№ 3 2013

Содержание

Периодический рецензируемый

научно-технический журнал

«Электроника и электрообору-

Тенденции развития электроники и

дование транспорта» является

электрооборудования на транспортных средствах

коллективным членом Академии

электротехнических наук РФ.

Вишневский С.Н., Конышев Д.В.

Учредитель и издатель - Научно-

Современное состояние и перспективы развития

производственное предприятие

ОАО «Электропривод».

«Томилинский электронный

завод».

Журнал включен в перечень

Электроснабжение и электрооборудование

изданий, рекомендованных

ВАК для апробации кандидат-

ских и докторских диссертаций.

Овечкин О.И., Миронов В.А.

Электромеханизмы и электродвигатели разработки

Свидетельство

ОАО «Электропривод».

о регистрации СМИ

ПИ №ФС 77-29963

Власов А.И., Волокитина Е.В., Опалев Ю.Г.

от 17 октября 2007 г.

Применение полевых математических моделей для проектирования

обмоток вентильных электродвигателей .

Главный редактор:

А.Г. Бабак, к.т.н.

Волокитина Е.В.

Редакционный совет:

Исследования по созданию системы генерирования

С.С. Булгаков, д.т.н.,

и запуска маршевого двигателя в концепции

Н.А. Володина, д.т.н., профессор,

полностью электрифицированного самолета. Часть II.

В.Н. Дианов, д.т.н., профессор,

С.Г. Драгомиров, д.т.н., профессор,

Власов А.И., Волокитина Е.В., Малюгин А.А., Опалев Ю.Г.

Ю.М. Иньков, д.т.н., профессор,

Исследование магнитной системы высокоскоростных бесконтактных

К.Л. Ковалев, д.т.н., профессор,

электродвигателей постоянного тока.

Л.В. Кожитов, д.т.н., профессор,

А.В. Левин, д.т.н., профессор,

А.С. Мазнев, д.т.н., профессор,

В.А. Нестерин, д.т.н., профессор,

Мехатронные системы, исполнительные устройства

И.Б. Пешков, д.т.н., профессор,

В.П. Феоктистов, д.т.н., профессор,

В.Е. Ютт, д.т.н., профессор.

Ерохин Д.В., Волокитина Е.В., Рубцова Л.А.

Электропривод в системах уборки-выпуска и управления

Выпускающий редактор:

взлетно-посадочных устройств .

Н.А. Климчук.

Редакция:

Волокитина Е.В., Тебеньков Ф.Г.

140070, Московская область,

Электропривод реверсивного устройства для перспективных

Люберецкий район, п. Томилино,

двухконтурных турбореактивных авиационных двигателей.

ул. Гаршина, д. 11

Тел./факс: (495) 500-40-20,

Волокитина Е.В., Власов А.И., Копчак А.Л.,

(495) 557-23-95

Москвин Е.В., Тебеньков Ф.Г.

E-mail: npptez@mail.ru

Разработка высокоскоростного электропривода компрессора

Сайт: www.npptez.ru

системы кондиционирования воздуха самолета.

Подписано в печать:

21.06.2013 г.

Волокитина Е.В., Ерохин Д.В., Москвин Е.В., Вшивцев М.В.

Испытательный комплекс для высокоскоростного электропривода

Отпечатано:

компрессора системы кондиционирования воздуха .

ГУП МО «Коломенская типография».

140400, г. Коломна,

Власов А.И., Никитин В.В.

ул. III Интернационала, д. 2а

Автоматизированное проектирование электромеханических

E-mail: bab40@yandex.ru

тормозов авиационного электропривода.

Формат 60х90/8,

бумага мелованная, объем 7 п.л.,

тираж 1000 экз., заказ 1011.

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 3 2013

Cовременное состояние и перспективы

развития ОАО «Электропривод»

// State-of-the-art and development prospects

of jsc «Еlectroprivod» //

Вишневский С.Н., Конышев Д.В.,

электроприводов явилось серьезным

ОАО «Электропривод», г. Киров

практическим шагом в реализации кон-

цепции «более электрифицированно-

В статье рассматриваются основ-

In this paper principal direction JSC

го самолета».

ные направления деятельности ОАО

«Electroprivod» activities are discussed.

В последнее время предприятие,

«Электропривод» (г. Киров). Приве-

State-of-the-art and development

сохраняя приоритет за авиационной

дены современное состояние и пер-

prospects of the company are given.

тематикой, на базе большого научно-

спективы развития предприятия.

Keywords: JSC «Electroprivod», aircraft

технического задела, сформирован-

Ключевые слова: ОАО «Электропри-

industry, aviation electric drive, research

ного в результате разработок авиаци-

вод», авиационная промышленность,

and development bureau, development

онной техники, настойчиво проводит

авиационный электропривод, опыт-

prospects.

диверсификацию своих тематических

но-конструкторское бюро, перспек-

направлений путем их переориентации

тивы развития.

на создание новой высокотехнологич-

ной и наукоемкой продукции для та-

В августе 2013 г. коллектив ОАО

живает позиции одного из ведущих

ких важнейших отраслей промышлен-

«Электропривод» (г. Киров) отметит

в Российской Федерации опытно-

ности, как нефтегазовая, атомная энер-

58-летие со дня основания предпри-

конструкторского бюро по созданию

гетика, судостроение, станкостроение

ятия. На всех этапах развития оте

авиационного электротехнического

и др. Изделия предприятия успешно

чественной авиации его деятельность

оборудования.

эксплуатируются в различных систе-

была направлена на постоянное совер-

Изделия предприятия установлены

мах управления летательных аппара-

шенствование авиационных электро-

практически на всех военных и граж-

тов, газоперекачивающих и энергети-

приводов и электроагрегатов - гене-

данских самолетах, вертолетах и авиа-

ческих установок.

раторов постоянного и переменного

ционных двигателях.

И сегодня ОАО

«Электропри-

тока, стартер-генераторов, электро-

Разработка автоматизированных

вод» продолжает активную деятель-

двигателей, электромеханизмов, ком-

регулируемых электроприводов явля-

ность по созданию уникальных об-

мутационной аппаратуры, аппаратуры

ется базовым тематическим направле-

разцов новой техники, как для ави-

регулирования, защиты и управления,

нием ОАО «Электропривод».

ационной отрасли, так и для других

блоков датчиков и концевых выклю-

Итогом многолетних поисковых

отраслей промышленности. Наиболее

чателей и обеспечение их высокого

и исследовательских работ стало

значительными и перспективными из

технического уровня, минимизации

создание на базе вентильных элек-

выполняемых в настоящее время на-

массогабаритных показателей.

тродвигателей автоматизированных

учно-исследовательских и опытно-

Предприятие создавалось исклю-

электроприводов для систем механи-

конструкторских работ являются:

чительно с целью разработки новых

зации крыла самолета вместо гидрав-

• исследование и разработка

изделий, исследования и выпуска

лических и пневматических приводов.

электроприводов системы управления

опытных партий. Под эти цели были

Эффективность замены проявилась,

уборкой и выпуском шасси; электро-

созданы конструкторская и техноло-

прежде всего, в уменьшении массы

привода колеса шасси самолета для

гическая службы, комплекс испыта-

систем, а также в повышении их без-

руления по земле; систем генериро-

тельной базы.

отказности, точности позиционирова-

вания на базе магнитоэлектрических

В настоящее время среди пред-

ния, упрощения обслуживания, сни-

машин с высококоэрцитивными посто-

приятий авиационной промышлен-

жения эксплуатационных расходов и

янными магнитами для «более элек-

ности ОАО «Электропривод» удер-

энергопотребления. Создание таких

трифицированного самолета»;

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 3 2013

• исследование и разработка элек-

ститутами НИИАО, ЦАГИ, ЦИАМ,

технологической и конструкторской

троприводов с высокой удельной

ВИАМ.

базы.

мощностью для топливных насосов

Пройдя большой путь развития,

Важным преимуществом нашего

и входных направляющих аппаратов

преодолев трудности конверсии, эко-

предприятия является наличие высо-

для реализации идеи «Электрифици-

номических кризисов и реформ, ОАО

коквалифицированного научно-техни-

рованного авиадвигателя»;

«Электропривод» сегодня динамично

ческого коллектива. Накопленные зна-

• разработка

электроприводов

развивается, имея большой научно-

ния и опыт позволяют проектировать

для автоматизированного управления

технический потенциал и портфель за-

и выходить на рынок с новыми, более

аэродинамическими поверхностями

казов по перспективным направлениям

совершенными изделиями, расширять

самолетов, таких как предкрылки, за-

разработок.

номенклатуру, решать поставленные

крылки, стабилизатор, интерцепторы

Определены главные приоритеты

временем задачи. Внедрение научно-

на различных режимах полета взамен

его деятельности и стратегия разви-

исследовательских и эксперименталь-

гидравлических систем;

тия. Оснастившись в последнее вре-

ных работ, обучение в аспирантуре,

• разработка электропривода вра-

мя современным производственным,

увеличение количества сотрудников

щения авиационного антенного обте-

испытательным и вычислительным

с ученой степенью, действие адаптив-

кателя для самолета дальнего радио-

оборудованием и передовыми техно-

ной программы обучения, внедрение

локационного обнаружения;

логиями, сохранив высококвалифици-

новых информационных технологий

• разработка ряда импортозаме-

рованный персонал и, укомплектовав

способствует реализации поставлен-

щающих вентильных электродвига-

службы молодыми специалистами,

ной цели.

телей, предназначенных для работы

предприятие ежегодно наращивает

Переоснащение и обновление

в составе электроприводов универ-

объемы выполняемых работ, как по

оборудования, в том числе и испыта-

сальных технологических роботов,

поставкам серийных изделий, так и по

тельного, должно привести к повы-

а также прецизионного металлоо-

новым разработкам, расширяет сферы

шению точности, технологичности,

брабатывающего, деревообрабаты-

научно-технической и производствен-

массогабаритных и динамических

вающего, технологического и дру-

ной деятельности.

показателей электроприводов. Не-

гого оборудования. Образцы таких

Специализация предприятия со-

возможно выпускать конкурентоспо-

электродвигателей успешно прошли

стоит в разработке методик, конструк-

собную продукцию на устаревшем

проверку в составе роботов, разра-

тивных исполнений изделий, алгорит-

оборудовании с использованием уста-

ботанных ПТОО ОАО «АвтоВАЗ»

мов, технологий, во всестороннем

ревшей технологии. Переоснащение

в рамках государственного проекта

исследовании, испытании опытных

производственно-технологической

«Разработка и освоение производства

образцов, производстве изделий ма-

и испытательной базы является не

гаммы отечественных универсальных

лых серий.

только приоритетной, но и жизненно

технологических роботов для массо-

Современная стратегическая поли-

необходимой целью.

вых автоматизированных производств

тика ОАО «Электропривод» направ-

Многолетний опыт проектирова-

гражданской

машиностроительной

лена на:

ния и эксплуатации нашей продукции,

продукции»;

• упрочнение позиций предприятия

а также ее модернизация и модифи-

• разработка электростартеров на

как ведущего разработчика электроа-

кация применяется и в других отрас-

основе частотно-управляемых асин-

грегатов и автоматизированных систем

лях промышленности. Это позволяет

хронных электродвигателей для за-

управления в наиболее ответственных

предприятию не только увеличивать,

пуска газотурбинных установок в со-

областях применения в России и стра-

но и формировать стабильный порт-

ставе газотурбинных электростанций,

нах СНГ, с возможным распростране-

фель заказов. При этом аккумулиру-

газоперекачивающих агрегатов и газо-

нием своих разработок в другие стра-

ются требования и специфические

турбовоза. Их использование взамен

ны мира;

знания, предъявляемые к электро-

пневмостартеров обеспечивает эко-

• позиционирование себя на рынке

оборудованию в других сферах при-

логическую чистоту и энергосбере-

как разрабатывающего предприятия

менения.

жение в процессе запуска;

с передачей отлаженных технологий

Для того, чтобы совершить скачок

• разработка электропривода ком-

на другие серийные заводы;

в технологических и конструкторских

прессора системы кондиционирова-

• проведение разработок на уров-

решениях, получить новые рынки сбы-

ния воздуха в «концепции полностью

не лучших мировых образцов;

та, облегчить и ускорить сертифика-

электрифицированного самолета».

• постоянное поддержание высо-

цию изделий (объектов), использовать

Высокий технический уровень

кой надежности и качества выпускае-

поддержку в оформлении различного

разработок обеспечивается боль-

мых изделий;

рода документов, целесообразно ис-

шим объемом собственных научно-

• применение наработанного опы-

пользовать опыт передовых фирм как

исследовательских работ и тесным

та, методик проектирования на ответ-

отечественных, так и зарубежных. За-

сотрудничеством со многими про-

ственных объектах других отраслей

дача адаптирования к мировому рынку

ектными и учебными институтами

промышленности;

является крайне важной, так как инте-

и конструкторскими бюро, в том

• постоянное совершенствование

грация России в мировую экономику

числе с головными отраслевыми ин-

производственной, испытательной,

происходит все более быстрыми тем-

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 3 2013

пами и конкурировать с зарубежными

• открытие новых тематических на-

академию по специальности

«Механизация

фирмами становится все труднее.

правлений.

сельского хозяйства», в 2003 году - Вятский

Исходя из этого, основными тре-

Надежная экономическая база по-

государственный университет (ВятГУ) по спе-

бованиями для отраслевой авиаци-

зволяет ОАО

«Электропривод» и

циальности «Экономика и управление на про-

онной промышленности и выпускае-

дальше развивать масштабные про-

мышленном предприятии». В настоящее время

мой продукции предприятия является

екты по модернизации производства,

работает генеральным директором - главным

разработка наукоемкой продукции,

внедрению в разработки новейших

конструктором ОАО «Электропривод». Имеет

соответствующей повышенным тре-

достижений науки и техники и соци-

5 патентов.

бования к внешним воздействующим

альной поддержки работников, а тру-

факторам, содержащей техническую

довому коллективу - быть уверенным

Vishnevskiy Sergey - was born in 1953. In

и технологическую новизну, отвечаю-

в дальнейшей успешной деятельности

1980 he graduated from the Kirov Polytechnic

щей современному и опережающему

и достойном будущем предприятия.

Institute, specializing in

«Electrical machinery

техническому уровню.

and equipment», in 1998 - Vyatskiy State Uni-

ОАО «Электропривод», как раз-

Вишневский Сергей Никодимович - ро-

versity

(VyatSU) specializing in «Economy and

рабатывающее КБ, использует все-

дился в 1953 году. В 1980 году окончил Киров-

management at the industrial undertaking». 41

сторонние способы для разработ-

ский политехнический институт по специаль-

years of work experience in the field of aircraft

ки конкурентоспособных изделий,

ности «Электрические машины и аппараты», в

electro-mechanical systems. He currently occu-

такие как:

1998 году - Вятский государственный универ-

pies the position of a deputy general manager

• проведение собственных научно-

ситет (ВятГУ) по специальности «Экономика и

and technical director of JSC «Electroprivod».

исследовательских работ для форми-

управление на промышленном предприятии».

He has 4 publications, 3 patents. He was award-

рования научно-технического задела;

Имеет 41-летний опыт работы в области раз-

ed the diploma of the Russian Aviation and

• внедрение современных систем

работки авиационных электромеханических

Space Agency.

проектирования для решения постав-

систем. В настоящее время работает замести-

ленных задач;

телем генерального директора - техническим

Konyshev Dmitriy - was born in 1977. In

• внедрение в процесс разработ-

директором ОАО «Электропривод». Имеет 4

1999 he graduated from the Vyatskaya State

ки математических методов модели-

печатных труда, 3 патента. Награжден Почет-

Agricultural Academy specializing in «Mechani-

рования;

ной грамотой Российского авиационно-косми-

zation of agriculture», in 2003 - Vyatskiy State

• выполнение разработок на вы-

ческого агентства.

University

(VyatSU) specializing in

«Economy

соком техническом и конкурентоспо-

and management at the industrial undertaking».

собном уровне;

Конышев Дмитрий Владимирович - ро-

At present he works as a General Manager -

• использование унификации в раз-

дился в 1977 году. В 1999 году окончил Вят-

chief designer of JSC «Electroprivod». He has

работках;

скую государственную сельскохозяйственную

5 patents.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

Электромеханизмы и электродвигатели

разработки ОАО «Электропривод»

// Еlectric actuators and motors developed by JSC «Еlectroprivod» //

ного тока, а также шаговые электро

Овечкин О.И., Миронов В.А.,

двигатели.

ОАО «Электропривод», г. Киров

Вентильные электродвигатели име-

В статье представлен спектр про-

Production range of goods developed by

ют большой срок службы, обладают

дукции, выпускаемой ОАО «Электро-

JSC «Electroprivod» for aircraft, nuclear

высоким быстродействием, наивысши-

привод» для авиационной, нефтега-

and gas-and-oil industries is presented

ми энергетическими и массогабарит-

зовой и атомной промышленности.

in this article.

ными показателями (рис. 1, таблица 1).

Ключевые слова: электромеханизм,

Keywords: electric mechanism, BLDC,

Накопленный опыт в проектировании

вентильный электродвигатель, ав-

automatic electric drive.

электрических машин обобщен и фор-

томатизированный электропривод.

мализован в разработанных методиках,

отработаны различные конструктивные

ОАО «Электропривод» разраба-

атомных электростанций, нефтега-

исполнения электродвигателей. В дан-

тывает и изготавливает электродвига-

зового комплекса и других отраслей

ный момент ведутся работы по расши-

тели, электромеханизмы вращатель-

промышленности. Изделия разработ-

рению ряда вентильных электродвига-

ного и поступательного движения,

ки ОАО «Электропривод» применя-

телей мощностью 20 кВт и более.

которые отличаются наименьшими

ются на всех типах самолётов, верто-

Для работы в составе электро-

массогабаритными показателями и вы-

лётов и других объектах.

привода с высокими динамическими

сокой степенью надежности, предна-

Основу любого электромеханизма

характеристиками и точностью по-

значенные для авиационной техники,

составляет электродвигатель. Пред-

зиционирования, удовлетворяющими

приятием выпуска-

требованиям исполнительных меха-

ются электродви-

низмов универсальных технологиче-

гатели переменно-

ских роботов и другого прецизион-

го тока частотой

ного металлообрабатывающего обо-

питающей

сети

рудования, разработаны вентильные

50 Гц и 400 Гц, по-

электродвигатели постоянного тока

стоянного тока на-

серии ДБМ (рис. 2, таблица 2).

пряжением питания

Примечания:

12, 27, 48 В, вен-

- электродвигатели допускают

тильные электро-

работу в указанных режимах в соответ-

двигатели постоян-

ствии с нагрузочной диаграммой (рис. 3);

Рис. 1. Вентильные электродвигатели разработки

ОАО «Электропривод».

Рис. 2. Вентильные электродвигатели серии ДБМ.

Рис. 3. Нагрузочная диаграмма электродвигателей серии ДБМ.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

2 - испытаниями подтверждена ра-

кой плавности и точности хода, высо-

станция требует для выполнения сво-

бота электродвигателей при понижен-

кому удельному моменту, низкому энер-

их функций различные исполнитель-

ной температуре окружающей среды

гопотреблению и уровню шума и т.д.

ные механизмы. Выпускаемые ОАО

минус 55 °С.

Любой управляемый объект - ле-

«Электропривод» электромеханизмы

Электродвигатели серии ДБМ

тательный аппарат, газоперекачиваю-

по типу движения выходного зве-

удовлетворяют требованиям по высо-

щий агрегат или сложнейшая атомная на делятся на две большие группы:

Таблица 1. Характеристики вентильных электродвигателей постоянного тока.

Частота

Встроенный тормоз

Темпе-

Напряжение

Габари-

Масса,

Ток,

Мощ-

вра-

Режим

ратура

Шифр изделия

питания,

ты,

Момент

кг, не

Напряже-

ность, Вт

щения,

работы

торможе-

среды,

Lxd, мм

ние, В

более

мин-1

°С

ния, Н·м

3,7

7000

ПКР

ДБ32-25-12

63х32,9

0,18

-60...+85

1,4

12000

115/200

ДБ100-3700-8М

5000

10000

ПКР

191х100

6,86

5,6

-60...+85

400 Гц

ДБ120-2200-15

270

9,0

2200

15000

ПКР

170х120

-60...+85

ДБ120-5500-18

270

5500

18000

ПКР

228х120

-60...+85

ДБ120-7500-15

270

7500

15000

ПКР

237х120

6,8

-60...+85

115/200

ДБ80-1100-12

1270

12000

ПКР

140х80

2,45

2,6

-60...+85

400 Гц

ДБ25-10-15-С40

0,8

16000

56х25

0,0137

0,14

-60...+85

ДБ50-50-7-Д12

3,8

7800

ПКР

85х53

0.2

0,8

-60...+85

ДБ50-90-8

8000

ПКР

72х50

0,294

0,56

-60...+85

ДБ50-160-15

160

14000

ПКР

72х50

0,29

0,6

-60...+85

0,5

4300

ДБ50-10-4

ПКР

74х55,5

0,19

0,6

+5...+85

0,9

4000

115/200

ДБ80-2200-12

2300

12000

ПКР

163х80

0,382

3,8

-60...+85

400 Гц

115/200

ДБ120-22000-12

21000

11000

ПКР

290х120

-60...+85

400 Гц

ДБ100-2200-8

155

2600

8800

163х80

-60...+85

115/200

5,5

900

8000

ДБ110-900-8

175х110

3,2

4,5

-60...+85

400 Гц

6,3

1200

7200

ПКР

115/200

3200

8000

ДБ160-3000-8

215х158

15,6

-60...+85

400 Гц

5400

6900

ПКР

115/200

1900

11700

ДБ100-4000-12

ПКР

200х101

6,8

-60...+85

400 Гц

4700

10260

2ДБ32-25-15

2,5

17000

55х32

0,169

0,19

-60...+85

Таблица 2. Характеристики моментных вентильных электродвигателей серии ДБМ.

Напряже-

Встроенный тормоз

Темпе-

Частота

Масса,

Шифр

ние

Ток,

Момент,

Режим

Габариты,

Момент

ратура

вращения,

Напряже-

кг,

изделия

питания,

Н·м

работы

мм

торможе-

среды,

об/мин

ние, В

не более

ния, Н·м

°С

ДБМ72-1,1-6

540

2,3

1,1

6000

S3-S8

72х72х175

1,2

3,0

+1...+55

ДБМ72-1,6-6

540

3,2

1,6

6000

S3-S8

72х72х175

1,8

3,0

+1...+55

ДБМ115-3,2-3

540

3,2

3000

S3-S8

115х115х187

3,5

7,0

+1...+55

ДБМ126-6-3

540

5,9

6,0

3000

S3-S8

126х126х200

6,6

10,1

+1...+55

ДБМ142-11-3

540

10,4

3000

S3-S8

142х142х226

12,1

14,5

+1...+55

ДБМ142-11-4,5

540

16,2

4500

S3-S8

142х142х226

12,1

14,5

+1...+55

ДБМ142-18-3

540

3000

S3-S8

142х142х264

19,8

18,0

+1...+55

ДБМ192-18-3

540

3000

S3-S8

192х192х235

19,8

24,0

+1...+55

ДБМ192-18-4,5

540

25,6

4500

S3-S8

192х192х235

19,8

24,0

+1...+55

ДБМ192-27-3

540

25,6

3000

S3-S8

192х192х265

29,7

29,0

+1...+55

ДБМ192-36-3

540

34,1

3000

S3-S8

192х192х295

39,6

34,0

+1...+55

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

с вращательным движением выходно-

тель мощностью 50 Вт со встроенным

электромеханизмов МПК-21…24А,Б

го вала и поступательным движением

малогабаритным модулем управления.

(8 модификаций), МПК-31…34А,Б

выходного штока.

Основные технические характе-

(8 модификаций) и МПК-41…43А,Б

Среди однодвигательных электро-

ристики электромеханизма приведены

(6 модификаций), характеристики ко-

механизмов общего применения инте-

в таблице 3.

торых приведены в таблице 4.

рес представляет электромеханизм

Для привода воздушных засло-

Для привода топливных кранов на

МРС-1, предназначенный для регули-

нок систем кондиционирования воз-

самолетах ТУ-204 и ИЛ-96-300 раз-

ровки по росту сидения катапультных

духа, устанавливаемых на последних

работаны высокоэффективные элек-

кресел летчиков. В электромеханизме

поколениях самолетов и вертолетов,

тромеханизмы МВД4Е6К, МПК-35,

применен вентильный электродвига-

разработаны ряды малогабаритных

МПК-36, МПК-37, которые в настоя-

Таблица 3. Основные технические характеристики электромеханизма МРС-1.

Напряжение питания постоянного тока, В

Нагрузочный противодействующий момент, Н·м (кгс·м)

5,9±0,3 (0,60±0,03)

Частота вращения выходного вала при номинальных значениях напряже-

1,0 (60)

ния, момента, в нормальных условиях, не менее, с^-1 (об/мин)

Масса, не более, кг

2,0

Число оборотов выходного вала, ограниченное концевыми микровыклю-

от 15 до 45

чателями, обороты

регулируется поставщиком

Режим работы

повторно-кратковременный

Исполнение

всеклиматическое

Таблица 4. Основные характеристики электромеханизмов для СКВ.

Напряжение питания постоянного тока, В

Номинальный нагрузочный момент, Н·м (кгс·м)

2,0 (0,2)

3,92 (0,4)

5,88 (0,6)

Частота вращения при номинальном моменте, об/мин

0,5

1,0

1,5

2,0

0,5

1,0

2,0

4,0

6,0

2,0

3,5

Угол поворота выходного вала, град

Вариант А - 90º

Вариант Б - 180º

Масса, кг не более

0,36

0,64

Габариты, мм

108 х 70,5 х 60,5

118,5 х 80 х 75

Исполнение

всеклиматическое

щее время применяются практически

механизмы повышенной надёжности.

требованиям по внешним воздейству-

на всех современных отечественных

Электромеханизмы могут работать

ющим факторам, техническому уров-

самолетах и вертолетах. Основные

как от двух электродвигателей, так и

ню и ресурсу.

технические характеристики электро-

от одного (любого) электродвигателя

Для автоматизированных электро-

механизмов приведены в таблице 5.

с половинной частотой вращения вы-

приводов разработаны и изготавлива-

Для привода насоса системы

ходного вала.

ются исполнительные электромеханиз-

жидкостного охлаждения бортовой

Технически уникальным является

мы с вентильными электродвигателями:

аппаратуры самолетов разработан

электромеханизм МВ3,5Д25Д, пред-

• МВ25Д2СМ

- для автомати-

электромеханизм МВ1Е5Т-1 с враща-

ставленный в таблице 7, разработан-

зированного электропривода ЭПЗ-

тельным движением выходного вала

ный для управления предкрылками и

77М, предназначенного для выпуска и

без ограничения угла поворота. Тех-

стабилизатором на самолете-амфи-

уборки закрылков на самолете Ан-70;

нические характеристики электроме-

бии Бе-200. Электромеханизм имеет

• МВ5Д5С - для электропривода

ханизма приведены в таблице 6.

встроенную фрикционную муфту для

управления предкрылками и закрылка-

В системах управления различны-

защиты трансмиссии и электродви-

ми самолета Ту-334;

ми рулевыми поверхностями само-

гателей от перегрузок, безопасный

• МПП(МПЗ)-204 - для электро-

лета применяются двухканальные

(с

ручной привод, имеет малые габариты

привода предкрылков и закрылков са-

двумя электродвигателями) электро-

и массу, удовлетворяет современным

молета Ту-204 (таблицы 8-10).

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

Таблица 5. Основные технические характеристики электромеханизмов

МВД4Е6К, МПК-35, МПК-36, МПК-37.

МВД4Е6К

МПК-35

МПК-36

МПК-37

С муфтой ограничения

Особенности конструкции

двухканальный

момента

Напряжение питания постоянного тока, В

Номинальный нагрузочный момент, Н·м (кгс·м)

3,9 (0,4)

9,81 (1,0)

24,5 (2,5)

Угол поворота выходного вала, град

30 - 180

7,5 от двух

Частота вращения выходного вала, об/мин

5,0

3,0

электродвигателей

34,3-49

Момент срабатывания муфты, Н·м (кгс·м)

(3,5-5)

Масса, кг

0,59

0,71

1,25

1,1

Габариты, мм

108х81х65

148х73,5х64

137х119х72

141х103,5х63

Исполнение

всеклиматическое

Таблица 6. Технические характеристики электромеханизма МВ1Е5Т-1.

115/200В, 400Гц

Род тока

3-х фазный

Номинальный нагрузочный момент, Н·м (кгс·м)

0,83 (0,085)

Максимальный нагрузочный момент, Н·м (кгс·м)

1,18 (0,12)

Частота вращения выходного вала при номинальных значениях напряжения,

5000

частоты, нагрузочного момента в нормальных условиях, об/мин, не менее

Ток, потребляемый электромеханизмом при номинальных значениях

нагрузочного момента, напряжения и частоты в нормальных условиях, А,

3,35

не более

Режим работы

продолжительный

Масса, кг, не более

2,7

Габаритные размеры, мм

178х132х92

Исполнение

всеклиматическое

Таблица 7. Технические характеристики электромеханизма МВ3,5Д25Д.

115/200 В, 400 Гц

Для питания электродвигателя

3-х фазный

Род тока

Для питания электромагнитных тормозов

27 В постоянный

электродвигателей и цепей управления

Номинальный противодействующий

34,3 (3,5)

Нагрузочный

момент,

Максимальный противодействующий

44,1 (4,5)

Н·м (кгс·м)

Максимальный помогающий

24,5 (2,5)

Момент на выходном валу, ограниченный фрикционной муфтой, Н·м (кгс·м)

54-83,3 (5,5-8,5)

Частота вращения выходного вала, при рабо-

При номинальном нагрузочном моменте, не менее

4,17 (250)

те двух электродвигателей, при номинальных

При максимальном нагрузочном моменте, не менее

3,67 (220)

значениях напряжения и частоты в нормаль-

ных условиях, с-1 (об/мин)

При максимальном помогающем моменте, не более

5,33 (320)

Масса, кг, не более

10,4

Габариты, мм

284 х 230 х 112

Исполнение

всеклиматическое

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

Таблица 8. Технические характеристики электромеханизма МВ25Д2СМ.

Напряжение питания, В

Переменного ток

115/200 В, 400 Гц

3-х фазный

Постоянного ток

Нагрузочный момент, Н•м

Противодействующий

245

Помогающий

176

Частота вращения, об/мин

При противодействующем моменте

300

При помогающем моменте

500

Масса, кг, не более

26,3

Габариты, мм

245х300х460

Исполнение

Всеклиматическое

Таблица 9. Технические характеристики электромеханизма МВ5Д5С.

Напряжение питания, В

Переменного ток

115/200 В, 400 Гц

3-х фазный

Постоянного ток

Нагрузочный момент, Н•м

Противодействующий

58,8

Помогающий

Частота вращения, об/мин

При противодействующем моменте

380

При помогающем моменте

580

Масса, кг, не более

15,5

Габариты, мм

310х251х193

Исполнение

всеклиматическое

Таблица 10. Технические характеристики электромеханизма МПП(МПЗ)-204.

Напряжение питания, В

Переменного тока

115/200 В, 400 Гц

3-х фазный

Постоянного тока

Нагрузочный момент, Н•м

Противодействующий

137

Помогающий

Электропривод обеспечивает:

- отработку перемещения предкрылков и закрылков в положение, соответствующее те-

кущему значению управляющего сигнала, с автоматическим регулированием параметров

электропривода или

сигналам от блока задающих датчиков рукоятки управления; а также при разомкнутом

контуре управления от переключателей, установленных в кабине экипажа; при питании

электропривода от аварийного источника постоянного тока ограниченной мощности;

от одного канала электропривода в случае неисправности второго канала;

- встроенный автоматизированный контроль состояния электропривода в полете и на земле;

- фиксацию выходных валов электромеханизмов с помощью стояночных тормозов элек-

тродвигателей.

Из

электромеханизмов

для вра-

антенного обтекателя в трехскорост-

тельный режим работы, большой

щения антенных обтекателей интерес

ном режиме.

ресурс. Система управления обеспе-

представляет разработанный и выпу-

Новой разработкой в этой обла-

чивает плавное раскручивание антен-

скаемый в настоящее время электро-

сти автоматизированных электропри-

ного обтекателя, имеющего большой

механизм МВТ3Д4, который приме-

водов на основе вентильных электро-

момент инерции, до заданной частоты

няется на самолете А-50 и вертолете

двигателей является электропривод

вращения и плавный останов при вы-

К-31. Электромеханизм обеспечивает

ЭПАО-100, в состав которого входит

ключении электромеханизма.

вращение антенного обтекателя в

электромеханизм МПАО-100. Ос-

Повышенный спрос потребителей

двухскоростном режиме.

новные технические характеристики

существует на разработанные и вы-

На базе МВТ3Д4 разработан элек-

МВТ3Д4-2 приведены в таблице 11.

пускаемые ОАО

«Электропривод»

тромеханизм МВТ3Д4-2 для самолета

Отличительной чертой этих элек-

электромеханизмы с поступатель-

А-50М, обеспечивающий вращение тромеханизмов является продолжи-

ным движением выходного штока.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

• МП4С… с нагрузкой на штоке

ствуют современным требованиям по

до 400 Н;

внешним воздействующим факторам,

• МП10С… с нагрузкой на штоке

ресурсу и нашли широкое применение

до 1000 Н;

практически на всех типах современ-

• МП25С… с нагрузкой на штоке

ных самолетов и вертолетов (рис. 4,

до 2500 Н;

таблица 12).

• МП40С… с нагрузкой на штоке

Разработаны и производятся

до 4000 Н.

электромеханизмы для привода сте-

На основе каждой базовой кон-

клоочистителей,

применяющиеся

струкции созданы ряды электроме-

практически на всех отечественных

Рис. 4. Электромеханизмы

ханизмов, отличающихся выходными

вертолетах МИ-8, а также нашедшие

поступательного движения.

характеристиками,

расположением

применение на всех типах вертолетов

конструктивных элементов и др. Элек-

и легких самолетов. Наиболее массо-

Созданы базовые конструкции тромеханизмы разработаны на вы-

вым по выпуску является электроме-

электромеханизмов:

соком техническом уровне, соответ- ханизм ЭПК-2Т.

Таблица 11. Технические характеристики электромеханизма МПАО-100.

115/200 В, 400 Гц,

Для питания электродвигателей

3х фазный

Род тока

Для питания электромагнитных тормозов

27 В,

электродвигателей и цепей управления

постоянный

Номинальный нагрузочный момент, Н×м (кгс×м)

540 (55)

Момент на выходном валу, ограниченный муфтой предельного

590 (60)

момента, Н×м (кгс×м)

Частота вращения выходного вала, об/мин:

- на первом скоростном режиме

- на втором скоростном режиме

- на третьем скоростном режиме

10,5

- на четвёртом скоростном режиме

Масса, кг

Габаритные размеры, мм

565х510х175

Исполнение

всеклиматическое

Таблица 12. Характеристики электромеханизмов поступательного движения.

Напряжение

Номинальная нагрузка

Скорость

Рабочий

Габаритные

Масса, кг,

Наименование

питания постоянно-

вдоль оси штока,

штока номи-

ход

размеры, мм

не более

го тока, В

Н (кГс)

нальная, мм/с

штока, мм

МП1С10А…

98 (10)

МП1С6А…

6,3

5-50

35х60х160

0,4

МП2С4А…

196 (20)

МП4С2,5А…

392 (40)

2,5

МП4С4А…

МП4С6А…

392 (40)

6,3

МП4С10А…

10-80

41х96х182

0,9

МП10С2,5А…

2,5

МП10С4А…

980 (100)

МП10С6А…

6,3

МП25С4А…

МП25С6А…

2450 (250)

6,3

МП25С10А…

20-180

82х107х363

2,7

МП40С3А…

3,2

МП40С6А…

3920 (400)

6,3

МП40С10А…

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

Таблица 13. Электромеханизмы для привода стеклоочистителей.

ЭПК-6

ЭПК-5

115/200 В

Электродвигателя

Род тока

3-х фазный переменный

Электромагнитной муфты

27 В постоянный

Нагрузочный

Номинальный

9,8 (1)

19,6 (2)

момент,

Максимальный

19,6 (2)

31,4 (3,2)

Н·м (кгс·м)

Частота вращения выходного вала

при номинальном нагрузочном моменте,

об/мин

на малой скорости

120

145

на большой скорости

Угол качания выходного вала, град

I исполнение

II исполнение

Масса, кг, не более

2,8

5,5

Габаритные размеры, мм

243 х 188,5 х 90

288х187х91

Исполнение

всеклиматическое

Таблица 14. Электромеханизм перемещения контейнеров.

115/200 В, 3-х фазный переменный

Напряжение питания, В

для цепей управления

Тяговое усилие, Н (кгс)

440(45)

Линейная скорость на образующей ролика

при его вращении, м/с

0,15

Высота подъема ролика, мм

Масса, кг, не более

2,25

Исполнение

всеклиматическое

Габариты, мм

202х170х50

Для

самолетов

Ту-204,

Ту-214,

вершенствованию, внедрению новых

направления ОАО

«Электропривод». Имеет

Ил-96-300 разработан унифицирован-

конструкторских решений и техно-

16 научных трудов, 10 патентов. Награжден ме-

ный электромеханизм ЭПК-5, кото-

логий для создания научно-техниче-

далью ордена «За заслуги перед отечеством»

рый позднее применили на самолетах

ского задела и разработки перспек-

2 степени.

Ан-70, Ту-334. Электромеханизм ЭПК-

тивных электродвигателей и электро-

6 разработан для самолета Ил-114,

механизмов.

Ovechkin Oleg - was born in 1965. In 1989 he

в настоящее время применяется на са-

graduated from Kirov Ploytechnic Institute, spe-

молетах Бе-200, Ан-140 (таблица 13).

Овечкин Олег Иванович - родился в 1965

cialization is «Designing of computer equipment».

Оригинальной разработкой ОАО

году. В 1989 году окончил Кировский поли-

He is working in the sphere of aviation control

«Электропривод» является электро-

технический институт по специальности «Кон-

systems for 21 years. At present he is working as

механизм МК-204МА, предназначен-

струирование

электронно-вычислительной

a head of the Marketing Department in JSC «Elec-

ный для перемещения грузовых кон-

аппаратуры». В области авиационных систем

troprivod». He is the author of 5 scientific works.

тейнеров в багажно-грузовых отсеках

управления - 23 года. В настоящее время ра-

самолетов Ту-204, Ту-214. Подобная

ботает начальником отдела маркетинга ОАО

Mironov Vladimir - was born in 1939. In

разработка выполнена в отрасли впер-

«Электропривод». Имеет 8 научных трудов.

1968 he graduated from Kirov Polytechnic In-

вые (таблица 14).

stitute, speciality is «Electrician». Work experi-

Проведенный в статье обзор раз-

Миронов Владимир Александрович - ро-

ence in the sphere of aviation electronic devices

работанных и выпускаемых ОАО

дился в 1939 году. В 1968 году окончил Ки-

50 years. At present he is working as a chief

«Электропривод» электродвигате-

ровский политехнический институт по специ-

designer-director of the Subject Direction in JSC

лей и электромеханизмов показывает

альности «Электромеханика». Опыт работы в

«Electroprivod». He is the author of 16 scientific

широкий спектр их номенклатуры и

области авиационных электромеханизмов - 50

works, 10 patents. He is awarded with the sec-

применений. ОАО «Электропривод»

лет. В настоящее время работает ведущим кон-

ond level order medal «Service for the Mother

постоянно проводит работы по со- структором

- руководителем тематического

country».

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

Применение полевых математических

моделей для проектирования обмоток

вентильных электродвигателей

// Usage of field mathematical model for bldc-motor winding designing //

Волокитина Е.В., к.т.н., Власов А.И., к.т.н., Опалев Ю.Г., к.т.н.,

дой из областей уравнения А имеет

ОАО «Электропривод» г. Киров

свою форму записи [3].

Для линейной и анизотропной сре-

В статье представлен метод опре-

This paper presents the method for EMF

ды в прямоугольной системе коорди-

деления ЭДС и корректности схемы

definition and correctness of the wir-

нат оно имеет следующий обобщен-

соединения обмотки вентильного

ing diagram of the brushless DC motor

ный вид

электродвигателя посредством

winding using a mathematical model.

∂

∂²A

полевой математической модели.

Calculation results are confirmed by ex-

−

(1)

Результаты расчета подтверждены

perimental research of the brushless DC

∂x

∂y

экспериментальными исследования-

motor with external rotor.

Вектор индукции В всегда лежит

ми вентильного электродвигателя

Keywords: Brushless DC motor with ex-

в плоскости модели, а вектор плот-

с внешним ротором ДБ100-90-1-Р42.

ternal rotor, field mathematical model,

ности стороннего тока j и векторный

Ключевые слова: вентильный элек-

flux linkage , EMF, harmonic analysis.

потенциал А перпендикулярны к ней.

тродвигатель постоянного тока

Для ПМ уравнение в декартовой си-

с внешним ротором, полевая матема-

стеме координат имеет вид

тическая модель, потокосцепление,

ЭДС, гармонический анализ.

1 ∂

∂

∂x

∂y

При разработке специальных

Данный тип обмотки нашел ши-

электрических машин (ЭМ) с нетра-

рокое применение в вентильных

∂H

∂H



−

+

−



(2)

диционными активными частями, либо

электродвигателях постоянного тока





∂x

∂y





при проектировании ЭМ, работающих

(ВДПТ) с постоянными магнитами

в особых эксплуатационных режимах

(ПМ) [1], а также в магнитоэлектриче-

где µ_x, µ_y - компоненты тензора отно-

(например, при несимметрии питающе-

ских генераторах [2].

сительной магнитной проницаемости

го напряжения), возникает настоятель-

Полевая постановка задачи при

µ, j_z - осевая проекция вектора плот-

ная необходимость в расчете и анали-

выполнении исследований электро-

ности тока.

зе их магнитных полей. Кроме того,

магнитных полей ЭМ с постоянными

В области немагнитного зазора

возникает вопрос о корректности схе-

магнитами является наиболее акту-

µ=µ_о=const уравнение для векторно-

мы соединений обмотки с целью обе-

альной и перспективной, т.к. реше-

го потенциала А упрощается и запи-

спечения необходимой формы (сину-

ние выполняется с учетом реаль-

сывается как

соидальной или трапецеидальной) и

ной геометрии магнитной системы

∂

симметричности фазных ЭДС.

ЭМ, действительного токораспре-

(3)

∂x

∂y

Наиболее трудный случай имеет

деления ее обмоток, а также не-

место при исследовании ЭМ с обмот-

линейных свойств ферромагнитных

В немагнитных областях с токами

кой, которая характеризуется дроб-

сердечников.

обмотки статора, уравнение для А ста-

ным числом пазов на полюс и фазу

Расчет магнитного поля ВДПТ

новится неоднородным и принимает

с высококоэрцитивными ПМ во мно-

следующий вид

≠ целое число

гих случаях удобно выполнять через

2mp

∂

векторный магнитный потенциал А.

−

j(x, y)

(4)

где z - число пазов статора,

В магнитостатическом поле век-

∂x

∂y

m - число фаз обмотки,

торный магнитный потенциал удовлет-

где j(x,y) - расчетная плотность сто-

р - число пар полюсов.

воряет уравнению Пуассона. Для каж-

роннего тока обмотки статора.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

В областях ферромагнитных сер-

ственно сокращает сроки разработки

лить потокосцепления соответствую-

дечников с нелинейной зависимостью

электромагнитных устройств с одно-

щих элементов фаз.

магнитной проницаемости от напря-

временным увеличением точности

Обобщенный алгоритм расчета

женности магнитного поля уравнение

расчетов, а также позволяет осущест-

потокосцеплений фаз с использовани-

для векторного потенциала в прямоу-

влять оптимизацию магнитных систем

ем программы ELCUT [8] заключается

гольной системе координат при μ = ∞

на стадии проектирования.

в следующем:

имеет вид

Моделирование ЭДС обмотки

• создается полевая математиче-

с дробным q производилось с ис-

ская модель поперечного сечения

∂

пользованием программы ELCUT, раз-

магнитной системы электродвигателя с

(5)

работанной НПКК «ТОР», г. Санкт-

заданием основных блоков, их свойств

∂x

∂y

Петербург.

и граничных условий (рис. 2);

где μ = f(Н).

• задаются элементы фаз U+, U•,

Граничные условия, необходимые

Моделирование ЭДС

V+, V•, W+, W• в соответствии со

для решения уравнений (2) - (5), за-

обмотки с дробным числом

схемой обмотки и направлением то-

даются исходя из физических условий

пазов на полюс и фазу q

ков в ней;

существования магнитного поля на

Существуют аналитические мето-

• задаются источники магнитного

внешних границах расчетной области.

ды расчета распределения и соедине-

поля - постоянные магниты N и S по-

Векторный потенциал при расчете лю-

ний многофазных обмоток, которые

лярности;

бого поля на внешней поверхности

приведены в [5-7]. При расчете об-

• проводится расчет модели;

ферромагнитного сердечника статора

мотки аналитическими методами тре-

• после окончания расчета на кар-

равен нулю (А=0).

буется выполнять достаточно боль-

тине магнитного поля задается контур

Особенности ЭМ с редкоземель-

шой объем вычислений для опреде-

интегрирования выделением каждой

ными ПМ, такие как линейность кри-

ления гармонического состава ЭДС и

фазы (U+, U•, V+, V•, W+, W•)

вой размагничивания по индукции,

обмоточных коэффициентов.

с определением потокосцепления

относительно небольшое насыщение

Алгоритм моделирования ЭДС об-

каждой фазы (ψ_U+, ψ_U•, ψ_V+, ψ_V•, ψ_W+,

участков магнитной цепи, позволяют

мотки с дробным q проведем на при-

ψ_W•) в интегральном калькуляторе;

разделить магнитные поля, создавае-

мере обмотки ВДПТ с внешним рото-

• для получения зависимостей

мые магнитом и обмоткой якоря, рас-

ром ДБ100-90-1-Р42, разработанного

ψ=f(φ) (где φ - угол поворота рото-

сматривать их отдельно и затем ис-

в ОАО «Электропривод» (г. Киров).

ра) необходимо задать вращение ро-

пользовать метод наложения.

Электродвигатель

ДБ100-90-

тора в программе LabelMover.

Методы исследования электромаг-

1-Р42 имеет трехфазную зубцовую

Мгновенные значения фазных

нитных полей, основанные на теории

обмотку с числом полюсов 2р=16,

ЭДС е рассчитываются по формулам

электромагнитного поля, являются

числом пазов z=18, числом фаз m=3

(7)-(9) [9].

наиболее перспективными при проек-

и числом пазов на полюс и фазу

⋅n⋅W

⋅

тировании и оптимизации конструкции

(

−

)

⋅

+ ψ

U•

(7)

ВДПТ [4].

= z

0,375

(6)

9,55

2mp

16⋅3

Развитие вычислительной техники

⋅n⋅W

⋅

и применение математического аппа-

Схема обмотки электродвигателя

(

−

)

⋅

(8)

• ψ

V+

9,55

рата различных численных методов

ДБ100-90-1-Р42 показана на рис. 1.

расчета способствовало разработке

Для расчета

специализированного

программно-

ЭДС с помо-

го обеспечения для моделирования

щью полевой

магнитных полей, такого как ELCUT,

математической

FEMM, MAXWELL и ANSYS. Приме-

модели необ-

нение перечисленных программ суще-

ходимо опреде-

Рис. 1. Схема обмотки электродвигателя ДБ100-90-1-Р42.

Рис. 2. - Задание полевой математической модели в ELCUT.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

ты расчетов приведены в таблице 1.

E_д =

(10)

Амплитуда третьей гармоники

ЭДС составляет

3% от амплитуды

Действующее значе-

первой гармоники. Амплитуды осталь-

ние линейной ЭДС, В

ных гармоник высшего порядка со-

ставляют 0,2 % и менее. В результате

3Е

(11)

проведенного гармонического анали-

за можно сделать заключение о не-

Гармонический ана-

целесообразности применения кон-

лиз кривых ЭДС про-

структивных мер борьбы с высшими

водился посредством

гармониками в кривой ЭДС электро-

Рис. 3. Фазные ЭДС электродвигателя ДБ100-90-1-Р42

разложения в ряд Фурье

двигателя ДБ100-90-1-Р42.

в зависимости от угла поворота ротора.

[10] по формуле

Адекватность полевой математиче-

⋅n⋅W

⋅

∞

ской модели была подтверждена при



kπϕ

(

−

)

⋅

(9)

• ψ

W+

e(ϕ)=

cos

+

экспериментальных

исследованиях

∑



9,55

180τ

k=1





вентильного электродвигателя с внеш-

где l_ср - средняя длина активных ча-

ним ротором ДБ100-90-1-Р42.



kπϕ



стей электродвигателя, м;

sin



(12)

Осциллограммы фазных ЭДС об-



180τ

n - частота вращения, об/мин;



мотки электродвигателя ДБ100-90-

W - число витков фазы;

где k - порядковый номер гармоники;

1-Р42 показаны на рис. 4.

р - число пар полюсов.

τ - полюсное деление, м;

Осциллограммы фазных ЭДС по-

Графики фазных ЭДС электро-

амплитуды косинусных и синусных

казывают соответствие эксперимен-

двигателя ДБ100-90-1-Р42 в зависи-

гармоник е_c и е_s определяются

тальных параметров расчетным.

мости от угла поворота ротора в элек-

2τ



kπϕ



трических градусах показаны на рис. 3.

Выводы

e(ϕ) cos



dϕ

∫

Синусоидальность кривых, а также

180τ

Полевая математическая модель





угол сдвига фазных ЭДС, равный 120

(13)

в процессе проектирования нового

2τ

эл.град., свидетельствуют о коррект-



kπϕ



электродвигателя позволяет оценить

e_s

e(ϕ)sin



dϕ

ности соединений секций и симме-

∫

правильность построения схемы много-

180τ



тричности обмотки.

фазной обмотки и выполнять оценку

Максимальная величина мгновенно-

В результате гармонического ана-

формы и симметричности фазных ЭДС.

го значения фазной ЭДС является ам-

лиза кривых ЭДС выявлено наличие

В результате гармонического ана-

плитудным значением фазной ЭДС Е.

основной гармоники первого поряд-

лиза выявлено, что проведение кон-

Действующее значение фазной

ка и незначительные амплитуды гар-

структивных мероприятий по борьбе

ЭДС, В

моник высшего порядка. Результа-

с высшими гармониками ЭДС в элек-

Рис. 4. Осциллограммы фазных ЭДС обмотки электродвигателя ДБ100-90-1-Р42.

Таблица 1. Гармонический анализ кривой ЭДС.

Номер гармоники

Амплитуда гармоники, %

100

0,0038

3,067

0,0012

0,206

0,0019

0,044

0,0034

0,0017

0,0064

Номер гармоники

Амплитуда гармоники, %

0,034

0,0025

0,011

0,002

0,069

0,0023

0,108

0,0016

0,065

0,0011

Номер гармоники

Амплитуда гармоники, %

0,017

0,0008

0,0014

0,0094

0,0004

0,019

0,0006

0,014

0,0007

0,0044

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

тродвигателе ДБ100-90-1-Р42 неце-

Волокитина Елена Владимировна - в 1981

щее время работает начальником конструктор-

лесообразно.

году окончила Кировский политехнический ин-

ского бюро ОАО «Электропривод», аспирант

Результаты расчетов подтвержде-

ститут по специальности

«Электромеханика».

Чувашского государственного университета.

ны экспериментальными исследования-

В 2006 году защитила кандидатскую диссер-

Имеет 11 научных трудов.

ми электродвигателя ДБ100-90-1-Р42.

тацию на тему: «Исследование и разработка

быстродействующего вентильного электро-

Volokinina Elena - in

1981 she graduated

Литература:

привода органов управления новых самолетов».

from Kirov Polytechnic Institute, specialization

1. Захаренко А.Б. Исследование вентильной ма-

Доцент кафедры «Электрические машины и

«Electromechanics». In 2006 she defended a

шины для привода электромобиля. //Электро-

аппараты» Вятского государственного универ-

candidate thesis, the theme is: «Research and de-

техника - 2002 - №7. - с.2-10.

ситета. Опыт работы в области вентильных

velopment of quick-operating valve electric drive

2. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф., Ларионов А.Н.

электродвигателей

25 лет, авиационного

of new plains controllers». She is an associate

Электрические машины с постоянными магнита-

электропривода - 15 лет. В настоящее время

professor of «Electric machines and equipment»

ми. - М.-Л.: Энергия, 1964 - 480 с.

работает ведущим конструктором, руководи-

department in Vyatskiy State University. Her job

3. Копылов И.П. Математическое моделиро-

телем проекта ОАО «Электропривод». Автор

experience in the sphere of valve electric drivers

вание электрических машин- М.: Высш. шк.,

более 60 научных трудов. Награждена Дипло-

is 25 years, aviation electric drivers- 15 years. At

2001. - 326 с.

мом лауреата Всероссийского конкурса «Инже-

present she is working as a leading designer, pro-

4. Опалев Ю.Г., Волокитина Е.В., Власов А.И.,

нер года-2011» по версии «Профессиональные

ject manager in JSC «Electroprivod». She is the

Никитин В.В. Исследование и оптимизация

инженеры».

author of 60 scientific works. She is awarded to

динамических и массогабаритных показате-

the laureate diploma of All-Russian competition

лей вентильных электродвигателей методами

Власов Андрей Иванович - родился в 1979

«Engineer of the year 2011» according to the ver-

численного моделирования магнитного поля//

году. В 2002 году окончил Вятский государ-

sion «Professional Engineers».

Электроника и электрооборудование транспор-

ственный университет (ВятГУ) по специально-

та. - 2007. - №3. - с.22-25.

сти «Электромеханика». Кандидат технических

Vlasov Andrey - was born in 1979. In 2002 he

5. Жерве Г.К. Обмотки электрических машин. -

наук. В

2010 году защитил диссертацию по

graduated from Vyatskiy State University (Vyat-

Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1989. -

теме:

«Магнитоэлектрический стартер-генера-

GU), specialization is «Electromechanics». He is

400 с.

тор в системе электроснабжения самолетов но-

a candidate of Engineering. In 2010 he defended

6. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электри-

вого поколения». 9 лет работает в области ави-

a thesis, the theme is: «Magnetoelectric starter-

ческие машины. Часть 1. Изд. 2. М.-Л.: Энергия,

ационных электрических машин. В настоящее

generator in the New generation plain power

1964. - 544 с.

время работает начальником конструкторского

system». At present he works as a Head of the

7. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электри-

отдела ОАО «Электропривод». Имеет 20 на-

Design Department in JSC «Electroprivod». He is

ческие машины. Часть 2. Изд. 2. М.-Л.: Энергия,

учных трудов.

the author of 20 scientific works.

1965. - 704 с.

8. ELCUT. Моделирование двумерных полей

Опалев Юрий Геннадьевич - родился в

Opalev Yuriy - was born in 1980. In 2003 he

методом конечных элементов. Версия 5.3. Руко-

1980 году. В 2003 году окончил

graduated from Vyatskiy State University

(Vy-

водство пользователя. - СПб.: Производствен-

Вятский государственный университет (ВятГУ)

atSU) specializing in «Electromechanics». He is

ный кооператив ТОР, 2006. - 284 c.

по специальности «Электромеханика». Канди-

a Candidate of Science. In 2011 he defended a

9. Bianchi, N. Electrical machine analysis using fi-

дат технических наук. В 2011 году защитил кан-

thesis about «AC electronic motors for precise

nite elements. CRC Press, USA - 2005. - 275 p.

дидатскую диссертацию на тему: «Вентильные

fast-acting drives of mechatronic process mod-

10. Выгодский М.Я. Справочник по высшей ма-

электродвигатели для прецизионных быстро-

els». He has been working in the area of aircraft

тематике. - М.: Наука, 1972. - 872 с.

действующих приводов мехатронных техноло-

electrical machines for nine years. At present he

гических модулей». 9 лет работает в области

is a head of the design center JSC «Electropriv-

авиационных электрических машин. В настоя-

od». He has 11 scientific works.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

Исследования по созданию

системы генерирования и запуска

маршевого двигателя в концепции

полностью электрифицированного

самолета. Часть II

// Investigations of mid-flight engine generating and starting system

in «all electric aircraft» concept. Part II //

Волокитина Е.В., к.т.н.

го компрессора с электроприводом;

ОАО «Электропривод», г. Киров

• исключение коробки приводов

самолетных и двигательных устройств;

В статье приведены основные ре-

Main results of technical materials

• создание электрической ПОС

зультаты разработки технических

development for generating and

воздухозаборника двигателя;

материалов по системе генерирова-

starting of « all electric aircraft « mid-

• использование электроприводов

ния и запуска маршевого двигателя

flight engine system are considered in

на базе вентильных электродвигате-

«полностью электрифицированного

this article.

лей с постоянными магнитами в систе-

самолета».

Keywords: fully electrified aircraft,

ме автоматического управления двига-

Ключевые слова: полностью элек-

power generating system, engine

теля ГТД, включая подачу и дозиро-

трифицированный самолет, система

starting system, aircraft engine, starter-

вание топлива, перемещение органов

генерирования, система запуска, ави-

generator.

механизации газовоздушного тракта,

адвигатель, стартер-генератор.

привод агрегатов маслосистемы;

• использование электрического

Научная программа

«полностью

электропривода в системах управления

привода реверсивного устройства;

электрифицированного

самолета»

газотурбинным двигателем (ГТД) и т.д.

• переход на новую систему элек-

(ПЭС), возникшая в 70-е годы про-

Обобщая содержание концепции

троснабжения самолета повышенного

шлого века, в настоящее время для

«электрического авиадвигателя» для

напряжения постоянного тока с на-

самолетостроителей становится все

электрического самолета, можно вы-

пряжением 270 (540) В или перемен-

более актуальной, особенно за рубе-

делить несколько положений:

ного тока с напряжением 115 (230) В

жом, а также в России в связи с повы-

• исключение отбора воздуха от

переменной частоты, рассчитанную на

шением требований эффективности,

компрессора авиадвигателя и переход

передачу увеличенной в 2-3 раза мощ-

эксплуатационной надежности, без-

на системы кондиционирования и жиз-

ности, мощность одного канала гене-

опасности устройств самолета.

необеспечения на базе специально-

рирования до уровня 300 кВ·А;

Концепция ПЭС сказывается на

принципах построения и особенностях

функционирования основных систем

и агрегатов самолета и предполагает

применение электрической энергии во

всех системах самолета и двигателя.

Реализация концепции ПЭС пред-

полагает существенное изменение об-

лика силовой установки самолета и

создания «электрического двигателя»

вследствие ликвидации отбора воз-

духа для системы кондиционирова-

ния (СКВ) и противообледенительной

системы (ПОС), устранения привода

гидросистемы, интеграции источника

электрической энергии с авиационным

двигателем, широкого применения

Рис. 1. Сравнение обычных и электрифицированных систем самолета .

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

• разработка электрических бес-

Таблица 1. Бортовые генераторы зарубежных самолетов.

контактных генераторов с удельной

массой 0,2-0,4 кг/кВт, одновременно

Самолет

Источники электроэнергии

выполняющих функцию электриче-

А300

2х90 кВ·А (1х Двигатель) +90 кВ·А (ВСУ)

ского стартера для запуска авиадвига-

теля, в перспективе интегрированных в

В767

2х120 кВ·А (1х Двигатель) +120 кВ·А (ВСУ)

авиадвигатель.

А310

2х90 кВ·А (1х Двигатель) +90 кВ·А (ВСУ)

На рис. 1 показано обобщенное

А320

2х90 кВ·А (1х Двигатель) +90 кВ·А (ВСУ)

сравнение систем обычного самолета

и максимально электрифицированного

В747

4х90 кВ·А (1х Двигатель) +2х90 кВ·А (ВСУ)

самолета/двигателя [1].

А340

4х75 кВ·А (1х Двигатель) +115 кВ·А (ВСУ)

Запуск ГТД является одним из его

А330

2х115 кВ·А (1х Двигатель) +115 кВ·А (ВСУ)

важнейших эксплуатационных режимов.

В777

2х120 кВ·А (1х Двигатель) +120 кВ·А (ВСУ)

Для запуска авиационных ГТД

применяют стартеры различного прин-

А380

4х150 кВ·А (1х Двигатель) +2х120 кВ·А (ВСУ)

ципа действия. Выбор стартера зави-

В787

4х250 кВ·А (2х Двигатель) +2х225 кВ·А (ВСУ)

сит от большого числа факторов, в

частности, от назначения и размерно-

сти двигателя, требуемой продолжи-

обслуживания и постоянная готов-

и вертолетах в качестве основных,

тельности запуска, требования авто-

ность к запуску.

резервных и аварийных источников

номности пусковой системы. При этом

Недостатком электростартеров яв-

электроэнергии трехфазного пере-

немаловажное, а в ряде случаев опре-

ляется увеличение их массы с ростом

менного тока.

деляющее значение имеет тип энерго-

мощности. Электростартер, являю-

Генераторы серии ГТ мощностью

системы самолета (в особенности для

щийся отдельной конструктивной еди-

60, 90 и 120 кВ·А применяются соот-

автономных пусковых систем).

ницей относительно большой массы и

ветственно на самолетах Су-30, Су-33,

Наибольшее распространение для

габаритов, выполняет функции запуска

Су-32, Су-34, Су-35, Ту-204, Ту-214,

двигателей малой размерности в граж-

и в дальнейшем является неиспользу-

Ту-334, Ан-124, Ан-225 и Ту-22МЗ

данской авиации нашли электрические

емым грузом, увеличивающим полет-

(ГТ60), Ил-96 и Ан-70 (ГТ90), Ту-160

стартеры. Для двигателей средней и

ную массу самолета.

(ГТ120) и других.

большой размерности

- воздушные

Наиболее рациональна кон-

Широкое применение бесконтакт-

стартеры. Для двигателей военного на-

струкция, в которой электростартер

ных генераторов с вращающимся вы-

значения - газотурбинные стартеры [2].

используется после запуска в качестве

прямителем на зарубежных самолетах

Для турбостартерного запуска га-

бортового электрогенератора. По

показывает таблица 1[4].

зотурбинного двигателя используется

конструктивному выполнению стар-

При таком масштабном исполь-

турбокомпрессорный стартер, пред-

тер-генераторы представляют собой

зовании бесконтактных генераторов

ставляющий собой малогабаритный

коллекторную электрическую машину

переменного тока с вращающимся

газотурбинный двигатель [3], который,

постоянного тока, основным недо-

выпрямителем идеальным решением

в свою очередь, запускается электро-

статком которой является низкая на-

является их использование в каче-

стартером. Использование турбостар-

дежность, обусловленная наличием

стве стартеров в системах запуска и

теров усложняет производство и экс-

щеточно-коллекторного узла.

генерирования маршевого двигателя,

плуатацию газотурбинного двигателя,

Мировой опыт разработки и экс-

используя принцип обратимости элек-

увеличивает общее время запуска.

плуатации самолетных генераторов

трических машин. Но, как известно,

Воздушная пусковая система - это

переменного тока показал, что трех-

синхронный генератор с вращающим-

система, обеспечивающая раскрутку

каскадная конструкция бесконтакт-

ся выпрямителем в его классическом

ротора двигателя в процессе его запу-

ного явнополюсного синхронного

исполнении является необратимой ма-

ска воздушным турбостартером. К не-

генератора с вращающимися выпря-

шиной с невозможностью реализации

достаткам воздушной пусковой систе-

мителями является предпочтительной

стартерного режима.

мы относится сложность подвода ра-

ввиду весьма высокого технического

В [5] рассматривается вариант ре-

бочего тела (воздуха) с минимальны-

уровня таких электрических машин

ализации стартерного режима на базе

ми потерями давления и температуры.

как в России, так и за рубежом, что

генератора с вращающимся выпрями-

Электрическое пусковое устрой-

обусловило ее широкое распростра-

телем, в качестве возбудителя кото-

ство представляет собой электри-

нение на большинстве современных

рого применена асинхронная машина

ческий двигатель. Электрическим

самолетов, в том числе на A-380 и

с фазным ротором.

пусковым устройствам свойственны

Boeing-787.

Не исключаются и другие спосо-

простота конструкции, невысокая

Отечественной промышленностью

бы организации стартерного режима,

стоимость, простота управления и

генераторы серии ГТ выпускаются

но все они требуют детальной про-

легкость автоматизации процесса за-

с 1960-х годов и в настоящее время

работки технического решения, рас-

пуска, высокая надежность, удобство

широко используются на самолетах

четов, макетирования и подтвержде-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

Рис. 2. Схема соединений обмоток генератора

в двигательном режиме:

1, 4 - обмотка якоря, обмотка возбуждения

основного генератора;

Рис. 3. Структурная схема управляющей части блока управления.

2, 6 - обмотка возбуждения, обмотка якоря

возбудителя;

3, 7 - обмотка якоря, магнитная система

ния ротора формирует вектор

=^m

⋅sin

(

)

(2)

подвозбудителя;

тока обмотки якоря основного

осн

ω₁

5 - вращающиеся выпрямители;

генератора и, следовательно,

8 - датчик положения ротора;

вектор магнитного потока ос-

где Е₀ - электродвижущая сила об-

9 - блок управления.

новного генератора таким об-

мотки якоря генератора, наведенная

ния результатов экспериментальными

разом, чтобы ось магнитного потока

током обмотки возбуждения основно-

исследованиями. Одно из решений

опережала ось полюса ротора на

го генератора.

найдено ОАО «Электропривод» [6].

угол θ. При взаимодействии магнит-

Под действием суммарного момен-

Для использования бесконтактно-

ного поля основного генератора и

та (М_р+М_осн) частота вращения рото-

го синхронного генератора с вращаю-

явно выраженных полюсов ротора

ра увеличивается.

щимся выпрямителем в двигательном

основного генератора возникает ре-

При достижении частоты враще-

режиме его конструкция дополняется

активный вращающийся момент [7],

ния роторного модуля, определяемой

датчиком обратной связи по поло-

под действием которого ротор бес-

параметрами газотурбинного двигате-

жению (8) и блоком управления (9)

контактного синхронного генератора

ля, бесконтактный синхронный гене-

(рис. 2). Также для получения инфор-

с вращающимся выпрямителем при-

ратор с вращающимся выпрямителем

мации о положении ротора можно

водится во вращение

переходит в генераторный режим,

использовать один из алгоритмов без-

блок управления отключается от об-









датчикового управления.

⋅

−

⋅sin

2θ)(1)

мотки якоря генератора.





2ω





Блок управления состоит из сило-

Предлагаемое техническое реше-

вой и управляющей частей. Силовая

где m₁ - число фаз обмотки якоря ос-

ние реализует функции двигательного

часть блока управления представ-

новного генератора,

режима в генераторе без изменения

ляет собой классический трехфаз-

U1 - фазное напряжение, подве-

конструкции, увеличения массы, при

ный инвертор, который коммутирует

денное к обмотке якоря основного

сохранении достоинств бесконтакт-

фазы якорной обмотки синхронного

генератора,

ного синхронного генератора с вра-

генератора. Питание силовой части

ω₁

- угловая синхронная скорость,

щающимся выпрямителем, который

осуществляется либо от источника

Х_d - индуктивное сопротивление

в настоящее время является основным

постоянного тока, либо через вы-

обмотки якоря основного генератора

типом источника электрической энер-

прямитель от источника переменно-

по продольной оси,

гии на борту большинства эксплуати-

го тока.

Х_q - индуктивное сопротивление

руемых самолетов.

Управляющая часть блока управ-

обмотки якоря основного генератора

ОАО «Электропривод» (г. Киров)

ления построена на основе вектор-

по поперечной оси.

провело экспериментальную проверку

ного управления, вариант структурной

Под действием реактивного мо-

предложенного решения [8]. Демон-

схемы управляющей части показан на

мента по мере увеличения частоты

страционный образец (рис. 4) системы

рис. 3.

вращения в обмотке якоря возбуди-

запуска маршевого двигателя реализо-

При работе в двигательном ре-

теля (6) индуцируется электродвижу-

ван на основе:

жиме в начальный момент пуска блок

щая сила, которая выпрямляется бло-

• генератора ГТ40ПЧ8

(далее

управления подключает обмотку

ком вращающегося выпрямителя (5)

электрическая машина - ЭМ);

якоря

(1) основного генератора и

и обеспечивает протекание тока по

• преобразователя частоты мощ-

обмотку возбуждения возбудителя

обмотке возбуждения основного ге-

ностью 100 кВт (ПЧ-100).

(2) к источнику питания. Блок управ-

нератора, создавая дополнительный

Для реализации стартерного ре-

ления по сигналам датчика положе-

активный вращающийся момент [7]

жима ЭМ дополнительно содержит

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

товлен испытательный стенд (рис. 6),

который включает в себя следующие

элементы:

• преобразователь частоты мощ-

ностью 100 кВт ПЧ-100;

• нагрузочное устройство на ос-

нове электродвигателя постоянного

тока фирмы SIEMENS мощностью

40 кВт (БМ) для создания момента на

валу ЭМ;

• плата сопряжения, предназначен-

Рис. 4. Демонстрационный образец стартер-генератора.

ная для коммутации сигналов, анализа

работы схемы и согласования уровней

преобразователь угловых перемеще-

Испытания

входных и выходных сигналов;

ний (энкодер).

демонстрационного

• программное обеспечение для

Требования к демонстрационно-

образца системы запуска

управления с компьютера;

му образцу приведены в таблице 2.

маршевого двигателя

• источник питания

(ИП) мощ-

Основные параметры ЭМ в генера-

Для испытания системы запуска

ностью

кВА, напряжением

торном режиме приведены в табли-

маршевого двигателя (далее по тек-

115/200 В, 400 Гц, предназначенный

це 3.

сту - СЗМД) был разработан и изго-

для питания БУ;

• источник питания импульсный

Таблица 2. Требования к демонстрационному образцу.

27 В, 6А, предназначенный для пита-

ния плат управления и согласования;

Значение

Наименование параметра

• источники питания импульсные

параметра

27 В, 6 А.

Номинальная мощность генератора, используемого в качестве стартера,

Схема испытательного стенда

кВА, не менее

СЗМД показана на рис. 5.

Максимальная частота вращения ротора генератора в генераторном ре-

8000

Испытания проводились в нор-

жиме, об/мин, не менее

мальных климатических условиях.

Перегрузка стартер-генератора по току в стартерном режиме,

1,5 Iном

не менее

Определение момента

Максимальная частота вращения ротора стартер-генератора в стартерном

60 % от

электрической машины

режиме, не менее

nmax

в стартерном режиме

В ходе испытаний исследовалось

Таблица 3. Основные параметры генератора ГТ40ПЧ8.

влияние тока возбуждения возбуди-

Наименование параметра

Значение параметра

теля, угла θ, тока якоря на величину

вращающего момента ЭМ и время вы-

Основной генератор

хода на заданную частоту вращения.

Число фаз

Испытания проводились в диапазоне

«звезда» с выведенной

частоты вращения 800-3000 об/мин.

Соединение фаз

нейтралью

На рис. 7 приведены некоторые ре-

Номинальное линейное напряжение, В

208

зультаты испытаний, в частности, зави-

Номинальная мощность, кВА

симости времени выхода на заданную

частоту вращения n = 800 об/мин от

Номинальный ток, А

111

угла θ и тока возбуждения возбудите-

Частота вращения, об/мин

7600 - 8400

ля I_вв в режиме запуска, а также ос-

380 - 420

циллограммы тока на входе преобра-

Частота, Гц

зователя I_вх.

Возбудитель

Результаты испытаний демонстра-

Ток возбуждения на холостом ходу при частоте вра-

0,5 - 0,7

ционного образца СЗМД показали,

щения 8400 об/мин, напряжении генератора 208 В, А

что для обеспечения максимальных

Подвозбудитель

пусковых характеристик бесконтакт-

Число фаз

ного генератора с вращающимся вы-

«звезда» с выведенной

прямителем необходима оптимальная

Соединение фаз

нейтралью

ориентация вектора тока якоря отно-

Линейное напряжение холостого хода при частоте

45,5 - 48,3

сительно ротора (определяется с по-

вращения 8000 об/мин, В

мощью моделирования ЭМ численны-

760 - 840

Частота, Гц

ми методами).

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

Определение реактивного

пускового момента

c помощью полевой модели

В результате моделирования были

получены зависимости реактивно-

го момента от угла поворота ротора

M_p=f(θ). Зависимость для одной из

моделей при отсутствии возбуждения

ротора показана на рис. 9.

Результаты моделирования приве-

дены в таблице 4.

На основании данных таблицы 4

следует, что метод расчета пускового

реактивного момента с помощью по-

левой модели показал приемлемую

сходимость с экспериментальными

Рис. 8. Фрагмент модели ЭМ.

данными.

Определение момента

с помощью полевой модели

В результате были получены за-

висимости крутящего момента ЭМ

в функции тока якоря I, частоты

вращения n и угла θ М=f(I, n, θ).

Ток возбуждения I_вв задавался про-

порционально частоте вращения ге-

нератора n.

На рис. 10 приведены расчетные,

полученные с помощью полевой мо-

дели при задании θ при различных

значениях тока якоря и частоты вра-

щения, а также экспериментальные

значения крутящего момента ЭМ.

Рис. 9. Зависимость Mp=f(θ) при токе якоря I=78 А и ее гармонические

Результаты теоретических и экс-

составляющие (M1m=10,37 Н·м).

периментальных исследований де-

монстрационного образца показали

а также разработаны правила и порядок

• геометрических блоков - эскиза

возможность осуществления запуска

применения данной математической мо-

поперечного сечения магнитной си-

маршевого двигателя с использова-

дели для моделирования генератор-

стемы;

нием синхронного генератора с вра-

ного и стартерного режимов работы.

• набора физических свойств

щающимся выпрямителем и получить

Проведено моделирование и сопо-

блоков;

характеристики запуска, заданные

ставление результатов моделирования

• источников поля.

в таблице 2.

с экспериментальными данными, кото-

Источниками электромагнитного

рое показало приемлемую сходимость.

поля в модели генератора являются

Литература:

Некоторые результаты моделиро-

обмотка якоря и ротора. Фрагмент мо-

1. A.A. AbdElhafez, A.J. Forsyth. A Review of

вания в программном продукте ELCUT

дели ЭМ (генератора ГТ40ПЧ8) пока-

More-Electric Aircraft // Internat. 13th Conf. on

представлены ниже.

зан на рис. 8.

Aerospace Sciences & Aviation Technology

Полевая модель генератора

ASAT- 13 - Cairo, Egypt, 2009.

ГТ40ПЧ8 состоит из совокупности:

2. А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сан-

драцкий. Основы конструирования авиационных

Таблица 4. Результаты моделирования.

двигателей и энергетических установок, серия

Момент, полу-

«Газотурбинные двигатели». - М.: Машиностро-

Эксперименталь-

Ошибка

Ток якоря, А

ченный в полевой

ение, 2008.

ный момент, Н·м

расчета, %

модели, Н·м

3. Авиационное оборудование / под редакцией

10,37

9,81

5,4

Ю.П. Доброленского. - М: Воениздат, 1989. -

15,82

248 с.

130

23,307

19,62

4. Ian Moir, Allan Seabridge. Aircraft Systems:

157

29,56

24,525

Mechanical, electrical, and avionics subsystems

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

Волокитина Елена Владимировна - в 1981

году окончила Кировский политехнический ин-

ститут по специальности

«Электромеханика».

В 2006 году защитила кандидатскую диссер-

тацию на тему: «Исследование и разработка

быстродействующего вентильного электро-

привода органов управления новых самолетов».

Доцент кафедры «Электрические машины и

аппараты» Вятского государственного универ-

ситета. Опыт работы в области вентильных

электродвигателей

25 лет, авиационного

электропривода - 15 лет. В настоящее время

работает ведущим конструктором, руководи-

телем проекта ОАО «Электропривод». Автор

более 60 научных трудов. Награждена Дипло-

мом лауреата Всероссийского конкурса «Инже-

нер года-2011» по версии «Профессиональные

инженеры».

Рис. 10. Расчетные и экспериментальные зависимости крутящего момента ЭМ от

Volokinina Elena - in 1981 she graduated

тока якоря М=f(I) при различных частотах вращения ротора.

from Kirov Polytechnic Institute, specialization

«Electromechanics». In 2006 she defended a

integration. Third Edition. - England: John Wiley

перераб. и доп. - М.: Высш. школа; 1979. - 261 с.

candidate thesis, the theme is: «Research and de-

& Sons Ltd, 2008.

8. Исследование стартерного режима в трех-

velopment of quick-operating valve electric drive

5. Волокитина Е.В. Исследования по созданию

фазном бесконтактном генераторе с вращаю-

of new plains controllers ». She is an associate

системы генерирования и запуска маршевого

щимися выпрямителями. Отчет о НИР № 03-

professor of «Electric machines and equipment»

двигателя в концепции полностью электрифи-

47/2-2011// ОАО

«Электропривод», Киров,

department in Vyatskiy State University. Her job

цированного самолета. Ч. 1 // Электроника и

2011. - 79 c.

experience in the sphere of valve electric drivers

электрооборудование транспорта

2011.

Дополнение к техническому акту

25 years, aviation electric drivers- 15 years.

№4. - с. 24-29.

№ 07541905-98/2-2010 по результатам ис-

At present she is working as a leading designer,

6. Заявка на изобретение

№2013113760 от

пытаний демонстрационного образца системы

project manager in JSC «Electroprivod». She is

27.03.2013.

запуска маршевого двигателя, с использовани-

the author of 60 scientific works. She is awarded

7. Кацман М.М., Юферов Ф.М. Электрические ма-

ем в качестве стартера трехфазного генерато-

to the laureate diploma of All-Russian competi-

шины автоматических систем: учебник для техни-

ра с вращающимися выпрямителями. // ОАО

tion «Engineer of the year 2011» according to

кумов / под редакцией Ф.М. Юферова. - 2-е изд.,

«Электропривод», Киров, 2010.

the version «Professional Engineers».

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

Исследование магнитной системы

высокоскоростных бесконтактных

электродвигателей постоянного тока

// Research of magnetic system of high-speed brushless direct-current motors //

Власов А.И., к.т.н., Волокитина Е.В., к.т.н.,

стоянными магнитами, имеющими фор-

Малюгин А.А., Опалев Ю.Г., к.т.н.,

му сегментов и размещенными на магни-

ОАО «Электропривод», г. Киров

томягкой втулке, установленной на валу.

При постановке магнитной задачи

В статье рассмотрены способы улуч-

Ways of improvement of power and

задавались источники поля (токи в об-

шения энергетических и массогаба-

mass-dimensional parameters of the

мотке) и свойства материалов. Данная

ритных параметров высокоскорост-

high-speed BLDC electric motors by opti-

задача может быть сформулирована

ных вентильных электродвигателей

mization of stator and rotor geometrical

как дифференциальное уравнение

путем оптимизации геометрических

sizes using magnetic field numerical

в частных производных относительно

размеров статора и ротора мето-

modeling by ELCUT program are consid-

комплексной амплитуды векторного

дом численного моделирования маг-

ered in this paper.

магнитного потенциала А (В = rot A,

нитного поля в программе ELCUT.

Keywords: brushless DC electric motor

В - вектор магнитной индукции)

Ключевые слова: бесконтактный

(BLDC), field model, magnetic system,

электродвигатель постоянного

iron loss.

∂



∂A

∂



∂A



+



−

тока, полевая модель, магнитная









∂x

∂y









система, потери в стали

−

iωgA =

−

(1)

стор

Одним из признаков эффективно

фигурации магнитной системы статора.

разработанной электрической маши-

Для достижения поставленной

ны является обеспечение высоких

цели решаются следующие задачи:

удельных массоэнергетических пока-

• исследование влияния формы

зателей.

пазов статора на характеристики бес-

Наиболее жесткие требования

контактных электродвигателей посто-

по энергетическим и массогабарит-

янного тока

(БДПТ): величину маг-

ным показателям предъявляются к

нитного потока, электромагнитного

электродвигателям

авиационного

момента, потерь в стали;

электропривода. С целью повышения

• оптимизация высоты ярма ста-

удельной мощности все авиационные

тора при постоянстве электромагнит-

электродвигатели выполняются вы-

ного момента и допустимых потерях

сокоскоростными. Кроме того, в по-

в стали.

следнее время наметилась тенденция

Для решения перечисленных за-

к дальнейшему повышению частоты

дач в программе ELCUT была разра-

вращения авиационных электродви-

ботана полевая математическая мо-

гателей, которая достигает десятков

дель БДПТ на основе метода конеч-

Рис. 1. Конфигурация исследуемой маг-

тысяч оборотов в минуту, при этом

ных элементов.

нитной системы:

потери в стали преобладают над дру-

В качестве геометрической моде-

1 - область ферромагнитного сердеч-

ника статора; 2 - область постоянных

гими видами потерь [1]. С целью по-

ли была выбрана магнитная система

магнитов; 3 - область ферромагнит-

вышения удельных показателей вы-

БДПТ, конструкция которой показана

ного сердечника ротора; 4 - область

сокоскоростных электродвигателей

на рис. 1. В данной магнитной системе

немагнитного вала; 5 - - область не-

возникает необходимость снижения

применяется сборная конструкция ро-

магнитного зазора; 6 - немагнитная

потерь в стали путем оптимизации кон-

тора с радиально намагниченными по-

область обмотки статора.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

Рис. 2. Форма пазов.

Исследование пазовой зоны ста-

тора проведено на магнитной системе

электродвигателя

ДБ120-22000-12

(базовый вариант), разработанного

в ОАО «Электропривод» (г. Киров).

Форма паза статора электродвига-

теля изменялась от трапецеидаль-

Рис. 3. Схема распределения обмотки в пазах.

ной (рис. 2а) до паза с круглым дном

(рис. 2б) [2].

• магнитный поток с полюса ротора;

потока полюса и потерь в стали ста-

Критерием «закругленности» паза

• средняя индукция по объему для

тора оптимизируемого электродвига-

принято отношение ширины дна паза

ярма;

теля от отношения b_п/d, показанные

b_п к диаметру закругления d, которое

• средняя индукция по объему для

на рис. 4.

удовлетворяет условию

зубца.

Из приведенных зависимостей

Далее рассчитывались потери

видно, что при переходе от трапеце-

bп

0≤

≤1

(2)

в стали по формуле

идального паза к пазу с круглым дном

потери в стали снизились на 3,2 % при





где

- трапецеидальный паз,

незначительном снижении магнитно-

=р

⋅



⋅

(

⋅m

⋅k

⋅m

⋅k

)

ст





a ta

(3)

f



го потока (на 0,23 %). Наиболее су-

щественное снижение потерь в стали

- паз с круглым дном.

где B_a - индукция в ярме, Тл,

bп

наблюдается при 0,55 ≤

≤1

С целью учета влияния реакции

B_z - индукция в зубцах, Тл,

якоря на магнитное состояние БДПТ

Причиной снижения потерь в стали

ma - масса ярма статора, кг,

моделирование магнитного поля про-

m_z - масса зубцов статора, кг,

является уменьшение площади насы-

водилось под нагрузкой.

k_Та, k_Tz - технологические коэф-

щенных участков магнитопровода ста-

В ходе исследования разработаны

фициенты,

тора при увеличении отношения b_п/d,

серии магнитных систем, в которых

β = 1,3-1,5 - коэффициент.

что приводит к снижению среднего

изменялись ширина дна паза и диа-

По результатам моделирования

значения индукции по всему сечению

метр закругления дна при постоянстве

построены зависимости магнитного

магнитопровода.

площади паза.

Для каждого варианта серии вы-

полнено:

• построение геометрической мо-

дели магнитной системы;

• задание параметров областей

магнитной системы и граничные усло-

вия существования электромагнитно-

го поля;

• расчет электромагнитного поля

методом конечных элементов;

• анализ полученных результатов.

Схема распределения обмотки

в пазах показана на рис. 3.

При проведении исследований для

каждого значения отношения b_п/d

Рис. 4. Зависимости магнитного потока и потерь в стали электродвигателя

измерялись следующие величины:

от отношения b_п/d.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

происходит уменьшение электромаг-

нитного момента при постоянстве по-

требляемого тока I.

Так, по результатам моделирова-

ния, при I=const среднее значение

электромагнитного момента составило

16,3 Н∙м, что на 4,3 % меньше базово-

го варианта, среднее значение момен-

та которого равно 17 Н∙м.

Уменьшение электромагнитного

момента в авиационных БДПТ весьма

критично. Для сохранения значения

электромагнитного момента на уровне

Рис. 5. Картины распределения магнитного поля статора с трапецеидальными

базового варианта потребуется либо

пазами (ДБ120-22000-12) и статора с пазами с круглым дном.

увеличение потребляемого тока, что

Картины распределения магнитно-

геометрии пазовой зоны. Ограниче-

нежелательно, либо поиск других

го поля под нагрузкой для магнитных

нием служило допустимое насыщение

конструктивных решений. Одним из

систем статора с трапецеидальными

магнитной системы.

таких решений является применение

пазами и с пазами с круглым дном по-

По результатам моделирования

в БДПТ сборной мозаичной системы

казаны на рис. 5.

построены графики зависимостей маг-

ротора.

Таким образом, в БДПТ, работа-

нитного потока полюса Ф и потерь

В работе [4] было проведено ис-

ющих при повышенной частоте вра-

в стали Р_ст от высоты ярма, показан-

следование магнитной системы ро-

щения, для снижения потерь в стали и,

ные на рис. 6.

тора БДПТ, в результате которого

следовательно, повышения энергети-

Проведенная оптимизация маг-

получена сборная мозаичная система

ческих характеристик электродвигате-

нитной системы статора БДПТ с по-

ротора, обеспечивающая требуемый

ля требуется исследование магнитных

мощью численного моделирования

магнитный поток в воздушном зазоре

систем с помощью полевых математи-

магнитного поля позволила уменьшить

при уменьшении наружного диаметра

ческих моделей.

наружный диаметр статора на 2 мм, при

ротора.

Целью оптимизации высоты ярма

этом масса стали статора снизилась

Применение оптимизированной

статора является снижение потерь в

на 9,3 %, потери в стали снизились на

магнитной системы статора с круглым

стали и улучшение массогабаритных

4,5 %, а магнитный поток в воздушном

дном паза в электродвигателе ДБ120-

показателей. В ходе исследования

зазоре уменьшился на 2 %.

22000-12 совместно со сборной моза-

проводилось моделирование магнит-

В связи с тем, что магнитный поток

ичной системой ротора, рассмотрен-

ного поля электродвигателя под на-

полюса Ф уменьшился, то, согласно

ной в [4], позволяет снизить массу маг-

грузкой при уменьшении наружного

формуле [3]

нитопровода статора на 8,15 %, поте-

диаметра статора (ярма статора) с па-

ри в стали - на 3,07 % при сохранении

зами с круглым дном и постоянстве

М = См · Ф · I

(4)

значения электромагнитного момента

на уровне базового варианта.

В ходе исследований получены

следующие результаты:

• исследованы способы улучше-

ния энергетических и массогабарит-

ных параметров БДПТ путем опти-

мизации геометрических размеров

статора и ротора методом численного

моделирования магнитного поля;

• получены рекомендации по сте-

пени закругления дна паза статора

БДПТ с целью снижения потерь в ста-

ли статора электродвигателей и улуч-

шения массогабаритных показателей.

Выводы

На основании полученных ре-

комендаций проведена оптимизация

магнитной системы статора электро-

Рис. 6. Зависимости магнитного потока полюса и потерь в стали от высоты ярма

двигателя ДБ120-22000-12, что в со-

статора электродвигателя с пазами с круглым дном.

четании с применением сборной мо-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 3 2013

заичной системы ротора позволило

Волокитина Елена Владимировна - в 1981

GU), specialization is «Electromechanics». He is

уменьшить массу, габариты и потери в

году окончила Кировский политехнический ин-

a candidate of Engineering. In 2010 he defended

стали электродвигателя при неизмен-

ститут по специальности

«Электромеханика».

a thesis, the theme is: «Magnetoelectric starter-

ном электромагнитном моменте.

В 2006 году защитила кандидатскую диссер-

generator in the New generation plain power

Полученные результаты исследо-

тацию на тему: «Исследование и разработка

system». At present he works as a Head of the

вания используются при проектирова-

быстродействующего вентильного электро-

Design Department in JSC «Electroprivod». He is

нии БДПТ для электроприводов спе-

привода органов управления новых самолетов».

the author of 20 scientific works.

циального назначения производства

Доцент кафедры «Электрические машины и

ОАО «Электропривод» г. Киров.

аппараты» Вятского государственного универ-

Volokinina Elena - in 1981 she graduated

ситета. Опыт работы в области вентильных

from Kirov Polytechnic Institute, specialization

Литература:

электродвигателей

25 лет, авиационного

«Electromechanics». In

2006 she defended

1. Отчет о НИР «Определение возможности

электропривода - 15 лет. В настоящее время

a candidate thesis, the theme is: «Research and

создания бесконтактного синхронного электро-

работает ведущим конструктором, руководи-

development of quick-operating valve electric

двигателя мощностью 55 кВт» // ОАО «Элек-

телем проекта ОАО «Электропривод». Автор

drive of new plains controllers». She is an asso-

тропривод», Киров, 2003.

более 60 научных трудов. Награждена Дипло-

ciate professor of «Electric machines and equip-

2. Кобелев А.С., Макаров Л.Н., Русаков-

мом лауреата Всероссийского конкурса «Инже-

ment» department in Vyatskiy State University.

ский А.М. Концепция разработки электромаг-

нер года-2011» по версии «Профессиональные

Her job experience in the sphere of valve electric

нитного ядра асинхронных электродвигателей

инженеры».

drivers is 25 years, aviation electric drivers- 15

энергоэффективных серий.

// Электротехни-

years. At present she is working as a leading de-

ка. - 2008. - №11. - С.11-24.

Малюгин Антон Александрович - родил-

signer, project manager in JSC «Electroprivod».

3. Дубенский А.А. Бесконтактные двигатели

ся в 1985 году. В 2003 году окончил Вятский

She is the author of 60 scientific works. She is

постоянного тока. М., издательство

«Энер-

государственный университет (ВятГУ) по спе-

awarded to the laureate diploma of All-Russian

гия», 1967.

циальности «Электромеханика». Опыт работы

competition «Engineer of the year 2011» ac-

4. Волокитина Е.В., Власов А.И., Опалев Ю.Г.

в области авиационных электрических машин -

cording to the version «Professional Engineers».

Исследование и оптимизация динамических

5 лет. В настоящее время работает инженером-

и массогабаритных показателей вентильных

конструктором 3 категории ОАО «Электропри-

Malyugin Anton - was born in 1985. In 2003

электродвигателей методами численного мо-

вод». Имеет 1 научный труд.

he graduated from Vyatskiy State University (Vy-

делирования магнитного поля.

//Электроника

atSU) specializing in «Electromechanics». He has

и электрооборудование транспорта. - 2007.-

Опалев Юрий Геннадьевич

- родился

5 years of experience in the area of aircraft elec-

№3. - С.22-25.

в 1980 году. В 2003 году окончил Вятский го-

trical machines. Currently he works as a design

сударственный университет (ВятГУ) по специ-

engineer of the 3 grade in JSC «Electroprivod».

Власов Андрей Иванович - родился в 1979

альности «Электромеханика». Кандидат техни-

He has one scientific work.

году. В 2002 году окончил Вятский государ-

ческих наук. В 2011 году защитил кандидатскую

ственный университет (ВятГУ) по специально-

диссертацию на тему: «Вентильные электродви-

Opalev Yuriy - was born in 1980. In 2003 he

сти «Электромеханика». Кандидат технических

гатели для прецизионных быстродействующих

graduated from Vyatskiy State University

(Vy-

наук. В

2010 году защитил диссертацию по

приводов мехатронных технологических мо-

atSU) specializing in «Electromechanics». He is

теме:

«Магнитоэлектрический стартер-генера-

дулей». 9 лет работает в области авиационных

a Candidate of Science. In 2011 he defended a

тор в системе электроснабжения самолетов но-

электрических машин. В настоящее время рабо-

thesis about «AC electronic motors for precise

вого поколения». 9 лет работает в области ави-

тает начальником конструкторского бюро ОАО

fast-acting drives of mechatronic process mod-

ационных электрических машин. В настоящее

«Электропривод». Имеет 11 научных трудов.

els». He has been working in the area of aircraft

время работает начальником конструкторского

electrical machines for nine years. At present he

отдела ОАО «Электропривод». Имеет 20 на-

Vlasov Andrey - was born in 1979. In 2002 he

is a head of the design center JSC «Electropriv-

учных трудов.

graduated from Vyatskiy State University (Vyat-

od». He has 11 scientific works.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

Электропривод

в системах уборки-выпуска и управления

взлетно-посадочных устройств

// Еlectric drive in systems of retraction and extension

of takeoff and landing devices //

Ерохин Д.В., Волокитина Е.В. к.т.н., Рубцова Л.А.,

Целью выполнения ОКР является

ОАО «Электропривод», г. Киров

создание автоматизированных следя-

щих электроприводов системы убор-

В статье приведены материалы по

This paper presents information about

ки-выпуска для ВПУ, работающих в

разработке электропривода для

development of the electric drive for

соответствии с требуемым алгоритмом.

систем уборки-выпуска и управления

systems of retraction and extension and

По своей структуре электропри-

взлетно-посадочного устройства.

control of takeoff and landing devices.

воды ВПУ представляют собой од-

Ключевые слова: система уборки-вы-

Keywords: systems of retraction and

ноканальную электромеханическую

пуска, взлетно-посадочное устрой-

extension, takeoff and landing device,

систему, состоящую из управляюще-

ство, электропривод поступатель-

linear actuator, control and monitoring

го, электродвигательного и механи-

ного движения, блок управления и

unit, electric actuator, roller screw drive,

ческого устройств, обеспечивающих

контроля, электромеханизм, роли-

brushless DC electric motor.

поступательное движение исполни-

ковинтовая передача, вентильный

тельного звена.

электродвигатель.

В состав системы уборки-выпуска

В российском авиапромышленном

многолетний опыт, принимает участие

ВПУ входят следующие электропри-

комплексе ведутся работы по расши-

в создании электроприводов для

воды:

рению области применения автомати-

взлетно-посадочных устройств (ВПУ).

• уборки-выпуска передней опоры

зированных электроприводов и созда-

Замена гидро-пневмоприводов для

(рис. 1);

нию полностью электрифицированно-

ВПУ, выпускающихся не одно деся-

• резервного и аварийного выпу-

го самолета (ПЭС).

тилетие, на электроприводы является

сков передней опоры;

Бортовое электрооборудование,

относительно новой идеей, поэтому

• подлома распора передней опо-

разработанное ОАО «Электропри-

особое внимание в создании конку-

ры (рис. 2);

вод», используется в системах за-

рентоспособной продукции уделяется

• уборки-выпуска основной опоры;

пуска и контроля авиадвигателей,

массогабаритным показателям и на-

• резервного выпуска основной

управления аэродинамическими по-

дежности систем.

опоры;

верхностями, бортовых системах

В 2012 году ОАО «Электропри-

• подлома подкоса основной опоры.

электроснабжения, кондиционирова-

вод» по техническому заданию ОАО

Электропривод передней опоры

ния воздуха, в топливной аппаратуре,

«Авиаагрегат» выполнило эскизно-

показан на рис. 1.

а также для регулирования по высо-

технический проект по раз-

те сидения кресла летчика, вращения

работке

электроприводов

антенн, перемещения контейнеров,

для систем уборки-выпуска и

в стеклоочистителях и др. системах

управления ВПУ, в 2013 году

летательных аппаратов. В рамках

завершило этап разработки ра-

концепции ПЭС одним из перспек-

бочей конструкторской доку-

тивных направлений является замена

ментации. В настоящее время

гидро-пневмоприводов на электро-

идет изготовление и испытание

приводы.

опытных образцов. По внеш-

ОАО «Электропривод», являю-

ним воздействующим факто-

щееся одним из ведущих разработчи-

рам электроприводы системы

ков авиационного электротехническо-

уборки-выпуска ВПУ соответ-

Рис. 1. Электропривод уборки-выпуска передней

го оборудования в России, имеющее

ствуют требованиям КТ-160D.

опоры.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

нений противодейству-

водов, входящих в систему уборки-

ющей или помогающей

выпуска ВПУ. Для взаимодействия

нагрузок на штоке элек-

с внешними системами в составе каж-

тромеханизма;

дого БУ предусмотрены интерфейсы

• снижение скоро-

связи: дискретный - уровнем 27 В и

сти перемещения штока

цифровой - ARINC-429.

при подходе к задан-

Для обеспечения высоких энер-

ному положению для

гетических и эксплуатационных пока-

обеспечения плавности

зателей в качестве базового способа

постановки опоры шас-

управления электродвигателем выбра-

си на замок;

но векторное управление, что позво-

• ограничение уско-

лило получить следующие преимуще-

рения

перемещения

ства: высокий КПД, высокую точность

штока электромеханиз-

поддержания частоты вращения вала

ма при разгоне и тормо-

электродвигателя, высокую точность

жении;

позиционирования, отсутствие скачко-

Рис. 2. Электропривод подлома распора передней опоры.

• затормаживание

образных колебаний момента и тока

штока электромеханиз-

в процессах разгона и торможения.

Электропривод подлома распора

ма в обесточенном состоянии;

Управляющая часть БУ построена

передней опоры показан на рис. 2.

• прием сигналов от взаимодейству-

на базе двух высокопроизводитель-

Краткие характеристики электро-

ющих устройств и систем, формирова-

ных 32-х разрядных микроконтрол-

приводов приведены в таблице 1.

ние и передачу сигналов во взаимодей-

леров серии 1986ВЕ91, позволяющих

Электроприводы ВПУ обеспечива-

ствующие устройства и системы;

выполнить все поставленные задачи:

ют выполнение следующих функций:

• встроенный автоматизированный

• реализацию алгоритмов вектор-

• реверсивное перемещение штока

контроль состояния с выдачей кода от-

ного управления электродвигателями;

электромеханизма, кинематически свя-

каза во взаимодействующие системы.

• создание контуров регулирова-

занного с исполнительным органом по

В состав электропривода ВПУ

ния тока, скорости и положения с вы-

управляющим сигналам САУ;

входят:

сокой точностью;

• аварийное прекращение переме-

• блок управления;

• обеспечение контрольных, ком-

щения штока по сигналам концевых

• электромеханизм.

муникативных и регистрирующих

выключателей;

Блоки управления (БУ) предназна-

функций.

• стабилизацию скорости переме-

чены для реализации всех алгоритмов

Структура построения управляю-

щения штока во всем диапазоне изме- управления и контроля электропри-

щей платформы позволяет вносить,

Таблица 1. Краткие характеристики электроприводов.

Электроприводы ВПУ

Уборки-

Резервного

Подлома

Уборки-

Резервного

Подлома

Наименование

выпуска

и аварийного

распора

выпуска

подкоса

параметра

передней

выпусков перед-

передней

основной

опоры

ней опоры

опоры

Номинальное напряжение пита-

ния переменного трехфазного

115/200

тока частотой 400 Гц, В

Номинальное напряжение пита-

ния постоянного тока, В

Максимальная

потребляемая

1,1

мощность, ВА, не более

Конструктивный ход выходного

546

210

419

362

штока, мм

Противодействующее усилие

6692

40415,2

6468

23338

50685,6

25852,4

при выпуске штока, Н (кгс)

(682)

(4124)

(660)

(2379)

(5172)

(2638)

Номинальная скорость переме-

10 - 20

щения штока V, мм/с

Масса, кг, не более

- электропривода

2,6

169,6

7,3

- электромеханизма

149,6

- блока управления

Габаритный размер при убран-

1300

435

121,5

1062

654

350

ном положении штока, мм

Режим работы

кратковременный

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

ные модульные устройства

тацию на тему: «Исследование и разработка

управления, реализующие

быстродействующего вентильного электро-

скалярное управление элек-

привода органов управления новых самолетов».

тродвигателем, без контро-

Доцент кафедры «Электрические машины и

ля положения штока.

аппараты» Вятского государственного универ-

В состав электромеха-

ситета. Опыт работы в области вентильных

низма входит:

электродвигателей

25 лет, авиационного

• бесконтактный элек-

электропривода - 15 лет. В настоящее время

тродвигатель со встроен-

работает ведущим конструктором, руководи-

ным датчиком положения

телем проекта ОАО «Электропривод». Автор

ротора и электромагнитным

более 60 научных трудов.

тормозом;

• понижающий редуктор;

Рубцова Людмила Александровна - ро-

• преобразователь вида

дилась в

1952 году. В

1975 году окончила

движения и датчик положе-

Кировский политехнический институт по специ-

ния штока.

альности «Автоматика и телемеханика». Имеет

Рис. 3. Роликовинтовая передача.

В конструкциях элек-

38-летний опыт работы в области разработки

тромеханизмов примене-

систем и блоков управления запуском авиадви-

при необходимости, изменения в ал-

ны роликовинтовые передачи (РВП),

гателей. В настоящее время работает ведущим

горитмы корректировкой только про-

предназначенные для преобразования

конструктором - руководителем проекта ОАО

граммного обеспечения БУ без изме-

вращательного движения винта в по-

«Электропривод». Имеет

4 печатных труда.

нения аппаратной части.

ступательное движение выходного

Награждена Почетной грамотой Министерства

БУ можно разделить на следую-

штока (рис. 3).

промышленности и энергетики Российской Фе-

щие функциональные устройства:

РВП является разновидностью

дерации.

• устройство управления электро-

винтовой передачи винт-гайка каче-

двигателем - осуществляет выполне-

ния, особенностью которой является

Yerokhin Denis - was born in 1973. In 1995

ние алгоритмов управления электро-

установка резьбовых роликов между

he graduated from Vyatskiy State University (Vy-

двигателем, контроль силовой части.

винтом и гайкой, совершающих пла-

atSU) specializing in «Electromechanics». He has

В состав устройства управления элек-

нетарное движение относительно оси

17 years of work experience in the field of aircraft

тродвигателем входят: трехфазный

ходового винта.

electro-mechanical machines. At present he is a

инвертор, драйвер управления сило-

Разработка электроприводов для

design project engineer of JSC «Electroprivod».

выми ключами, микроконтроллер с

систем уборки-выпуска и управления

He was awarded the award pin «Quality exem-

соответствующими вспомогательными

взлетно-посадочных устройств явля-

plary of aircraft industry».

компонентами;

ется шагом к созданию научно-техни-

• устройство управления электро-

ческого задела в разработке нового

Volokinina Elena - in

1981 she graduated

приводом - обеспечивает взаимодей-

поколения отечественных самолетов

from Kirov Polytechnic Institute, specialization

ствие с внешними системами и пер-

с повышенным уровнем электрифика-

«Electromechanics». In 2006 she defended a

сональным компьютером, содержит

ции, что будет способствовать также

candidate thesis, the theme is: «Research and de-

энергонезависимую память для ре-

обеспечению конкурентоспособности

velopment of quick-operating valve electric drive

гистрации режимов работы электро-

отечественного самолетостроения на

of new plains controllers». She is an associate

привода;

международном рынке авиационной

professor of «Electric machines and equipment»

• выпрямитель трехфазный - пре-

техники.

department in Vyatskiy State University. Her job

образует напряжение переменного

experience in the sphere of valve electric drivers

трехфазного тока 115/200 В, 400 Гц

Ерохин Денис Викторович

- родился

is 25 years, aviation electric drivers- 15 years. At

в напряжение в 270 В постоянного

в 1973 году. В 1995 году окончил Вятский го-

present she is working as a leading designer, proj-

тока, выполняет функции контроля

сударственный университет (ВятГУ) по специ-

ect manager in JSC «Electroprivod». She is the

значений входных напряжений.

альности «Электромеханика». Имеет 17-летний

author of 60 scientific works.

При проектировании отдавалось

опыт работы в области авиационных электри-

предпочтение отечественной эле-

ческих машин. В настоящее время работает ве-

Rubtsova Lyudmila - was born in 1952. In

ментной базе. Примененные иностран-

дущим конструктором - руководителем проекта

1975 he graduated from the Kirov Polytechnic

ные комплектующие элементы имеют

ОАО «Электропривод». Награжден нагрудным

Institute, specializing in

«Automation and Re-

функциональные аналоги и могут быть

знаком «Отличник качества авиационной про-

mote Control». 38 years working in the field of

заменены на отечественные, как се-

мышленности».

systems development and launching of aircraft

рийно изготавливаемые, так и разраба-

control unit. At the present time - she is a lead-

тываемые по программам замещения

Волокитина Елена Владимировна - в 1981

ing designer, project manager of JSC «Electrop-

импорта.

году окончила Кировский политехнический ин-

rivod». She has 4 hard labor. Awarded Diploma

Электроприводы подлома подкоса

ститут по специальности

«Электромеханика».

of Ministry of Industry and Energy of the Russian

и подлома распора имеют встроен-

В 2006 году защитила кандидатскую диссер-

Federation.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

Электропривод реверсивного устройства

для перспективных двухконтурных

турбореактивных авиационных двигателей

// Thrust reverser electric drive for perspective double-circuit

turbo-jet aircraft engine //

Волокитина Е.В., к.т.н., Тебеньков Ф.Г.,

В первую очередь реверсоры тяги

ОАО «Электропривод», г. Киров

используются для повышения тор-

мозной способности самолета и спо-

В статье дан краткий обзор при-

This provides a brief overview of the

собствуют:

меняемых реверсивных устройств

used thrust reversers of aircraft engines.

• снижению длины пробега при

авиадвигателей. Приведены резуль-

Results of development of the reverse

нормальной посадке, при посадке

таты разработки электропривода

thrust electric drive are provided.

в аварийных условиях, в условиях пре-

реверсивного устройства самолета.

Keywords: thrust reverser, aircraft en-

рванного взлета;

Ключевые слова: реверсивное

gine, all-electric aircraft, electric drive,

• уменьшению износа колесных

устройство, авиадвигатель, полно-

vector control.

тормозов;

стью электрифицированный само-

• обеспечению посадки на мокрую

лет, электропривод, векторное

или обледеневшую ВВП;

управление.

• быстрому снижению в случае

разгерметизации кабины;

Современные самолеты, имею-

ется выполнение функции снижения

• повышению маневренности воен-

щие большие посадочные массы

скорости самолёта на требуемом

ных самолетов [1].

и высокие посадочные скорости,

участке взлётно-посадочной полосы

РУ являются средством повыше-

оборудуются различными устрой-

(ВПП).

ния безопасности полетов, а их кон-

ствами для торможения: тормозная

Наиболее эффективным устрой-

струкция влияет на техническое каче-

система колес шасси, аэродинамиче-

ством для торможения является ре-

ство двигателя. Существует большое

ская система торможения (интерцеп-

версивное устройство (РУ) реактивно-

количество конструкций РУ, которые

торы, аэродинамические тормоза),

го сопла двигателя.

определяет разработчик двигателя,

парашютно-тормозная система, ре-

Реверсивные устройства - это вы-

учитывая предъявляемые к нему аэро-

верс тяги.

ходные устройства, изменяющие на-

динамические и конструктивные тре-

Для выполнения эффективного

правление вектора тяги с прямого на

бования. Чаще всего используют две

торможения самолета тормозные

обратное («по полету») и служащие,

обобщенные категории РУ: створча-

системы должны работать в ком-

в основном,

«аэродинамическими

тые реверсоры тяги (рис. 1), реверсо-

плексе. Каждой из них предназнача-

тормозами».

ры тяги решетчатого типа (рис. 2).

Рис. 1. Схема РУ створчатого типа:

Рис. 2. Схема РУ решетчатого типа:

а) прямого тяга; б) обратная тяга.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

Привод РУ обеспечивает перевод

РУ из положения «Прямая тяга» в по-

ложение «Обратная тяга» и наоборот.

Гидравлический привод состоит из си-

ловых гидроцилиндров, штоки кото-

рых, соединенные с подвижными эле-

ментами РУ, при перемещении обеспе-

чивают перевод подвижной части РУ

из одного положения в другое. Коли-

чество силовых гидроцилиндров опре-

деляется усилием, необходимым для

перевода РУ из положения «Прямая

тяга» в положение «Обратная тяга».

На двигателе ПС-90А количество си-

Рис. 5. Модель РУ решетчатого типа

ловых гидроцилиндров равно 3 [1].

двигателя ПС-90А.

Штоки, выдвигаясь, перемещают

по направляющим подвижный корпус

его в направлении, обеспечивающем

Рис. 3. РУ створчатого типа:

и связанный с ним наружный подвиж-

необходимую обратную тягу (рис. 6).

1 - створка; 2 - гидроцилиндр;

ный обтекатель. При этом открывают-

Гидравлический привод РУ содер-

3 - уплотнение створки; 4 - силовое

ся решетки, а створки, поворачиваясь

жит в себе ряд недостатков, присущих

кольцо; 5 - стойки; 6 - лючки.

с помощью тяг и качалок, перекрыва-

всем приводам, функционирующим под

Пример РУ створчатого типа в на-

ют канал наружного контура двигателя

управлением гидравлической системы.

ружном контуре в положении обрат-

и направляют поток воздуха из наруж-

Для реверсоров тяги, использу-

ной тяги показан на рис. 3.

ного контура в отклоняющие решет-

ющих технологию гидравлического

Створки

(1)

управления, характерны неудобства,

одновременно

которые связаны со сложностью и

выполняют роль

громоздкостью выполнения различ-

элементов, пере-

ных гидравлических систем. Проклад-

крывающих канал

ка гидравлических связей системы яв-

наружного конту-

ляется сложной и тонкой операцией

ра и отклоняющих

в условиях ограниченного простран-

струю

воздуха

ства, имеющегося на передней раме

в нужном направ

реверсора тяги.

лении, и выполне-

Другие недостатки этой техноло-

ны в виде жесткой

гии состоят в использовании гидравли-

коробчатой кон-

ческой жидкости, опасной в отноше-

струкции. Верхняя

нии коррозионных свойств и воспла-

поверхность ство-

менения, а также в сложности техни-

рок в закрытом

ческого обслуживания.

Рис. 4. Включенный реверс самолета А340-313

положении обра-

В нашей стране и, в особенно-

(двигатель CFM56-5C4/P).

зует обтекаемую

сти, за рубежом ведется интенсив-

поверхность мотогондолы, а внутрен-

ки. Здесь поток дополнительно разво-

ная работа по созданию «полностью

няя поверхность образует стенку кана-

рачивается и формируется для выхода

электрифицированного самолета»

ла наружного контура. Каждая из че-

тырех створок приводится в действие

с помощью гидроцилиндров (2) [1].

Примером самолетов с таким ти-

пом РУ являются самолеты Airbus

семейства А320, также А340-200/300

(рис. 4) [2].

РУ решетчатого типа служит для

создания обратной тяги направлени-

ем воздуха наружного контура вперед

(рис. 5). Конструктивно оно выполне-

но из подвижной и неподвижной ча-

стей, замка гидросистемы управления

и системы сигнализации положения

Рис. 6. Самолет ТУ-204 (двигатель ПС-90А с РУ решетчатого типа).

Пробег, реверс тяги включен [2].

элементов.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

тяги, состоящим из двух механически

сопряженных подвижных обтекате-

лей, которые перемещаются по верх-

ней и нижней направляющим. Элек-

тромеханическая система РУ, установ-

ленная на шпангоуте А380, показана

на рис. 9 [5]. Устройство представляет

собой систему с цифровым управлени-

ем мощностью 30 кВт, которая управ-

ляет шестью винтовыми механизмами

через трансмиссию гибкого вала от

силового привода посредством зам-

кнутого контура скорости, мощности,

момента и положения.

В настоящее время ОАО «Элек-

тропривод» выполняет опытно-кон-

Рис. 7. Посадка А380 с включенным реверсом. Реверсивные устройства

структорскую работу по созданию

устанавливаются только на двух двигателях.

электропривода реверсивного устрой-

частотах от 0 до 3000 Гц и диапазон

ства (ЭРУ) для перспективных двух-

температуры от минус 63°С до плюс

контурных турбореактивных авиаци-

110°С.

онных двигателей, разрабатываемых

Первая и единственная полностью

ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь.

укомплектованная система электроме-

ЭРУ обеспечивает выполнение

ханического управления реверсом тяги

следующих функций:

установлена на самолете А380 (рис. 7).

• перемещения подвижного об-

Большой интерес к электроме-

текателя РУ и элементов подвижной

ханическим системам реверсивных

части реверсивного устройства из

устройств обусловлен их достоин-

положения «Прямая тяга» двигателя

ствами: надёжность в эксплуатации,

в положение «Обратная тяга» и об-

отсутствие гидрожидкости, отсутствие

ратно во время пробежки самолета по

трубопроводных коммуникаций, про-

взлетно-посадочной полосе после по-

стота обслуживания, меньшая масса

садки по команде летчика;

Рис. 8. Основные сборочные единицы РУ

(за счет отказа от трубопроводов, ги-

• удержания подвижного обтека-

с электромеханическим управлением,

дроцилиндров и гидрожидкости).

теля РУ и элементов подвижной части

установленные на самолете А380 [4]:

1 - электродвигатель; 2 - гибкий вал;

Основные сборочные единицы РУ

РУ в положении «Прямая тяга» во вре-

3 - блок управления электроприводом;

с электромеханическим управлением,

мя работы двигателя;

4 - блок питания;

установленные на самолете А380, по-

• передачи сигналов в систему ав-

5 - шариковинтовые механизмы.

казаны на рис. 8.

томатического регулирования

(САУ)

Электроприводная система управ-

двигателя о состоянии и работе РУ;

(ПЭС) [3], одним из важных поло-

ления РУ самолета А380 обеспечивает

• предотвращения несанкциониро-

жений которой является замена ги-

управление решетчатым реверсором

ванного включения РУ во время полета.

дравлических приводов на электри-

ческие.

В настоящее время полностью

электрифицированная система ревер-

сирования тяги разработана в пар-

тнерстве компаниями Hispano-Suiza и

Honeywell. Система была разработана

для двух двигателей, предложенных

для А380, Trent 902 компании «Rolls-

Royce» и GP7200 компании «Engine

Alliance».

Компании

«Hispano-Suiza» уда-

лось успешно интегрировать компо-

ненты силовой электроники в среду,

которая характеризуется сильными

тепловыми и вибрационными нагруз-

ками, например, ускорение до 40 g, на

Рис. 9. Электромеханическая система РУ, установленная на шпангоуте А380.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

Литература:

1. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрац-

кий В.Л. Основы конструирования авиационных

двигателей и энергетических установок, серия

«Газотурбинные двигатели». - М.: Машиностро-

ение, 2008.

2. http://avia-simply.ru/esche-raz-o-reverse-tjagi

3. Воронович С., Каргопольцев В., Кутахов В.

Полностью электрический самолет. Современ-

ное состояние и перспективы развития//Авиапа-

норама. - 2009. - Март-Апрель. - С. 14-17.

4. http://www.slideshare.net/uspaul/new-technol-

ogies-of-airbus-380.

http://www.cleansky.eu/sites/default/files/

documents/events/20120119/sgo-02-041_iden-

tification_of_a_fluid_for_two_phase_capillary_

Рис. 10. Один из вариантов структурной схемы ЭРУ.

pumped_cooling_systems.pdf.

ЭРУ является многодвигательным,

ремещение штоков электромеханиз-

Волокитина Елена Владимировна - в 1981

с тремя электродвигателями, обеспе-

мов и заданную точность текущего

году окончила Кировский политехнический ин-

ститут по специальности

«Электромеханика».

чивающими синхронное движение

положения ходовых винтов, а также

В 2006 году защитила кандидатскую диссер-

трех исполнительных органов - што-

позиционирование в крайних поло-

тацию на тему: «Исследование и разработка

ков электромеханизмов. На этапе

жениях.

быстродействующего вентильного электро-

технического проекта было прора-

В настоящее время ОАО «Элек-

привода органов управления новых самолетов».

ботано четыре варианта структуры

тропривод» выбран оптимальный ва-

Доцент кафедры «Электрические машины и

ЭРУ. Один из вариантов структурной

риант реализации ЭРУ, завершается

аппараты» Вятского государственного универ-

схемы электропривода показан на

разработка конструкторской и тех-

ситета. Опыт работы в области вентильных

рис. 10.

нологической документации, на ос-

электродвигателей

25 лет, авиационного

электропривода - 15 лет. В настоящее время

ЭРУ состоит из трех одинако-

нове которой изготавливаются опыт-

работает ведущим конструктором, руководи-

вых электромеханических каналов

ные образцы.

телем проекта ОАО «Электропривод». Автор

(рис. 11), в состав ЭРУ входят:

более 60 научных трудов.

• три блока управления,

• три электромеханизма, обеспе-

Тебеньков Фёдор Геннадьевич - родился

чивающие поступательное движение

1986 году. В 2008 году окончил Вятский го-

выходных штоков.

сударственный университет (ВятГУ) по специ-

Электромеханизм включает в себя

альности «Электромеханика». Имеет 5-летний

опыт работы в области авиационных электри-

бесконтактный

электродвигатель

ческих машин. В настоящее время работает

(ДБ), редуктор, преобразователь вида

инженером-конструктором

2 категории ОАО

движения, датчики обратной связи по

«Электропривод».

положению (рис. 12).

Блок управления реализует трех-

Volokinina Elena - in 1981 she graduated

контурную систему подчиненного

from Kirov Polytechnic Institute, specialization

регулирования и содержит контур ре-

is «Electromechanics». In 2006 she defended a

гулирования положения, контуры ско-

candidate thesis, the theme is: «Research and

development of quick-operating valve electric

рости и тока. Система регулирования

drive of new plains controllers». She is an asso-

построена по принципу векторного

ciate professor of «Electric machines and equip-

управления с раздельным управле-

ment» department in Vyatskiy State University.

нием частотой вращения и моментом

Her job experience in the sphere of valve elec-

электродвигателя.

tric drivers is 25 years, aviation electric driv-

Алгоритм управления ЭРУ обе-

Рис. 11. Расположение элементов ЭРУ на

ers - 15 years. At present she is working as a

спечивает синхронизированное пе-

шпангоуте.

leading designer, project manager in JSC «Elec-

troprivod». She is the author of 60 scientific

works.

Tebenkov Fedor - was born in 1986. In 2008

he graduated from Vyatskiy State University

(VyatGU), specialization is

«Electromechanics».

Job experience in the sphere of aviation electric

machines is 5 years. At present he is working as

a design engineer of the second category in JSC

Рис. 12. Трехмерная модель электромеханизма ЭРУ.

«Electroprivod».

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

Разработка высокоскоростного

электропривода компрессора системы

кондиционирования воздуха самолета

// Development of high-speed electric drive compressor

of aircraft air-conditioning system //

Волокитина Е.В., к.т.н., Власов А.И., к.т.н.,

теплообменниках. КПД такой систе-

Копчак А.Л., Москвин Е.В., Тебеньков Ф.Г.,

мы составляет 50-60 %. Кроме того,

ОАО «Электропривод», г. Киров

на режиме снижения самолета по-

требность СКВ в сжатом воздухе от

В статье представлены результа-

Results of development of electric drive

двигателя вызывает необходимость

ты разработки электропривода

compressor for aircraft air-conditioning

неоправданного увеличения оборотов

компрессора системы кондици-

system are presented. Key problems of

двигателя и дополнительный расход

онирования воздуха самолета.

designing of high-speed electric drives

топлива. [1].

Рассмотрены основные проблемы

based on the brushless DC electric motor

Устранение отбора воздуха явля-

проектирования высокоскоростных

are considered.

ется основным фактором в повыше-

электроприводов на основе вен-

Keywords: air-conditioning system,

нии топливной эффективности авиад-

тильного электродвигателя.

compressor, sensorless electric drive,

вигателя.

Ключевые слова: система конди-

brushless DC electric motor, high speed

Альтернативным способом кон-

ционирования воздуха, компрессор,

electric motor, permanent magnet,

диционирования и наддува кабины

бездатчиковый электропривод, вен-

vector control.

самолета может являться использова-

тильный электродвигатель, высоко-

ние специального компрессора, пода-

скоростная электрическая машина,

ющего в кабину забортный воздух и

постоянный магнит, векторное

приводимого электрическим двигате-

управление

лем с возможностью регулирования.

В 2012 году ОАО «Электропри-

СКВ осуществляет обогрев или

Потенциальными

преимуществами

вод» выполнило составную часть ОКР

охлаждение кабины экипажа и пасса-

данного способа являются:

«Разработка электропривода ком-

жирского салона; вентиляцию каби-

• уменьшение отбора мощности от

прессора системы кондиционирования

ны экипажа и пассажирского салона;

двигателя, вследствие потенциально

воздуха пассажирских и транспортных

обогрев подпольного пространства;

более высокого КПД электрического

летательных аппаратов в обеспечение

наддув гермокабины и автоматиче-

способа отбора мощности по сравне-

их конкурентоспособности и импор-

ское поддержание в ней заданного

нию с пневматическим. По некоторым

тозамещения в перспективных проек-

давления; обдув изнутри стекол каби-

зарубежным оценкам, это может дать

тах» по шифру «Конкурентоспособ-

ны экипажа.

снижение удельного расхода топлива

ность» в соответствии с Федеральной

В традиционной СКВ самолета для

до 3% за типовой полет (В-787);

целевой программой «Развитие граж-

нагнетания воздуха используется не-

• упрощение конструкции СКВ

данской авиационной техники России

посредственный отбор сжатого воз-

и ее монтажа за счет исключения вы-

на 2002 - 2010 годы и на период до

духа от компрессора двигателя, т.е.

сокотемпературных пневмотрубопро-

2015 года».

пневматический вид энергопередачи,

водов от двигателя к фюзеляжу;

Перспективным направлением раз-

который приводит к существенному

• упрощение конструкции двигате-

вития авиастроения является разработ-

отбору мощности от двигателя, что,

ля и снижение стоимости его обслу-

ка так называемого «полностью элек-

в свою очередь, вызывает увеличение

живания;

трифицированного самолёта» (ПЭС).

удельного расхода топлива. При этом

• улучшение качества воздуха

Одним из положений концепции ПЭС

отбираемый воздух имеет очень высо-

в кабине, так как воздух берется из

является переход на электрифициро-

кую температуру (порядка 175-190°С)

набегающего потока, обеспечива-

ванную систему кондиционирования

и давление, что вызывает необходи-

ется

100-процентный коэффициент

воздуха (СКВ).

мость его охлаждения в специальных

свежести.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

Таблица 1. Сравнение систем СКВ.

ДБ160-30000-60-U и блока управле-

ния БУ-СКВ.

Параметр

Пневматическая

Электрическая

Основные технические характери-

стики ЭП СКВ приведены в таблице 2.

КПД

Низкий КПД - большие потери

Более высокий КПД

энергии

ЭП СКВ относится к классу без-

Удельное

Повышенное

потребление

Улучшенный показатель потре-

датчиковых электроприводов по при-

потребление

топлива из-за отбора воздуха

бления топлива

чине затруднительного использования

топлива

датчиков положения ротора в вы-

Масса

Упрощение конструкции СКВ,

сокоскоростных электроприводах.

монтажа, снижение массы

С другой стороны, работа ВДПТ без

Техническое

Высокая степень трудоемкости

Снижение стоимости и трудоем-

информации о положении ротора не

обслуживание

стоимости

технического

кости обслуживания двигателя

представляется возможной. Алгорит-

обслуживания

мы вычисления положения ротора по

Сложность

Отработанная технология

Новая электрическая технология

реализации

сигналам встроенных датчиков напря-

Расходы

Более низкие

Более высокие, так как это новая

жения и тока, так называемые алгорит-

внедрения

технология

мы бездатчикового векторного управ-

Другие

100-процентный свежий воздух

ления для невысокой частоты враще-

характеристики

ния не вызывают серьезных проблем

для разработки и применения. Од-

Таблица 2. Технические характеристики ЭП СКВ.

нако, в области высокоскоростных

электроприводов, где исключается

Наименование параметра

Значение параметра

возможность применения каких-либо

Мощность на валу электропривода, кВт

20-30

датчиков механических величин, ре-

Диапазон регулирования частоты вращения электропривода,

35000-55000

ально функционирующие изделия и

об/мин

публикации в этой области практиче-

Номинальный противодействующий момент на валу электро-

ски отсутствуют.

привода во всем диапазоне частот вращения, Н·м

Высокие показатели качества в ди-

Напряжение питания

115/200 В

намических режимах работы обеспе-

нестабилизированной

чиваются за счет векторного управле-

частоты 360…800 Гц

ния, которое в вентильном электро-

Режим работы

продолжительный

приводе решается путем раздельного

Масса электродвигателя, кг

19,5

управления составляющими тока, про-

Габариты электродвигателя, мм

□161×290

порциональными моменту i_q и магнит-

Масса блока управления, кг

ному потоку i_d.

Габариты блока управления, мм

400×500×224

Использование

При весовом сравнении традици-

Совместными

исследованиями

наблюдателей состояния

онной и «электрифицированной» СКВ

NASA и фирмы Lockheed установле-

для оценки положения

следует учесть следующие факторы:

но, что летательный аппарат с тремя

ротора в вентильных

• в

«электрифицированной» СКВ

двигателями, осуществляющими лишь

электродвигателях

используются теплообменники значи-

отбор механической мощности с вала,

Большинство перспективных ме-

тельно (на порядок) меньшего разме-

на скорости около 960 км/ч при вы-

тодов бездатчикового векторного

ра и массы, чем в традиционной, так

соте 11000 м за 5 ч полета потребля-

управления основаны на косвенном

как температура (порядка 90-100 °С)

ет на 900 кг меньше топлива, чем ЛА

определении угла положения ротора

и давление воздуха после электро-

с традиционной СКВ [3].

электродвигателя, а также частоты

приводного компрессора существен-

В настоящее время одним из само-

вращения с применением наблюда-

но ниже, чем в случае отбора воздуха

летов с «электрифицированной» СКВ

телей, позволяющих вырабатывать

в двигателе;

является Boeing 787. СКВ данного са-

оценки неизмеряемых координат и ис-

• при использовании «электрифи-

молета содержит четыре компрессо-

пользовать их для построения эффек-

цированной» СКВ отпадает необхо-

ра мощностью 75 кВт, приводимых во

тивных систем регулирования.

димость иметь в ВСУ специальный

вращение вентильными электродвига-

В системах бездатчикового век-

компрессор для обеспечения кон-

телями.

торного управления ВДПТ наблюда-

диционирования при неработающих

Спроектированный электропривод

тель состояния выполняет вычисление

двигателях, ВСУ в этом случае необ-

компрессора СКВ (ЭП СКВ) выпол-

всех переменных и параметров элек-

ходимо включать только электрогене-

нен на основе вентильного электро-

тродвигателя, необходимых для реа-

ратор [1].

двигателя постоянного тока (ВДПТ) и

лизации алгоритма векторного управ-

Сравнение систем СКВ приведено

конструктивно состоит из бесконтакт-

ления, по информации о двух фазных

в таблице 1 [2].

ного синхронного электродвигателя

токах статора и (или) двух заданных

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

Рис. 1. Структурная схема идентификатора положения ротора, основанная на алго-

ритме наблюдения тока в скользящем режиме.

значениях фазных напряжений, а так-

которые вычисляют две оценки одной

же по параметрам его математической

и той же координаты состояния, на-

Рис. 2. Координатные преобразования

модели с помощью специальных алго-

пример вектора потока ротора. Одна

при векторном управлении.

ритмов оценки (идентификации).

модель, например, модель статора,

В общем случае наблюдатель со-

не содержащая неопределённого

B(ν

−e

)

(1)

стояния - это математическая модель

параметра, является задающей, и вы-

объекта, на вход которой поступают

численная с её помощью переменная

А и В - матрицы:

A=−

измеряемые компоненты вектора со-

считается эталоном. Другая модель,

стояния объекта, а на выходе выдаётся

например, модель ротора, зависимая

в которых

, где L_m

оценка вектора состояния. Эта оценка

от неопределённого параметра, явля-

сходится к истинному вектору состоя-

ется настраиваемой, причем её адапта-

и R индуктивность и активное сопро-

ния. Другими словами, на вход модели

ция осуществляется путём изменения

тивление фазы обмотки статора, I₂ -

объекта подаётся ошибка оценки из-

оценки неопределённой переменной,

это матрица, состоящая из двух строк

меряемых компонент вектора состоя-

подлежащей идентификации. Счита-

и двух столбцов.

ния, а наблюдатель стремится свести

ется, что истинное значение искомой

Наблюдатель тока в скольз-

эти ошибки к нулю и при этом, сводит

переменной найдено, если выходные

ящем режиме состоит из моделей

к нулю ошибки оценки всех компо-

координаты задающей и адаптивной

наблюдателя тока и релейного ре-

нент вектора состояния. Наблюдатель

модели совпадают [4].

гулирования, управляемого вели-

стремится свести эти ошибки к нулю и

Наблюдатель

бездатчикового

чиной ошибки между оцененными

при этом, сводит к нулю ошибки оцен-

определения положения ротора в ЭП

и фактическими значениями токов

ки всех компонент вектора состояния.

СКВ выполнен на основе алгоритма на-

электродвигателя. Математические

В бездатчиковых системах ВДПТ

блюдения тока в скользящем режиме.

выражения для наблюдателя тока

могут использоваться идентификато-

Суть предлагаемого метода иден-

и релейного регулятора приведены

ры адаптивных наблюдателей пол-

тификации заключается в том, что

в уравнениях (2) и (3)

ного порядка, предусматривающих

ошибка между расчетным и измерен-

полную математическую модель элек-

ным токами электродвигателя, коррек-

+B(ν

−

(2)

S =

тромагнитных процессов ВДПТ, со-

тируется релейным звеном, образуя

держащую частоту вращения ротора

скользящий режим, стремящийся све-

z=k⋅sign(i

−i

)

(3)

как неопределённый параметр. По-

сти ошибку к нулю. Структурная схе-

средством адаптивного наблюдателя

ма наблюдателя приведена на рис. 1.

Цель релейного регулирования z

полного порядка оценивается вектор

Наблюдатель выполняет оценку

заключается в сведении ошибки оцен-

токов статора. На выходе адаптивно-

положения потока ротора, основан-

ки тока к 0. Символ ~ показывает, что

го наблюдателя полного порядка по-

ную на алгоритме наблюдения тока

это оцениваемая переменная. Символ

лучают оценку доступной для прямо-

в скользящем режиме. Как показано

* показывает, что переменная является

го измерения переменной и, сводя тем

на рис. 1, входными сигналами иден-

управляющей.

или иным образом её отклонение от

тификатора положения ротора явля-

Оценка противо-ЭДС выполняет-

непосредственно измеренного значе-

ются фазные токи электродвигателя и

ся путем фильтрации релейного сиг-

ния к нулю, идентифицируют неопре-

напряжения в системе координат α-β.

нала z, используя фильтр низких ча-

делённый параметр.

На рис. 2 показаны системы коор-

стот первого порядка в соответствии

В практике электропривода рас-

динат и их преобразования, выполняе-

с уравнением (4)

пространение также получили алго-

мые при векторном управлении элек-

ритмы наблюдателей, построенные

тродвигателем.

=−ω

+ω

(4)

на основе адаптивных систем с зада-

Уравнение (1) является математи-

ющей (эталонной) моделью. Иденти-

ческой моделью синхронной электри-

Параметр ω₀ определяется как

фикаторы этого типа содержат в сво-

ческой машины с постоянными магни-

ω₀= 2πf₀, где f₀ представляет собой

ей структуре две различные модели,

тами в системе координат α-β

частоту среза фильтра.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

Вычисленный угол магнитного по-

тока ротора определяется в соответ-

ствии с уравнением (5) для противо-

ЭДС

−sinθ



ω



(5)





cosθ





Получив оценку противо-ЭДС, мо-

жет быть рассчитан угол положения

ротора в соответствии с уравнением (6)

arctan(−e

)

(6)

Sα

Sβ

Алгоритм наблюдателя ЭП СКВ

на основе бездатчикового векторно-

го управления в скользящих режимах

позволяет обеспечить качественное

Рис. 3. Структурная схема электропривода и программного обеспечения.

регулирование частоты вращения в

требуемом диапазоне.

электродвигателем, контроль силовой

на базе двух высокопроизводительных

К преимуществам данного способа

части. УУД содержит в своем составе

32-х разрядных микроконтроллерах и

управления следует отнести:

трехфазный инвертор, драйвер управ-

одного вспомогательного восьми раз-

• высокие энергетические по-

ления силовыми ключами и произво-

рядного микроконтроллера:

казатели

(вполне реально достиже-

дительный микроконтроллер с со-

• 1986ВЕ91Т

- используется

ние КПД электропривода на уровне

ответствующими вспомогательными

в УУД, обеспечивает выполнение

93-95%);

компонентами;

алгоритмов управления электродвига-

• высокая стабильность поддер-

• устройство управления электро-

телем и выполнение функций отклю-

жания требуемой частоты вращения

приводом (УУЭ) - осуществляет функ-

чения силовой части при нештатных

электродвигателя в заданном диапа-

ции взаимодействия с внешними систе-

ситуациях;

зоне при различных возмущающих

мами и персональным компьютером;

• 1986ВЕ1Т - используется в УУЭ,

факторах;

• выпрямитель трехфазный (ВТ) -

обеспечивает взаимодействие с внеш-

• высокая надежности системы

осуществляет преобразование пере-

ними системами, прием и передачу ин-

в целом за счет отказа от применения

менного трехфазного тока напряжени-

формации по интерфейсу ARINC-429,

механических датчиков положения

ем 115/200 В, 360-800 Гц в напряже-

прием и передачу дискретных сигна-

ротора;

ние 270 В постоянного тока, а также

лов, вывод текущей информации на

• простота реализации.

выполняет функции контроля значе-

ЖК-экран блока управления;

ний входных напряжений.

• 1886ВЕ5БУ - обеспечение кон-

Блок управления БУ-СКВ

Структурная схема электроприво-

трольных функций трехфазного вы-

БУ-СКВ предназначен для реа-

да и программного обеспечения при-

прямителя и звена постоянного тока.

лизации алгоритмов работы элек-

ведена на рис. 3.

Внешний вид БУ-СКВ показан на

тропривода во всех режимах экс-

К особенностям проектирования

рис. 4, конструкция силовой части -

плуатации. При выборе элементной

следует отнести сложность обеспе-

на рис. 5.

базы предпочтение отдавалось от-

чения формы тока

ечественным ЭРИ, примененные ино-

близкой к синусои-

странные ЭРИ имеют функциональ-

дальной, требующей

ные аналоги и могут быть легко заме-

высокой

частоты

нены на отечественные как серийно

переключения сило-

изготавливаемые, так и разрабатыва-

вых ключей (20 кГц и

емые по программам замещения им-

более), что приводит

порта. При разработке БУ-СКВ ши-

к повышенным ди-

роко применялись средства модели-

намическим потерям

рования схемотехнических решений

в ключах инвертора,

устройств и процессов управления

трудностям отвода

электродвигателем.

тепла от кристалла и

БУ-СКВ содержит следующие

силового модуля.

функциональные устройства:

Для обеспечения

• устройство управления электро-

большей гибкости

двигателем

(УУД)

- осуществляет

платформы система

выполнение алгоритмов управления

управления построена Рис. 4. Внешний вид БУ-СКВ.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

• о б е с п е ч е н и е

Кроме угрозы разрушения ро-

механической проч-

тора под действием центробежных

ности ротора;

сил, разработчик высокоскорост-

• снижение по-

ных машин сталкивается с пробле-

терь и улучшение

мой проектирования вала из условия

способов охлаж-

обеспечения резонансных частот вне

дения;

диапазона рабочей частоты вращения

• выбор

под-

машины. В связи с этим необходимо

шипников, обеспе-

проводить тщательные расчеты, под-

чивающих работу

тверждающие отсутствие резонанс-

на высокой частоте

ных частот в рабочем диапазоне ча-

вращения [5].

стоты вращения.

Для быстроход-

Проблемы снижения потерь и

ных электрических

улучшения охлаждения возникают из-

машин основной

за уменьшения габаритов высокоско-

проблемой

при

ростного электродвигателя по сравне-

Рис. 5. Конструкция силовой части БУ-СКВ.

проектировании

нию с электродвигателем, рассчитан-

Силовая часть блока управления

и эксплуатации является обеспече-

ным на меньшую частоту вращения,

выполнена по классической схеме

ние механической прочности ротора.

при одинаковом уровне мощности, а

на базе трех полумостовых модулей

Главная трудность здесь заключается

также в связи с возрастанием потерь в

с малыми динамическими потерями.

в удержании постоянных магнитов от

стали, в подшипниках, в меди, потерь

Конструкция силовых соединительных

действий, возникающих при враще-

на вихревые токи в магнитах и аэро-

шин обеспечивает минимальные значе-

нии, центробежных сил.

динамических потерь [5]. Влияние по-

ния распределенных индуктивностей и

Одним из основных вариантов ре-

терь на вихревые токи следует учиты-

сопротивлений, достаточную электри-

шения данной задачи является защита

вать при проектировании.

ческую прочность. Положительная и

постоянных магнитов от разрушения

Для получения приемлемых пере-

отрицательная шины звена постоянно-

бандажом из высокопрочных немаг-

гревов обмотки статора и для улуч-

го тока выполнены планарными с меж-

нитных и неэлектропроводных спла-

шения температурного режима в зо-

слойным изолятором, расположены

вов, а также современных композици-

нах подшипников была использована

параллельно пути протекания тока. Все

онных материалов. В разработанном

жидкостная система охлаждения.

конструктивные решения обеспечили

электродвигателе в целях увеличения

При проектировании высокоско-

минимальные значения паразитных ин-

прочности применен цилиндрический

ростных электродвигателей, таких как

дуктивностей, минимальные значения

магнит из материала на основе соеди-

для электропривода СКВ, возникают

выбросов напряжений при отключе-

нений самарий-кобальт с дополнитель-

проблемы с выбором подшипников,

нии ключей инвертора и, как след-

ной защитой в виде бандажа из компо-

обеспечивающих работу на высокой

ствие, безотказную работу силовой

зитного материала на основе углерод-

частоте вращения.

части. Драйвер инвертора собствен-

ной нити J IMS 60 E13 24K 830tex.

В конструкции электродвигателя

ной разработки имеет гальванически

Внешний вид ротора ДБ160-

ДБ160-30000-60-U были заложены

изолированный шестиканальный ис-

30000-60-U показан на рис. 6.

высокоскоростные сдвоенные кера-

точник питания (питающие напряжения

мические под-

+15/-8 В). Схемные решения адапти-

шипники фирмы

рованы для применения в авиационной

FAG c допусти-

технике специального назначения.

мой

частотой

По результатам детальной про-

вращения

до

работки конструкции она претерпела

100000 об/мин

значительные изменения по сравне-

производства

Рис. 6. Ротор электродвигателя ДБ160-30000-60-U.

нию с этапом эскизной разработки [5].

Германии, обе-

Для обеспечения надежности и тех-

Показателем прочности ротора,

спечивающие

продолжительный

нологичности использованы наиболее

проверенным практикой, является до-

режим работы с заданной частотой

совершенные схемные и конструктив-

пустимая линейная окружная скорость.

вращения при использовании жидкой

ные решения, передовое программное

Для роторов с постоянными магнита-

смазки. Смазка подшипников осущест-

обеспечение.

ми и бандажом из углепластика или

вляется подачей масла через форсун-

титана допустимая линейная окруж-

ки на дорожки качения. Для защиты

Электродвигатель

ная скорость принимается не более

электродвигателя от вытекания масла

ДБ160-30000-60-U

250-300 м/с [6]. Для разработанного

из корпуса предусмотрены лабиринт-

Проектирование высокоскорост-

электродвигателя ЭП СКВ линейная

ные уплотнения и маслосгонная резь-

ных электрических машин сопряжено

окружная скорость в режиме холосто-

ба на валу ротора, а также уплотняю-

с решением следующих проблем:

го хода не превышает 160 м/с.

щие кольца в корпусных деталях.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

ванного самолета.»//ЭЭТ №4, 2011. - С. 39-44.

альности «Электромеханика». Имеет 5-летний

6. Шумов Ю.Н. «Состояние и тенденции раз-

опыт работы в области авиационных электри-

вития свехвысокоскоростных электрических

ческих машин. В настоящее время работает

машин средней и большой мощности.»// При-

инженером-конструктором

2 категории ОАО

водная техника №1, 2009. - С.32-43.

«Электропривод». Имеет 2 печатных труда.

Волокитина Елена Владимировна - в 1981

Volokinina Elena - in

1981 she graduated

году окончила Кировский политехнический ин-

from Kirov Polytechnic Institute, specialization

ститут по специальности

«Электромеханика».

«Electromechanics». In 2006 she defended a

В 2006 году защитила кандидатскую диссер-

candidate thesis, the theme is: «Research and de-

тацию на тему: «Исследование и разработка

velopment of quick-operating valve electric drive

быстродействующего вентильного электро-

of new plains controllers ». She is an associate

Рис. 7. Электродвигатель

привода органов управления новых самолетов».

professor of «Electric machines and equipment»

ДБ160-30000-60-U.

Доцент кафедры «Электрические машины и

department in Vyatskiy State University. Her job

аппараты» Вятского государственного универ-

experience in the sphere of valve electric drivers

Внешний вид электродвигателя

ситета. Опыт работы в области вентильных

is 25 years, aviation electric drivers- 15 years. At

ДБ160-30000-60-U показан на рис. 7.

электродвигателей

25 лет, авиационного

present she is working as a leading designer, pro-

В настоящее время ЭП СКВ про-

электропривода - 15 лет. В настоящее время

ject manager in JSC «Electroprivod». She is the

ходит исследовательские испытания.

работает ведущим конструктором, руководи-

author of 60 scientific works.

Для проведения испытаний разрабо-

телем проекта ОАО «Электропривод». Автор

тан и изготовлен испытательный ком-

более 60 научных трудов.

Vlasov Andrey - was born in 1979. In 2002 he

плекс с дистанционным управлением.

graduated from Vyatskiy State University (Vyat-

В процессе испытаний осущест-

Власов Андрей Иванович - родился в 1979

GU), specialization is «Electromechanics». He is

вляется проверка конструктивных

году. В 2002 году окончил Вятский государ-

a candidate of Engineering. In 2010 he defended

решений, характеристик, алгоритмов

ственный университет (ВятГУ) по специально-

a thesis, the theme is: «Magnetoelectric starter-

управления, работоспособности ЭП

сти «Электромеханика». Кандидат технических

generator in the New generation plain power sys-

СКВ в нормальных климатических ус-

наук. В

2010 году защитил диссертацию по

tem». At present he is working as the Head of the

ловиях без внешней нагрузки и других

теме:

«Магнитоэлектрический стартер-генера-

Design Department in JSC «Electroprivod». He is

требований технического задания.

тор в системе электроснабжения самолетов но-

the author of 20 scientific works.

вого поколения». В настоящее время работает

Литература:

начальником конструкторского отдела ОАО

Kopchak Andrey - was born in 1983. In 2005

1. Оценка эффективности и реализуемости кон-

«Электропривод». Имеет 20 научных трудов.

he graduated from Vyatskiy State University (Vy-

цепции «Полностью электрического самолета

atGU), specialization is «Electric drive and auto-

для перспективного БСМС». Отчет о НИР //

Копчак Андрей Леонидович - родился

mation of production units ». Job experience in

ФГУП «ЦАГИ», Жуковский, 2006.

в 1983 году. В 2005 году окончил Вятский госу-

the sphere of aviation electric drive is 5 years. At

2. Titan Chapter

2-Systems.//AENG

30001/

дарственный университет (ВятГУ) по специаль-

present he is working as the Head of the Design

M2003 Aerospace Vehicle Design & System

ности «Электропривод и автоматика промыш-

Department in JSC «Electroprivod». He is the au-

Integration 3/4 // University of Bristol Department

ленных установок». Опыт работы в области

thor of 3 printed works.

of Aerospace Engineering.

авиационного электропривода - 7 лет. В на-

3. Гарганеев А.Г., Харитонов С.А. Технико-эко-

стоящее время работает начальником конструк-

Moskvin Yevgeniy - was born in 1983. In 2006

номические оценки создания самолета с полно-

торского бюро ОАО «Электропривод». Имеет

he graduated from Vyatskiy State University (Vy-

стью электрифицированным оборудованием//

3 печатных труда.

atGU), specialization is « Electromechanics ». Job

Доклады ТУСУРа, № 2 (20), декабрь 2009 -

experience in the sphere of aviation electric drive

С. 179-184.

Москвин Евгений Владимирович - ро-

is 7 years. At present he is working as a design

4. Панкратов В.В. Задачи синтеза алгоритмов

дился 1983 году. В 2006 году окончил Вятский

engineer of the second category in JSC «Electro-

идентификации для бездатчиковых асинхрон-

государственный университет (ВятГУ) по специ-

privod». He is the author of 3 printed works.

ных электроприводов с векторным управлени-

альности «Электромеханика». Имеет 7-летний

ем и вариант их решения/ В.В. Панкратов, М.О.

опыт работы в области авиационного электро-

Tebenkov Fedor - was born in 1986. In 2008

Маслов // Силовая интеллектуальная электрони-

привода. В настоящее время работает инжене-

he graduated from Vyatskiy State University

ка. Специализированный информационно-анали-

ром-конструктором 1 категории ОАО «Элек-

(VyatGU), specialization is

«Electromechanics».

тический журнал. - 2007. - №1(6). - С. 23 - 43.

тропривод». Имеет 3 печатных труда.

Job experience in the sphere of aviation electric

5. Волокитина Е.В., Власов А.И., Копчак А.Л.,

machines is 5 years. At present he is working as

Малюгин А.А., Хохлов О.В. «Электропривод

Тебеньков Фёдор Геннадьевич - родился

a design engineer of the second category in JSC

компрессора системы кондиционирования воз-

1986 году. В 2008 году окончил Вятский го-

«Electroprivod». He is the author of 2 printed

духа в концепции полностью электрифициро-

сударственный университет (ВятГУ) по специ-

works.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

Испытательный комплекс

для высокоскоростного электропривода

компрессора системы

кондиционирования воздуха

// Test complex of the high speed electric drive for compressor

of air-condition system //

Волокитина Е.В., к.т.н., Ерохин Д.В.,

ИК способен фиксировать ре-

Москвин Е.В., Вшивцев М.В.,

зультаты испытаний; получать более

ОАО «Электропривод», г. Киров

широкое представление о проис-

ходящих процессах в испытуемом

В статье представлены результаты

This paper presents results of the remote

электроприводе; определять предо-

разработки дистанционно управля-

controlled test complex for the high

тказные состояния и осуществлять

емого испытательного комплекса

speed electric drive of air-conditioning

защиту электропривода от различных

для испытаний высокоскоростного

system compressor development.

повреждений при проведении испыта-

электропривода компрессора систе-

Keywords: high speed electric drive, test

ний. Это позволяет контролировать

мы кондиционирования воздуха.

complex, remote control, air-condition-

весь процесс испытаний, оградить

Ключевые слова: высокоскоростной

ing system.

персонал от травмирования и мини-

электропривод, испытательный ком-

мизировать материальный ущерб при

плекс, дистанционное управление,

система кондиционирования воздуха.

Для проведения испытаний высо-

коскоростного электропривода ком-

прессора системы кондиционирования

воздуха (ЭП СКВ) был разработан и

введен в эксплуатацию специальный

испытательный комплекс (ИК). Осо-

бенность ИК заключается в дистанци-

онном управлении как изделием, так и

испытательным оборудованием.

Необходимость

дистанционно

управляемого ИК заключается, в пер-

вую очередь, в обеспечении требо-

ваний безопасности персонала. Мак-

симальная частота вращения электро-

Рис. 1. Структурная схема испытательного комплекса.

двигателя составляет 55000 об/мин и

кинетическая энергия ротора, враща-

необходимость создания

ющегося на этой частоте, достаточно

единой централизованной

велика. Таким образом, существует

системы управления и кон-

потенциальная опасность возникнове-

троля испытаний, а также

ния несчастного случая в результате

сбора и обработки резуль-

разрушения электродвигателя при от-

татов испытаний.

казе (заклинивание ротора, разруше-

Структурная схема раз-

ние подшипников и т.д.).

работанного ИК показана

Кроме того, при испытаниях ЭП

на рис. 1.

СКВ задействовано большое коли-

ИК состоит из испыта-

чество сложного вспомогательного

тельного стенда (рис. 2) и

оборудования, что обуславливает

рабочего места испытателя. Рис. 2. Испытательный стенд ЭП СКВ.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

повреждении оборудования в случае

• защита по цепи постоянного тока

вляется изменением частоты вращения

возникновении отказных ситуаций.

напряжением 27 В.

электродвигателя маслостанции ча-

2. Комплект жгутов для подвода

стотным преобразователем;

Испытательный стенд

питания, подключения пульта управле-

• маслостанцию откачки масла в

ЭП СКВ

ния к БУ-СКВ, подключения блока к

системе смазки подшипников, обе-

Испытательный стенд включает в

электродвигателю.

спечивающую дозированную откачку

свой состав:

3. Приспособление для крепления

масла из зоны расположения подшип-

1. Пульт управления и контроля

изделия

(рис.

5). Электродвигатель

ников. Регулирование подачи масла

ЭП СКВ, структурная схема и внеш-

крепится к угольнику на испытатель-

осуществляется изменением частоты

ний вид которого показаны на рис. 3,

ном стенде.

вращения электродвигателя

(насоса)

4, предназначенный для:

4. Устройство для измерения ча-

маслостанции частотным преобразо-

а) дистанционного управления:

стоты вращения выходного вала элек-

вателем;

• блоком управления БУ-СКВ,

тродвигателя.

• систему подогрева масла в под-

• аварийным отключением питания

Контроль частоты вращения осу-

шипниках для уменьшения вязкости

по сигналу с места испытателя;

ществляется тахометром

(рис.

охлаждающей жидкости (рис. 8);

б) контроля потребляемого тока и

с бесконтактным принципом измере-

• расходомер (рис. 9) с датчиками

напряжения БУ-СКВ;

ния частоты, основанном на излучении

расхода на каждую пару подшипников.

в) коммутации силовых цепей пита-

и приеме светового луча, отраженного

Данные с расходомера поступают

ния блока БУ-СКВ;

от светоотражающей метки, прикре-

на рабочее место испытателя.

г) передачи данных на рабочее ме-

пленной к видимой части вращающе-

6. Система вибрографирования.

сто испытателя.

гося вала электродвигателя. Данные

Система

вибрографирования

В пульте управления и контроля

с тахометра поступают на рабочее

включает в себя анализатор спектра

ЭП СКВ имеется ряд защит:

место испытателя.

с вибродатчиками

(рис.

10), закре-

• встроенная аппаратная защита от

5. Система смазки и охлаждения.

пленными на корпусе электродвига-

перенапряжения, настроенная на пре-

Система смазки и охлаждения

теля (рис. 11). Данные с анализатора

вышение напряжения 360 В;

включает в себя:

спектра поступают на рабочее место

• защита по цепи переменного тока

• маслостанцию подачи масла

испытателя по беспроводной системе

напряжением 115/200 В 400 Гц;

с водяной системой охлаждения (по-

передаче данных Wi-Fi.

• защита по цепи переменного тока

догрева)

(рис.

7), обеспечивающую

7. Система термометрирования.

напряжением 220 В 50 Гц;

дозированную подачу масла в каждую

Система контролирует температуру

• защита по цепи переменного тока

пару подшипников электродвигателя.

на корпусе электродвигателя, радиато-

напряжением 220/380 В 50 Гц;

Регулирование подачи масла осущест-

ра блока управления, выходного вала

Рис. 3. Структурная схема пульта управления и контроля ЭП СКВ.

Рис. 4. Внешний вид пульта управления и контроля ЭП СКВ.

Рис. 5. Приспособление для крепления

Рис. 6. Бесконтактный тахометр.

Рис. 7. Маслостанция подачи масла

электродвигателя.

с системой охлаждения.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

Рис. 8. Система подогрева масла.

Рис. 9. Расходомер РУС-1.

Рис. 10. Анализатор спектра

с вибродатчиками.

Рис. 12. Измеритель-регулятор ТРМ138.

Рис. 11. Оси и точки при проверке уровня вибрации.

Рис. 13. Лазерный термометр Testo. Рис. 14. Рабочее место испытателя.

электродвигателя и масла в системе

• программное

обеспечение

Рис. 15. Программа управления

охлаждения. Данные термометрирова-

(рис.

15), отображающее основ-

и контроля.

ния поступают на рабочее место испы-

ные параметры процесса испытаний,

тателя. Системы термометрирования

с записью результатов на жесткий

Функция управления испытательным

выполнена на базе ТРМ138 (рис. 12).

диск ПК;

оборудованием осуществляет подачу

Для контроля температуры вы-

• систему видеонаблюдения для

сигналов на пульт управления для ком-

ходного вала электродвигателя при-

отображения видеосигнала с камер

мутации цепей питания блока управле-

меняется лазерный термометр Testo

лаборатории ЭП СКВ;

ния электроприводом СКВ (БУ СКВ).

(рис. 13), данные которого передают-

• мобильные радиостанции для

Функция управления электропри-

ся на рабочее место испытателя.

связи испытательного стенда и рабо-

водом осуществляет подачу на БУ

чего места испытателя.

СКВ управляющих сигналов:

Рабочее место испытателя

Для проведения испытаний ЭП

• пуск/стоп,

Рабочее место испытателя предна-

СКВ было разработано специализи-

• заданная частота вращения,

значено для дистанционного контроля

рованное программное обеспечение,

• угол смещения вектора тока,

и управления процессом испытания

выполняющее следующие функции:

• ток размагничивания.

(рис. 14) и включает в себя:

• управление испытательным обо-

Функция контроля и регистрации

• персональный компьютер с ис-

рудованием;

параметров осуществляет отображе-

точником бесперебойного питания

• управление электроприводом;

ние на монитор и регистрацию в файл

для резервного питания ПК в случае

• контроль и регистрация параме-

следующих параметров:

пропадания напряжения в сети;

тров в ходе проведения испытаний.

• частота вращения (с БУ СКВ);

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

• ток электродвигателя (с БУ СКВ);

Волокитина Елена Владимировна - в 1981

Volokinina Elena - in 1981 she graduated

• напряжение питания и ток цепи

году окончила Кировский политехнический ин-

from Kirov Polytechnic Institute, specialization

управления БУ СКВ;

ститут по специальности

«Электромеханика».

«Electromechanics». In 2006 she defended a

• силовое напряжение и ток БУ СКВ;

В 2006 году защитила кандидатскую диссер-

candidate thesis, the theme is: «Research and

• расход масла по переднему и за-

тацию на тему:

«Исследование и разработка

development of quick-operating valve electric

днему подшипникам;

быстродействующего вентильного электро-

drive of new plains controllers». She is an asso-

• температуру электродвигателя,

привода органов управления новых самолетов».

ciate professor of «Electric machines and equip-

БУ СКВ, масла;

Доцент кафедры «Электрические машины и

ment» department in Vyatskiy State University.

• частота вращения (с тахометра).

аппараты» Вятского государственного универси-

Her job experience in the sphere of valve elec-

Специализированное программ-

тета. Опыт работы в области вентильных элек-

tric drivers is

25 years, aviation electric driv-

ное обеспечение позволяет автома-

тродвигателей - 25 лет, авиационного электро-

ers - 15 years. At present she is working as a

тизировать защиту по температуре

привода - 15 лет. В настоящее время работает

leading designer, project manager in JSC «Elec-

(электродвигателя, блока управления,

ведущим конструктором, руководителем проек-

troprivod». She is the author of 60 scientific

масла в маслостанции), по контролю

та ОАО «Электропривод». Автор более 60 на-

works. She is awarded to the laureate diploma

дозирования масла в подшипники, по

учных трудов. Награждена Дипломом лауреата

of All-Russian competition «Engineer of the year

вибрации, позволяет своевременно

Всероссийского конкурса «Инженер года-2011»

2011» according to the version «Professional

отреагировать без участия человека

по версии «Профессиональные инженеры».

Engineers».

на нестандартную ситуацию, защитить

уникальное испытательное оборудо-

Ерохин Денис Викторович - родился в

Yerokhin Denis - was born in 1973. In 1995

вание и предотвратить разрушение

1973 году. В 1995 году окончил Вятский госу-

he graduated from Vyatskiy State University

электродвигателя.

дарственный университет (ВятГУ) по специаль-

(VyatSU) specializing in

«Electromechanics».

ности

«Электромеханика». Имеет

17-летний

He has 17 years of work experience in the

Выводы

опыт работы в области авиационных электри-

field of aircraft electro-mechanical machines.

1. Разработанный и изготовленный

ческих машин. В настоящее время работает ве-

At present he is a design project engineer

испытательный комплекс позволяет

дущим конструктором - руководителем проекта

of JSC «Electroprivod». He was awarded the

удаленно проводить испытания высо-

ОАО «Электропривод». Награжден нагрудным

award pin «Quality exemplary of aircraft in-

коскоростных изделий с контролем

знаком «Отличник качества авиационной про-

dustry».

параметров.

мышленности».

Программное обеспечение

управляет ходом испытаний и осу-

Москвин Евгений Владимирович - ро-

Moskvin Yevgeniy - was born in 1983. In

ществляет запись процесса испытаний

дился 1983 году. В 2006 году окончил Вятский

2006 he graduated from Vyatskiy State Univer-

от подготовки к запуску до останова

государственный университет (ВятГУ) по специ-

sity (VyatGU), specialization is «Electromechan-

электродвигателя со всеми действия-

альности «Электромеханика». Имеет 7-летний

ics». Job experience in the sphere of aviation

ми испытателя.

опыт работы в области авиационного электро-

electric drive is 7 years. At present he is work-

3. Удаленное управление обеспе-

привода. В настоящее время работает инжене-

ing as a design engineer of the second category

чивает защиту персонала в случае не-

ром-конструктором 1 категории ОАО «Элек-

in JSC «Electroprivod». He is the author of 3

предвиденных ситуаций.

тропривод». Имеет 3 печатных труда.

printed works.

4. Регулировка подачи и откачки

масла в системе смазки и охлаждения

Вшивцев Максим Николаевич - родился в

Vshivtsev Maxim - was born in 1983. In 2009

позволяет удаленно с рабочего места

1983 году. В 2009 году окончил Вятский госу-

he graduate from Vyatskiy State University (Vy-

испытателя настроить оптимальный рас-

дарственный университет (ВятГУ) по специаль-

atSU) specializing in «Electric motor drive». He

ход при работающем электродвигателе.

ности «Электропривод». Имеет 10-летний опыт

has 10 years of experience in the area of aircraft

5. Анализатор спектра контролиру-

работы в области авиационных электрических

electrical machines. Currently he works as a head

ет уровень вибрации одновременно в

машин. В настоящее время работает начальни-

of the electromechanics laboratory in JSC «Elec-

нескольких точках для полной оценки

ком лаборатории электромеханики ОАО «Элек-

troprivod». He has the award pin «Quality exem-

собственной вибрации, создаваемой

тропривод». Имеет нагрудный знак «Отличник

plary of aircraft industry».

электродвигателем при работе.

качества авиационной промышленности».

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

Автоматизированное проектирование

электромеханических тормозов

авиационного электропривода

// Computer-aided design of electromechanical brakes of the air electric drive //

Власов А.И., к.т.н., Никитин В.В.,

его вала в заторможенном состоянии

ОАО «Электропривод» г. Киров

[1]. Момент торможения ЭМТ, кон-

струкция которого показана на рис. 1,

В статье представлен метод инте-

Integration method of a field and ana-

не зависит от наличия электропитания

грации полевого и аналитического

lytical way of calculation of the electro-

и определяется по формуле (1)

способа расчета электромеханиче-

mechanical brakes, allowing to estimate

M_тр = μ · R_тр · F_ном · N

(1)

ских тормозов, позволяющий оце-

dynamic operational modes taking into

нить динамические режимы работы

account eddy currents is presented in

где N - число пружин;

с учетом вихревых токов. Результа-

the paper. Results of calculation are

μ - коэффициент трения;

ты расчета подтверждены экспери-

confirmed by experimental data.

R_тр - радиус трения;

ментальными данными.

Keywords: electromechanical braking

F_ном - номинальное усилие

Ключевые слова: электромеханиче-

device, transient, operation time, the

пружины.

ское тормозное устройство, пере-

calculation program.

Таким образом, механический спо-

ходный процесс, время срабатыва-

соб позволяет обеспечить постоян-

ния, программа расчета

ство тормозного момента, сократить

время инерционного выбега и надеж-

Проблема повышения быстродей-

ния механизмов с электроприводом

но зафиксировать вал электродвигате-

ствия авиационного электропривода

в устройствах точной остановки и

ля при отключении напряжения сети,

вызывает необходимость совершен-

фиксации неприемлемы, так как толь-

сократить количество элементов аппа-

ствования и разработки новых пер-

ко механическое торможение являет-

ратуры управления.

спективных средств автоматизации.

ся единственным способом остановки

В связи с тенденцией увеличения

Ответственную роль в электроприво-

электродвигателя после прекращения

частоты вращения и скорости пере-

де играют устройства точной останов-

подачи электроэнергии и удержания

мещения исполнительных механизмов

ки приводных механизмов, которые

возрастает потребность в высокоди-

позволяют увеличить надежность и

намичных электроприводах с ЭМТ.

безопасность эксплуатации электро-

Они используются в станкостроении,

двигателей и механизмов, поднять

робототехнике, подъемно-транспорт-

производительность и качество их

ном машиностроении, авиации, легкой

работы за счет уменьшения времени

промышленности и т.д.

разгона и останова, а также фиксации

Создание ЭМТ, полностью обе-

рабочих органов в точке позициони-

спечивающих выполнение предъ-

рования [1].

являемых к ним эксплуатационных

Такие устройства в настоящее

требований, в значительной степе-

время выполняются, в основном,

ни сдерживается отсутствием мето-

в виде электромеханического тормоза

дик проектирования, построенных

Рис. 1. Конструктивная схема ЭМТ:

(ЭМТ), встроенного непосредственно

на основе математических моделей,

1 - обмотка;

в электродвигатель [2]. Классическая

адекватно описывающих физические

2 - противодействующая пружина;

конструкция ЭМТ показана на рис. 1.

процессы, протекающие в магнитной

3 - корпус ЭМТ;

Широкое распространение ЭМТ

4 - подвижный якорь;

системе ЭМТ в переходных режимах

объясняется тем, что известные

5 - фрикционное кольцо;

работы и при различных способах

способы электрического торможе-

6 - тормозной диск.

управления [1].

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

В связи с тем, что разработка авиа-

рассчитать быстрее чем, например,

Hcz, Hcr - составляющие коэрцитив-

ционного быстродействующего элек-

ной силы,

в известном пакете FEMM [7], что ил-

тропривода требует учета динамиче-

g - электропроводность,

люстрируется графиками на рис. 2, где

ских характеристик ЭМТ, проблема

A - векторный магнитный потен-

показаны зависимости времени расче-

разработки методов проектирования

циал,

та модельной задачи в пакетах ELCUT

ЭМТ с учетом его динамических ха-

j_стор

- cторонняя составляющая

и FEMM от числа узлов конечноэле-

рактеристик имеет важное практиче-

тока, вызванного приложенным извне

ментной сетки N. Это делает пакет

ское значение и является актуальной.

напряжением.

ELCUT предпочтительным при про-

Несмотря на относительно не-

Уравнение (2) может быть решено

ведении многовариантных расчетов и

сложное конструктивное исполнение

только при помощи численных мето-

оптимизации ЭМТ на основе полевых

магнитных систем ЭМТ (рис. 1), их

дов расчета, например, метода конеч-

математических моделей.

расчет, а тем более оптимальное про-

ных элементов [5].

Следует отметить, что в ELCUT

ектирование, встречают ряд затруд-

Аналитические методы повероч-

открыт доступ из среды программи-

нений, обусловленных сложностью

ных расчетов, в частности расчетов

рования к набору объектов для поста-

решения нелинейных уравнений, кото-

электромагнитных полей, несовер-

новки, решения и анализа задачи мо-

рыми описываются процессы в элек-

шенны, но, как хорошо зарекомендо-

делирования поля. Данная технология

трических и магнитных цепях.

вавшие себя, остаются до сих пор по-

ActiveField была использована для ин-

Известно, что в массивном кор-

пулярными среди разработчиков мате-

теграции полевого и аналитического

пусе ЭМТ при включении наводятся

матических моделей и проектировщи-

метода расчета ЭМТ.

вихревые токи, которые приводят к

ков электрических машин и аппаратов.

увеличению времени срабатывания и

Сочетание аналитических мето-

Описание программы

возрастанию тока включения [3].

дов расчета с программным продук-

расчета ЭМТ

Возникающие явления при про-

том численного метода оптимизации

В ходе исследований ОАО «Элек-

никновении электромагнитной волны

обычно приводит к быстрому полу-

тропривод» был разработан специ-

в массивный корпус ЭМТ можно опи-

чению качественных результатов [6].

ализированный программный продукт

сать дифференциальными уравнения-

На основании проведенного ана-

(рис. 3) на основе языка программи-

ми Максвелла для осесимметричной

лиза представленных на рынке спе-

рования Visual Basic, предназначен-

задачи [4]

циализированных программных про-

ный для расчета как статических, так

дуктов для математического модели-

и динамических характеристик ЭМТ и

∂



∂

(

)



рования ЭМТ с помощью численного

построенный по модульному принципу



⋅







решения уравнений магнитного поля

с интеграцией полевого и аналитиче-

∂r

⋅ µ

∂r





выбрано лицензионное программное

ского метода расчета.

∂



∂A

∂A

обеспечение ELCUT, разработанное

Расчет производится в два основ-



⋅



−





НПК «ТОР», г. Санкт-Петербург.

ных этапа. На начальном этапе осу-

∂z

∂t





Данный пакет моделирования

ществляется анализ исходных данных,

∂H

∂H



электромагнитных и тепловых полей

производится аналитический расчет

−

(2)

стор





отличает предельно интуитивно по-

статических характеристик ЭМТ по



∂z

∂r



нятный интерфейс, простота, а также

инженерной методике, формирует-

где μ_z, μ_r - компоненты тензора маг-

высокая скорость вычислений. Маг-

ся геометрическая модель магнитной

нитной проницаемости,

нитное поле в пакете ELCUT можно

системы ЭМТ. На втором этапе гео-

Рис. 2. Сравнение программных пакетов ELCUT и FEMM по скорости

Рис. 3. Интерфейс программы расчета ЭМТ.

расчета.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

статическим параметром - номиналь-

индуктивность катушки L_ср ЭМТ.

ным тормозным моментом М_тр, часто

Для этого диапазон токов от 0 до

в ЭМТ требуется определить время

вкл разбивается на n участков таким

срабатывания t_ср, а также ток включе-

образом, чтобы

ния I_вкл, т.е. такой ток, при достижении

вкл

которого начинается движение якоря

Δi=

→

(6)

ЭМТ.

Рассмотрим метод определения

На каждом из n участков опреде-

времени срабатывания ЭМТ, реализо-

ляется дифференциальная индуктив-

ванный в разработанном программном

ность L_k по формуле

продукте.

Δψ

В момент включения ЭМТ электро-

lim

(7)

магнитное поле проникает в его сер-

Δi

→

дечник и индуцирует вихревые токи,

которые препятствуют дальнейшему

где ψ - потокосцепление катушки,

нарастанию магнитного потока. В свя-

i - ток катушки.

зи с этим, нарастание тягового усилия

Для определения индуктивности

ЭМТ происходит с запаздыванием от-

рассчитывается вебер-амперная

носительно тока катушки. Начало дви-

характеристика ЭМТ, показанная на

жения якоря и, соответственно, время

рис. 5.

Рис. 4. Алгоритм работы программы

срабатывания определяется исходя из

Графическое определение индук-

расчета ЭМТ.

условия равенства электромагнитного

тивности L_k по формуле (7) поясняет-

метрическая модель экспортирует-

тягового усилия F_эм и осевого усилия

ся рис. 6.

ся в программный комплекс ELCUT,

тормозных пружин F_пр, действующих

Средняя индуктивность L_сропре-

строится полевая модель и произво-

на якорь

делялась по формуле

дится расчет динамических характери-

F_эм= F_пр

(3)

стик ЭМТ.

∑

Расчет динамических характери-

Закон изменения тока в катушке

k=1...n

(8)

ср

стик ЭМТ реализован на основе блока

определяется исходя из условия рав-

ELCUT «Нестационарное магнитное

новесия напряжений цепи

После определения закона нарас-

поле». Данный вид анализа позволяет

тания тока и ввода геометрических и

U =i⋅R

⋅

(4)

рассчитывать магнитное поле, возбуж-

ср

физических свойств модели прово-

денное токами произвольной формы и

дится расчет нестационарного магнит-

откуда

анализировать переходные процессы.

ного поля ЭМТ, временные параметры

−t⋅R

При этом в расчете учитываются гео-





интегрирования определяются итера-

⋅1− e

ср



(5)

метрические особенности ЭМТ, а так-





ционным путем. В результате решения

же насыщение магнитной цепи и т.п.

где U - напряжение питания,

получаем зависимость тягового усилия

Алгоритм работы программного про-

R - активное сопротивление,

якоря от времени (рис. 6).

дукта представлен на рис. 4.

L_ср

- средняя индуктивность ка-

Время срабатывания t_ср опреде-

В большинстве случаев ЭМТ ави-

тушки,

ляется графическим путем

(рис.

6),

ационных электроприводов работают

t - время.

ток срабатывания рассчитывается по

в режимах частых включений и отклю-

При проведении дальнейших

формуле (5) для момента времени

чений, поэтому, наряду с основным

расчетов необходимо определить

t = t_ср.

Рис. 5. Вебер-амперная характеристика ЭМТ .

Рис. 6. Зависимость тягового усилия якоря от времени.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 3 2013

Таблица 1. Сравнение экспериментальных и расчетных данных ЭМТ .

3. Электромагниты постоянного тока./ А.В. Гор-

дон, А.Г. Сливинская.

- М.: Госэнергоиздат,

Напряжение

1960 - 447 с.

Параметр

U=18

U=24

U=27

4. ELCUT. Моделирование двумерных полей

Опыт

Расчет

Опыт

Расчет

Опыт

Расчет

методом конечных элементов. Руководство

Время срабатывания, мс

104

пользователя. ООО «ТОР», 2011 - 360 с.

Ток включения, A

1,18

1,25

1,326

1,386

1,432

1,458

5. Галлагер Р. Метод конечных элементов: ос-

новы. - М.: Мир. - 1984. - 428 с.

Индуктивность катушки, Гн

0,906

0,805

6. Захаренко А.Б. Оптимизация погружных син-

Усилие пружин, H

1236

хронных электродвигателей.// Электротехни-

Ток включения в статиче-

ка. - 2002. - №5. - с. 50-55.

ском режиме, А

7. femm.foster-miller.net.

Сравнение

ботанной программы и достоверности

Власов Андрей Иванович - родился в 1979

результатов расчета

расчетов.

году. В 2002 году окончил Вятский государ-

с экспериментальными

ственный университет (ВятГУ) по специально-

данными

Выводы

сти «Электромеханика». Кандидат технических

Для подтверждения достовер-

1. Разработана программа расче-

наук. В

2010 году защитил диссертацию по

ности и точности расчетов приве-

та ЭМТ, построенная по модульному

теме:

«Магнитоэлектрический стартер-генера-

дем сравнение результатов расчетов

принципу с интеграцией полевого и

тор в системе электроснабжения самолетов но-

аналитического ме-

вого поколения». 9 лет работает в области ави-

тодов расчета, по-

ационных электрических машин. В настоящее

зволяющая оцени-

время работает начальником конструкторского

вать переходные ре-

отдела ОАО «Электропривод». Имеет 20 на-

жимы работы ЭМТ,

учных трудов.

определять время

срабатывания и ток

Никитин Владимир Владимирович - ро-

включения

ЭМТ

дился в 1980 году. В 2002 году окончил Вятский

с учетом влияния

государственный университет (ВятГУ) по специ-

вихревых токов,

альности «Электрические машины и аппараты».

2. Подтверждена

11 лет работает в области авиационного элек-

корректность разра-

тропривода. В настоящее время - инженер-кон-

ботанной програм-

структор 1 категории ОАО «Электропривод».

мы и достоверность

Автор 16 научных трудов.

расчетов методом

сопоставительного

Vlasov Andrey - was born in 1979. In 2002

Рис. 7. Осциллограмма переходного процесса включения ЭМТ

анализа результатов

he graduated from Vyatskiy State University

при напряжении 27 В.

расчета с результа-

(VyatGU), specialization is «Electromechanics».

с экспериментальными данными на

тами экспериментальных данных ЭМТ

He is a candidate of Engineering. In 2010 he de-

примере ЭМТ вентильного электро-

электродвигателя ДБ160-3000-8 авиа-

fended a thesis, the theme is: «Magnetoelectric

двигателя ДБ160-3000-8 авиационно-

ционного электропривода.

starter- generator in the New generation plain

го электропривода.

power system». At present he works as a Head

В таблице 1 представлены экспе-

Литература:

of the Design Department in JSC «Electropriv-

риментальные и расчетные значения

1. Бочкарев Игорь Викторович. Быстродействую-

od». He is the author of 20 scientific works.

динамических параметров ЭМТ. На

щие электромеханические тормозные устройства

рис. 7 показана осциллограмма пере-

для электродвигателей: диссертация... доктора

Nikitin Vladimir - was born in 1980. In 2002

ходного процесса включения ЭМТ

технических наук: 05.09.01. - Москва: Энергоа-

he graduated from Vyatskiy State University

при напряжении питания 27 В.

томиздат, 2001. - 288 с.: ил. РГБ ОД, 71 05-5/75

(VyatGU), specialization is «Electrical machinery

Из анализа данных таблицы сле-

2. Расчет времени отпускания электромеха-

and equipment». He is working in the sphere of

дует, что расхождение эксперимен-

нических тормозных устройств. / ВласовА.И.,

aviation electric drive for 11 years. At present he

тальных и расчетных данных состав-

Волокитина Е.В., Никитин В.В. // Электроника

is working as a design engineer of the first cat-

ляет не более 7 - 8 %, что позволяет

и электрооборудование транспорта. - 2010. -

egory in JSC «Electroprivod». He is the author of

сделать вывод о корректности разра-

№2-3. - С.45-48.

16 scientific works.

Информация

№ 3 2013

Сведения об авторах

Вишневский Сергей Никодимович

Малюгин Антон Александрович

(8332) 58-25-86

(8332) 38-00-15

Конышев Дмитрий Владимирович

Ерохин Денис Викторович

(8332) 23-13-83

(8332) 58-43-88

Миронов Владимир

Рубцова Людмила Александровна

Александрович

(8332) 58-43-88

(8332) 23-19-70

Тебеньков Фёдор Геннадьевич

Овечкин Олег Иванович

(8332) 38-00-15

(8332) 23-22-47

Копчак Андрей Леонидович

к.т.н.

(8332) 38-00-05

Власов Андрей Иванович

(8332) 38-00-35

Москвин Евгений Владимирович

(8332) 38-00-05

к.т.н.

Волокитина Елена Владимировна

Вшивцев Максим Николаевич

(8332) 58-43-88

(8332) 23-28-85

к.т.н.

Никитин Владимир

Опалев Юрий Геннадьевич

Владимирович

(8332) 38-00-15

ТРЕБОВАНИЯ К РЕКЛАМНЫМ И АВТОРСКИМ МАТЕРИАЛАМ

Рекламные материалы принимаются в форматах «.cdr», «.eps» или «.tif» (300 dpi). Цветовая модель - CMYK.

Все шрифты должны быть переведены в кривые.

Авторские материалы. Текст статьи в формате «.doc» (Microsoft Word). Обязательно наличие аннотации,

ключевых слов и списка используемой литературы. Название статьи, аннотация и ключевые слова должны быть

переведены на английский язык. Все рисунки в форматах «.cdr» или «.eps», фотографии - в формате «.tif» (300 dpi).

Каждый рисунок или фотография должны быть представлены отдельным файлом.

СТОИМОСТЬ ГОДОВОЙ ПОДПИСКИ:

Печатные материалы, используемые в журнале, являются

(6 номеров) - 4 800 руб., в т.ч. НДС 18%

собственностью редакции.

Оформить подписку можно:

- через редакцию - необходимо направить по факсу или

электронной почте заявку с указанием банковских рекви-

При перепечатке ссылка на журнал обязательна.

зитов, наименования организации (фирмы), точного по-

чтового адреса и количества комплектов журнала.

Тел./факс: (495) 500-40-20, 557-23-95,

Полученные материалы не возвращаются.

e-mail: npptez@mail.ru;

- через ОАО «Агенство Роспечать» - по Каталогу из-

даний органов научно-технической информации 2013 г.,

Редакция оставляет за собой право корректорской

индекс 59990.

и редакторской правки публикаций без согласования

с авторами.

СТОИМОСТЬ РЕКЛАМЫ:

2-я и 3-я страницы обложки - 24 000 рублей

Журнал распространяется через редакцию по адресной

4-я страница обложки - 30 000 рублей

рассылке, через ОАО «Агентство Роспечать», на специа-

одна страница внутри журнала - 12 000 рублей

лизированных выставках и симпозиумах.