Вентильные двигатели

Многолетняя научно-исследовательская работы кафедры в области вентильных электрических двигателей и технологического оборудования в обеспечение их производства позволила освоить выпуск высокомоментных бесконтактных широкорегулируемых вентильных электродвигателей 5ДВМ на ОАО "ЧЭАЗ". Появление этих уникальных электродвигателей открывает перспективы разработки на их базе автоматизированных электроприводов отечественного производства применительно к станкам с ЧПУ, технологическому автоматизированному оборудованию (лазерному, сварочному, штамповочному и др.), а также для применения в приводах широкого назначения в химической и металлургической промышленности, в изделиях военного назначения. По тематике работы получено 30 патентов и авторских свидетельств.

В университете функционирует проблемная лаборатория по электромеханотронике, основанная на базе двух кафедр: ЭМТЭП и УИТС, - под руководством профессоров Афанасьева и Нестерина.

Проведенные с помощью математического моделирования исследования распределения магнитного поля в рабочем зазоре, зубцовых пульсаций момента, формы э.д.с. в фазах обмотки вентильного двигателя (ВД) позволили выбрать оптимальную геометрию листов статора и ротора, размеры и форму ПМ, скос пазов статора. Предложенная математическая модель была доработана применительно к импульсным намагничивающим индукторным системам.

Разработан также аналитический подход к расчету электромагнитного поля в вентильном двигателе, особенно эффективный для анализа работы двигателей с ПМ в переходных режимах.

Математическое моделирование и уточненная методика поверочного расчета ВД с учетом вентильного преобразователя и свойств редкоземельных ПМ использованы в проектных расчетах серии электродвигателей типа 5ДВМ. При проектировании двигателей ряд моментов от 0,1 до 170 Нм был разбит на диапазоны. Это разбиение и основные характеристики двигателей представлены в таблице.

В пределах каждого диаметра двигатели имеют несколько значений длин. А в пределах каждой длины получено несколько типоисполнений по частоте вращения. На рисунке приведена фотография вентильных электродвигателей серии 5ДВМ различных габаритов.

Двигатели имеют также исполнения по напряжению в звене постоянного тока Uo. Ротор двигателей шихтованный (по технологическим соображениям) с наклеенными ПМ из материала неодим-железо-бор отечественного производства. Магнитный слой бандажируется специальной бандажной лентой, пропитанной однокомпонентным клеем-компаундом "Пластметаллкерамик". Для целей намагничивания разработаны специальные индукторные системы на все типоразмеры роторов.

Экономический эффект может быть получен в результате импортозамещения. Цена двигателей 5ДВМ в среднем на 150-200$ меньше, чем лучшие зарубежные образцы (например 1FT5 и 1FT6 фирмы Siemens).

В России в последнее время выпускается до 200 новых станков в год.

Отечественные аналоги близкого функционального и технического уровня, а также по масштабам исследования и освоения производства практически отсутствуют. Ближайший зарубежный аналог - двигатели ДВУ215 и ДВУ2М с ферритовыми и редкоземельными постоянными магнитами (ПМ) производства ДЭМЗ (Украина, г. Днепропетровск) уступают двигателям 5ДВМ по массогабаритным показателям и не имеют такого уровня оснащения (нет магнитоэлектрических тормозов, нет комплексного датчика, отсутствует резольвер). В то же время двигатели 5ДВМ не уступают двигателям 1FT5, 1FT6 (ф. Siemens) как по энергетическим, так и массогабаритным показателям.

Двигатели 5ДВМ представляют собой корпусные электрические машины, чем достигается продольная и поперечная жесткость конструкции. Это особенно важно с учетом того, что машины относительно длинные (l/D=1-3) вследствие стремления уменьшить момент инерции и повысить быстродействие. В сочетании со скосом пазов на одно зубцовое деление дробная обмотка обеспечивает снижение нежелательных зубцовых пульсаций электромагнитного момента.

Передний щит двигателя имеет исполнение со встраиваемым магнитоэлектрическим безлюфтовым тормозом, конструкция которого разработана авторами. Минимальные массы и габариты тормоза обеспечиваются применением высокоэнергетических ПМ, особой конфигурацией магнитной системы и специальным покрытием трущихся деталей (карбонитация), способствующим повышению коэффициента трения. Основное назначение тормоза - обеспечение неподвижности ротора при исчезновении напряжения питания. Разработанный и освоенный в производстве ряд тормозов типа МЭТ на моменты от 0,1 до 170 Нм может поставляться как самостоятельное изделие и применяться в различных целях.

В заднем щите двигателей 5ДВМ расположен комплексный датчиковый узел, включающий бесконтактный тахогенератор на термостабильных ПМ из материала ЮНДК35Т5 и фотоэлектрический датчик положения ротора. Имеет место исполнение двигателей со встроенным резольвером - бесконтактным синусно-косинусным тахогенератором, который специально разработан для комплектования двигателей 5ДВМ.

В обмотку статора заложены датчики температурной защиты. Класс нагревостойкости изоляции F.

Уже в период освоения промышленного производства с 1998г. по 2004г. было продано более 250 штук двигателей 5ДВМ.

В обеспечение производства двигателей 5ДВМ разработано специальное высокопроизводительное и эффективное технологическое оборудование для намагничивания и контроля редкоземельных ПМ.

Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова | Кафедра ЭМТЭП | 2008 - 2016