Анизотропный двигатель


Способ изготовления анизотропного ротора асинхронного двигателя

 

(72) Авторы изобретения

Б . X. Гайтов и О. Н. Булавинцева

Краснодарский политехнический институт (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНИЗОТРОПНОГО РОТОРА

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления ротора из ферромагнитного порошка.

Известен способ изготовления рото" ра, включающий прессование ферромагнитного порошка с последующим спеканием спрессованной заготовки PJ .

Недостаток, данного способа - отсутствие возмоЬности изготовления анизотропного ротора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту, является способ изготовления анизотропного ротора асинхронного двигателя, включаюций смешивание ферромагнитного и немагнитного порошков со связующим веществом и последующее прессование смеси. При этом смесь порошков подвергают воздействию магнитного поля с осевым градиентом напряженности (2) .

К недостаткам данного способа относятся низкие электромагнитные характеристики ротора и сложность технологии его изготовления.

Цель изобретения - улучшение элект" ромагнитных характеристик ротора и упрощение технологии его изготовле-ния °

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления анизотропного ротора асинхронного двигателя, включающем смешивание ферромагнитного и немагнитного порошков со связующим веществом и последующее прессование смеси, смешивание порошков осуществляют в циклически накладываемом реверсивном центробежном поле, а смесь порошков перед прессованием подвергают центробежной сепарации.

На фиг. 1 показана схема размещения частиц ферромагнитного порошка после цейтробежной сепарации;на фиг.2зависимость магнитной проницаемости yl и электропроводности f от радиуса ротора.

3 908 2

Способ осуществляют следующим образом.

Для изготовления массивного анизотропного ротора асинхронного двига" теля изготавливают смесь следующего состава, вес.4:

Ферромагнитный порошок

П)Х 2М 80

Порошок меди 5

Эпоксидная смола ЭД-20 14,5

3 4

4,24; 2,3i и 4,73 в сравнении с двигателем, у которого ротор изготовлен по известному способу.

Улучшение характеристик объясняет" ся более высокими электромагнитными свойствами материала ротора в зоне проникновения электромагнитной волны, а именно пониженным значением магии гной проницаемости и более высокой удельной электропроводностью.

Отвердитель диэтилентриамин 0,5

1S

Русле тщательного перемешивания сме ь выливают в цилиндрическую рабочую форму высотой 150 мм, диаметром 9 мм. Внутренняя полость цилиндри ческой формы изолирована от смеси прокладкой из полиэтилентерефталата толщиной 250 мкм, в точности повторяю«20 щей рабочую форму.

Затем смесь подвергают воздействию циклически накладываемых центробежньбс сил (с помощью центрифуги). Таким об25 разом, в течение 8-10 реверсов осуществляется равномерное перемешивание смеси в рабочей форме. Затем в течение 2-3 мин смесь вместе с рабочей . формой вращается со скоростью 6000 об/ мин. При этом, наиболее тяжелые час30 тицы ферромагнитного порошка и меди перемещаются изнутри к поверхности рабочей части будущего ротора, а эпоксидная смола оттекает к центру. Сепарация производится до получения в по- З> верхностном слое 0,3 4 эпоксидной смолы от массы железного порошка.

Затем смесь, подвергнутую центробежной сепарации, вместе с оболочкой из полиэтилентерефталата помещают в жесткую матрицу и прессуют методом двухстороннего прессования с удельным давлением 6 тс/см . После прессования магнитопровод ротора для упрочнения подвергают термической обработ- 4 ке при плавном снижении температуры от 180 до 20 С в течение 4-х ч. После окончания процесса полимеризации изготовленный магнитопровод используется в качестве ротора в асинхронном 50 двигателе тип АОЛ-2-11-4УЗ мощностью

0,6 квт. Сравнение рабочих характеристик (МПД коэффициента мощности и момента на валу) показывает увеличение этих параметров в номиналь- и ном режиме работы соответственно на

Использование предлагаемого способа изготовления анизотропного ротора обеспечивает по сравнению с существующими способами улучшение электромагнитных свойств массивного ротора за счет повышенной плотности порошка по периферии, возможность использования композиций из ферромагнитного порошка и неферромагнитного материала с хорошими проводящими свойствами и жидкого или порошкообразного связующего, быстрое и эффективное смешивание и юследующее формование анизотропных свойств в одном и том же устройстве, несложную технологию изготовления, использование стандартного оборудования, а также экономию ферромагнитного порошка за счет заполнения внутренней непроводящей части ротора более дешевым связующим веществом.

Формула изобретения

Способ изготовления анизотропного ротора асинхронного двигателя, включающий смешивание ферромагнитного и немагнитного порошков со связующим веществом и последующее прессование смеси, отличающийся тем, что, с целью, улучшения электромагнитных характеристик ротора и упрощения технологии его изготовления, смешиваwe порошков осуществляют в циклически накладываемом реверсивном центробежном поле, а смесь порошков перед прессованием подвергают центробежной сепарации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Н 311338, кл. В 22 F 3/02, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР

И 640399, кл. H 02 1: 15/02, 1979.

908523 аамиМММ

ФМУУни (ф/ амаж и.ввысь а@еюжуи

Составитель И.Киянский

Редактор H.Ãðèààíîâà Техред Э.Вереа Корректор И.Коста

Заказ 698/14 Тираж 853 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делан иэо0ретений и открытий

113035, Иосква, I-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

   

www.findpatent.ru

Концепция нейтринного реактивного двигателя на основе анизотропного источника нейтрино. Введение.

Предлагаю Вашему вниманию препринт статьи "Анизотропный источник нейтрино". Автор - к.т.н.Пономаренко А.В.

Краткое содержание: "Рассмотрена возможность создания высокоинтенсивного источника с угловой анизотропией выхода нейтрино. В качестве источников нейтрино предложено использовать радионуклиды, распадающиеся в процессе электронного захвата. Определен перечень радионуклидов, имеющих максимальный выход нейтрино, при минимальных сопутствующих рентгеновском и гамма-излучении, а так же минимальном энерговыделении в источнике. Рассмотрены методы получения радионуклидов для таких источников. Угловая анизотропия выхода нейтрино обеспечивается ядерной поляризацией радионуклида. Определен  метод оптической накачки ядерной поляризации как обеспечивающий высокую степень поляризации в высокоинтенсивных источниках нейтрино. Рассмотрена возможность использования таких источников для повышения выхода нейтрино в заданном направлении, например, при калибровке детекторов солнечных нейтрино. Показана возможность использования таких источников в качестве реактивных двигателей малой тяги для космических аппаратов в тех же приложениях, для которых сейчас используются ионные двигатели. Практическая возможность использовать нейтрино для создания реактивной тяги рассмотрена автором впервые в мире еще в 1987 г. Показано, что высокоинтенсивные анизотропные источники нейтрино могут быть созданы уже на сегодняшний день, российские организации ИРМ, Белоярская АЭС и ФИАН располагают соответствующими технологиями для изготовления такого источника в рамках возможного совместного проекта."

Введение.

Основная суть идеи заключалась в том, что радиоактивные изотопы, испытывающие бета-распад или электронный захват (К-захват), испускают нейтрино при бета-плюс распаде и К-захвате и антинейтрино при бета-минус распаде. В дальнейшем нейтрино и антинейтрино мы будем называть для общности нейтрино. В процессе бета-распада и К-захвата нейтрино, естественно, испускается изотропно. Еще в 1957 году в экспериментах Ву и др. по исследованию эффекта несохранения четности в слабых взаимодействиях, было показано, что поляризованные ядра бета-излучателей испускают бета-частицы в направлении, противоположном направлению магнитного поля, а нейтрино преимущественно по направлению поля. В эксперименте использовался бета-гамма активный источник 60Co, помещенный в магнитное поле. У ядра 60Co величина спина J = 5 и, соответственно, большой магнитный момент, что позволяло получить достаточно большую степень поляризации ядер в магнитном поле. Источник 60Co, помещался в магнитное поле кругового тока, под действием которого спины ядер выстраивались вдоль направления поля. Для того, чтобы тепловое движение не уничтожило поляризацию, 60Co охлаждался до низкой температуры ~0.01о K. Измерялось количество бета-частиц распада 60Co  до 60Ni , испущенных по направлению магнитного поля (спинов ядер) и в противоположном направлении. Вся установка зеркально симметрична относительно плоскости, в которой расположен круговой ток. При зеркальном отражении импульс (полярный вектор) меняет направление на противоположное, а напряженность магнитного поля, магнитный момент, спин (аксиальные вектора) направления не меняют. Если бы пространственная четность сохранялась, что эквивалентно зеркальному отражению, одинаковое количество электронов должно было бы регистрироваться как по направлению магнитного поля, так и в противоположном направлении.

    Однако оказалось, что электроны испускаются преимущественно в направлении противоположном направлению магнитного поля (спинов ядер), т.е. тем самым было доказано, что в слабых распадах четность не сохраняется. Соответственно, по закону сохранения импульса, нейтрино преимущественно вылетают в противоположном направлении. Заметим, что спин у антинейтрино всегда направлен по импульсу (положительная или правая спиральность), у нейтрино против импульса (отрицательная или левая спиральность).

В 1938 г. А. И. Алиханов и А. И. Алиханьян предложили использовать для прямого эксперимента реакцию К-захвата в 7Be: ядро 7Be захватывает электрон из К-оболочки атома и испускает нейтрино, превращаясь в ядро 7Li.При этом если нейтрино  существует, то 7Li получает импульс, равный и противоположный по знаку импульсу нейтрино.Первый успешный опыт с этой реакцией был выполнен американским физиком Дж. Алленом в 1942 г.

В 1948 г. в пионерской работе /3/ было теоретически показано, а в /4,5/ экспериментально подтверждено, что, во-первых, анизотропия в угловом распределении радиоактивного α-, β или γ- излучения имеет место при ядерном спине  I >  1/2 ; во-вторых, интенсивность радиоактивного излучения на единицу телесного угла от угла θ к оси квантования ядерных спинов зависит лишь от  cos2 (θ) (интенсивность F(θ) оказывается полиномом следующего вида:  F ( θ ) =a0+ a2 cos2 θ +  а4cos4θ +  ..., где коэффициенты a2, а4, зависят от ядерной квадруполяризации g и обращаются в нуль

при g= 0. Экспериментальные значения асимметрии F(00)/F(900)в работе /4/ для ориентированных ядер Co-60 достигали 1,45.

         Первая идея расчетной оценки возможности реализации практической установки, обеспечивающей анизотропный поток нейтрино, относилась к 1987 году. В ней автор предложил объединить источник нейтронов, при воздействии которых на родительский изотоп, образуется дочерний бета-активный изотоп, являющийся источником нейтрино. При этом, родительский изотоп находится в поляризованном состоянии, дочерний бета-активный изотоп частично сохраняет ядерную поляризацию. Частично-поляризованный дочерний бета-активный изотоп испускает анизотропный поток нейтрино, который создает реактивную тягу, т.к. вторичные бета-частицы и гамма-кванты поглощаются в конструкционных материалах агрегата. В качестве источника нейтронов рассматривался, в частности, ядерный реактор и вариант с установкой лазерного термоядерного синтеза.

Основной проблемой, подчеркнем, при принципиальной возможности создания таких источников нейтрино, является их малая сила тяги на затрачиваемую тепловую мощность. Это понятно, т.к. в ядерном реакторе тратится не менее 220 МэВ (энергия акта деления) на один нейтрон, который можно использовать для получения дочернего ядра бета-излучателя. В термоядерном реакторе, например, на принципе лазерного синтеза D-T мишени – будет расходоваться не менее 17 МэВ на нейтрон.

На самом деле, тратиться гораздо больше, т.к. есть потери и не все нейтроны взаимодействуют с материнскими ядрами мишени, в которой образуются дочерние бета-изотопы. Для установки на основе ядерного реактора с материнским изотопом Li-7 в мишени и дочерним бета-активным изотопом Li-8 ( максимальная энергия бета-частицы и антинейтрино – 13 МэВ, период полураспада 0,83 с), была получена оценка удельного импульса тяги на единицу мощности реактора 4.0 10-5 (кг м /c)/(МВт с), для термоядерной установки на основе ЛТС - 3.4 10-4 (кг м /c)/(МВт с). Это очень маленькие величины, не имеющие практического значения, т.к. в последнем случае при тепловой мощности реактора в 10 ГВт, тяга составит всего 3.4 н .

Вторая идея связана с пространственным и временным разнесением места производства дочернего радионуклида и использованием радионуклидов, в которых радиоактивный распад происходит путем электронного захвата (К-захват). Такие радионуклиды испытывают ядерное превращение путем захвата электрона с одной из электронных оболочек с превращением протона в ядре в нейтрон и испусканием нейтрино. При этом возбуждение снимается последующим каскадным испусканием рентгеновского и гамма-излучения. Имеется целый ряд радионуклидов, в которых реализуется чистый электронный захват и энергия фотонного излучения значительно меньше энергии испускаемых нейтрино. Это обеспечивает радиационную безопасность при получении, обращении и транспортировке радионуклида. В этом перечне имеется ряд радионуклидов, обладающих относительно большим периодом полураспада, позволяющим накапливать радионуклид при производстве в течение длительного времени. Так же имеются радионуклиды, имеющие не высокую максимальную энергию фотонного излучения, позволяющую хранить радионуклиды в радиационно-безопасных контейнерах минимальной массы. Минимальные энергия и выход вторичных частиц позволяет так же минимизировать теплоотвод от контейнера.

Накопив достаточное количество радионуклида, его можно погрузить на объект, требующий разгона (например, на космический корабль), и в нем  подвергнуть ядерной поляризации.  Поляризация ядер радионуклида приведет к анизотропному испусканию антинейтрино, вследствие чего будет формироваться реактивная тяга.

Методы поляризации ядер вещества хорошо разработаны и известны. Это может быть динамическая поляризация ядер радиочастотным методом, оптическая ядерная накачка с использованием лазера, адиабатическое размагничивание и другие методы. Во всех случаях радионуклид помещается в магнитное поле и дополнительно происходит воздействие на него радиочастотного поля или оптической электромагнитной волны для осуществления прямой или не прямой ядерной поляризации. При непрямой ядерной поляризации, происходит ядерная поляризация ядер другого вещества, которое при контакте с основным веществом передает ядерную поляризацию путем спин-спинового взаимодействия. Оптический метод поляризации спиновых систем, известный в научной литературе под названием «оптическая накачка» или «оптическая ориентация», был впервые предложен в 1950 г. французским ученым Альфредом Кастлером, за что ему в 1966 г. была присуждена Нобелевская премия по физике. Этот метод особенно актуален, т.к. не требует глубокого охлаждения и сверхсильных магнитных полей. В качестве примера, ниже будет более подробно рассмотрена ядерная поляризация щелочного элемента рубидия ( так же разработаны варианты установки на основе натрия) в газовой фазе с помощью метода оптической накачки, с последующей передачей ядерной поляризации основному газу.

При распаде радионуклида путем электронного захвата, требуется только снимать тепло, выделяющееся при поглощении рентгеновского и гамма-излучения, испускаемого радионуклидом, в конструкционных материалах объекта.

продолжение следует...

sciencenewsrus.livejournal.com

Концепция нейтринного реактивного двигателя на основе анизотропного источника нейтрино.Продолжение 3

Предлагаю Вашему вниманию препринт статьи "Анизотропный источник нейтрино". Автор - к.т.н.Пономаренко А.В.

Краткое содержание: "Рассмотрена возможность создания высокоинтенсивного источника с угловой анизотропией выхода нейтрино. В качестве источников нейтрино предложено использовать радионуклиды, распадающиеся в процессе электронного захвата. Определен перечень радионуклидов, имеющих максимальный выход нейтрино, при минимальных сопутствующих рентгеновском и гамма-излучении, а так же минимальном энерговыделении в источнике. Рассмотрены методы получения радионуклидов для таких источников. Угловая анизотропия выхода нейтрино обеспечивается ядерной поляризацией радионуклида. Определен  метод оптической накачки ядерной поляризации как обеспечивающий высокую степень поляризации в высокоинтенсивных источниках нейтрино. Рассмотрена возможность использования таких источников для повышения выхода нейтрино в заданном направлении, например, при калибровке детекторов солнечных нейтрино. Показана возможность использования таких источников в качестве реактивных двигателей малой тяги для космических аппаратов в тех же приложениях, для которых сейчас используются ионные двигатели. Практическая возможность использовать нейтрино для создания реактивной тяги рассмотрена автором впервые в мире еще в 1987 г. Показано, что высокоинтенсивные анизотропные источники нейтрино могут быть созданы уже на сегодняшний день, российские организации ИРМ, Белоярская АЭС и ФИАН располагают соответствующими технологиями для изготовления такого источника в рамках возможного совместного проекта."

Методы создания источника Ar-37 высокой активности.

Впервые способ получения Ar-37 предложен  путем облучения мишени из кальцийсодержащих веществ в реакторе БН потоком быстрых нейтронов с последующим извлечением наработанного до требуемой активности 37Ar из мишени и помещением его в ампулу (В.Н. Гаврин, С.Н. Даньшин, Г.Т. Зацепин, А.В. Копылов. Препринт ИЯИ СССР П-0335, 1984).

Промышленная технология создания источника Аr-37 высокой интенсивности до 1-2 МКи была разработана по проекту МНТЦ №1431. Источник Аr-37 достаточной интенсивности может быть получен путем облучения массивной кальциевой мишени в ядерном реакторе с высоким потоком быстрых нейтронов и большой мощностью таком, как БН-600, Россия на основе реакции 41Ca+ n - > 37Ar+ α . После проведения облучения, мишень должна быть переработана физико-химическими методами с целью выделения образовавшегося аргона и его очистки от других газообразных примесей. Далее аргон должен быть собран в источнике, конструкция которого должна обеспечивать его надежное удержание и защиту персонала, работающего с ним. БН-600 является энергетическим реактором Белоярской АЭС и к нему предъявляются предельно высокие требования по обоснованию безопасности облучения сборок с мишенью, заключающиеся, в частности, в том, что все применяемые технические решения должны быть экспериментально проверены. После проведения экспериментальных и расчетных работ по определению возможности получения в реакторе БН-600 аргона-37 необходимой активности в 1999 году было подготовлено «Предварительное обоснование безопасности получения изотопа аргона-37 в реакторе БН-600», которое положило начало практическим работам но созданию источника нейтрино. В 2001 году разработан технический проект сборки реактора БН-600, содержащей оксид кальция. Создание технологии получения источника Аr-37, ее экспериментальная проверка, а также разработка и испытание технологии проведения калибровки детектора солнечных нейтрино были главными целями проекта. В проекте записано, что помимо прямой цели он позволит в дальнейшем при необходимости производить мощные источники Аr-37 применительно и к другим экспериментам. Важным ожидаемым результатом проекта было изготовление прототипа источника интенсивностью 250..400 кКи и проведение испытательной калибровки модуля нейтринного детектора. В работе принимали участие организации, уже имевшие опыт успешной совместной работы по созданию источника нейтрино активностью 0.6 МКи на основе изотопа Cr-51 для российско-американского эксперимента SAGE. Работы по созданию источника проводились с участием Института ядерных исследований Российской академии наук (ведущая организация), ОКБМ, ФЭИ, Белоярской АЭС, ИРМ. В качестве коллаборантов выступили отделы физики и астрономии Пенсильванского университета и университета имени Вашингтона США и Научно-исследовательский нейтринный центр университета Тохоку, Япония.

В результате проекта, в октябре 2004 года в Баксанской нейтринной обсерватории (БНО) Института ядерных исследований РАН был завершен эксперимент по калибровке галлий-германиевого нейтринного телескопа с использованием искусственного источника нейтрино на основе аргон-37.

В 2002-2003 гг. проводилось облучение в реакторе БН-600 двух экспериментальных сборок с оксидом кальция. После облучения в реакторе в течение двух недель была проведена отработка технологии изготовления источника, включающая разделку сборок на Белоярской АЭС, передачу ампул с оксидом кальция в ИРМ, выделение в ИРМ аргона-37 с использованием химических методов растворения оксида кальция, закачку аргона в капсулу.

В 2003-2004 гг. в реакторе БН-600 были облучены 19 сборок с оксидом кальция. Для сохранения максимально возможной активности аргона-37, имеющего период полураспада 35 дней, важно было провести переработку облученных сборок и изготовить источник в максимально короткий срок. Благодаря совместной работе специалистов Белоярской АЭС и ИРМ на этом этапе был достигнут результат: в конце апреля 2004 года, через две недели после извлечения сборок, был изготовлен источник нейтрино интенсивностью более 400 кКи.

Работа по извлечению облучённых сборок с мишенью из реактора, растворению таблеток оксида кальция и помещению Ar-37 в ампулу источника потребовала почти двухнедельных совместных и тщательно скоординированных усилий групп сотрудников ИРМ и Белоярской атомной станции. Источник был доставлен сначала на самолёте, а потом в сопровождении специальных сил ГИБДД на машине в Баксанскую нейтринную обсерваторию. В 4 часа утра 30 мая ампула с источником опущена в специально подготовленный реактор ГГНТ, содержащий 13 тонн сверхчистого жидкого галлия и была проведена калибровка телескопа искусственным источником нейтрино Ar-37.

Созданный источник обеспечил поток нейтрино в галлиевом детекторе, приблизительно в 50 раз превышающий поток солнечных нейтрино. Выполненная работа получила высокую оценку в Российской академии наук и Федеральном агентстве по атомной энергии.

Другой метод создания высокоинтенсивного источника Ar-37 предложен в патенте № 2092920 от 13.06.1991 (Физико-энергетический институт, авторы Косарев А.А.; Сметанин Э.Я.). Отмечается, что известно получение Ar-37 путем облучения обогащенного 36Ar в реакторе потоком тепловых нейтронов (W.C. Haxton. Phys. Rev C. vol. 38, N 5(1988), p. 2474). Однако получение 37Ar высокой активности данным способом является трудновыполнимым с точки зрения конструктивных и режимных особенностей используемого типа реакторов.

В патенте предлагается наработка изотопа 37Ar путем облучения материала мишени потоком ионизирующего излучения до объемной активности не менее 3,7·1016 Бк, в качестве материала мишени используют изотоп S-34, который облучают потоком альфа -частиц при плотности потока, не меньшем 1017 альфа-частиц/м2·с и концентрации S-34, не меньшей 1028 атомов в 1 м3, и наработанный до требуемой активности в мишени газообразный 37Ar подают непосредственно к месту использования.

Это позволяет нарабатывать изотоп Ar-37 сразу в газообразной фазе и в непосредственной близости от источника альфа-частиц, причем с постоянной скоростью наработки изотопа Ar-37. Мишень, выполненную из обогащенного изотопа S -34 с концентрацией не менее 1028 атомов в 1 м3, помещают в облучаемую камеру. Затем облучают потоком альфа -частиц от генератора альфа-частиц, причем их энергия должна быть больше 5 Мэв, так как порог реакции 34S + α → 37Ar + n равен 4,95 Мэв. Плотность потока α -частиц устанавливают при этом не менее 1017 α /м2·с. Наработанный до требуемой объемной активности газообразный аргон извлекают при помощи гелия и направляют в контейнер-накопитель. Метод извлечения газообразного Ar-37 при помощи гелия описан в (Девис Р. Труды международного семинара по физике нейтрино и нейтринной астрофизике. Препринт ФИАН М. 1969). В (Nucl.Phys. A552, 363 (1993) A.F.Scott, A.J.Morton, S.G.Tims, V.Y.Hansper, D.G.Sargood «The 34S(α, γ)38Ar, 34S(α, n)37Ar and 34S(α, p)37Cl Cross Sections» приведены сечения реакции образования Ar-37 в зависимости от энергии альфа-частиц

sciencenewsrus.livejournal.com

УПРАВЛЕНИЕ ГРЕБНЫМ РЕАКТИВНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С АНИЗОТРОПНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ РОТОРА

Полная библиографическая ссылка: Самосейко В. Ф. УПРАВЛЕНИЕ ГРЕБНЫМ РЕАКТИВНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С АНИЗОТРОПНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ РОТОРА / Вениамин Франциевич Самосейко, Сергей Владимирович Шарашкин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2017. - №2(42). - C. 390-401. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-2-390-401

УПРАВЛЕНИЕ ГРЕБНЫМ РЕАКТИВНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С АНИЗОТРОПНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ РОТОРА

Аннотация

В статье приведены достоинства и недостатки различных типов электрических машин, применяемых при построении систем электродвижения судов. Предложен новый тип электрического двигателя, который по объективным причинам является наиболее перспективным в вопросе выбора электродвигателя для электропривода гребной электрической установки. На основании разработок обоснованы преимущества реактивных электрических машин с анизотропной магнитной проводимостью ротора по сравнению с другими типами двигателей. Выявлено, что реактивные электрические машины обладают высокими энергетическими характеристиками и хорошими массогабаритными показателями. Приведены различные варианты исполнения ротора реактивной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора и показаны их преимущества. Получено математическое описание напряжений и токов в реактивной электрической машине, установлена их связь с электромагнитным моментом и скоростью вращения ротора. На основе полученного математического описания сформированы контуры управления электромагнитным моментом и скоростью вращения ротора. Предложены методы уменьшения статической и динамической ошибок управления. Сформирована структурная схема электродвигателя с системой управления. В соответствии со структурной схемой произведено моделирование электромагнитных процессов в реактивном электродвигателе с анизотропной магнитной проводимостью ротора. В результате моделирования получены графики изменения электромагнитного момента и скорости вращения ротора электрической машины при пуске на холостом ходу и последующим набросом нагрузки. Сделан вывод, что реактивный электродвигатель с анизотропной магнитной проводимостью ротора при построении подчиненной системы управления обеспечивает необходимые электромеханические характеристики для работы системы электродвижения судов. Показано, что при настройке контуров управления электромеханические характеристики привода с реактивным электродвигателем близки к характеристикам привода с двигателем постоянного тока.

Ключевые слова

реактивный электродвигатель, электродвижение судов, анизотропная магнитная проводимость, система управления

Читать полный текст статьи:  PDF

Список литературы

Григорьев А. В. Судовая система электродвижения нового поколения / А. В. Григорьев // Морской флот. - 2012. - № 2. - С. 38-40.Васин И. М. Особенности создания гребного автоматизированного электропривода для судов с электродвижением ледового класса / И. М. Васин // Труды VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. - Саранск: Национальный исследовательский Мордовский гос. ун-т им. Н. П. Огарёва, 2014. - С. 458-462.Мустафа Г. М. Преобразователь частоты для гребного электродвигателя / Г. М. Мустафа, С. В. Волков, А. А. Ершов [и др.] // Электротехника. - 2014. - № 1. - С. 46-53.Хватов О. С. Гребная электрическая установка колесного судна / О. С. Хватов, Е. М. Бурда, Г. И. Коробко // Материалы Конгресса междунар. форума «Великие реки». - 2014. - С. 223-227.Ананьев С. С. Асинхронный электропривод с улучшенными виброакустическими показателями / С. С. Ананьев, А. Н. Голубев // Электричество. - 2008. - № 8. - С. 52-56.Быков А. С. Реверсивные режимы переменно-постоянного тока / А. С. Быков // Эксплуатация морского транспорта. - 2008. - № 2. - С. 74-75.Григорьев А. В. Судовые системы электродвижения на базе двигательно-движительных систем кольцевой конструкции / А. В. Григорьев, Ю. А. Кулагин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2015. - № 4 (32). - С. 164-169.Целуйко И. Г. Развитие электродвижения военных флотов в мире / И. Г. Целуйко // Молодой ученый. - 2012. - № 4. - С. 54-57.Протокол совместного заседания секции «Электротехническое оборудование» НП «НТС ЕЭС» и НТС АО «НТЦ ФСК ЕЭС» по теме «Разработка и внедрение вентильных электроприводов на основе вентильных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов» от 15 марта 2016 г. - Москва, 2016.Самосейко В. Ф. Синхронные машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора. Методика проектирования. Алгоритмы управления / В. Ф. Самосейко, Ф. А. Гельвер, В. А. Хомяк, Д. А. Хайров; под ред. Самосейко В. Ф. - СПб.: Крыловский государственный научный центр, 2016. -174 с.Hofmann H. H. High-speed synchronous reluctance machine with minimized rotor losses. / H. H. Hofmann, S. R. Sanders // IEEE Transactions on Industry Applications. - 2000. - Vol. 36. - Is. 2. - Pp. 531-539. DOI: 10.1109/28.833771.Пат. 2603200 Российская Федерация, МПК H 02 K 1/24, H 02 K 37/04. Синхронный электрический двигатель с анизотропной магнитной проводимостью ротора / В. А. Хомяк, В. Ф. Самосейко, С. В. Шарашкин, Ф. А. Гельвер; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Крыловский государственный научный центр». - № 2015140439/07; заявл. 22.09.2015; опубл. 27.11.2016; бюл. № 33.Григорьев М. А. Система импульсно-векторного управления синхронным реактивным электродвигателем с независимым управлением по каналу возбуждения. / М. А. Григорьев, А. Н. Шишков, Е. В. Белоусов [и др.] // Научная дискуссия: вопросы технических наук. - 2015. - № 5-6. - С. 110-116.Глухенький Т. В. Разработка и исследование бездатчиковых систем управления вентильно-индукторными электродвигателями: автореф. дис. … канд. тех. наук / Т. В. Глухенький. - Чебоксары, 2004. - 19 с.Исаков А. С. Синтез алгоритмов управления частотно-регулируемым электроприводом в условиях информационной неопределенности: дис. … канд. тех. наук / А. С. Исаков. - СПб., 2009. - 140 с.Самосейко В. Ф. Теоретические основы управления электроприводом: учеб. пособие / В. Ф. Самосейко. - СПб.: Элмор, 2007. - 464 с.Быстродействующий адаптивный регулятор частоты вращения электродвигателя // заявка на изобретение № 2015145548; заявл. 22.10.2015 / В. А. Хомяк, В. Ф. Самосейко, И. В. Гагаринов, С. И. Шарашкин.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015663328 РФ. Программа для управления синхронной машиной с анизотропной магнитной проводимостью ротора с успокоительной обмоткой / В. А. Хомяк, В. Ф. Самосейко, С. В. Шарашкин, И. В. Белоусов, И. В. Гагаринов; заявитель и правообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Крыловский государственный научный центр». - № 2015660165; заяв. 26.10.2015; опубл. 20.01.2016.

Об авторах

Самосейко Вениамин Франциевич - доктор технических наук, профессор

kaf_electroprivod@gumrf.ru. samoseyko@mail.ru

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»

Шарашкин Сергей Владимирович - аспирант

s_sharashkin@mail.ru

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»

journal.gumrf.ru


Смотрите также