Некоторые научно-технические проблемы развития электромеханики малой мощности

Лавриненко В.А., Гончаров И.П., Осипенко Р.А., Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова

Научно-технические проблемы, решением которых занимаются сотрудники лаборатории микромашин кафедры электромеханики и технологий электротехнических производств Чувашского государственного университета в сотрудничестве с предприятиями, можно объединить в три группы.

1. Проблемы теории

1.1. Проводятся исследования распределения магнитного поля в воздушном зазоре электрических машин (ЭМ) с целью получения информации, необходимой для расчета индуктивных параметров [14,16].

1.2. Разрабатывается общая теория нелинейных и параметрических систем [10,12,17], которая позволяет решать большое количество прикладных задач.

1.3. Составляются инженерные методики автоматизированного расчета [13,18,19], позволяющие ускорить процесс оптимизации конструкций ЭМ.

1.4. Определяются наиболее рациональные конструкции ресурсосберегающих ЭМ [1-9]. Разработка научно и технически обоснованных рекомендаций по использованию того или иного типа ЭМ дает экономический эффект.

1.5. Синтезируются электромеханические системы из электромашинных и полупроводниковых элементов [15,21]. Данная тенденция определяет вектор развития электромеханики. Успехи в развитии полупроводниковой техники позволяют решать задачи создания наиболее рациональных способов коммутации тока в цепях электрических машин и получить в результате этого новые типы вентильных машин, в частности, на основе использования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Необходимость перехода к моделированию все более сложных систем, описываемых десятками дифференциальных уравнений с переменными структурами и переменными коэффициентами, требует развития существующих методов компьютерного моделирования.

1.6. Снижается уровень звука ЭМ путем уменьшения возмущающих сил механического, магнитного и аэродинамического происхождения.

2. Конструкторско-технологические проблемы

2.1. Созданы унифицированные ряды ресурсосберегающих однофазных электрических машин переменного тока ДАО64 бытового назначения и электродвигателей постоянного тока с постоянными магнитами ДП56 для автомобильной техники [11,20].

Прошли приемочные испытания опытных партий унифицированных двигателей ДАО64 и ДП56, имеющих более высокий кпд и меньшую стоимость в сравнении с отечественными аналогами.

2.2. Разрабатываются типовые конструкции двигателей, которые можно использовать для непосредственного электропривода различных механизмов бытового назначения [1-9]. Особенность новых конструкций двигателей в том, что не требуется дорогостоящего оборудования для обмоточных работ. В предлагаемых конструкциях уменьшение трудоемкости и упрощение технологии изготовления происходит за счет применения сосредоточенных обмоток взамен всыпных, укладываемых в отдельные пазы.

2.3. Повышается качество ЭМ малой мощности за счет выполнения требований, предъявляемых к показателям качества, которые условно можно разбить на семь групп.

Первую группу составляют показатели назначения, включающие в себя классификационные показатели и показатели функциональной и технической эффективности. Для ЭМ классификационные показатели включают в себя номинальные данные. Показатели функциональной и технической эффективности включают кратности максимального kmах, начального пускового kп и минимального kmin моментов, потребляемую мощность P1, кратность пускового тока kI, момент инерции ротора J.

Вторую группу образуют показатели надежности: установленная безотказная наработка Ту и срок службы Тслу (ГОСТ 27.002-83). ЭМ следует рассматривать как изделие из последовательно соединенных элементов (обмоток, магнитопровода, подшипников, коллектора, щеток и т.д.). При этом отказ любого из них приводит к потере работоспособности машины.

Третья группа — это показатели экономного использования сырьевых, материальных, топливных, энергетических и трудовых ресурсов: коэффициент полезного действия n, удельная масса на единицу полезной мощности G/Рн , коэффициент мощности соs и масса машины G.

Четвертая группа — эргономические показатели: средний уровень звука L, среднее квадратическое значение виброскорости V.

В пятую группу входят показатели технологичности: удельная трудоемкость изготовления Ти (нормочасы на единицу полезной мощности), удельная материалоемкость (кг/Вт) по отдельным видам материалов и суммарная, удельная технологическая себестоимость Ст (руб/Вт) и коэффициент использования материалов Кис, характеризующий их экономию,

Шестая группа — патентно-правовые показатели — показатель патентной защиты Пп.з (наличие оформленных заявок на изобретения патентов в стране и за рубежом) и показатель патентной чистоты Пп.ч, что особенно важно для поставки на экспорт.

Седьмая группа — показатель безопасности — класс защиты от поражения электрическим током (ГОСТ 12.2.007.0-75).

2.4. Применяются технологии автоматизированного проектирования с использованием систем трехмерного (3D) моделирования. Использование таких CAD-, CAM- и CAE-систем, как Pro/engineer, позволяет использовать технологию нисходящего проектирования, в том числе создавать трехмерные скелетоны (англ. skeleton - скелет, каркас) – структурные 3D модели сборок. Имеется возможность объявлять зависимости в компоновке и управлять габаритами проектируемой машины.

Pro/engin