione di attestazione superiore della Federazione Russa.

Struttura e ambito di lavoro. La tesi si compone di un'introduzione, quattro capitoli, una conclusione, una bibliografia di 121 titoli, il materiale è presentato su 145 pagine e contiene 53 figure, 6 tabelle e 3 appendici.

Nel primo capitolo viene effettuata una revisione e un'analisi dello stato attuale dell'arte nello sviluppo di motori elettrici lineari ad azione diretta. È stata effettuata la classificazione dei motori elettrici lineari ad azione diretta secondo il principio di funzionamento, nonché secondo i progetti principali. Vengono prese in considerazione le questioni della teoria dello sviluppo e della progettazione dei motori lineari, tenendo conto delle caratteristiche di una macchina lineare. L'uso del metodo degli elementi finiti come moderno strumento di progettazione per impianti elettrici complessi

sistemi meccanici. L'obiettivo del lavoro è fissato e le attività di ricerca sono formulate.

Nel secondo capitolo vengono considerati i problemi di formazione di una metodologia per la progettazione di motori CC lineari cilindrici senza contatto, viene presentato un calcolo elettromagnetico di varie implementazioni costruttive dei sistemi magnetici di un motore lineare, contenente le seguenti fasi: selezione delle dimensioni di base, calcolo di potenza; calcolo della costante macchina; determinazione dei carichi termici ed elettromagnetici; calcolo dei dati di avvolgimento; calcolo della forza di trazione elettromagnetica; calcolo del sistema magnetico, scelta delle dimensioni dei magneti permanenti. È stato effettuato un calcolo stimato del processo di trasferimento del calore di un motore elettrico lineare.

Nel terzo capitolo sono riportate le espressioni del criterio di ottimizzazione universale, che consente di eseguire un'analisi comparativa di motori a corrente continua e alternata di bassa potenza, tenendo conto dei requisiti di energia e velocità. Vengono formulate le disposizioni della metodologia per la modellazione di un motore CC lineare cilindrico mediante il metodo degli elementi finiti, vengono determinate le ipotesi principali su cui è costruito l'apparato matematico per l'analisi dei modelli dei tipi di motori indicati. Si ottengono modelli bidimensionali agli elementi finiti per un motore lineare cilindrico per vari design della parte mobile: con magnetizzazione pseudo-radiale di magneti a segmenti sull'asta e con rondelle magnetiche magnetizzate assialmente.

Nel quarto capitolo viene presentato lo sviluppo pratico di campioni di motori sincroni lineari cilindrici, viene mostrata l'implementazione circuitale dell'unità di controllo per un motore lineare cilindrico. Vengono evidenziati i principi di controllo del motore elettrico specificato. Sono dimostrati i risultati di studi sperimentali di un motore sincrono lineare cilindrico con un diverso design del sistema magnetico della parte mobile, tra cui: studi dei modi termici del motore elettrico,

dipendenza della forza di trazione del motore elettrico dalle correnti e dallo spostamento. Confronto dei risultati della modellazione con il metodo degli elementi finiti con un esperimento fisico, la valutazione dei parametri ottenuti del motore lineare con il livello tecnico moderno.

In conclusione vengono presentati i principali risultati degli studi teorici e sperimentali.

Analisi del progetto sviluppato di un motore elettrico lineare cilindrico

Un azionamento elettrico lineare con controllo vettoriale di stato impone una serie di requisiti specifici per la progettazione e il funzionamento del CLSD. Il flusso di energia dalla rete attraverso il dispositivo di controllo entra nell'avvolgimento dell'indotto, che garantisce la corretta sequenza di interazione del campo elettromagnetico dell'avvolgimento con il campo dei magneti permanenti dell'asta mobile secondo le adeguate leggi di commutazione. Se sull'asta si trova un magnete permanente altamente coercitivo, la reazione dell'armatura praticamente non distorce il flusso magnetico principale. La qualità della conversione dell'energia elettromeccanica è determinata non solo da un sistema magnetico selezionato razionalmente, ma anche dal rapporto tra i parametri energetici del marchio del magnete e il carico lineare dell'avvolgimento dell'armatura dello statore. Il calcolo del campo elettromagnetico del FEM e la ricerca di un progetto razionale di una macchina elettrica mediante il metodo di un esperimento numerico diretto utilizzando il criterio di ottimizzazione ottenuto consente di farlo con un costo minimo.

Tenendo conto delle moderne esigenze in relazione alla risorsa, al campo di regolazione e posizionamento, il layout del CLSD è costruito secondo il classico principio dell'interazione dinamica del flusso magnetico di eccitazione dell'asta mobile con il flusso magnetico del avvolgimento dell'indotto dello statore senza slot.

Un'analisi tecnica preliminare del progetto sviluppato ha permesso di stabilire quanto segue:

Il problema dell'energia del motore dipende dal numero di fasi e dal circuito di commutazione dell'avvolgimento dell'indotto, mentre la forma del campo magnetico risultante nel traferro e la forma della tensione fornita alle fasi dell'avvolgimento svolgono un ruolo importante;

Sull'asta mobile sono presenti magneti permanenti in terre rare con struttura di magnetizzazione pseudo-radiale, ciascuno dei quali è costituito da sei segmenti combinati in una struttura cilindrica cava;

Nel design sviluppato, è possibile garantire l'unità tecnologica del meccanismo di lavoro e dell'asta CLSD;

Le disposizioni di cuscinetti con fattori di carico ottimizzati forniscono il necessario margine di alta qualità in termini di tempo di funzionamento garantito e campo di regolazione della velocità di corsa dello stelo;

La possibilità di assemblaggio di precisione con tolleranze minime e garantendo la selettività richiesta delle superfici di accoppiamento di parti e assiemi consente di aumentare la durata;

La possibilità di combinare i tipi di movimento traslatorio e rotatorio in un'unica geometria del motore consente di espandere la sua funzionalità e ampliare l'ambito di applicazione.

L'ancora CLSD è un cilindro in acciaio magnetico dolce, ovvero ha un design senza slot. Il nucleo magnetico del giogo dell'armatura è composto da sei moduli - boccole sovrapposte in acciaio 10 GOST 1050-74. Le boccole hanno fori per le estremità di uscita delle bobine di avvolgimento dell'indotto bifase. I manicotti, assemblati in un pacchetto, formano, in sostanza, un giogo per condurre il flusso magnetico principale e ottenere il valore richiesto di induzione magnetica nel traferro di lavoro non magnetico totale. Il design senza slot dell'armatura è il più promettente dal punto di vista di garantire un'elevata uniformità di velocità nell'area dei valori minimi del campo di controllo della velocità lineare, nonché la precisione del posizionamento dell'asta mobile ( nel traferro non magnetico, non ci sono pulsazioni della forza di trazione elettromagnetica dell'ordine dentato). Le bobine di avvolgimento dell'ancora hanno una forma a tamburo, spire di avvolgimento realizzate in filo con isolamento autosinterizzato PFTLD o con isolamento a smalto PETV GOST 7262-54, impregnato con un composto termoindurente a base di resina epossidica, avvolto su un telaio di alluminio di forma rigida e progettato per condizioni di temperatura fino a 200 C. Dopo aver formato e polimerizzato il composto impregnante, la bobina è un'unità monolitica rigida. Gli scudi terminali sono assemblati insieme ai moduli del giogo dell'armatura. Gli alloggiamenti degli schermi terminali sono realizzati in lega di alluminio. Le boccole in bronzo sono installate negli alloggiamenti degli schermi terminali.

Sulla base dei risultati della ricerca brevettuale sono state individuate due implementazioni costruttive di sistemi magnetici, che si differenziano principalmente per il sistema magnetico della parte mobile di un motore lineare cilindrico.

L'asta mobile del design di base del motore elettrico contiene magneti permanenti di terre rare N35, tra i quali sono installate rondelle divisorie non ferromagnetiche, ha 9 poli (di cui non più di 4 si sovrappongono nell'area della lunghezza attiva di la macchina). La macchina è progettata per bilanciare il campo magnetico dei magneti permanenti per ridurre l'effetto del bordo longitudinale primario. I magneti ad alta coercitività forniscono il livello richiesto di induzione nel traferro. I magneti permanenti sono protetti da un manicotto non ferromagnetico che fornisce funzioni di guida e possiede le proprietà di superficie di scorrimento specificate. Il materiale del manicotto-guida deve essere non ferromagnetico, cioè il manicotto non deve schermare il campo magnetico dei moduli di avvolgimento e magnete, il cui collegamento di flusso deve essere massimo. Allo stesso tempo, il manicotto deve avere le proprietà meccaniche specificate che garantiscono un'elevata durata e un basso livello di perdite per attrito meccanico nei supporti lineari - cuscinetti. Si propone di utilizzare acciaio resistente alla corrosione e al calore come materiale di rivestimento.

Va notato che un aumento delle prestazioni energetiche specifiche si ottiene solitamente attraverso l'uso di magneti permanenti ad alta energia magnetica, in particolare da leghe con metalli delle terre rare. Attualmente, la stragrande maggioranza dei migliori prodotti utilizza magneti neodimio - ferro - boro (Nd-Fe-B) con additivi da materiali come disprosio, cobalto, niobio, vanadio, gallio; eccetera. L'aggiunta di questi materiali porta ad un miglioramento della stabilità alla temperatura del magnete. Questi magneti modificati possono essere utilizzati fino a temperature di + 240C.

Poiché le boccole dei magneti permanenti devono essere magnetizzate radialmente, durante la loro fabbricazione è sorto un problema tecnologico legato alla necessità di fornire il flusso richiesto per la magnetizzazione e piccole dimensioni geometriche. Un certo numero di sviluppatori di magneti permanenti ha notato che le loro fabbriche non producono magneti permanenti magnetizzati radialmente da materiali di terre rare. Di conseguenza, è stato deciso di sviluppare una boccola a magnete permanente sotto forma di un magnete - un insieme di sei prismi curvi - segmenti.

Sviluppando e quindi confrontando gli indicatori energetici dei sistemi magnetici, valuteremo le capacità energetiche e considereremo anche la conformità degli indicatori del motore elettrico al livello tecnico moderno.

Lo schema di un motore sincrono lineare cilindrico con un sistema magnetico radiale longitudinale è mostrato nella Figura 1.8.

Come risultato del confronto e dell'analisi del livello di indicatori energetici di due, sviluppati nel corso della ricerca, implementazioni costruttive di sistemi magnetici ottenuti a seguito di un esperimento fisico, l'adeguatezza dei metodi analitici e numerici per calcolare e progettare il tipo di motore elettrico lineare in esame sarà confermato nelle sezioni seguenti.

Algoritmo per il calcolo elettromagnetico di un motore DC lineare cilindrico

La base per il calcolo del CLSD sono i seguenti dati:

Dimensioni;

Lunghezza corsa parte mobile (asta)

Velocità sincrona dell'asta Vs, m/s;

Valore critico (massimo) della forza di trazione elettromagnetica FT N;

Tensione di alimentazione /, V;

Modalità di funzionamento del motore (continuo, PV);

Intervallo di temperatura ambiente AT, C;

Versione motore (protetta, chiusa).

Nelle macchine elettriche induttive, l'energia del campo elettromagnetico è concentrata nel traferro e nella zona dentata (non esiste una zona dentata nel CLDPT con un'armatura liscia), quindi la scelta del volume del traferro nella sintesi di una macchina elettrica è di fondamentale importanza.

La densità di energia specifica nel gap di lavoro può essere definita come il rapporto tra la potenza attiva della macchina Pg e il volume del gap di lavoro. I metodi classici per il calcolo delle macchine elettriche si basano sulla scelta della costante macchina CA (costante di Arnold), che collega le principali dimensioni strutturali con i carichi elettromagnetici ammissibili (corrispondono al carico termico massimo)

Per garantire lo scorrimento dell'asta sui magneti permanenti, viene calzato un manicotto con uno spessore di Ar. Il valore di Ar dipende da fattori tecnologici e viene scelto il minimo possibile.

La velocità sincrona lineare dell'asta CCLDPT e la frequenza di rotazione sincrona equivalente sono correlate dal rapporto

Per garantire il valore richiesto della forza di trazione con un valore minimo della costante di tempo e l'assenza di una forza di fissaggio (riducendola ad un valore accettabile), è stata data preferenza ad una struttura senza denti con eccitazione da magneti permanenti basata su alta energia materiali magneticamente duri (neodimio - ferro - boro). In questo caso il motore ha uno spazio di lavoro sufficiente per accogliere l'avvolgimento.

Il compito principale del calcolo del sistema magnetico è determinare i parametri di progettazione ottimali in termini di parametri energetici, forza di trazione e altri indicatori che forniscono un dato valore di flusso magnetico nel traferro. Nella fase di progettazione iniziale, la cosa più importante è trovare un rapporto razionale tra gli spessori del retro del magnete e la bobina.

Il calcolo del sistema magnetico con magneti permanenti è associato alla determinazione della curva di smagnetizzazione e della conducibilità magnetica delle singole sezioni. I magneti permanenti sono disomogenei, il modello di campo nel gap è complesso a causa dell'effetto del bordo longitudinale e dei flussi di dispersione. La superficie del magnete non è equipotenziale; le singole sezioni, a seconda della loro posizione rispetto alla zona neutra, hanno potenziali magnetici disuguali. Questa circostanza complica il calcolo della conduttività magnetica di dispersione e del flusso di dispersione del magnete.

Per semplificare il calcolo, assumiamo l'unicità della curva di smagnetizzazione, e il flusso di dispersione effettivo, che dipende dalla distribuzione dell'MDF sull'altezza del magnete, viene sostituito da quello calcolato, che corre lungo tutta l'altezza del magnete e lascia completamente la superficie del polo.

Esistono numerosi metodi grafico-analitici per il calcolo dei circuiti magnetici con magneti permanenti, di cui il metodo del fattore di smagnetizzazione utilizzato per calcolare i magneti diritti senza rinforzo ha trovato la massima applicazione nella pratica ingegneristica; il metodo di relazione utilizzato per calcolare i magneti con rinforzo e il metodo di analogia elettrica utilizzato per calcolare i circuiti magnetici ramificati con magneti permanenti.

L'accuratezza di ulteriori calcoli dipende in gran parte dagli errori associati alla determinazione dello stato dei magneti con un'energia specifica utile da Z.opt sviluppata da loro in un gap di lavoro non magnetico 8v. Quest'ultimo deve corrispondere al prodotto massimo dell'induzione del campo risultante nel traferro di lavoro e l'energia specifica del magnete.

La distribuzione dell'induzione nel gap di lavoro del CLSD può essere determinata più accuratamente nel corso dell'analisi agli elementi finiti di uno specifico modello di progettazione. Nella fase iniziale del calcolo, quando si tratta di scegliere un determinato insieme di dimensioni geometriche, dati di avvolgimento e proprietà fisiche dei materiali, è consigliabile impostare il valore medio effettivo di induzione nel gioco di lavoro Bscp. L'adeguatezza dell'impostazione di В3ср all'interno dell'intervallo consigliato determinerà effettivamente l'intensità del lavoro del calcolo elettromagnetico di verifica della macchina con il metodo degli elementi finiti.

I magneti di terre rare magnetiche dure applicati a base di metalli delle terre rare hanno una curva di smagnetizzazione quasi a relè, quindi, in un'ampia gamma di cambiamenti nell'intensità del campo magnetico, il valore dell'induzione corrispondente cambia relativamente poco.

Per risolvere il problema della determinazione dell'altezza del dorso del segmento magnetico hM nella prima fase della sintesi CLSD, si propone il seguente approccio.

Descrizione dei dati iniziali per la modellazione

Il calcolo elettromagnetico con il metodo numerico si basa su un modello che include la geometria della macchina, le proprietà magnetiche ed elettriche dei suoi materiali attivi, i parametri operativi e i carichi agenti. Nel corso del calcolo vengono determinate le induzioni e le correnti nelle sezioni del modello. Quindi vengono determinate forze e momenti, nonché indicatori di energia.

La costruzione del modello prevede la definizione di un sistema di assunzioni di base, che stabilisce l'idealizzazione delle proprietà delle caratteristiche fisiche e geometriche della struttura e dei carichi, sulla base dei quali è costruito il modello. Il design della macchina, realizzato con materiali reali, ha una serie di caratteristiche, tra cui imperfezione della forma, dispersione e disomogeneità delle proprietà dei materiali (deviazione delle loro proprietà magnetiche ed elettriche dai valori stabiliti), ecc.

Un tipico esempio di idealizzazione di un materiale reale è l'assegnazione di proprietà di omogeneità ad esso. In un certo numero di progetti di motori lineari, tale idealizzazione è impossibile, poiché porta a risultati di calcolo errati. Un esempio è un motore sincrono lineare cilindrico con uno strato conduttivo non ferromagnetico (manicotto), in cui le proprietà elettriche e magnetiche cambiano bruscamente quando attraversano l'interfaccia dei materiali.

Oltre alla saturazione, l'effetto della superficie e del bordo longitudinale ha una grande influenza sulle caratteristiche di potenza del motore. In questo caso, uno dei compiti principali è impostare le condizioni iniziali ai confini delle regioni attive della macchina.

Pertanto, il modello può essere dotato solo di una parte delle proprietà di una struttura reale, quindi la sua descrizione matematica è semplificata. La complessità del calcolo e l'accuratezza dei suoi risultati dipendono da quanto bene viene scelto il modello.

L'apparato matematico per l'analisi dei modelli di motori sincroni lineari cilindrici si basa sulle equazioni del campo elettromagnetico e si basa sui seguenti presupposti di base:

1. Il campo elettromagnetico è quasi stazionario, poiché le correnti di spostamento e il ritardo nella propagazione di un'onda elettromagnetica all'interno del campo del campo sono trascurabili.

2. Rispetto alle correnti di conduzione nei conduttori, le correnti di conduzione nei dielettrici e le correnti di convezione derivanti dal movimento delle cariche insieme al mezzo sono trascurabili, e quindi queste ultime possono essere trascurate. Poiché le correnti di conduzione, le correnti di spostamento e le correnti di convezione nel dielettrico che riempiono lo spazio tra lo statore e il rotore non vengono prese in considerazione, la velocità di movimento del dielettrico (gas o liquido) nello spazio non viene preso in considerazione. influenza sul campo elettromagnetico.

3. L'entità dell'EMF dell'induzione elettromagnetica è molto maggiore dell'EMF di Hall, Thompson, contatto, ecc., In relazione al quale quest'ultimo può essere trascurato.

4. Quando si considera il campo in un mezzo non ferromagnetico, si assume che la permeabilità magnetica relativa di questo mezzo sia uguale all'unità.

La fase successiva del calcolo è una descrizione matematica del comportamento del modello o la costruzione di un modello matematico.

Il calcolo elettromagnetico del FEM consisteva nelle seguenti fasi:

1. Selezione del tipo di analisi e creazione della geometria del modello per il FEM.

2. Selezione dei tipi di elementi, immissione delle proprietà dei materiali, assegnazione delle proprietà dei materiali e degli elementi alle aree geometriche.

3. Partizionamento delle regioni del modello in una mesh di elementi finiti.

4. Applicazione al modello delle condizioni al contorno e dei carichi.

5. Selezione del tipo di analisi elettromagnetica, impostazione delle opzioni del risolutore e risoluzione numerica del sistema di equazioni.

6. Utilizzo delle macro del postprocessore per calcolare i valori integrali di interesse e analizzare i risultati.

Le fasi 1-4 si riferiscono alla fase preprocessore del calcolo, fase 5 - alla fase processore, fase 6 - alla fase postprocessore.

La creazione di un modello agli elementi finiti è una fase laboriosa nel calcolo del FEM, poiché associato alla riproduzione della geometria più accurata dell'oggetto e alla descrizione delle proprietà fisiche delle sue regioni. Anche l'applicazione ragionevole dei carichi e delle condizioni al contorno presenta alcune difficoltà.

La soluzione numerica del sistema di equazioni viene eseguita automaticamente e, a parità di altre condizioni, è determinata dalle risorse hardware della tecnologia informatica utilizzata. L'analisi dei risultati è in qualche modo facilitata dagli strumenti di visualizzazione disponibili negli strumenti software utilizzati (PS); allo stesso tempo, questa è una delle fasi meno formalizzate con la maggiore intensità di lavoro.

Sono stati determinati i seguenti parametri: il potenziale vettore complesso del campo magnetico A, il potenziale scalare , la grandezza dell'induzione del campo magnetico B e la forza H. L'analisi dei campi variabili nel tempo è stata utilizzata per trovare l'effetto delle correnti parassite nel sistema.

La soluzione (7) per il caso della corrente alternata ha la forma di un potenziale complesso (caratterizzato dall'ampiezza e dall'angolo di fase) per ciascun nodo del modello. La permeabilità magnetica e la conduttività elettrica del materiale della regione possono essere specificate come una costante o in funzione della temperatura. I PS utilizzati consentono di applicare macro corrispondenti in fase di postprocessore per calcolare alcuni dei parametri più importanti: l'energia del campo elettromagnetico, le forze elettromagnetiche, la densità di correnti parassite, le perdite di energia elettrica, ecc.

Va sottolineato che nel corso della modellazione agli elementi finiti, il compito principale è determinare la struttura dei modelli: la scelta di elementi finiti con funzioni di base e gradi di libertà specifici, la descrizione delle proprietà fisiche dei materiali nelle varie aree , l'assegnazione dei carichi applicati, nonché le condizioni iniziali ai confini.

Come segue dal concetto base di FEM, tutte le parti del modello sono suddivise in insiemi di elementi finiti collegati tra loro ai vertici (nodi). Vengono utilizzati elementi finiti di forma piuttosto semplice, in cui i parametri di campo sono determinati mediante funzioni di approssimazione polinomiale a tratti.

I confini degli elementi finiti nell'analisi bidimensionale possono essere lineari a tratti (elementi del primo ordine) o parabolici (elementi del secondo ordine). Gli elementi lineari a tratti hanno lati diritti e nodi solo negli angoli. Gli elementi parabolici possono avere un nodo intermedio lungo entrambi i lati. È per questo che i lati dell'elemento possono essere curvilinei (parabolici). A parità di numero di elementi, gli elementi parabolici forniscono una maggiore accuratezza dei calcoli, poiché riproducono in modo più accurato la geometria curvilinea del modello e hanno funzioni di forma più accurate (funzioni di approssimazione). Tuttavia, il calcolo con l'uso di elementi finiti di ordine elevato richiede grandi risorse hardware e più tempo per il computer.

Ci sono un gran numero di tipi di elementi finiti usati, tra i quali ci sono elementi che competono tra loro, mentre per vari modelli non esiste una decisione matematicamente valida su come dividere l'area in modo più efficiente.

Poiché un computer viene utilizzato per costruire e risolvere i modelli discreti in esame a causa della grande quantità di informazioni elaborate, è importante la condizione di convenienza e semplicità dei calcoli, che determina la scelta delle funzioni polinomiali a tratti ammissibili. In questo caso, la questione dell'accuratezza con cui possono approssimare la soluzione desiderata diventa di fondamentale importanza.

Nei problemi in esame, le incognite sono i valori del potenziale magnetico vettoriale A ai nodi (vertici) degli elementi finiti delle corrispondenti regioni di uno specifico disegno di macchina, mentre le soluzioni teoriche e numeriche coincidono nella parte centrale dell'elemento finito, quindi, la massima accuratezza nel calcolo dei potenziali magnetici e delle densità di corrente sarà al centro dell'elemento.

Struttura dell'unità di controllo del motore lineare cilindrico

L'unità di controllo implementa algoritmi di controllo software per l'azionamento elettrico lineare. Funzionalmente, la centralina è divisa in due parti: informazione e potenza. La parte informativa contiene un microcontrollore con circuiti I/O per segnali discreti e analogici, nonché un circuito di scambio dati con un computer. La sezione di potenza contiene un circuito per convertire i segnali PWM in tensioni di avvolgimento di fase.

Lo schema elettrico dell'unità di controllo del motore lineare è presentato nell'Appendice B.

I seguenti elementi vengono utilizzati per fornire alimentazione alla parte informativa della centrale:

Alimentazione con tensione stabilizzata +15 V (alimentazione dei microcircuiti DD5, DD6): condensatori di filtro СІ, С2, stabilizzatore + 15 V, diodo di protezione VD1;

Formazione dell'alimentatore con una tensione stabilizzata di +5 V (alimentazione dei microcircuiti DD1, DD2, DD3, DD4): resistore R1 per ridurre i carichi termici dello stabilizzatore, condensatori di filtro C3, C5, C6, partitore di tensione regolabile sui resistori R2, R3, condensatore di livellamento C4, stabilizzatore regolabile +5 V.

Il connettore XP1 viene utilizzato per collegare un sensore di posizione. La programmazione del microcontrollore avviene tramite il connettore XP2. La resistenza R29 e il transistor VT9 generano automaticamente un segnale "1" logico nel circuito di ripristino nella modalità di controllo e non partecipano all'unità di controllo nella modalità di programmazione.

Connettore KhRZ, microcircuito DD1, condensatori C39, C40, C41, C42 trasferiscono i dati tra il personal computer e l'unità di controllo in entrambe le direzioni.

Per formare un feedback di tensione per ciascun circuito a ponte, vengono utilizzati i seguenti elementi: divisori di tensione R19-R20, R45-R46, amplificatore DD3, catene RC filtranti R27, R28, C23, C24.

I circuiti logici implementati utilizzando il microcircuito DD4 consentono di realizzare la commutazione simmetrica bipolare di una fase del motore utilizzando un segnale PWM fornito direttamente dalla gamba del microcontrollore.

Per implementare le leggi di controllo necessarie per un motore elettrico lineare bifase, viene utilizzata la formazione separata di correnti in ciascun avvolgimento dello statore (parte stazionaria) utilizzando due circuiti a ponte, fornendo una corrente di uscita fino a 20 A in ciascuna fase a una tensione di alimentazione da 20 V a 45 V. Transistor MOS VT1-VT8 IRF540N di International Rectifier (USA), con una resistenza da drain-to-source abbastanza bassa RCH = 44 mOhm, prezzo ragionevole e presenza di un analogo domestico 2P769 di VZPP (Russia) , prodotto con accettazione OTK e VPP.

Requisiti specifici per i parametri del segnale di controllo del transistor MOS: una tensione gate-source relativamente elevata necessaria per accendere completamente il transistor MOS; per garantire una commutazione rapida, è necessario modificare la tensione di gate in un tempo molto breve (frazioni di microsecondi), correnti di ricarica significative delle capacità di ingresso del transistor MOS, la possibilità del loro danno quando la tensione di controllo diminuisce nella modalità "on", di regola, dettano la necessità di utilizzare elementi di condizionamento aggiuntivi per i segnali di controllo in ingresso .

Per ricaricare rapidamente le capacità di ingresso dei transistor MOS, la corrente di controllo degli impulsi dovrebbe essere di circa 1 A per i dispositivi a bassa potenza e fino a 7 A per i transistor ad alta potenza. Il coordinamento delle uscite a bassa corrente di microcircuiti generici (controllori, TTL o CMOS - logica, ecc.) Con un gate ad alta capacità viene effettuato utilizzando speciali amplificatori di impulsi (driver).

La revisione condotta dei driver ha rivelato due driver Si9978DW di Vishay Siliconix (USA) e IR2130 di International Rectifier (USA) che sono i più adatti per il controllo del ponte dei MOSFET.

Questi driver hanno una protezione da sottotensione incorporata per i transistor, pur garantendo la tensione di alimentazione richiesta ai gate dei MOSFET, sono compatibili con la logica CMOS e TTL a 5V, forniscono velocità di commutazione molto elevate, bassa dissipazione di potenza e possono funzionare in modalità bootstrap (a frequenze da decine di Hz a centinaia di kHz), vale a dire non richiedono alimentatori ponderati aggiuntivi, il che consente di ottenere un circuito con un numero minimo di elementi.

Inoltre, questi driver hanno un comparatore integrato, che consente di implementare un circuito di protezione da sovraccarico di corrente e un circuito integrato per escludere il flusso di correnti passanti nei transistor MOS esterni.

Come driver dell'unità di controllo, sono stati utilizzati i microcircuiti IR2130 di International Rectifier DD5, DD6, poiché, a parità di condizioni, sono più diffusi nel mercato russo dei componenti elettronici e esiste la possibilità del loro acquisto al dettaglio.

Il sensore di corrente a ponte è implementato utilizzando resistori R11, R12, R37, R38, selezionati per implementare la limitazione di corrente al livello di 10 A.

Con l'aiuto di un amplificatore di corrente integrato nel driver, resistori R7, R8, SW, R34, catene RC filtranti R6, C18-C20, R30, C25-C27, viene realizzato un feedback sulle correnti di fase del motore elettrico. Il layout del pannello prototipo dell'unità di controllo dell'azionamento elettrico lineare ad azione diretta è mostrato in Figura 4.8.

Per implementare gli algoritmi di controllo e l'elaborazione rapida delle informazioni in ingresso, come microcontrollore DD2 è stato utilizzato un microcontrollore digitale AVR ATmega 32 della famiglia Mega prodotto da At-mel. I microcontrollori della famiglia Mega sono microcontrollori a 8 bit. Sono realizzati utilizzando la tecnologia CMOS a bassa potenza, che si combina con un'architettura RISC avanzata per ottenere il miglior rapporto prestazioni/potenza.

Estratto della tesi su questo argomento ""

Come un manoscritto

BAZHENOV VLADIMIR ARKADIEVICH

MOTORE CILINDRICO LINEARE ASINCRONO COMANDATO DA INTERRUTTORI DI CIRCUITO AD ALTA TENSIONE

Specialità 20.05.02 - Tecnologie elettriche e apparecchiature elettriche in agricoltura

tesi per il corso di laurea in scienze tecniche

Izhevsk 2012

Il lavoro è stato svolto nell'istituto di istruzione di bilancio statale federale di istruzione professionale superiore "Accademia agricola statale di Izhevsk" (FSBEI V1U Accademia agricola statale di Izhevsk)

Consulente scientifico: candidato di scienze tecniche, professore associato

1 a Vladykin Ivan Revovich

Avversari ufficiali: Viktor Vorobiev

Dottore in Scienze Tecniche, Professore

FGBOU VPO MGAU

loro. V.P. Goryachkina

Bekmachev Alexander Egorovich Candidato di scienze tecniche, Project Manager di CJSC "Radiant-Elkom"

Organizzazione principale:

Istituzione educativa di bilancio statale federale per l'istruzione professionale superiore "Accademia agricola statale di Chuvash" (FGOU VPO Accademia agricola statale di Chuvash)

La protezione si svolgerà il 28 maggio 2012 alle 10 in una riunione del Consiglio di tesi KM 220.030.02 presso l'Accademia agricola statale di Izhevsk all'indirizzo: 426069,

Izhevsk, st. Studente, 11, stanza. 2.

La tesi può essere trovata nella biblioteca dell'Accademia agricola statale di Izhevsk.

Inserito sul sito: tuyul ^ bba / gi

Segretario Scientifico del Consiglio di Tesi

UFO. Litvinyuk

DESCRIZIONE GENERALE DEL LAVORO

sull'automazione integrata degli impianti elettrici rurali ^ eGnanttT "

ricerche Sulimov M.I., Gusev B.C. contrassegnato con ™ ^

azioni di protezione relè e automazione / rchGIV З0 ... 35% dei casi

azionamento dello stato dell'attuatore

la quota di VM 10 ... 35 kV s, nv ", m" n mv "; I difetti rappresentano

N.M., Palyuga M ^ AaSTZ ^ rZZr ^ Tsy

reinclusione di GAPSH "° TKa30V

guidare nel suo insieme

■ PP-67 PP-67K

■ VMP-10P KRUN K-13

"VMPP-UP KRUN K-37

Figura I - Analisi dei guasti negli azionamenti elettrici VM 6 .. 35 kV VIA, consumano molta energia e richiedono un'installazione ingombrante

guasto del meccanismo di spegnimento, p.u.

00 "PP-67 PP-67

■ VMP-10P KRU | Mobili da esterno-13

■ VMPP-UP KRUN K-37 PE-11

- “„, „“ e un caricabatterie o un dispositivo raddrizzatore cumulativo batar 3 ^ DD ° 0rMTS0M con una capacità di 100 kVA. In virtù del

Gli sciami con "n ^^ prnvo" sono ampiamente utilizzati.

3aShYuNaRgbysh ^ "effettuare un ™ e" dai meriti di

dovdlyaVM. „„ _,., * Alimentazioni DC: impossibile-

Svantaggi del tuono elettrico, incluso l'elettromagnetismo della regolazione SK0R ° ^ DH ^ ^ el ^^ Apnpv, che aumenta Ш1Та> grande "ndu ^ e ingresso dell'avvolgimento I dal polo.

tempo di accensione dell'interruttore ^ -¿ ^ "^ / ^^.„

una batteria o - "P- ^ / ™ th area fino a 70 m

Svantaggi di ^^^^^^^^^

¡Aaaa- ^ 5 ^ -velocità-u

T-D "Svantaggi dell'induzione. Drive

B ^^ "ГГЖ linee cilindriche-Le carenze sopra elencate *" singolarità strutturali

"B, x motori asincroni" Pertanto, proponiamo di utilizzarli in

m e peso e dimensione "O ^ 3 ^" "110 ^ 0 * e_ \ per interruttori olio-come elemento di potenza nel pr"

lei, che, secondo Western-Ur ^ sko ^ società in

la Repubblica Udmurt VMG-35 300 pezzi.

operazione "^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ ^^^^^^^^^^^^^^^^a scopo R / 1/2.

"se è stata consegnata la seguente analisi dei progetti di azionamento esistenti

3 "teorico e caratteristiche

^ С - "- -" "6-35 *

basato su TsLAD.

6. Effettuare le operazioni tecniche ed economiche. ...

uso di TsLAD per azionamenti di interruttori olio 6 ... 35 kV.

L'oggetto della ricerca è: un motore elettrico asincrono lineare cilindrico (CLAD) di dispositivi di azionamento per interruttori di reti di distribuzione rurali 6 ... 35 kV.

Oggetto della ricerca: lo studio delle caratteristiche di trazione del CLAD quando opera in interruttori in olio 6 ... 35 kV.

Metodi di ricerca. La ricerca teorica è stata condotta utilizzando le leggi fondamentali della geometria, della trigonometria, della meccanica, del calcolo differenziale e integrale. Gli studi naturali sono stati condotti con l'interruttore VMP-10 utilizzando strumenti tecnici e di misurazione. I dati sperimentali sono stati elaborati utilizzando il programma Microsoft Excel. Novità scientifica dell'opera.

1. È stato proposto un nuovo tipo di azionamento per interruttori dell'olio, che consente di aumentare l'affidabilità del loro funzionamento di 2,4 volte.

2. È stato sviluppato un metodo per il calcolo delle caratteristiche del CLAD che, a differenza di quelli proposti in precedenza, consente di tenere conto degli effetti di bordo della distribuzione del campo magnetico.

3. Sono stati comprovati i principali parametri di progettazione e le modalità operative dell'azionamento per l'interruttore automatico VMP-10, che riducono la fornitura insufficiente di elettricità ai consumatori.

Il valore pratico del lavoro è determinato dai seguenti risultati principali:

1. È stato proposto il progetto dell'azionamento dell'interruttore automatico VMP-10.

2. È stato sviluppato un metodo per calcolare i parametri di un motore a induzione lineare cilindrico.

3. Sono stati sviluppati una metodologia e un programma per il calcolo dell'azionamento, che consentono di calcolare gli azionamenti di interruttori di circuito di progettazione simile.

4. Sono stati determinati i parametri dell'unità proposta per VMP-10 e simili.

5. È stato sviluppato e testato un campione di laboratorio dell'azionamento, che ha permesso di ridurre le perdite dovute alle interruzioni dell'alimentazione.

Implementazione dei risultati della ricerca. Il lavoro è stato eseguito secondo il piano di ricerca e sviluppo di FGBOU VPO CHIMESH, numero di registrazione 02900034856 "Sviluppo di un azionamento per interruttori ad alta tensione 6 ... 35 kV". I risultati del lavoro e le raccomandazioni sono stati accettati e utilizzati nel software "Bashkirenergo" S-VES (è stato ricevuto l'atto di attuazione).

Il lavoro si basa sulla generalizzazione dei risultati della ricerca condotta in modo indipendente e in collaborazione con scienziati della FGBOU VPO Chelyabinsk State Agricultural University (Chelyabinsk), FGOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy.

Per la difesa sono state proposte le seguenti disposizioni:

1. Tipo di azionamento per interruttori automatici in olio basato su CLAD

2. Modello matematico per il calcolo delle caratteristiche del CLAD, nonché della trazione

forze a seconda del disegno della scanalatura.

programma per il calcolo del drive per interruttori come VMG, VMP con una tensione di 10 ... 35 kV. 4. Risultati della ricerca del progetto proposto dell'azionamento dell'interruttore automatico dell'olio basato sul CLAD.

Approvazione dei risultati della ricerca. Le principali disposizioni del lavoro sono state riportate e discusse nelle seguenti conferenze scientifiche e pratiche: XXXIII conferenza scientifica dedicata al 50° anniversario dell'Istituto, Sverdlovsk (1990); conferenza scientifica e pratica internazionale "Problemi di sviluppo energetico nel contesto delle trasformazioni industriali" (Izhevsk, FGBOU V PO Izhevsk State Agricultural Academy 2003); Conferenza scientifica e metodologica regionale (Izhevsk, FGBOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy, 2004); Problemi reali della meccanizzazione agricola: materiali della conferenza scientifica e pratica giubilare "Istruzione superiore di agroingegneria in Udmurtia - 50 anni". (Izhevsk, 2005), alle conferenze scientifiche e tecniche annuali di insegnanti e dipendenti dell'Accademia agricola statale di Izhevsk.

Pubblicazioni sul tema della tesi. I risultati degli studi teorici e sperimentali si riflettono in 8 lavori a stampa, tra cui: in un articolo pubblicato su una rivista raccomandata dalla Higher Attestation Commission, due rapporti depositati.

Struttura e ambito di lavoro. La tesi è composta da un'introduzione, cinque capitoli, conclusioni generali e appendici, presentata su 167 pagine del testo principale, contiene 82 figure, 23 tabelle e un elenco di riferimenti da 105 titoli e 4 appendici.

Nell'introduzione si sostanzia la rilevanza del lavoro, si considerano lo stato della questione, lo scopo e gli obiettivi della ricerca, si formulano le principali disposizioni per la difesa.

Il primo capitolo analizza i progetti degli azionamenti degli interruttori.

Installato:

Il principale vantaggio di combinare l'azionamento con il CLAD;

La necessità di ulteriori ricerche;

Scopi e obiettivi della tesi.

Nel secondo capitolo vengono considerate le modalità di calcolo del CLAD.

Sulla base dell'analisi della propagazione del campo magnetico, è stato selezionato un modello tridimensionale.

L'avvolgimento MLAD è generalmente costituito da bobine separate collegate in serie in un circuito trifase.

Consideriamo un CLAD con un avvolgimento monostrato e un elemento secondario nello spazio che è simmetrico rispetto al nucleo dell'induttore.

Sono state fatte le seguenti ipotesi: 1. La corrente dell'avvolgimento, posto ad una lunghezza di 2 pm, è concentrata in strati di corrente infinitamente sottili situati sulle superfici ferromagnetiche dell'induttore e crea un'onda viaggiante puramente sinusoidale. L'ampiezza è correlata alla relazione nota con la densità di corrente lineare e il carico di corrente

crea un'onda viaggiante sinusoidale pura. L'ampiezza è correlata alla relazione nota con la densità di corrente lineare e il carico di corrente

a "" "d." "*. (uno)

t - palo; w è il numero di fasi; W è il numero di turni in una fase; I è il valore effettivo della corrente; P è il numero di coppie di poli; J è la densità di corrente;

Ko6 | - distorsione armonica fondamentale dell'avvolgimento.

2. Il campo primario nell'area delle parti frontali è approssimato dalla funzione esponenziale

/ (") = 0,83 exp ~~~ (2)

L'affidabilità di tale approssimazione al quadro reale del campo è dimostrata da studi precedenti, nonché da esperimenti sul modello LIM, in questo caso è possibile sostituire gli L-2.

3. L'origine del sistema di coordinate fisso x, y, z si trova all'inizio della parte di avvolgimento del bordo incidente dell'induttore (Fig. 2).

Con la formulazione accettata del problema, il ricercatore gli avvolgimenti possono essere rappresentati come una doppia serie di Fourier:

dove, A è il carico di corrente lineare dell'induttore; Cob - coefficiente di avvolgimento; L è la larghezza del bus reattivo; C è la lunghezza totale dell'induttore; a - angolo di taglio;

z = 0,5 L - a - zona di variazione dell'induzione; n è l'ordine dell'armonica lungo l'asse trasversale; v-ordine delle armoniche lungo la base longitudinale;

Troviamo la soluzione per il potenziale magnetico vettoriale delle correnti A Nella regione del traferro Ar soddisfa le seguenti equazioni:

divAs = 0. J (4)

Per le equazioni EE A 2, le equazioni hanno la forma:

DA2 = ГгМ2 СИУ 2 = 0.

La soluzione delle equazioni (4) e (5) viene eseguita con il metodo della separazione delle variabili. Per semplificare il problema, diamo solo l'espressione per la componente normale dell'induzione nel gap:

inferno [KY<л

y 2a V 1st<ЬК0.51.

_¿1- 2s -1 -1 "

Figura 2 - Modello matematico calcolato di LIM senza tener conto della distribuzione dell'avvolgimento

KP2. SOB --- AH

X (STRY + C ^ LYY) esp y

La potenza elettromagnetica totale S3M, trasmessa dalla parte primaria alla s "oTVE, Xeg può essere trovata come il flusso della normale 8, una componente del vettore di Poyting attraverso la superficie y - 5

= / / RWS =

"- - \ shXS + C2sILd \ 2

^ ГрЛс ^ ГвВэГ "" "С0Staying" У ™ "*" "" potenza meccanica

R™ con “ZR™” SHYA C° RUBARE “INSEGNA IL FLUSSO”

C \ è un complesso di coniugazioni con C2.

"Z-or", g ".msha" "tasto". ..Z

II" in e., Brcbc

^ И О Л V о_ £ V у

- "" \ shXS + C. cbaz? "

"" - ^ / H ^ n ^ m- ^ rI

l "\ shXS + C2s1gL5 ^

on nn ^ ech ^^ A ^ eToT ^ ^ "b = 2c> ™ -rmo" coordinata uk A-V Tranne Г Г ^ Г in bidimensionale, secondo

chie steel ^ torus ^ to ^^^ i e ^ grandi cose ^ G ^ part ourg "

2) Potenza meccanica

Potenza elettromagnetica £,., "1 = p/s" + .y, / C1 "1"

secondo l'espressione, la formula (7) è stata calcolata secondo

4) Perdita di rame dell'induttore

P, r1 = ШI1 Гф ^

dove gf è la resistenza attiva dell'avvolgimento di fase;

5) K p d. Senza tener conto delle perdite nell'acciaio del nucleo

„P.- i” (12) P, P „(5> + L, ..

6) Fattore di potenza

p m! \ zy + rf)

dove, 2 = + x1 è il modulo dell'impedenza della serie

circuiti equivalenti (Figura 2).

x1 = x „+ xa1 O4)

v -Yaz- g (15)

x = x + x + x + Xa è la reattanza induttiva di dispersione del primario ob-p a * h

М ° ™ È stato così ottenuto un algoritmo per il calcolo delle caratteristiche statiche di un LIM con un elemento secondario cortocircuitato, che consente di tenere conto delle proprietà delle parti attive della struttura ad ogni divisione del dente.

Il modello matematico sviluppato consente:. Applicare un apparato matematico per il calcolo di un motore a induzione a lente cilindrica, le sue caratteristiche statiche sulla base di circuiti di sostituzione di potenza per elettrici primari e secondari e magneticamente "

Valutare l'influenza di vari parametri e design dell'elemento secondario sulle caratteristiche di trazione ed energia di un motore a induzione lineare cilindrico. ... I risultati del calcolo consentono di determinare, in prima approssimazione, i dati tecnici ed economici di base ottimali nella progettazione di motori cilindrici lineari a induzione.

Il terzo capitolo "Studi computazionali e teorici" presenta i risultati dei calcoli numerici dell'influenza di vari parametri e geometrici sugli indicatori di energia e trazione del CLAD utilizzando il modello matematico descritto in precedenza.

L'induttore TsLAD è costituito da rondelle separate situate in un cilindro ferromagnetico. Le dimensioni geometriche delle rondelle induttrici adottate nel calcolo sono riportate in Fig. 3. Il numero di rondelle e la lunghezza del cilindro ferromagnetico è il numero di poli e il numero di cave per polo e la fase dell'avvolgimento dell'induttore è avvolgimenti, conducibilità elettrica C2 - Ang L, a

Vedi anche i parametri del circuito magnetico inverso. In questo caso, i risultati dello studio sono presentati sotto forma di grafici.

Figura 3 - Dispositivo induttore 1-Elemento secondario; 2 dadi; Rondella di tenuta Z; 4- bobina; Alloggiamento 5 motori; 6 avvolgimenti, 7 rondelle.

Per l'azionamento dell'interruttore sviluppato, sono definiti in modo univoco:

1 Modalità di funzionamento, che può essere caratterizzata come "start". Tempo "di lavoro - meno di un secondo (t. = 0,07 s), possono essere ripetuti avviamenti, ma anche in

In questo caso, il tempo di funzionamento totale non supera un secondo. Di conseguenza, i carichi elettromagnetici sono un carico di corrente lineare, la densità di corrente negli avvolgimenti può essere presa significativamente più alta di quella presa per j modalità stazionarie delle macchine elettriche: A = (25 ... 50) 10 A / m, J ( 4.../) A/mm2. Pertanto, lo stato termico della macchina può essere trascurato.

3. Forza di trazione richiesta F „> 1500 N. In questo caso, la variazione della forza durante il funzionamento dovrebbe essere minima.

4. Restrizioni severe sulla taglia: lunghezza Ls. 400 millimetri; il diametro esterno dello statore è D = 40 ... 100 mm.

5 I valori energetici (l, coscp) sono irrilevanti.

Pertanto, il compito di ricerca può essere formulato come segue: per determinate dimensioni, determinare i carichi elettromagnetici il valore dei parametri di progetto LIM,

sforzo di trazione disponibile nell'intervallo di 0,3

Sulla base del compito di ricerca formato, l'indicatore principale del LIM è lo sforzo di trazione nell'intervallo di scorrimento di 0,3

Pertanto, la forza di spinta del LAD sembra essere una dipendenza funzionale.

Fx = f (2p, r, & d2, y2, Yi, Ms> H< Wk, A, a) U<>>

alcuni tametri pr-t -ko e t = 400/4 = 100 - * 66,6 mmGh

tel "SPYAVGICHE" NUMERO IEM P ° LYUS0V "U" 0806 La forza di trazione diminuisce notevolmente - 5

TRAZIONE ° FORZA Associata ad una diminuzione della divisione dei poli t e induzione magnetica in aria e divisione t

è 2p = 4 (Fig. 4). ° GIOCO D'ARIA Pertanto, la

DE 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 9

Diapositiva B, oh

Figura 4 - La caratteristica di trazione del CLAD “a seconda del numero di vomeri”

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 ■

1.5 | a 2.0L<

0 0.10,20,30,40,50,60,70,80,9 1^ slip B, oe

RISU5YUK5, azo.

ra (6 = 1,5 mm e 5 = 2,0 mm)

conducibilità y2, y3 e permeabilità magnetica c3 HE.

La variazione della conduttività elettrica del cilindro in acciaio "(Fig. 6) ha un valore insignificante fino al 5% sulla forza di trazione del CLAD.

0 0,10,23,30,40,50,60,70,83,91

Diapositiva 8.

Figura 6. Caratteristica di trazione del CLAD a vari valori della conducibilità elettrica del cilindro in acciaio

La variazione della permeabilità magnetica μ3 del cilindro in acciaio (Fig. 7) non comporta variazioni significative dello sforzo di trazione Px = DB). Con uno scorrimento di lavoro di 8 = 0,3, le caratteristiche di trazione sono le stesse. Lo sforzo di trazione iniziale varia entro il 3 ... 4%. Di conseguenza, tenendo conto dell'influenza insignificante di legami e Mz sulla forza di trazione del CLAD, un cilindro in acciaio può essere realizzato in acciaio magnetico dolce.

0 0 1 0 2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Glide

Figura 7. La caratteristica di spinta del CDAD a diversi valori della permeabilità magnetica (Tsz = 1000co e Tsz = 500co) del cilindro di acciaio

Dall'analisi delle dipendenze grafiche (Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7), segue la conclusione: cambiamenti nella conduttività del cilindro di acciaio e permeabilità magnetica, limitazione del traferro non magnetico per ottenere una forza di trazione costante 1 "X è impossibile a causa del loro piccolo effetto.

y = 1.2-10 "S/m

y = 3 10 "S / m

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Scorrimento E, oe

Figura 8. Caratteristica di trazione del CLAD a diversi valori della conducibilità elettrica dell'EE

Il parametro con cui è possibile ottenere la costanza dello sforzo di trazione = / (2p, r,<$ й2 ,у2, уз, цз, Я, А, а) ЦЛАД, является удельная электропроводимость у2 вторичного элемента. На рисунке 8 указаны оптимальные крайние варианты проводимостей. Эксперименты, проведенные на экспериментальной установке, позволили определить наиболее подходящую удельную проводимость в пределах у=0,8-10"...1,2-ю"См/м.

Le figure 9 ... 11 mostrano le dipendenze Г, I, т), oo $<р = /(я) при различных значениях числа витков в катушке обмотки индуктора ЦЛАД с экранированным вторичным э л е м е нто в (с/,=1 мм; 5=1 мм).

Lg az o * ~ 05 Ob d5 To

Figura 9. Dipendenza 1 = Г (8) per diversi valori del numero di spire nella bobina

Figura 10. Dipendenza eos

Disegno! I Dipendenza t] = f (S)

Le dipendenze grafiche degli indicatori energetici dal numero di giri nel porridge sono le stesse. Ciò suggerisce che un cambiamento nel numero di giri nella bobina non porta a un cambiamento significativo di questi indicatori. Questo è il motivo della mancanza di attenzione nei loro confronti.

L'aumento dello sforzo di trazione (Fig. 12) con una diminuzione del numero di spire nella bobina è spiegato dal fatto. che la sezione del filo aumenti con valori costanti delle dimensioni geometriche e del fattore di riempimento della scanalatura dell'induttore con rame e una leggera variazione del valore della densità di corrente. Il motore negli azionamenti degli interruttori funziona in modalità di avviamento per meno di un secondo. Pertanto, per azionare meccanismi con una grande forza di trazione iniziale e una modalità operativa a breve termine, è più efficiente utilizzare un CLAD con un numero ridotto di spire e un'ampia sezione del filo della bobina dell'avvolgimento dell'induttore.

mol / "4a? /? (/," ■ SH0O 8oo boa íoo 2 os ■

O o / O.Z oi 05 O 07 os ¿J? Quella

Figura 12. Caratteristica di trazione del CLAD a diversi valori del numero di spire dell'era della bobina di montagna

Tuttavia, con frequenti accensioni di tali meccanismi, è necessario disporre di un margine di riscaldamento per il motore.

Pertanto, sulla base dei risultati di un esperimento numerico utilizzando il metodo di calcolo sopra descritto, è possibile determinare con un grado di precisione sufficiente la tendenza dei cambiamenti negli indicatori elettrici e di trazione per varie variabili del CLAD. L'indicatore principale della costanza dello sforzo di trazione è la conduttività elettrica del rivestimento dell'elemento secondario у 2. Modificandolo nell'intervallo у = 0,8-10 ... 1,2-10 S / m, è possibile ottenere il caratteristica di trazione necessaria.

Di conseguenza, per la costanza della spinta MLAD, è sufficiente impostare valori costanti 2p, m, 8, y), Tsz,

! ], = / (K y2, \ Vk) (17)

dove K = / (2p, m, 8, A2, y, Ts "

Nel quarto capitolo viene descritta una tecnica per condurre un esperimento del metodo studiato per pilotare l'interruttore. Sono stati effettuati studi sperimentali delle caratteristiche del drive su un interruttore di alta tensione VMP-10 (Fig. 13)

Figura 13 Configurazione sperimentale.

Anche in questo capitolo viene determinata la resistenza inerziale dell'interruttore, che viene effettuata utilizzando la tecnica presentata nel metodo analitico grafico, utilizzando il cinematismo dell'interruttore. Le caratteristiche degli elementi elastici sono determinate. Allo stesso tempo, nel design dell'interruttore automatico sono inclusi diversi elementi elastici, che resistono alla chiusura dell'interruttore e consentono di accumulare energia per aprire l'interruttore:

1) Molle di accelerazione GPu ",

2) Interruzione molla G su ",

31 Forze elastiche create dalle molle di contatto Pk. - N. 1, 2012 S. 2-3. - Modalità di accesso: http: // w \ v \ v.ivdon.ru.

Altre edizioni:

2. Pjastolov, A.A. Sviluppo di un azionamento per interruttori ad alta tensione 6 ... 35 kV. "/ AA Pyastolov, IN Ramazanov, RF Yunusov, VA Bazhenov // Rapporto sul lavoro di ricerca (x. No. GR 018600223428 liv. No. 02900034856.-Chelyabinsk : CAMPANELLO 1990. - S. 89-90.

3. Yunusov, R.F. Sviluppo di un azionamento elettrico lineare per scopi agricoli. /RF Yunusov, I.N. Ramazanov, V.V. Ivanitskaja, V.A. Bazhenov // XXXIII conferenza scientifica. Estratti di relazioni - Sverdlovsk, 1990, pp. 32-33.

4. Pjastolov, A.A. Azionamento dell'interruttore automatico dell'olio ad alta tensione. / Yunusov R.F., Ramazanov I.N., Bazhenov V.A. // Scheda informativa n. 91-2. -CSTI, Chelyabinsk, 1991.S 3-4.

5. Pjastolov, A.A. Motore a induzione lineare cilindrico. / Yunusov R.F., Ramazanov I.N., Bazhenov V.A. // Scheda informativa n. 91-3. -CSTI, Chelyabinsk, 1991. p. 3-4.

6. Bazhenov, V.A. Selezione di un elemento di accumulo per l'interruttore VMP-10. Problemi reali della meccanizzazione agricola: materiali della conferenza scientifica e pratica giubilare "Istruzione superiore di agroingegneria in Udmurtia - 50 anni". / Izhevsk, 2005.S. 23-25.

7. Bazhenov, V.A. Sviluppo di un azionamento economico per l'interruttore automatico dell'olio. Conferenza scientifica e metodologica regionale Izhevsk: FGOU VPO Izhevsk State Agricultural Academy, Izhevsk, 2004. S. 12-14.

8. Bazhenov, V.A. Miglioramento dell'azionamento dell'interruttore del circuito dell'olio VMP-10. Problemi di sviluppo energetico nel contesto delle trasformazioni industriali: Materiali della conferenza scientifica e pratica internazionale dedicata al 25° anniversario della Facoltà di Elettrificazione e Automazione dell'Agricoltura e del Dipartimento di Elettrotecnologie delle produzioni agricole. Izhevsk 2003, pp. 249-250.

tesi di laurea di candidato tecnico ragno

Affittato in set_2012 Firmato per la stampa il 24 aprile 2012.

Carta offset Carattere Times New Roman Formato 60x84/16. Volume I foglio stampato. Tiratura 100 copie. N. ordine 4187. Casa editrice di FGBOU BIIO Izhevsk State Agricultural Academy Izhevsk, st. Alunno. undici

Testo di lavoro Bazhenov, Vladimir Arkadevich, tesi su Elettrotecnica e apparecchiature elettriche in agricoltura

ISTITUZIONE EDUCATIVA DEL BILANCIO DELLO STATO FEDERALE DELL'ISTRUZIONE PROFESSIONALE SUPERIORE "ACCADEMIA AGRICOLA STATALE DI IZHEVSK"

Come un manoscritto

Vladimir Bazhenov

MOTORE CILINDRICO LINEARE ASINCRONO COMANDATO DA INTERRUTTORI DI CIRCUITO AD ALTA TENSIONE

Specialità 20.05.02 Elettrotecnica e apparecchiature elettriche in agricoltura

DISERTAZIONE per il corso di laurea magistrale in scienze tecniche

Consulente scientifico: candidato di scienze tecniche,

Vladykin Ivan Revovich

Izhevsk - 2012

Nelle varie fasi della ricerca, il lavoro è stato svolto sotto la guida del Dottore in Scienze Tecniche, Professore, Preside. Dipartimento di macchine elettriche, Istituto di meccanizzazione ed elettrificazione agricola di Chelyabinsk A.A. Pyastolov (capitoli 1, 4, 5) e dottore in scienze tecniche, professore, capo. Dipartimento di "Azionamento elettrico e macchine elettriche" dell'Università statale di agraria di San Pietroburgo A.P. Epifanova (Capitolo 2, 3), L'autore esprime la sua sincera gratitudine.

INTRODUZIONE ................................................. ................................................................. ....................................cinque

1 ANALISI DEI COMANDI PER INTERRUTTORI OLIO E LORO CARATTERISTICHE ............................................. . ................................................. ................................................. 7

1.1 Progettazione e principio di funzionamento degli interruttori .................................................. .. ......undici

1.2 Classificazione degli attuatori .................................................. .................................................quattordici

1.3 Elementi di azionamento principali ................................................... ................................diciannove

1.4 Requisiti di progettazione generali per gli azionamenti .................................. ..22

1.5 Attuatori elettromagnetici .................................................. ................................ 26

1.5.1 Progettazione di azionamenti elettromagnetici .................................................. . ....... 28

1.5.2 Attuatore elettromagnetico CA ..................................42

1.5.3 Azionamento basato su LIM piatto .................................................. . .......................... 45

1.5.4 Azionamento dell'interruttore basato su un motore asincrono rotante ... ................................... ............... ................................... ... 48

1.5.5 Azionamento basato su asincrono lineare cilindrico

motore ................................................. ................................................................. .......................cinquanta

CONCLUSIONI DEL CAPITOLO E OBIETTIVI DEL LAVORO ............................................. ................................. 52

2 CALCOLO DELLE CARATTERISTICHE DEI MOTORGAGEL ASINCRONI LINEARI ................................................ ................................................... ................................................... 55

2.1 Analisi delle metodologie di calcolo delle caratteristiche del LIM .................................................. .... ....... 55

2.2 Metodo basato sulla teoria unidimensionale .................................................. ................................... 56

2.3 Metodologia basata sulla teoria bidimensionale .................................................. .. ............... 58

2.4 Tecnica basata su un modello tridimensionale .................................................. ... ............... 59

2.5 Modello matematico di un motore a induzione cilindrico acceso

in base al circuito equivalente .................................................. .. ................................................ 65

CONCLUSIONI DEL CAPITOLO .................................................. . ................................................. . ................ 94

3 CALCOLO E RICERCA TEORICA ............................................. ...... 95

3.1 Disposizioni generali e compiti da risolvere (denuncia del problema) ........................... 95

3.2. Indicatori e parametri indagati .................................................. ....................... 96

CONCLUSIONI DEL CAPITOLO .................................................. . ................................................. . ............ 105

4 STUDI SPERIMENTALI .................................................. ........... 106

4.1 Determinazione della resistenza inerziale del sistema VM-drive .................... 106

4.2 Determinazione delle caratteristiche degli elementi elastici .................................................. .. 110

4.3 Determinazione delle caratteristiche elettrodinamiche ................................... 114

4.4 Determinazione della resistenza aerodinamica dell'aria e

olio isolante idraulico ВМ .............................................. ................. 117

CONCLUSIONI DEL CAPITOLO .................................................. . ................................................. . ............. 121

5 INDICATORI TECNICI ED ECONOMICI .................................................. . ........ 122

CONCLUSIONI DEL CAPITOLO .................................................. . ................................................. . ............. 124

CONCLUSIONI GENERALI E RISULTATI DEGLI STUDI ................................... 125

LETTERATURA................................................. ................................................................. .......................... 126

APPENDICE A ................................................ ................................................................. ................... 137

APPENDICE B CALCOLO DEGLI INDICATORI DI AFFIDABILITÀ VM6 ... 35KV ... 139

APPENDICE B RIFERIMENTO SULLA RICERCA DELL'OGGETTO DI SVILUPPO ................... 142

I Documentazione del brevetto .................................................. ........................................ 142

II Letteratura scientifica e tecnica e documentazione tecnica .......................... 143

III Caratteristiche tecniche motore a induzione lineare cilindrico .................................................. . ................................................. . ........................... 144

IV Analisi dell'affidabilità operativa degli azionamenti VM-6 .. .35 kV .......................... 145

V Caratteristiche progettuali dei principali tipi di azionamenti VM-6 ... 35 kV ........ 150

APPENDICE D ................................................... ................................................................. ................... 156

Un esempio di esecuzione specifica del drive .................................................. ..... ................. 156

interruttore ad alta tensione .................................................. .. ................................... 156

Calcolo della potenza consumata dall'azionamento inerziale ...................................... 162

durante l'operazione di accensione della VM ............................................. .... ........................................... 162

Indice dei simboli di base e delle abbreviazioni .................................................. . ......... 165

INTRODUZIONE

Con il trasferimento della produzione agricola su base industriale, i requisiti per il livello di affidabilità dell'alimentazione elettrica sono notevolmente aumentati.

Il programma completo mirato per migliorare l'affidabilità dell'alimentazione elettrica ai consumatori agricoli / CKP PN / prevede l'introduzione diffusa di apparecchiature di automazione per reti di distribuzione rurali di 0,4 ... .35 kV, come uno dei modi più efficaci per raggiungere questo obiettivo . Il programma include, in particolare, dotare le reti di distribuzione di moderne apparecchiature di commutazione e dispositivi di azionamento per esse. Insieme a ciò, si ipotizza un uso diffuso, soprattutto nella prima fase, delle apparecchiature di commutazione primarie in esercizio.

I più diffusi nelle reti rurali sono gli interruttori automatici in olio (VM) con azionamenti a molla ea molla. Tuttavia, è noto dall'esperienza operativa che le unità VM sono uno degli elementi meno affidabili dei quadri elettrici. Ciò riduce l'efficacia dell'automazione integrata delle reti elettriche rurali. Ad esempio, in si nota che il 30 ... 35% dei casi di protezione relè e automazione / RPA / non sono implementati a causa dello stato insoddisfacente degli azionamenti. Inoltre, fino all'85% dei difetti è rappresentato da VM 10 ... 35 kV con azionamenti a molla. Secondo i dati di lavoro, il 59,3% dei guasti della richiusura automatica / AR / basato su azionamenti a molla si verifica a causa di contatti ausiliari dell'azionamento e dell'interruttore automatico, il 28,9% a causa di meccanismi per accendere l'azionamento e mantenerlo in posizione chiusa. Le condizioni insoddisfacenti e la necessità di modernizzazione e sviluppo di azionamenti affidabili sono rilevate nei lavori.

C'è un'esperienza positiva nell'utilizzo di azionamenti elettromagnetici CC più affidabili per VM da 10 kV in sottostazioni step-down per scopi agricoli. Tuttavia, a causa di una serie di caratteristiche, queste unità non hanno trovato ampia applicazione [53].

Lo scopo di questa fase di ricerca è quello di scegliere la direzione della ricerca.

Nel processo di lavoro, sono stati risolti i seguenti compiti:

Determinazione degli indicatori di affidabilità dei principali tipi di azionamenti VM-6 .. .35 kV e loro unità funzionali;

Analisi delle caratteristiche progettuali di vari tipi di azionamenti VM-6 ... 35 kV;

Giustificazione e scelta di una soluzione costruttiva per l'azionamento VM 6 ... 35 kV e direzioni di ricerca.

1 ANALISI DEGLI ATTUATORI INTERRUTTORI OLIO E LORO CARATTERISTICHE

Il funzionamento dell'azionamento per interruttori automatici in olio 6-10 kV dipende in gran parte dalla perfezione del design. Le caratteristiche del design sono determinate dai requisiti loro imposti:

La potenza consumata dall'unità durante l'operazione di accensione della VM deve essere limitata, perché l'alimentazione è fornita da trasformatori ausiliari a bassa potenza. Questo requisito è particolarmente importante per le sottostazioni ridotte per l'alimentazione elettrica agricola.

L'azionamento dell'interruttore automatico dell'olio deve garantire una velocità di commutazione sufficiente,

Controllo remoto e locale,

Funzionamento normale a livelli consentiti di variazione delle tensioni di esercizio, ecc.

Sulla base di questi requisiti, i principali meccanismi degli azionamenti sono realizzati sotto forma di convertitori meccanici con un diverso numero di stadi (stadi) di amplificazione, che, nel processo di spegnimento e accensione, consumano poca potenza per controllare il grande flusso di energia consumata dall'interruttore.

Negli azionamenti noti, le cascate di amplificazione sono strutturalmente eseguite sotto forma di dispositivi di blocco (ZUO, ZUV) con chiavistelli, meccanismi di riduzione (RM) con leve di interruzione multi-link, nonché amplificatori meccanici (MU) che utilizzano l'energia di un carico sollevato o una molla compressa. Le figure 2 e 3 (Appendice B) mostrano schemi semplificati di azionamenti per interruttori olio di vario tipo. Le frecce e i numeri sopra di loro mostrano la direzione e la sequenza di interazione dei meccanismi nel processo di lavoro.

I principali dispositivi di commutazione nelle sottostazioni sono interruttori senza olio e senza olio, sezionatori, fusibili con tensione fino a 1000 V e oltre, interruttori automatici, interruttori automatici. Nelle reti elettriche di bassa potenza con una tensione di 6-10 kV, sono installati i dispositivi di commutazione più semplici: interruttori di carico.

Nei quadri 6 ... 10 kV, nei quadri estraibili, vengono spesso utilizzati interruttori pendenti a basso consumo con molla incorporata o azionamenti elettromagnetici (VMPP, VMPE): Correnti nominali di questi interruttori: 630 A, 1000 A, 1600 A, 3200 A.

Corrente di interruzione 20 e 31,5 kA. Una tale gamma di design rende possibile l'utilizzo degli interruttori VMP sia in installazioni elettriche di media potenza che su grandi linee di ingresso e sul lato dei circuiti secondari di trasformatori relativamente grandi. La versione per una corrente di 31,5 kA consente l'uso di interruttori automatici VMP compatti in reti potenti di 6 ... 10 kV senza reagire e quindi ridurre le fluttuazioni e le deviazioni di tensione in queste reti.

Gli interruttori del tipo a vaso basso VMG-10 con azionamento a molla e elettromagnetico sono realizzati per correnti nominali di 630 e 1000 A e corrente di interruzione in cortocircuito di 20 kA. Sono integrati nelle telecamere fisse della serie KSO-272 e sono utilizzati principalmente in installazioni elettriche di media potenza. Esistono anche interruttori automatici a basso consumo di olio del tipo VMM-10 di bassa potenza con azionamenti a molla incorporati per una corrente nominale di 400 A e una corrente di interruzione nominale di 10 kA.

In un'ampia gamma di design e parametri, vengono prodotti interruttori elettromagnetici dei seguenti tipi: VEM-6 con azionamenti elettromagnetici integrati per una tensione di 6 kV, correnti nominali 2000 e 3200 A, corrente nominale di interruzione 38,5 e 40 kA;

VEM-10 con azionamento elettromagnetico incorporato, per una tensione di 10 kV, correnti nominali 1000 e 1250, corrente nominale di interruzione 12,5 e 20 kA;

VE-10 con azionamenti a molla incorporati, per tensione 10 kV, correnti nominali 1250, 1600, 2500, 3000 A. Correnti nominali di interruzione 20 e 31,5 kA.

Gli interruttori elettromagnetici nei loro parametri corrispondono agli interruttori a basso livello di olio VMP e hanno lo stesso campo di applicazione. Sono adatti per frequenti operazioni di commutazione. La capacità di commutazione degli interruttori dipende dal tipo di azionamento, dal suo design e dall'affidabilità di funzionamento. Nelle sottostazioni delle imprese industriali vengono utilizzati principalmente azionamenti a molla ed elettromagnetici integrati nell'interruttore. Gli azionamenti elettromagnetici sono utilizzati in installazioni critiche:

Quando si alimentano ricevitori elettrici di prima e seconda categoria con frequenti operazioni di commutazione;

Impianti elettrici di prima categoria particolarmente critici, indipendentemente dalla frequenza degli interventi;

Con una batteria ricaricabile.

Per le sottostazioni delle imprese industriali vengono utilizzati dispositivi completi a blocchi di grandi dimensioni: quadri, KSO, KTP di varia potenza, tensione e scopo. I dispositivi completi con tutti i dispositivi, gli strumenti di misura e i dispositivi ausiliari sono fabbricati, assemblati e testati in fabbrica o in officina e consegnati assemblati al luogo di installazione. Ciò dà un grande effetto economico, in quanto velocizza e riduce i costi di costruzione e installazione e consente di lavorare con metodi industriali. I quadri completi hanno due design fondamentalmente diversi: estraibili (serie di quadri) e fissi (serie

KSO, KRUN, ecc.). I dispositivi di entrambi i tipi hanno ugualmente successo nel risolvere i problemi di installazione elettrica e lavori di manutenzione.

I quadri estraibili sono più convenienti, affidabili e sicuri da usare. Ciò si ottiene proteggendo tutte le parti in tensione e le connessioni di contatto con un isolamento affidabile, nonché la possibilità di sostituire rapidamente l'interruttore di circuito mediante estrazione e manutenzione in officina. La disposizione del comando dell'interruttore è tale che la sua ispezione esterna può essere effettuata sia con la posizione di chiuso che di aperta dell'interruttore senza srotolare quest'ultimo.

Gli impianti producono serie unificate di quadri estraibili per installazione interna per tensioni fino a 10 kV, i cui principali parametri tecnici sono riportati nella Tabella 1.

Tabella 1.1- Parametri di base del quadro per tensione 3-10 kV per installazione interna

Serie Tensione nominale, in kV Corrente nominale, in A Tipo di interruttore automatico in olio Tipo di azionamento

KRU2-10-20UZ 3.6, 10 630 1000 1600 2000 2500 3200 Vaso basso per olio VMP-Yuld PE-11 PP67 PP70

KR-10-31, 5UZ 6.10 630 1000 1600 3200 Vaschetta olio bassa

KR-10D10UZ 10 1000 2000 4000 5000 Vaschetta olio bassa

KE-10-20UZ 10 630 1000 1600 2000 3200 Elettromagnetico

KE-10-31, 5UZ 10 630 1000 Elettromagnetico

1.1 Progettazione e principio di funzionamento degli interruttori

Gli interruttori del tipo VMG-10-20 sono interruttori ad alta tensione a tre poli con un piccolo volume di liquido estinguente (olio per trasformatori). L'interruttore è progettato per la commutazione di circuiti CA ad alta tensione con una tensione di 10 kV nel normale funzionamento dell'impianto, nonché per lo spegnimento automatico di questi circuiti in caso di correnti di cortocircuito e sovraccarichi derivanti da modalità anomale e di emergenza di funzionamento dell'impianto.

Il principio di funzionamento dell'interruttore si basa sull'estinzione dell'arco elettrico che si verifica quando i contatti vengono aperti dal flusso di una miscela gas-olio formata a seguito della decomposizione intensiva dell'olio del trasformatore sotto l'azione di una combustione ad arco elevato temperatura. Questo flusso riceve una certa direzione in uno speciale dispositivo di estinzione dell'arco situato nella zona di combustione dell'arco.

L'interruttore è controllato da azionamenti. In questo caso, l'accensione operativa viene effettuata a scapito dell'energia di comando, e la disinserzione viene effettuata a scapito dell'energia delle molle di apertura dell'interruttore stesso.

Il progetto dell'interruttore è mostrato in Fig. 1.1. Tre poli dell'interruttore sono montati su un telaio saldato comune 3, che è la base dell'interruttore e presenta fori per il fissaggio dell'interruttore. Sulla parte anteriore del telaio sono presenti sei isolatori in porcellana 2 (due per polo) con fissaggio meccanico elastico interno. Un polo dell'interruttore 1 è sospeso su ciascuna coppia di isolatori.

Il meccanismo di azionamento dell'interruttore (Fig. 9) è costituito da un albero 6 con leve saldate ad esso 5. Alle leve estreme 5 sono collegate le molle di apertura 1, a quella centrale - una molla tampone 2. Alle estremità opposte di le leve, leve isolanti sono fissate meccanicamente, che sono collegate alle aste di contatto che trasportano corrente 9 con l'aiuto

orecchini per zuppa di cavolo 7 e servono a trasferire il movimento dall'albero dell'interruttore all'asta di contatto.

installazioni (tipo VMP-10) - vista generale

Una coppia di leve a due bracci 4 con rulli alle estremità sono saldate tra le leve estreme e centrali sull'albero dell'interruttore. Queste leve servono a limitare le posizioni di chiusura e di chiusura dell'interruttore. All'accensione uno dei rulli si avvicina al bullone 8, quando è spento il secondo rullo muove l'asta 3 del tampone olio; una struttura più dettagliata della quale è mostrata in Fig. 1. 2.

A seconda della cinematica dell'armadio, l'interruttore consente un collegamento dell'azionamento centrale o laterale. Con il collegamento centrale dell'azionamento, viene utilizzata la leva 13 (Fig. 1.1), per il collegamento laterale, la leva 12 è inoltre installata sull'albero dell'interruttore (Fig. 1.1).

Figura 1.2 - Polo dell'interruttore

La parte principale del polo dell'interruttore (Fig. 1.2) è il cilindro 1. Per gli interruttori con una corrente nominale di 1000 A, questi cilindri sono in ottone. I cilindri degli interruttori per corrente nominale 63ОА sono realizzati in acciaio e hanno una cucitura longitudinale non magnetica. Ad ogni cilindro sono saldate due staffe per il fissaggio agli isolatori di supporto, e un involucro 10 con un tappo di riempimento dell'olio 11 e un indicatore dell'olio 15. L'involucro funge da complemento

  • Indagine sull'influenza della tensione di alimentazione non sinusoidale dovuta alla modulazione dell'ampiezza dell'impulso sulle caratteristiche energetiche dei motori asincroni
      • Tecnologie e mezzi di meccanizzazione agricola
      • Elettrotecnica e apparecchiature elettriche in agricoltura
      • Tecnologia agricola e strumenti di manutenzione

    L'invenzione riguarda l'ingegneria elettrica e può essere utilizzata in impianti di pompaggio senza stelo e pozzi per la produzione di fluidi di formazione da medie e grandi profondità, principalmente nella produzione di petrolio. Il motore cilindrico lineare ad induzione contiene un induttore cilindrico con avvolgimento multifase realizzato con possibilità di movimento assiale e montato all'interno di un elemento secondario in acciaio. L'elemento secondario in acciaio è un alloggiamento del motore, la cui superficie interna è rivestita con uno strato di rame altamente conduttivo. L'induttore cilindrico è costituito da più moduli selezionati dalle bobine di fase e interconnessi mediante giunto flessibile. Il numero di moduli induttori è un multiplo del numero di fasi di avvolgimento. Quando ci si sposta da un modulo all'altro, le bobine di fase sono impilate con cambiamenti alternati nella posizione delle singole fasi. Con un diametro del motore di 117 mm, una lunghezza dell'induttore di 1400 mm, una frequenza di corrente dell'induttore di 16 Hz, il motore elettrico sviluppa una forza fino a 1000 N e una potenza di 1.2 kW con raffreddamento naturale e fino a 1800 N con olio raffreddamento. Il risultato tecnico consiste nell'aumentare lo sforzo di trazione e la potenza per unità di lunghezza del motore in condizioni di limitazione del diametro della carrozzeria. 4 malati

    Disegni per brevetto RF 2266607

    SOSTANZA: l'invenzione riguarda strutture di motori asincroni lineari cilindrici sommergibili (CLAD) utilizzati in impianti di pompaggio senza stelo e da pozzo per la produzione di fluidi di formazione da medie e grandi profondità, principalmente nella produzione di petrolio.

    Il metodo più comune per la produzione di petrolio consiste nel prelevare petrolio dai pozzi utilizzando pompe a ventosa azionate da unità di pompaggio.

    Oltre agli evidenti svantaggi insiti in tali installazioni (grandi dimensioni e peso dei gruppi pompanti e delle aste; usura delle tubazioni e delle aste), uno svantaggio significativo sono anche le piccole possibilità di regolazione della velocità di movimento dello stantuffo, e quindi le prestazioni dei gruppi pompanti a ventosa, l'impossibilità di lavorare in pozzi deviati.

    La capacità di regolare queste caratteristiche consentirebbe di tenere conto delle variazioni naturali della portata del pozzo durante il suo funzionamento e ridurre il numero di dimensioni standard delle unità di pompaggio utilizzate per i vari pozzi.

    Soluzioni tecniche note per la realizzazione di gruppi pompanti fondo pozzo senza stelo. Uno di questi è l'uso di pompe a pistoni profondi con un azionamento basato su motori asincroni lineari.

    Il design noto del CLAD, montato nel tubo sopra la pompa a stantuffo (Izhelya GI e altri "Motori a induzione lineare", Kiev, Technics, 1975, p. 135) / 1 /. Il motore noto presenta una carcassa, una induttanza fissa posta in essa ed un elemento secondario mobile disposto all'interno dell'induttanza ed agente mediante una spinta sul pistone della pompa.

    La forza di trazione sull'elemento secondario mobile appare dovuta all'interazione delle correnti indotte in esso con il campo magnetico viaggiante dell'induttore lineare, creato da avvolgimenti multifase collegati alla fonte di alimentazione.

    Tale motore elettrico viene utilizzato nelle unità di pompaggio senza stelo (AS USSR n. 491793, publ. 1975) / 2 / e (AS USSR n. 538153, publ. 1976) / 3 /.

    Tuttavia, le condizioni operative delle pompe sommerse a pistoni e dei motori lineari asincroni nel pozzo impongono restrizioni alla scelta del design e delle dimensioni dei motori elettrici. Una caratteristica distintiva del sommergibile CLAD è il diametro limitato del motore, in particolare, non superiore al diametro della tubazione.

    Per tali condizioni, i motori elettrici noti hanno indicatori tecnici ed economici relativamente bassi:

    Efficienza d. e cos sono inferiori a quelli dei motori asincroni convenzionali;

    La potenza meccanica specifica e lo sforzo di trazione (per unità di lunghezza del motore) sviluppati dal CLAD sono relativamente piccoli. La lunghezza del motore posto nel pozzo è limitata dalla lunghezza della tubazione (non più di 10-12 m). Quando la lunghezza del motore è limitata, è difficile raggiungere la pressione necessaria per sollevare il fluido. Un leggero aumento dello sforzo di trazione e della potenza è possibile solo a causa di un aumento dei carichi elettromagnetici del motore, che porta a una diminuzione dell'efficienza. e il livello di affidabilità dei motori a causa dell'aumento dei carichi termici.

    Questi inconvenienti possono essere eliminati realizzando un circuito "invertitore" "induttore-elemento secondario", in altre parole, l'induttore con avvolgimenti è posto all'interno dell'elemento secondario.

    Un tale progetto di un motore lineare è noto ("Motori elettrici a induzione con circuito magnetico aperto". Informelectro, M., 1974, pp. 16-17) / 4 / e può essere considerato il più vicino alla soluzione rivendicata.

    Il motore lineare noto contiene un induttore cilindrico con un avvolgimento, montato all'interno di un elemento secondario, la cui superficie interna presenta un rivestimento altamente conduttivo.

    Tale disegno dell'induttore rispetto all'elemento secondario è stato creato per facilitare l'avvolgimento e l'installazione delle bobine ed è stato utilizzato non come azionamento per pompe sommerse operanti in pozzi, ma per uso superficiale, ad es. senza rigorose limitazioni alle dimensioni dell'alloggiamento del motore.

    L'obiettivo della presente invenzione è sviluppare un progetto di un motore cilindrico lineare a induzione per l'azionamento di pompe sommerse a pistoni, che, in condizioni di diametro limitato dell'alloggiamento del motore, abbia aumentato gli indicatori specifici: sforzo di trazione e potenza per unità di lunghezza del motore garantendo nel contempo il livello di affidabilità richiesto e un determinato consumo energetico.

    Per risolvere questo problema, un motore asincrono lineare cilindrico per l'azionamento di pompe sommerse a pistoni contiene un induttore cilindrico con un avvolgimento, montato all'interno di un elemento secondario, la cui superficie interna ha un rivestimento altamente conduttivo, mentre l'induttore con avvolgimenti è progettato per il movimento assiale ed è montato all'interno di un alloggiamento del motore elettrico tubolare, lo spessore dell'acciaio le cui pareti non sono inferiori a 6 mm e la superficie interna della custodia è ricoperta da uno strato di rame con uno spessore non inferiore a 0,5 mm.

    Tenendo conto delle irregolarità della superficie dei pozzetti e, di conseguenza, della possibile flessione dell'alloggiamento del motore elettrico, l'induttanza del motore elettrico dovrebbe essere costituita da più moduli interconnessi mediante connessione flessibile.

    Allo stesso tempo, per equalizzare le correnti nelle fasi dell'avvolgimento del motore, il numero di moduli viene scelto come multiplo del numero di fasi e durante il passaggio da un modulo all'altro le bobine vengono impilate con variazioni alternate di l'ubicazione delle singole fasi.

    L'essenza dell'invenzione è la seguente.

    L'utilizzo di un alloggiamento motore in acciaio come elemento secondario consente l'utilizzo più efficiente dello spazio limitato del pozzo. I valori massimi ottenibili della potenza e dello sforzo del motore dipendono dai carichi elettromagnetici massimi ammissibili (densità di corrente, induzione magnetica) e dal volume degli elementi attivi (circuito magnetico, avvolgimento, elemento secondario). La combinazione di un elemento strutturale della struttura - un alloggiamento del motore elettrico con un elemento secondario attivo - consente di aumentare il volume dei materiali attivi nel motore.

    Un aumento della superficie attiva del motore consente di aumentare la spinta e la potenza del motore per unità di lunghezza.

    Un aumento del volume attivo del motore consente di ridurre i carichi elettromagnetici che determinano lo stato termico del motore, da cui dipende il livello di affidabilità.

    Allo stesso tempo, ottenere i valori necessari dello sforzo di trazione e della potenza del motore per unità di lunghezza garantendo il livello di affidabilità richiesto e un dato consumo di energia (efficienza e cos) in condizioni di limitazione del diametro del motore l'alloggiamento è ottenuto dalla selezione ottimale dello spessore della parete in acciaio dell'alloggiamento del motore, nonché dallo spessore del rivestimento altamente conduttivo del suo nucleo, la superficie interna della nave.

    Tenendo conto della velocità nominale di movimento delle parti di lavoro della pompa a stantuffo, della velocità ottimale del campo magnetico di marcia dell'induttore mobile, delle possibili difficoltà tecnologiche nella fabbricazione degli avvolgimenti, dei valori accettabili della divisione dei poli (non inferiore a 0,06-0,10 m) e la frequenza della corrente dell'induttore (non superiore a 20 Hz), i parametri per lo spessore della parete in acciaio dell'elemento secondario e il rivestimento in rame sono selezionati nel modo indicato. Questi parametri consentono, in condizioni di limitato diametro del motore, di ridurre le perdite di potenza (e, di conseguenza, di aumentare l'efficienza) eliminando un aumento della corrente di magnetizzazione e riducendo la dispersione del flusso magnetico.

    Il nuovo risultato tecnico raggiunto dall'invenzione consiste nell'utilizzo di un circuito inverso "elemento induttore-secondario" per l'utilizzo più efficiente dello spazio limitato del pozzo quando si realizza un motore cilindrico lineare asincrono con caratteristiche che ne consentono l'utilizzo come un azionamento per pompe sommerse.

    Il motore rivendicato è illustrato dai disegni, dove la figura 1 mostra una vista generale di un motore con un design modulare dell'induttore, la figura 2 - lo stesso, sezione lungo AA, la figura 3 mostra un modulo separato, la figura 4 - lo stesso, sezione secondo BB.

    Il motore contiene un corpo 1 - un tubo d'acciaio con un diametro di 117 mm, con uno spessore della parete di 6 mm. La superficie interna del tubo 2 è ricoperta di rame con uno strato di 0,5 mm. All'interno del tubo di acciaio 1, tramite manicotti di centraggio 3 con guarnizioni antifrizione 4 e tubo 5, è montata un'induttanza mobile, costituita da moduli 6, interconnessi da una connessione flessibile.

    Ciascuno dei moduli induttori (Fig. 3) è costituito da bobine separate 7, alternate a denti anulari 8, aventi un'asola radiale 9, e poste sul circuito magnetico 10.

    Il collegamento flessibile è costituito dai morsetti superiore 11 e inferiore 12, montati in modo mobile mediante scanalature sulle sporgenze delle boccole di centraggio adiacenti.

    Sul piano superiore del morsetto 11, sono fissati i cavi di alimentazione di corrente 13. In questo caso, per equalizzare le correnti nelle fasi dell'induttore, il numero di moduli viene scelto come multiplo del numero di fasi e al passaggio da un modulo all'altro le bobine delle singole fasi vengono alternativamente scambiate. Il numero totale di moduli induttori, e quindi la lunghezza del motore, vengono selezionati in base allo sforzo di trazione richiesto.

    Il motore elettrico può essere dotato di un'asta 14 per il collegamento ad una pompa sommersa a pistoni e di un'asta 15 per il collegamento ad un alimentatore. In questo caso, le aste 14 e 15 sono collegate all'induttore mediante giunto elastico 16 per impedire il trasferimento del momento flettente dalla pompa sommersa e l'alimentazione di corrente all'induttore.

    Il motore elettrico ha superato le prove al banco e funziona come segue. Quando un motore elettrico sommerso viene alimentato da un convertitore di frequenza situato sulla superficie della terra, nell'avvolgimento multifase del motore compaiono correnti che creano un campo magnetico mobile. Questo campo magnetico induce correnti secondarie sia nello strato altamente conduttivo (rame) dell'elemento secondario sia nell'alloggiamento in acciaio del motore.

    L'interazione di queste correnti con un campo magnetico porta alla creazione di una forza di trazione, sotto l'azione della quale si muove l'induttore mobile, agendo attraverso la spinta sullo stantuffo della pompa. Al termine della corsa della parte mobile, al comando dei sensori, il motore viene invertito variando la sequenza delle fasi della tensione di alimentazione. Quindi il ciclo viene ripetuto.

    Con un diametro del motore di 117 mm, una lunghezza dell'induttore di 1400 mm, una frequenza di corrente dell'induttore di 16 Hz, il motore elettrico sviluppa una forza fino a 1000 N e una potenza di 1.2 kW con raffreddamento naturale e fino a 1800 N con olio raffreddamento.

    Pertanto, il motore rivendicato presenta caratteristiche tecniche ed economiche accettabili per il suo impiego in abbinamento ad una pompa sommergibile a pistoni per la produzione di fluidi di formazione da medie e grandi profondità.

    RECLAMO

    Motore asincrono lineare cilindrico per l'azionamento di pompe sommerse a pistoni, contenente un induttore cilindrico con avvolgimento multifase, realizzato con possibilità di movimento assiale e montato all'interno di un secondario in acciaio, l'elemento secondario in acciaio è un alloggiamento del motore elettrico, la cui superficie interna ha un rivestimento altamente conduttivo sotto forma di uno strato di rame, caratterizzato dal fatto che l'induttore cilindrico è costituito da più moduli, reclutati da bobine di fase e collegati tra loro mediante accoppiamento flessibile, il numero di moduli induttori cilindrici è un multiplo del numero di fasi di avvolgimento e durante la transizione da un modulo all'altro, le bobine di fase sono impilate con cambiamenti alternati nella posizione delle singole fasi.

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