-s
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ 1
нового поколения
■i
Академик РАН Я. Б. ДАНИЛЕВИЧ, Ю. Ф. ХОЗИКОВ, И. Ю. КРУЧИНИНА
лектродвигатели переменного тока пока являются наиболее массовым типом электрических машин, широко используемым во всех отраслях народного хозяйства. В промышленности примерно 60% электрической энергии тратится на приведение во вращение двигателей переменного тока. Вследствие этого проблемы эффективности двигателей пере-
на роторе асинхронного двигателя вместо короткозамкнутой обмотки устанавливаются высокоэнергетические постоянные магниты, например из сплава нио-дим-железо-бор. На рис. 1 представлен вариант такого двигателя мощностью 22 кВт с номинальной частотой вращения 750 об/мин. Для обеспечения пусковых характеристик в наконечнике полюсов
менного тока являются важнейшими. Принципиально электродвигатели переменного тока - эффективные преобразователи электрической энергии в механическую. Как правило, их кПд находится в среднем на уровне 90-92%, а для определенных типов двигателей - и выше. Однако, учитывая масштабы использования этих машин, такой уровень эффективности является недостаточным. Согласно европейским нормам, для присвоения двигателю высшей категории качества величина КПД для сравнимых типов машин должна составлять не ниже 95-97%.
Отделом электроэнергетических проблем РАН (ОЭЭП РАН) исследования по этой проблеме ведутся в двух направлениях. Первое направление связано с внедрением постоянных магнитов в двигатели массовых серий. Это значит, что
42
Рис. 1.
Конструкция магнитной цепи двигателя:
1 - полюса ротора;
2 - обмотка статора.
Рис. 2. Механическая характеристика двигателя (зависимость момента М от скольжения Б, в относительных единицах).
© Я. Б. Данилевич, Ю. Ф. Хозиков, И. Ю. Кручинина
ротора (1) устанавливаются проводящие стержни.
Полюса вместе с постоянными магнитами банда-жируются стеклонитью, а в двигателях повышенной частоты - углеродными волокнами. В качестве статора используется статор серийного асинхронного двигателя. При этом с целью снижения потерь для двигателей повышенной частоты используется электротехническая тонкая сталь -0.35 мм. Возможно также использование аморфной стали с существенно меньшими удельными потерями. Снижение потерь в об- V_
мотке статора (2) обеспечивается выбором схемы соединения и пониженной плотностью тока. Снижение потерь на поверхности наконечников достигается за счет применения магнитных клиньев в пазах статора вместо применяемых традиционно стеклотекстолитовых. Клинья выполняются из ферромагнитного порошка в эпоксидном компаунде. При этом пульсации магнитного поля в воздушном зазоре снижаются в 1.5 раза, а потери, обусловленные пульсацией, - примерно вдвое. Снижение механических потерь на трение обеспечивается за счет
Рис. 3.
Линии векторного потенциала.
Рис. 4. Распределение магнитной индукции в поперечном сечении двигателя.
МООАЬЗОШТШ 5ГГЕР=1 БиВ=1 Е1*Е0=2 ВБиМ 1«У5=0 Рои/ег€гар111С5 ЕЕАСЕТ=1
БМИ = .738Е-04 БМХ = 3.97
•738Е-04
.294165
.514733
.735302
.95587
1.176
1.397
1.618
1.838
2.132
2.353
2.573
2.794
3.015
3.235
3.456
3.676
3.97
устранения шероховатостей вращающихся поверхностей трения и плавного входа охлаждающего воздуха в вентиляционные каналы.
Дополнительное повышение эффективности достигается при использовании концентраторов магнитного поля из сверхпроводниковых материалов.
На рис. 2 приведена полученная механическая характеристика двигателя.
Другим направлением решения проблемы повышения КПД является выполнение двигателей переменного тока в виде асин-
хронных с массивным ротором. Ротор двигателя делается не шихтованным, как обычно, а литым из ферропорошка в смеси с металлокерамикой на основе элементов с высокой электрической проводимостью. В этом случае не требуется изготовления специальных штампов, а появляется возможность применения для ротора практически любого материала с подбором характеристик, пригодных по условиям механической прочности. Такой подбор осуществляется за счет сочетания ферромагнитных и электропроводных свойств составляющих материалов, причем в настоящее время они могут варьироваться в широких пределах.
Электромагнитная энергия подается в обмотку статора, которая может выполняться многофазной и на разную частоту, что позволяет получать необходимые характеристики.
Результаты исследований и моделирования электромагнитных процессов численными методами в машине со статором, представленным на рис. 1, и массивным ротором с проводящими стержнями позволяют сделать следующие выводы.
В установившемся режиме работы максимальная мощность на единицу осевой длины, равная 220 кВт/м, реализуется при шестифазном статоре и четырехполюсном роторе. При этом удельное сопротивление материала ротора - 20 • 10-8 Ом • м/м, а относительная магнитная проницаемость - 100.
На рис. 3 и 4 представлены соответственно линии векторного магнитного потенциала и распределение магнитной индукции в поперечном сечении двигателя. Потери в рассматриваемом случае составляют 4.5 кВт на единицу осевой длины.
В разработанной конструкции наилучшие параметры были достигнуты при частоте тока статора 50 Гц и числе фаз обмотки статора т = 6.
Подобное исполнение двигателей переменного тока не имеет аналогов в мире, их достоинством является обеспечение требуемых параметров по механическим характеристикам, простоте и эффективности технологического исполнения.
(по материалам журнала "Экологический вестник России", № 12, 2003 г.)
аконодательство, определяющее нормативную правовую базу в области предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, является, в соответствии с Конституцией Российской Федерации, предметом совместного ведения федерального центра и субъектов РФ. Работа по развитию и совершенствованию этого законодательства проводится и на федеральном уровне, и в регионах. На федеральном уровне только в 2002 г. принято более 100 различных нормативных актов (федеральных законов, указов Президента РФ, постановлений Правительства, приказов МЧС России), регулирующих отношения в сфере защиты населения и территорий от природных и техногенных чрезвычайных ситуаций.
Закон "Об охране окружающей среды" определяет правовые основы государственной политики в области охраны окружающей среды, обеспечивающие сбалансированное решение социально-экономических задач, сохранение биологического разнообразия, природных ресурсов и благополучной окружающей среды в целом для удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений, укрепления правопорядка и поддержания экологической безопасности.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.