Магнитоэлектрический бесконтактный генератор с импульсным регулятором напряжения (стр. 1 из 15)

Содержание

Введение

1.Аналитический обзор

1.1 Проблема создания бесконтактных электрических машин (БЭМ)

1.2 Отечественные и зарубежные бесконтактные автотракторные генераторы

1.2.1 Бесконтактные магнитоэлектрические генераторы

1.2.2 Бесконтактные электрические машины с обмоткой возбуждения

1.3 Современные тенденции развития бесконтактных генераторных установок и регулирование напряжения в них

1.3.1 Система управления бесконтактного магнитоэлектрического генератора

1.3.2 Бесконтактный стартер-генератор управляемый микропроцессорной системой

2.Специальный раздел

2.1 Исходные данные

2.1.1 Выбор генератора с постоянными магнитами

2.1.2 Ротор с когтеобразными полюсами с цилиндрическими постоянными магнитами, намагниченными в аксиальном направлении

2.1.3 Выбор постоянного магнита

2.1.4 Определение частот вращения ротора генератора и передаточного числа привода от двигателя к генератору

2.2 Выбор и обоснование типа регулятора

2.3 Выбор и расчет схемы выпрямителя

2.4 Расчет силовой части импульсного регулятора

2.4.1 Расчет дросселя

2.4.2 Определение параметров регулирующего транзистора

2.5 Выбор выходного каскада схемы управления

2.6 Выбор схемы управления импульсного стабилизатора

2.6.1 Выбор способа управления

2.6.2 Выбор схемы управления стабилизатором

2.6.3 Работа схемы управления стабилизатором

2.7 Динамический расчет стабилизатора

2.7.1 Составление разностных уравнений системы

2.7.2 Анализ динамических свойств системы управления стабилизатором

2.7.3 Моделирование системы управления

3.Конструкторско-технологическая часть

3.1 Определение уровня технологичности ФУ

3.1.1 Расчет показателей технологичности

3.1.2 Комплексная оценка технологичности

3.2 Расчет тепловой нагрузки элементов ФУ

3.3 Расчет надежности ФУ

3.4 Технологический процесс сборки

4.Организационно-экономический раздел

4.1 Сетевое планирование

4.1.1 Построение сетевой модели

4.1.2 Расчет временных параметров сетевого графика

4.1.3 Расчет резервов времени событий и работ

4.1.4 Анализ сетевого графика

4.2 Расчет сметной стоимости и цены НИР

4.2.1 Расчет трудоемкости и заработной платы работ сетевого графика

4.2.2 Расчет затрат и цены НИР2

4.3 Предварительная оценка экономической целесообразности исследования

5.Безопасность жизнедеятельности

5.1 Анализ потенциально опасных и вредных производственных факторов

5.2 Меры безопасности и устранение воздействия ОФВП

5.3 Пожаробезопасность

5.4 Эргономика и производственная эстетика

Заключение

Список сокращений

Приложение

Введение

В настоящее время повышенное внимание уделяется развитию автономной электроэнергетики, которая во многих случаях обеспечивает решение важных технических проблем электроснабжения на транспорте. Электрические машины должны обладать повышенной надежностью, улучшенными динамическими качествами, с малыми массами и габаритными размерами за счет повышенных механических, электромагнитных и тепловых нагрузках. Серийно выпускаемые бесконтактные машины широко применяются в авиации, наземных транспортных средствах и т.д. Можно прогнозировать дальнейшее быстрое развитие и внедрение бесконтактных электрических машин (БЭМ).

По сравнению со стандартными аналогами бесконтактные машины обладают большим многообразием типов и вариантов конструктивного исполнения, в зависимости от широко варьируемых целей и условий работы.

В связи с этим оказалось перспективным использование генераторов с постоянными магнитами. За прошедшие годы значительно изменились конструкции генераторов с постоянными магнитами, в связи с широким использованием высококоэрцитивных магнитов.

Бурное развитие микроэлектроники и применение её на транспорте предъявляет повышенные требования к современным источникам электроэнергии автотракторной техники. Предлагаемый в исследовании импульсный регулятор, использование которого становится целесообразным при применении описанного генератора, повышает надежность работы генератора, является простым электрическим прибором с высоким КПД до 95%, улучшает выходные характеристики, обладает большим быстродействием переходных процессов и при определенных условиях применения дает меньшие массогабаритные показатели. Все это является весьма перспективным для автомобилестроения, и как показывает анализ дальнейшее совершенствование будет идти по этому направлению.

1. Аналитический обзор

1.1 Проблема создания бесконтактных электрических машин (БЭМ)

Электрические машины- один из наиболее распространенных типов преобразователей энергии. Электроэнергия, является самым удобным видом энергии для передачи на расстояние, управления и регулирования, преобразования и распределения.

Особенность создания усовершенствованных машин связана с тем, что условия работы электрических машин непрерывно усложняются, а требования к их надежности резко возрастают. Причем интенсивность отказов для таких машин во многих случаях должна быть существенно ниже, чем у машин, работающих при нормальных условиях.

Один из радикальных путей повышения надежности, расширения функциональных возможностей и улучшения общих характеристик электрических машин- отказ от использования щеточных электрических контактов и переход к бесконтактным электрическим машинам.

Во-первых, по имеющимся статистическим данным щеточный контакт при нормальных условиях работы наряду с изоляцией и подшипниковыми узлами вызывает наибольшее число отказов в работе электрических машин. Для коллекторных машин постоянного тока в среднем 25% отказов происходит из-за выхода из строя щеточно-коллекторного узла ( в транспортных установках доля таких отказов достигает 44...66% ) /1/ .

Во-вторых, при нестандартных условиях окружающей среды щеточный контакт в электрических машинах либо резко ухудшает свою работу, либо вообще становится неработоспособным. Наличие щеточного контакта недопустимо в присутствии воспламеняющихся газов или паров. Работоспособность контактных устройств резко ухудшается при воздействии ионизирующего излучения, они плохо работают при наличии вибраций.

В-третьих, щеточный контакт существенно ограничивает допустимую скорость ротора электрической машины. Для большинства случаев предельные линейные скорости в контакте не должны превышать 80...100 м/с. Известно, что мощность электрической машины при заданных электромагнитных нагрузках пропорциональна частоте вращения ротора. Поэтому наличие контакта не позволяет реализовать высокофорсированные конструкции электрических машин, рассчитанные на предельные механические нагрузки и обладающие наилучшими массогабаритными показателями.

В-четвертых, щеточный контакт создает дополнительные электрические и механические потери, является источником шумов и помех.

В-пятых, щеточный контакт значительно сокращает срок службы (ресурс) электрической машины.

Наконец, щеточный контакт усложняет обслуживание машины, загрязняет внутренние полости машины графитовой пылью, снижающей электрическую прочность изоляции, препятствует применению в машине высокоэффективного струйного жидкостного охлаждения, ухудшает стабильность параметров машины и т. п.

Особое значение имеет разработка БЭМ для автономных электроэнергетических установок, где перечисленные недостатки щеточного контакта проявляются особенно резко. Поэтому создание высокоэффективных БЭМ- одна из наиболее актуальных задач, выдвигаемых перед специалистами в области энергетики летательных аппаратов, судовых и транспортных установок.

Бесщеточные генераторные установки целесообразно применять на автотранспортных средствах имеющих большой ресурс работы (до 300 тыс.км и более) или большой интервал между ТО при тяжелых условиях эксплуатации (например сельхозмашин).

Рассмотрим основные разновидности БЭМ /1/.

На рисунке 1. показана классификация энергетических БЭМ. По принципу действия большинство БЭМ переменного тока, как и обычные электрические машины, делятся на синхронные и асинхронные (индукционные). Те и другие основаны на использовании явления электромагнитной индукции.

Рис. 1. Классификация БЭМ.

1.2 Отечественные и зарубежные бесконтактные автотракторные генераторы

1.2.1 Бесконтактные магнитоэлектрические генераторы

БЭМ с постоянными магнитами (ПМ),- первый тип электромеханического преобразователя энергии, созданного человеком. Еще в 1831 г. М.Фарадей демонстрировал это устройство /1/.

В автономных системах электроснабжения мотоциклов и тракторов все чаще применяются генераторы с постоянными магнитами или магнитоэлектрические генераторы. Где магнитодвижущая сила необходимая для проведения магнитного потока в рабочем воздушном зазоре, создается постоянными магнитами.

В связи с появлением магнитных материалов с высокими удельными энергиями. Начиная с 70-х годов, началось промышленное освоение высококоэрцитивных магнитов на основе редкоземельных материалов - интерметаллических соединений самария с кобальтом Sm Co 5,самария с прозеодимом и кобальтом Sm0.5 Pr 0.5 Co 5 и др.