научная статья по теме ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ»

-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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Энергетика»