книги / Применение постоянных магнитов в электромеханических системах

возникновения уводящих моментов. Таким образ ом* конструкция МЭО центрирования, приведенная на р и с.8 , позволяет уменьшить общий уводящий момент опоры и, следовательно, увеличить точность цен­ трирования прибора в целом.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1. Пути улучшения характеристик магнитоэлектрических опор/ А.А.Карпов, В.П.Ларин, И.В.Мосягин, В.А.Трегубов//Сб.науч.трудов.

№112. М .: Моек, онерг.ин-т. 1986. С.103-Ю 9.

2 . Прецизионные сплавы: Справочник/Под ред.Б.В.Молотилова. Ы.: Металлургия, 1974.

моментов магнитоэлектрических опор центрирования//Сб.науч. трудов.

кая опора центрирования/ В.П.Ларин , В.А.Трегубов, И.В.Мосягин и др. //Открытия. Изобретения. 1990. №28.

ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ГИСТЕРЕЗИСНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Канд.техн.наук зав.ла<5.В,Б.НИКАНОРОВ ст.науч.сотр.Л.Л.СЕЛЕЗНЕВ, канд, техн.наук нач.лаб.А.С.СКОРКИН, вед. инж.В.П.ТРИФОНОВ, науч.сотр.

Б.А.ЯКОВЛЕВ

Вусловиях конверсии стала актуальной проблема поиска облас­ тей использования результатов, достигнутых при разработке высо­

коскоростных гироскопических гистерезисных электроприводов (ЭП). Электродвигатели (ЭД) с увеличенной инерционной массой вала, соединенные с прибором или механизмом, представляют большой инте­ рес для народного хозяйства [ I ] : кроме гироскопической техники они могут применяться, например, в инерционных накопителях энер­ гии (они характеризуются наиболее высокими удельными показателями по отдаваемой энергии среди всех современных источников энергии), управляющих маховиках (эффективны при стабилизации и управлении положением крупных объектов), центрифугах и сепараторах (необхо-

машиностроении). Независимо от применения ЭП должен решать сле­ дующие функциональные задачи: разгон большой инерционной массы до высокой угловой частоты вращения за минимальное время; стаби­ лизация с высокой точностью частоты вргленкя маховика в рабочем

режиме, тепловых и магнитных полей; обеспечение максимального КЦД 311 и минимальной установленной мощности источника питглия п т .д . Одинаковы и технические требования, определяющие долговеч­

ность высокоскоростных опор, уме.гыпение нагревов, шучоз и вибра­ ций, повышение механичзегой прочности вращающихся частей посред­ ством выбора правильных конструктивных решений, материалов, тех­ нологии производства и подхода к проектированию.

В настоящей статье обсуадаются результаты разработки высоко­ скоростного ЭЛ для ТМН (рисунок).

Высокие технико-экономические показатели ТМН могут быть до­ стигнуты, если ТМН отвечает следующие требованиям [2 1 : максималь­

ная быстрота откачки на единицу веса насосов, степень сжатия не меньше Ю® Па по легким газам, предельное остаточное разрежение 10"®'Па и кзнее; малое врзмя разгона; эксплуатационная надежность и длительный срок службы. Чтобы получить требуемые вакуумные ха­ рактеристики необходимо обеспечить частоту вргчения 12000 - 9РОСО об/мин и минимальное время разгона до номинальной частоты вращения, определяющее готовность ТМН к действию. Эксплуатацион­ ная надежность ТМК ограничивается допустимыми напряжениями и тем­ пературой врадг:зцихся деталей (в том числе ротора ЭД), -что пред­ полагает ограничение верхнего предела как скорости, так и темпе­

ратуры нагрева (а ряде случаев и скорости ее изменения).. Выполне­ ние этих ограничений обусловливает стабильное положение центра масс ротора при эксплуатации (ИН, что способствует сохранению постоянного динамического состояния и распределения нагрузок в опорах и, следовательно, обеспечивает повышение эксплуатацонной надежности [З ].

Таким образом, при проектировании привода для роторов*ТМН наибольшее внимание следует уделять проблеме уменьшения тепловы­ деления ЭД ч общего нагрева. Отметим и другие особенности работы ЭД в ТМН: во-первых,ротор встроен в конструкцию изделия, и,следо-

тельно,условия его работы характеризуются температурой и остаточ­ ным давлением газа в зоне ЭД(10-100 П а),что требует охлаждения ЭД, например,с помошыо воды;во-вторых,используется переменный режим

нагружения. Наиболее характерны режим,эквивалентный холостому ходу

(безрасходный режим для насоса при разрежении на входе 10~% а),и режим нагружения,соответствующий постоянной газовой нагрузке (при разрежении на входе в насос 10-100 Па и подаче балластного газа в форвакуумную полость н асоса ). При этом для поддержания быстро­ ты действия насоса при указанных режимах нагружения ЭД необходи­

мо обеспечить стабильность частоты вращения ротора, от которой непосредственно зависят характеристики ТМН*

Отметим, что как и в гироскопии, материал активной части ро­ тора гистерезисного двигателя (ГД) должен быть однородным, иметь высокую удельную прочность, минимальный коэффициент линейного ра­ сширения, стабильные во времени и от температуры физико.-механи- ческие и магнитные характеристики. Конструктивный параметр ГД -

размер воздушного зазора между ротором и статором ,- влияющий на КГЩ ЭД, должен выбираться из'условия превышения по крайней мере на 20-30% амплитуды допустимых колебаний ротора при прохождении резонансов на этапах разгона - торможения ТМН.

Для привода ТМН используются в основном три типа ЭД: асин­ хронные с беличьей клеткой (АД), синхронные гистерезисные (СГД)

и бесконтактные двигатели постоянного тока с постоянными магни­ тами (ЕДПТ). Выбор того или иного типа ЭД для неспециализирован­ ных в области электрических машин предприятий (в том числе про­ изводителей ТМН) во многом определяется. технологической осна­ щенностью предприятия, требованиями по стоимости электропривода.

может быть совмещен с валом из хромокобальтового сплава в единую однокомпонентную конструкцию, устойчивую к тепловым и механичес­ ким воздействиям. Хромокобальтовые сплавы отличаются высокой про­

родными по механическим свойствам деталями, склонные к разбалан­ сировке при тепловых ударах и механических воздействиях и харак­ теризующиеся повышенным уровнем вибрации. Для увеличения прочно­

сти ротора при высоких частотах вращения часто применяют бандажировку. Роторы рассмотренных ЭД, а также датчики в БДПТ доста­ точно сложны в изготовлении, особенно для неспециализированных предприятий.

Стоимости СГД и АД близки, но БДПТ из -за использования вы­ сокоэффективных постоянных магнитов существенно дороже. Энерге­

форсировки напряжения при запуске, подачи низкочастотных перио­ дических импульсов или при коммутации обмоток статора. При этом С05 (р возрастает до 0 ,9 - I , а КЦД - до 70-90%. Характеристики перевозбужденного СГД близки к энергетическим характеристикам ЦЩГ. Важное преимущество СГД - высокая стабильность частоты вра­ щения (до 0,001%), которая в широком диапазоне изменения нагруз­ ки и напряжения питания определяется лишь стабильностью частоты задающего генератора источника питания.

В отличив от АД в СГД нет потерь в роторе от первой гармо­ ники питания, что важно при непосредственном сопряжении ротора с валом и крыльчаткой *ШН. Общий недостаток АД и СГД - заметные потери в роторе от высших гармоник. Поэтому необходимо использо­

вать известные меры их подавления: оптимальное укорочение обмотки,

напряжению преимущество имеет ЕДПТ [1Д . Так,' по расчету для раз­ ных типов ЭД с кинетическим моментом ротопз м 10 П*м^/с при частоте вращения 60000 об/мин в режиме прямого запуска времена

разгона АД и.СГД одинаковы и равны 36 с, в режиме частотного за­ пуска они уменьшаются до 21 с, а для ЕД11Т это время составляет всего 12,5 с , В последнее время для СГД разработаны методы квазисинхронного регулирования с помощью достаточно простых устройств, позволяющие уменьшить эту разницу по эффективности разгона.

Ускоренное торможение высокоскоростных ЭП требуется для по­ вышения эффективности работы ТМИ. Оно реализуется различными ме­ тодами: противовклечением; динамическим, конденсаторным, инвер­ торным и частотным торможением. Анализ показывает, что при выборе соответствующего торможения можно получить близкие показатели г.о

времени у АД и СГД. В БДПТ торможение осуществляется и з-

г.олгрйости напряжения на д:азах его обмотки, что аналоглч-

зло;•тролрив од (ГЗП).

0 козная задача при конкретной разработке ЗП состояла в том, чтобы э ссденных. габаритах при использовании отечественных мвгнитстзгордкх материалов и желательно н.* основе статорного железа от серийного мотора получить электромеханические характеристики СГД'

съелным ярмом.

Задача решалась в дна этапа. Ка первом этапе на основе ста­

торе. со с^ыньс: ярмом исследовались роторы из отечественных ыагнккмтотзердых материалов: шихтованный ротор-из еплазс 25ХХ6& (355» кобальта) к монолитный ротор из сплава Я2Х15К с у!®ньиеннам со­ держанием кобальта (до 15%). На втором этапе был разработан дзя - гетель га основе серийного железа от СГД типа Г5С6. Использование

серийного статоркиго железа и втулки ротора из дешевого сплава

тоэых сплавов и оптимальнее проектирование СГД позволяет сущест­ венно улучшить удельные энергетические показатели ГД (отношение

пусковом токе они обеспечивают больший пусковой момент и меньшее

закрытие пазов магнитомягкими клиньями или этулками (максимальный

на характеристиках высокоскоростного привода, а также уменьшает вероятность задевания ротора о статор при прохождении резонансных

характеристика с БДПТ и превосходящий последний по технологично­ сти и стабильности конструкции ротора.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Гиродвигатели/Под рзд.И.Н.Орлова. М.: Машиностроение,

1983.

2 . Скоркин А,С. Научно-технические проблемы создания и экс-г плуатации турбомолекулярных насосов и пути их решения/УВопросы атомной науки и те;лики. Сер.Общая и ядерная физика. 1987.

Вып.К37). С. 21-28.

3 . Окоркин А.С. Повышение эксплуатационной надежности вертитикальных турбомолекулярных насосов с ротором на упругих опорах //Электронная техника. Сер.7. 1989. Вып.4(55). С .54-56.

МОДГЛЬ ГИСТЕРЕЗИСНОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОНУСНЫМ РОТОРОМ

Канд.техн.наук ст.науч.сотр.Г.А.ШМЕ­ ЛЕВА,- науч.сотр.М.М.ФИШАН, кенд.техн. наук зав.лаб.В.Б.НИКАНОРОВ, ньуч. сотр.С.Ю. ОСТАНИН, канд.техн.наук с т . науч. с отр. А. Г . ШНАЙДЕР

Гистерезисные двигатели (ГД) находят применение в принципи­ ально новом классе механизмов: мотор-подшипниках (МП) С13 . Мотор-подшиг.ники объединяют в одном узле - статоре и роторе ГД - функции электрической машины и газомягнитной опоры. Основная осо­ бенность МП состоит в том; что рабочее поле ГД используют для

создания как вращающего момента, так й центрирующей электромаг­ нитной силы п газомпгнитной опоре. Таким образом, процессы по

аксиальной и тангенциальной координатам ГД оказываются взаимо­

связанными. Статор и ротор ГД являются одновременно ведущим и ве­ домым эвеном МП.

Мотор-подшипники из-за простоты конструкции, большого срока службы, малого уровня вибраций достаточно широко используются ь сканирухщих. устройствах, простейших гироскопических приборах, ста­

вость гаэомагнитного подвеса обеспечивается .1только при превшш:г.:

магнитного зазора между статором и ротором газового зазора между этими же элементами [ I ] , Для этого на поверхность статора (или ротора ) наносится слой немагнитного опто^рикциочкого матер".ала. При этом магнитный зазор складывается из толщины гг.сов гг о слоя (десятки микрон) и толщины немагнитного с.-.оя ( сотни микрон). Б процессе .эксплуатации при изменении нагрузки, напряжения пита:*./...

газовый зазор, а следовательно, и.рабочий зазоо не остаются

постоянными. Это обстоятельство и ограничивает выбей рабочего гора ГД;.

- взаимосвязь момента ГД и цектрируяаей электромагнитной сигаг МП, необходимость определения зянянкт режимов работы как на сохранение высоких электромеханических характеристик по танген­ циальной координате, так и устойчивость газомагнитного подвеса.

Эти особенности !Ш требуют иного подхода к расчету и проек-

.ироэекюо ГД. чем существующий з настоящее время, а именно, сис­