авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Разработка технологий изготовления порошковых магнитных материалов для электротехнических изделий

-- [ Страница 4 ] --

Магнитная индукция в верхней части выбранного сердечника увеличена на 75%, а масса сердечника по сравнению с применяемым сердечником на серийных конструкциях электромагнитов уменьшена на 34%. Для распространенных электромагнитов постоянного тока с внешним поворотным якорем клапанного типа разработана новая конструкция управляющей катушки, позволившая сохранить равномерную коллимацию магнитного потока по высоте сердечника и одновременно снизить массу обмоточной меди катушки по сравнению с применяемой катушкой на серийных конструкциях электромагнитов на 16%, уменьшить потребляемую электрическую энергию на 18%. Такая конструкция сердечника и катушки позволяет уменьшить средний диаметр обмотки, что одновременно приводит к уменьшению сопротивления среднего витка катушки, к увеличению добротности катушки, к снижению потребляемой мощности, к возрастанию относительной магнитной проницаемости, к уменьшению расхода обмоточной меди для катушки, к уменьшению расхода материала для сердечника, к повышению индуктивности электромагнита, что можно описать следующей системой уравнений:

(23)

(24)

(25)

=В/0Н. (26)

(27)

(28)

L=0W2/lс, (29)

где Rср – сопротивление среднего витка катушки;

– удельное сопротивление материала провода;

dпр – диаметр намоточного провода;

D – добротность катушки;

AW– намагничивающая сила катушки;

Rоб –сопротивление обмотки;

Sм – суммарное сечение проводников обмотки;

Р – мощность катушки;

Soк – площадь окна обмотки;

Кз – коэффициент заполнения обмотки;

– относительная магнитная проницаемость;

0 – абсолютная магнитная проницаемость;

Н – напряженность магнитного поля;

Gм – масса обмоточной меди;

g м– удельный вес провода на единицу длины;

Gс – масса спеченного порошкового материала сердечника;

Sср – среднее сечение сердечника;

gс- удельный вес спеченного порошкового материала сердечника на единицу объема;

lс – длина сердечника;

L – индуктивность.

Постепенно уменьшая угол наклона образующей сердечника к его основанию магнитный поток в воздушном зазоре вначале увеличивается, затем при коэффициенте отношения диаметров сердечника, равного 0,84, магнитный поток становится максимальным, а при дальнейшем уменьшении угла наклона образующей сердечника магнитный поток уменьшается, что вызвано постепенным увеличением насыщения сердечника. Эти исследования показывают, что, изменяя угол наклона образующей сердечника к его основанию, можно оперативно видоизменять тяговую характеристику электромагнита. На рисунке 3 для сравнения показана кривая 9, соответствующая характеристике электромагнита с цилиндрическим сердечником. Различное отклонение кривых 1,2, 3, 4, 5 и 6 вниз от кривой 9 в конце хода якоря связано с влиянием различной степени насыщения усеченного конического сердечника. Хотя в начале хода якоря тяговые характеристики электромагнитов 5, 6, 7 и 3, магнитные системы которых намагничены до насыщения, проходят выше кривой 9.



Разработана новая эффективная конструкция электромагнита переменного тока. Ш-образные магнитные системы были изготовлены таким образом, что позволили устанавливать магнитные шунты без изменения габаритов магнитных систем. Применение магнитного шунта из спрессованного магнитомягкого материала привело к улучшению тяговой характеристики электромагнита переменного тока.

Рис..3. Статические тяговые характеристики электромагнита с внешним поворотным якорем клапанного типа

1 – сердечник Кд =0,44; 2 – сердечник Кд =0,48;

3 – сердечник Кд =0,52; 4 – сердечник Кд =0,6;

5 – сердечник Кд =0,68; 6 – сердечник Кд =0,76;

7 – сердечник Кд =0,84; 8 – сердечник Кд =0,92;

9 – сердечник Кд =1,0

Замена традиционной листовой электротехнической стали на спеченный магнитный материал из порошкового кремнистого железа в асинхронных двигателях переменного тока является важной проблемой современного электромашиностроения.

Разработана новая конструкция синхронного двигателя на основе инновационной технологии, не имеющей аналогов в электромашиностроении. Технический результат достигается тем, что указанная технология дозирования состоит в одновременной подаче в пресс-форму по винтовой линии магнитомягкого материала, содержащего железокремнистый материал с дискретно увеличивающимся ингредиентом кремния, и магнитотвердого материала, содержащего редкоземельный материал самарий с кобальтом, с чередованием слоев по длине ротора в следующей периодической последовательности:

Fe; SmCo5; Fe-Si(l,5 ± 0,05 % Si); SmCo5;

Fe-Si(3,0 ± 0,05 % Si); SmCo5; Fe-Si(4,5 ± 0,1 % Si);

SmCo3; Fe-Si(6.0 ± 0,15 % Si).

 Однофазный синхронный двигатель -32

Рис. 4. Однофазный синхронный двигатель

 Ротор однофазного синхронного-33

Рис. 5. Ротор однофазного синхронного двигателя

Однофазный синхронный электродвигатель (рис. 4) содержит явнополюсный статор 1 с обмотками возбуждения 2, короткозамкнутый ротор 3, дополнительный магнитопровод 4, который находится внутри ступицы 5, выполненной путем заливки из немагнитного материала, а также вал 6, подшипники 7 и подшипниковые щиты 8. Ротор состоит из многозаходных (в частности, девятизаходных) винтовых композиционных слоев (рис. 5).

Слои 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 к 17 расположены с чередованием магнитномягкого материала с магнитотвердым материалом. Слой 9 выполнен из железного порошка, а слои 11, 13, 15 и 17 выполнены из порошка кремнистого железа, причем с различным содержанием кремния. Слой 11 содержит 1,5 + 0,05 % Si, слой 13 содержит 3,0 ± 0,05 % Si, слой 15 содержит 4,5 ± 0,1 % Si, а слой 17 – 6,0 +0,15 % Si.

Сравнительное исследование синхронного двигателя показало, что использование предлагаемого синхронного двигателя по сравнению с аналоговым синхронным двигателем позволяет уменьшить затраты стали на 33 %, повышает КПД на 14 %, снизить потребление электрической энергии на 17 %, снизить ток холостого хода на 24 %, повысить cos на 11 %, и увеличить вращающий момент на 13 %., что в целом позволит улучшить его энерго- и ресурсосберегающие показатели.

Наряду с исследованием магнитных систем, работающих в динамическом режиме, проводились исследования магнитных систем, работающих в статическом режиме. К магнитным системам, работающим в статическом режиме, относится трансформатор напряжения, имеющий самое большое распространение в технике. В отличие от электрических машин трансформатор не имеет движущихся частей, поэтому он не имеет и механических потерь при работе.

Были изготовлены трансформаторы следующих конструктивных исполнений: стержневые, броневые, кольцевые. Исследование магнитных свойств производилось на стержневых сердечниках следующих размеров: общая ширина составляла 8010-3 м, высота 12010-3 м,; ширина каждого керна 25 10-3 м. Все сердечники были выполнены одинаковой толщины 4010-3 м, имели 80 слоев толщиной 0,510-3 м.

После проведения опыта холостого хода ставили трансформатор под
нагрузку. Различная нагрузка устанавливалась плавным перемещением движка реостата. Затем проводили опыт короткого замыкания. Для этого вначале снимали нагрузку с трансформатора, после чего закорачивали вторичную обмотку трансформатора проводником. Далее плавно увеличивали ЛАТРом напряжение на первичной обмотке до тех пор, пока ток на вторичной стороне не становился равным номинальному.

Исследования показали, что трансформаторы, изготовленные по методу порошковой металлургии, обладают рядом преимуществ по сравнению с трансформаторами, изготовленными по базовой технологии: уменьшена, масса магнитномягкого материала на 21,8%, снижен расход обмоточной меди на 24%, снижены удельные магнитные потери в два раза и cos увеличен на 23 %.

На основе критического технологического процесса порошковой металлургии создан индукторный генератор. На примере аналогового серийного генератора Г-700 показано, что использование предлагаемого индукторного генератора в номинальных режимах позволяет уменьшить падение напряжения в 3,4 раза, снизить ток возбуждения в 1,58 раза и повысить нагрузочный ток на 16 %.

Предложена инновационная энергосберегающая технология асинхронного двигателя на основе порошковых материалов, которая позволила превысить уровень физико-механических свойств аналогового двигателя УАД-54, изготовленного по методу традиционного металлургического процесса. При штамповке идет в металлолом в виде отходов листовая электротехническая сталь, которая удаляется при формировании внешних контуров статора и ротора асинхронного двигателя. Реально норма расхода электротехнической стали составляет 0,34 кг, а норма расхода порошковой массы – 0,19 кг, т.е. отход металла в металлолом составляет 44 %.

Использование предлагаемого асинхронного двигателя по сравнению с аналоговым асинхронным двигателем позволяет снизить потребление электрической энергии, поднять КПД, снизить ток ХХ, повысить cos и увеличить вращающий момент, что в целом дает возможность улучшить его энерго- и ресурсосберегающие показатели.

В электротехнической промышленности имеется большая группа сложных изделий, изготовление которых связано со значительными техническими трудностями и высокой трудоемкостью. Такая проблема существует при изготовлении магнитных систем для однофазного индукционного счетчика электрической энергии точность и надежность работы которой зависит от технологии изготовления деталей.

Исследование индукционных счетчиков производилось на магнитных системах Ш-, Б-, Н-, С-, П- и Т-образных форм. Затем для испытания и эксплуатации были изготовлены магнитные системы Б-, Ш- и П-образных форм, как наиболее конструктивные и технологичные системы.

В магнитных системах, изготовленных методом порошковой металлургии, создается магнитный поток большей величины, образуются малые потери и обмотки имеют меньшее потребление по сравнению с аналоговыми магнитными системами. Исследования показали, что чем меньше потребление и ниже потери имеет индукционный счетчик, тем выше его точность и, следовательно, ниже его погрешность. Погрешность индукционного счетчика, детали которого изготовлены методом порошковой металлургии, для номинальной нагрузки 5А составляет 0,03 %, что примерно на 1,8 % меньше погрешности индукционного счетчика, изготовленного по базовой технологии.

Изучение электромагнита с внешним поворотным якорем клапанного типа с цилиндрическим сердечником показало, что такой электромагнит имеет следующие недостатки: малая величина рабочего магнитного потока и большая величина магнитного потока рассеяния, высокая температура нагрева сердечника и катушки, увеличенный расход электротехнической стали и обмоточной меди, низкая механическая износостойкость и увеличенные габариты электромагнита, высокая индуктивность и большое время срабатывания электромагнита. В связи с этим разработана конструкция электромагнита с внешним поворотным якорем клапанного типа с полым сердечником не имеющая аналогов в электротехнической промышленности. Внутренняя поверхность А и наружная В сердечника выполнены в виде эллиптических параболоидов или в виде усеченных конусов. Поверхности А и В образуют стенку h переменного по толщине сердечника сечения m, е, q, причем значения m, е, q соответствуют эмпирической формуле:

, (30)

где hm,e,q – толщина стенки в сечениях «m», «е», «q»,;

d1 – наружный диаметр верхней части сердечника;

d2 –наружный диаметр основания сердечника;

Ф – магнитный поток в сердечнике.

Сердечники и обмотки электромагнита во время работы могут нагреваться. Поэтому если выделяющую теплоту не отводить, то изоляция обмоток быстро испортится и электромагнит выйдет из строя. Для электромагнитов большой мощности можно осуществить принудительный теплообмен через внутреннюю полость сердечника. В нашем случае внутрь полого сердечника устанавливался блокконтактный узел и тем самым уменьшались габариты электромагнита.





ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты, выполненных исследований, могут быть сформулированы следующим образом:

  1. Разработаны физические основы методов управления электромагнитными характеристиками магнитных систем новыми технологическими режимами порошковой металлургии.
  2. Впервые разработаны качественная и количественная теория зависимости комплекса электромагнитных характеристик (коэрцитивной силы, максимальной магнитной проницаемости, удельных потерь и удельного электрического сопротивления) от взаимодействия доменных границ со структурными дефектами типа дислокаций. Раскрыта кинематическая закономерность основных магнитных характеристик магнитопроводов. Установлено, что при увеличении концентрации доменов и уменьшении плотности дислокаций на один порядок скорость движения доменных границ увеличивается в 1,73 раза, что соответственно приводит к увеличению максимальной магнитной проницаемости в 5,1 раза, к уменьшению коэрцитивной силы в 5,6 раза и к снижению удельных потерь Р1,5/50 в среднем на 3,2 Вт/кг.
  3. Исследованы четыре новых технологических режима дискретного прессования магнитных материалов для магнитных систем. Предложена следующая классификация эффективных магнитных систем на основе созданного впервые дискретных режимов прессования слоев:

I класс подразделяется на магнитные системы, выполненные с безвариационным давлением прессования;

II класс – с эквидистанционной вариацией давления прессования;

III класс – с дифференциальным давлением прессования;

IV класс – из композиционных материалов на основе периодического сочетания элементов слоев МММ и МТМ.

  1. Разработана критическая технология спекания магнитной системы. Магнитная система, изготовленная по этой технологии обладает малой коэрцитивной силой, равной 1,39 А/м, высокой магнитной проницаемостью, равной более 269000, и малыми удельными потерями, равными Р1,0/50=0,23 и Р1,5/50=0,5 Вт/кг.
  2. Предложена, изготовлена и запатентована эффективная конструкция синхронного двигателя на основе композиционной магнитной системы переменного тока из чередующихся слоев МММ, с дискретно увеличивающимся ингредиентом кремния, и МТМ. Разработанный двигатель уменьшает затраты стали на 33 %, повышает КПД на 14 %, снижает потребляемую электрическую энергию на 17 %, повышает cos на 11 % и снижает ток ХХ на 24 % по сравнению с аналоговым синхронным двигателем.
  3. Обоснована возможность альтернативного метода прессования магнитных материалов со структурно-чувствительными свойствами. На основе магнитно-импульсного прессования были изготовлены магнитопроводы для приборов измерительной техники, которые показали при испытании снижение расхода электрической энергии на 38%, уменьшение расхода материала на 43%, уменьшение коэрцитивной силы в 5,5 раза, увеличение рабочего магнитного потока примерно в 3 раза, снижение чувствительности к внешним магнитным полям, что в совокупности привело к повышению класса точности приборов с 1,5 до 1,0 и к уменьшению магнитных вариаций показаний приборов.
  4. Разработан способ пропитки волокнистым материалом Ш-образных магнитных систем переменного тока, что позволило увеличить механическую износостойкость магнитных систем до 16 млн циклов срабатываний вместо 5 млн циклов срабатываний, установленных стандартом, и уменьшить механический износ кернов в 2 раза.
  5. Исследовано, что технологический режим простого прессования в диапазоне давлений от 500 до 2000 МПа, обеспечивает изменение комплекса технических характеристик в следующих пределах: увеличение магнитной индукции от 0,9 до 1,8 Т, снижение коэффициента мощности электромагнита от 0,7 до 0,45, повышение кратности пускового тока от 1,12 до 1,73, уменьшение времени срабатывания от 1610-3 до 710-3 с и повышение уровня тяговой характеристики электромагнита в 2,4 раза.
  6. Разработана технология механической обработки торцовых рабочих поверхностей магнитных систем. Установлено, что при 900-ной разности углов направления механической обработки рабочих поверхностей якоря и сердечника механический износ магнитной системы снижается с 0,1110-3 до 0,00310-3 м, т.е. более чем в 30 раз.
  7. Созданы энерго- и ресурсосберегающие инновационные сердечники и управляющие катушки оригинальных конструкций, что позволило обеспечить равномерную коллимацию магнитного потока по всей высоте сердечника для электромагнитного аппарата с внешним поворотным якорем клапанного типа. Несмотря на уменьшение массы сердечника на 34% по сравнению с аналоговой конструкцией магнитный поток в его верхней части увеличился на 15%, масса обмоточной меди снизилась на 16% и потребление электрической энергии уменьшилось на 18%.
  8. Обоснована возможность существенного повышения надежности магнитной системы и улучшения тяговой электромагнитной характеристики путем разработки новой конструкции Ш-образной магнитной системы переменного тока с магнитным шунтом. Разработанный электромагнит позволяет повысить cos на 20-22 % для замкнутой и на 13-15 % для разомкнутой системы, а также снизить потребление энергии в 1,26-1,33 раза для замкнутой и в 2-2,1 раза для разомкнутой системы.
  9. На основе разработанного технологического метода порошковой металлургии создан индукторный генератор, который по сравнению с аналоговым генератором позволяет уменьшить падение выходного напряжения в 3,4 раза, снизить ток возбуждения в 1,58 раза и повысить нагрузочный ток на 16 %.
  10. Магнитопроводы, изготовленные по разработанным методам порошковой металлургии, позволили решить целый ряд технических проблем по созданию следующих новых типов электрических машин, трансформаторов, приборов и аппаратов с улучшенными характеристиками:
  • асинхронный двигатель;
  • малогабаритный трансформатор напряжения;
  • однофазный индукционный прибор электрической энергии;
  • электромагнитный аппарат, сердечник которого выполнен полым с переменным по высоте внутренним диаметром параболической формы и переменной толщиной стенки.

Комплекс теоретических и практических результатов, полученных в диссертационной работе, имеет чрезвычайно важное значение для развития науки, значительно расширяет диапазон технологических режимов изготовления электротехнических материалов и магнитных систем, изготовленных методом порошковой металлургии, и создает большие перспективы использования предложенных автором инновационных конструкций электротехнических изделий в различных отраслях народного хозяйства.

СПИСОК

основных печатных работ и изобретений по теме диссертации



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.