№ 4 2020

Содержание

Периодический рецензируемый

научно-технический журнал

«Электроника и электрообору-

Тенденции развития электроники и электрооборудования

дование транспорта» является

на транспортных средствах

коллективным членом Академии

Власов А.И., Новоселова А.В.

электротехнических наук РФ.

АО «Электропривод»: вчера, сегодня, завтра .

Учредитель и издатель - Научно-

производственное предприятие

Электроснабжение и электрооборудование

«Томилинский электронный

завод».

Власов А.И.

Журнал включен в перечень

Экспериментальные исследования вентильных электродвигателей

изданий, рекомендованных

постоянного тока с различными материалами бандажей ротора.

ВАК для апробации кандидат-

ских и докторских диссертаций.

Нефедов Б.А., Тебеньков Ф.Г.

Разработка пассивного корректора коэффициента мощности,

Свидетельство о регистрации СМИ

анализ эффективности на управляемом электроприводе

ПИ №ФС 77-29963

авиационного назначения.

от 17 октября 2007 г.

Власов А.И., Никитин В.В., Коротков И.В., Конышев Д.В.

Главный редактор:

Электромагнитная муфта торможения с комбинированной

А.Г. Бабак, к.т.н.

парой трения.

Редакционный совет:

Рубцова Л.А., Малюгин А.А., Печенкина Н.А., Киселев Р.В.

М.П. Бадер, д.т.н., профессор

Особенности разработки малогабаритного электромагнита

В.Я. Беспалов, д.т.н., профессор

для электроблокиратора дверей фюзеляжа

А.С. Веденеев, д.ф.-м.н., доцент

среднемагистрального самолета нового поколения .

Л.А. Герман, д.т.н., профессор

Губин И.В., Шешин А.Д., Фоминых А.А., Опалев Ю.Г.

Ю.М. Иньков, д.т.н., профессор

В.В. Калугин, д.т.н., доцент

Результаты исследований по созданию электрического транспорта. . .23

А.А. Ковалев, д.т.н.

Москвин Е.В., Власов А.И.

К.Л. Ковалев, д.т.н., доцент

Особенности построения регулятора положения

В.Н. Козловский, д.т.н., доцент

А.С. Космодамианский, д.т.н.,

с переменной структурой для автоматизированных приводов

профессор

систем механизации крыла .

А.И. Попов, д.т.н., профессор

Исмагилов Ф.Р., Вавилов В.Е., Каримов Р.Д., Айгузина В.В., Власов А.И.

В.Т. Пенкин, д.т.н., доцент

Отказоустойчивый электрический двигатель

С.Т. Рембеза, д.ф.-м.н., профессор

для топливных насосов летательных аппаратов .

В.И. Сарбаев, д.т.н., профессор

М.В. Шевлюгин, д.т.н., доцент

Грязев К.Д., Новоселова А.В.

В.Е. Ютт, д.т.н., профессор

Об опыте разработки систем электрозапуска газотурбинных

двигателей в АО «Электропривод» .

Выпускающий редактор:

Н.А. Климчук

Современные технологические процессы,

Редакция:

оборудование, материалы

140070, Московская область,

Люберецкий район, п. Томилино,

Филиппов М.А., Власов А.И., Садаков Н.А.

ул. Гаршина, д. 11.

Опыт применения аддитивных технологий при производстве

Тел./факс: (495) 500-40-20

сложных корпусных деталей.

E-mail: npptez@mail.ru

Сайт: www.npptez.ru

Проблемы качества и надежности,

сертификация, стандартизация

Подписано в печать: __.07.2020 г.

Трефилова Т.А., Бирюкова Г.А.

Отпечатано:

ГУП МО «Коломенская типография».

Меры по обеспечению надежности на этапах проектирования,

140400, г. Коломна,

производства и эксплуатации изделий.

ул. III Интернационала, д. 2а.

E-mail: bab40@yandex.ru

Диагностика и испытания

Формат 60х90/8,

бумага мелованная, объем 7 п.л.,

Бушуев А.П., Гусев С.В.

тираж 1000 экз., заказ 3106.

Проблемы воспроизводимости вибрационных испытаний.

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 4 2020

АО «Электропривод»: вчера, сегодня, завтра

// JSC “Еlectroprivod”: yesterday, today, tomorrow //

Власов А. И., к. т.н., Новоселова А. В.,

в Акционерное общество открытого типа

АО «Электропривод», Киров

«Электропривод». В 2008 году ОАО «Элек-

тропривод», как стратегическое предприя-

В статье рассматриваются

In this paper principal direction

тие ОПК РФ, вошло в государственную кор-

основные направления деятельности

JSC “Electroprivod” activities are discussed.

порацию «Ростехнологии» (ГК

«Ростех»),

созданную для поддержки и развития вы-

АО «Электропривод». Приведены

State-of-the-art and development prospects

сокотехнологичного сегмента российской

современное состояние и перспективы

of the company are given.

промышленности, в 2009 году - в состав

развития предприятия.

Keywords: JSC “Electroprivod”, aircraft in-

холдинга

«Авиационное оборудование»

Ключевые слова: АО «Электропривод»,

dustry, aviation electric drive, experimental

(с марта 2015 года - АО «Технодинамика»).

авиационная промышленность, ави-

design bureau, development prospects.

Сегодня АО «Электропривод»

- на-

ационный электропривод, опытно-

учно-технический и производственный

конструкторское бюро, перспективы

комплекс, осуществляющий полный цикл

развития.

создания и внедрения высоконадежной

интеллектуальной техники в соответствии

25 августа

2020 года АО «Электро-

системах электроснабжения, противооб-

с ГОСТ РВ 15.004: от начала разработки, из-

привод», одно из ведущих отечественных

леденения, кондиционирования воздуха,

готовления опытных образцов, проведе-

опытно-конструкторских бюро по разра-

выпуска и уборки шасси, регулирования по

ния испытаний до мелкосерийного произ-

ботке авиационного электротехнического

высоте кресла летчика, вращения антенн,

водства и сопровождения в эксплуатации.

оборудования, отмечает 65-летие со дня

перемещения контейнеров и др.

Предприятие осуществляет разработку,

образования.

Благодаря достижениям в создании

производство и ремонт:

Предприятие создано как филиал Мо-

новой техники в области авиационного

••

автоматизированных электроприво-

сковского агрегатного завода (МАЗ) «Дзер-

оборудования предприятие завоевало

дов различного функционального назна-

жинец» в г. Кирове на территории завода

высокий авторитет среди предприятий от-

чения и их составных элементов (электро-

им. Лепсе с целью развития опытно-кон-

расли.

механизмов вращательного, поступатель-

структорских бюро авиационной промыш-

Разработанные в 80-90-х годах прошло-

ного и качательного движения; электро-

ленности в восточных районах СССР, ока-

го века унифицированные, высокотехноло-

двигателей всех типов на любые бортовые

зания помощи серийным заводам им. Леп-

гичные, малогабаритные ряды электроме-

напряжения питания; блоков управления,

се и им. ХХ партсъезда в освоении изделий

ханизмов поступательного и вращательно-

датчиков и концевых выключателей), при-

головного ОКБ и проведении разработок

го движения, не уступающие по техническо-

меняемых в системах автоматического

новой техники под его руководством.

му уровню лучшим зарубежным аналогам,

управления и регулирования в авиаци-

Предприятие уверенно проходило

стали значительным достижением пред-

онной, военной и космической технике,

путь становления: развивалось деловое

приятия. Создание автоматизированных

нефтегазовом комплексе, робототехнике,

сотрудничество с разработчиками и из-

электроприводов на базе спроектирован-

станкостроении, атомной энергетике;

готовителями отечественных самолетов

ных вентильных электродвигателей посто-

••

аппаратуры электроавтоматики для

и вертолетов, с отраслевыми институтами

янного тока взамен применяемых ранее

контроля и запуска авиадвигателей;

НИИАО, ЦАГИ, ЦИАМ, ВНИИНП. За годы су-

гидравлических и пневматических систем

••

электростартеров для запуска газо-

ществования было выполнено свыше 1600

можно считать первым практическим ша-

турбинных двигателей на газоперекачива-

НИОКР, большая часть которых проводи-

гом к реализации концепции «полностью

ющих станциях и газотурбинных электро-

лись по техническим заданиям конструк-

электрического самолета». Электропривод

станциях.

торских бюро Антонова, Бериева, Илью-

управления закрылками ЭПЗ-77, разра-

В АО «Электропривод» разработана,

шина, Камова, Миля, Микояна, Мясищева,

ботанный в 90-е годы для военно-транс-

задокументирована, внедрена, поддержи-

Сухого, Туполева, Яковлева, а также разра-

портного самолета Ан-70, стал первым не

вается в рабочем состоянии и постоянно

ботчиков авиадвигателей и авиационных

только в отечественной, но и в зарубежной

улучшается система менеджмента качества

бортовых систем. Значительная часть раз-

авиационной технике, электроприводом

(СМК), соответствующая требованиям ГОСТ

работанных изделий внедрена в серийное

нового поколения, внедренным в систему

РВ 0015-002-2012, ГОСТ Р ИСО 9001-2015

производство на заводах в Кирове, Киро-

управления механизацией крыла взамен

и ГОСТ Р ЕН 9100-2011. СМК АО «Электро-

во-Чепецке, Курске, Кизляре, Саратове,

традиционного гидропривода.

привод» распространяется на разработку,

Тюмени и Улан-Удэ. Изделия разработки

В 1989 году с целью повышения эф-

производство, ремонт, испытания и обслу-

предприятия применены практически на

фективности использования научно-тех-

живание военной и авиационной техники,

всех отечественных военных и граждан-

нического потенциала предприятие было

а также продукции двойного и производ-

ских самолетах, вертолетах и авиационных

выведено из подчинения МАЗ «Дзержи-

ственного-технического назначения.

двигателях. Они работают в системах запу-

нец» и получило статус самостоятельно-

Готовность предприятия к созданию вы-

ска авиадвигателей, управления взлетом,

го предприятия, в 1993 году проведена

сокотехнологичной конкурентоспособной

полетом и посадкой самолетов, бортовых

его приватизация с преобразованием

продукции подтверждена лицензиями:

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 4 2020

••

на осуществление разработки, про-

Основные направления трансформа-

в АО «Электропривод» инструментов бе-

изводства, испытания и ремонта авиаци-

ции включают расширение кооперации,

режливого производства.

онной техники;

развитие цифровых методов контроля

В настоящее время мощности предприя-

••

на осуществление разработки, про-

и управления производством, повышение

тия обеспечивают выполнение поставленных

изводства, испытания, установки, монтажа,

его технологического уровня, внедрение

планов, но увеличение объемов поставок вы-

технического обслуживания, ремонта, ути-

новых методов и инструментов обеспе-

сокотехнологичной продукции, обеспечение

лизации и реализации вооружения и воен-

чения загрузки производственного обо-

ее конкурентоспособности требуют внедре-

ной техники;

рудования и формирования цепочек про-

ния и использования современных иннова-

••

на изготовление оборудования для

изводственной кооперации, оптимизацию

ционных технологий, совершенствования

ядерных установок: атомных станций;

инвестиционных затрат, реструктуризацию

и расширения технико-технологической

••

на осуществление космической дея-

площадей основного и вспомогательного

базы предприятия. АО «Электропривод»

тельности.

производства.

осуществляет техническое перевооружение

Сформировавшийся за время развития

Проект цифровой трансформации

производства. Приобретение нового обо-

предприятия системный подход к проекти-

управленческих и производственных биз-

рудования существенно повышает уровень

рованию позволяет проводить разработки

нес-процессов в АО «Электропривод» ку-

автоматизации производства, позволяет

на высоком техническом уровне.

рируется холдинговой компанией АО «Тех-

отказаться от аутсорсинга в обоснованных

На предприятии функционирует систе-

нодинамика».

случаях, улучшает качество и сокращает

ма автоматизированного проектирования

Развитию производственной систе-

сроки выполнения технологических опе-

(САПР). Она реализована на модульном

мы предприятия способствует внедрение

раций (рис. 1).

принципе и представляет собой совокуп-

ность проблемно-ориентированных пакетов

прикладных программ, позволяющих:

••

проводить 2D- и 3D-конструирование

электрических машин, электромеханиз-

мов, электронных устройств;

••

выполнять автоматизированные рас-

четы электрических машин всех типов

и электромеханизмов вращательного и по-

ступательного движения на основе специ-

ализированных программ, включая про-

граммы собственной разработки;

••

выполнять численное моделирова-

ние электромагнитных и тепловых полей

на основе метода конечных элементов при

проектировании электрических машин,

аппаратов, электронного оборудования;

••

проводить автоматизированные рас-

четы показателей надежности изделий;

••

осуществлять моделирование и схе-

мотехническое проектирование электрон-

ных схем, автоматизированное проекти-

а)

рование печатных плат.

Комплекс программных продуктов для

автоматизации конструкторской подготовки

производства на основе T-Flex CAD и T-Flex

DOCs позволяет осуществлять внутреннюю

информационную интеграцию в системы

управления производственными процес-

сами предприятия.

Необходимым условием повышения

конкурентоспособности продукции явля-

ется изменение организации производства

и переход на полностью цифровые методы.

Цель перехода: сокращение времени выво-

да новых продуктов на рынок, повышение

степени гибкости производства, качества

продукции, эффективности производствен-

ных процессов.

Переход к цифровой системе производ-

ства требует использования современных

информационных технологий для точной

и своевременной оценки отдельных про-

изводственных показателей, мониторинга

производственных мощностей и состояния

б)

станочного парка, интеграции цифровых

Рис. 1. Новое оборудование: разрывная машина РЭМ-20-А-1 для определения механических

моделей изделий и производственных про-

свойств резин, клеев, изоляционных материалов (а), стенд для испытания механической

цессов, оптимизации и последующей транс-

прочности изоляции обмоточных проводов истиранием «СДИ-1» (б)

формации производства.

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 4 2020

Предприятие обладает компетенциями

и по проектированию, изготовлению ис-

пытательного оборудования. Завершены

отладочные работы трехканального на-

грузочного стенда для проверки штоковых

электромеханизмов, спроектированного на

базе линейных приводов SewEurodrive. Стенд

обладает высокими динамическими показа-

телями регулирования нагрузки и позволяет

в диапазоне рабочего хода имитировать

знакопеременную нагрузку (рис. 2).

Экспериментально-исследовательский

отдел предприятия имеет Свидетельство об

аттестации в качестве испытательного под-

разделения, удостоверяющее соответствие

требованиям к технической компетенции

и независимости согласно РД В 319.02.70-08

«Аппаратура, приборы, устройства военного

назначения. Требования к испытательным

подразделениям и порядок их аттестации»,

выданное филиалом ФГБУ «46 ЦНИИ» Мино-

бороны России. В соответствии с програм-

мой развития приобретается новое испыта-

Рис. 2. Трехканальный нагрузочный стенд для проверки штоковых электромеханизмов

тельное оборудование. Новое оборудование,

в частности, позволяет расширить возмож-

ности испытательной базы предприятия

при проведении испытаний на соответствие

требованиям КТ-160G/14G (рис. 3).

В арсенале измерительного обору-

дования

- координатно-измерительная

машина, применение которой в процессе

производства позволяет исключить необ-

ходимость проектирования, изготовления,

контроль и ремонт измерительной оснаст-

ки, что составляет 20% от объема проекти-

руемой оснастки при постановке изделия

на производство (рис. 4).

В настоящее время АО «Электропри-

вод» продолжает активную деятельность

по созданию уникальных образцов новой

техники для различных отраслей промыш-

ленности [1].

Базовым направлением деятельности

АО «Электропривод» является разработка

авиационных автоматизированных электро-

приводов, систем и агрегатов, применяемых

Рис. 3. Гидростат REOCAM TCH-500-EtEh

в составе привода рулевых поверхностей

самолета.

обеспечить улучшенные эксплуатацион-

••

система электропитания и коммута

К числу разработок в этой области при-

ные и ресурсные характеристики и высо-

ции СЭПК-14-1 для САУ и электронных

надлежат:

кую эксплуатационную надежность, а также

блоков;

••

система управления приводами ме-

уменьшить массу системы по сравнению

••

электромеханизм привода заслон-

ханизации СУПМ-76, предназначенная для

с аналогичной системой, выполненной на

ки воздушного стартера двигателя ПД-14

управления гидравлическими приводами

базе гидравлического привода.

МЗС-14;

закрылков и предкрылком на самолете

В соответствии с федеральной целе-

••

система сигнализации пневмоцилин-

Ил-76МД-90А;

вой программой «Развитие гражданской

дров механизации двигателя ССП-ПД14;

••

электромеханизм МВ3,5Д25Д управ-

авиационной техники России на 2002-

••

электромагнит ЭМТ-14РУ для замка РУ.

ления предкрылками и стабилизатором на

2010 годы и на период до 2015 года» по

Изделиям МЗС-14, ССП-ПД14, ЭМТ-14РУ,

самолете-амфибии Бе-200;

договору с АО «ОДК-Авиадвигатель» на

ПСФ-14 присвоена литера «О1».

••

электропривод перемещения пред-

предприятии идут работы в рамках стра-

Конкурсная работа предприятия «Раз-

крылков и закрылков ЭППЗ-204, установ-

тегического проекта российского ави-

работка, изготовление и испытание элек-

ленный на самолете Ту-204СМ и предна-

апрома

- авиадвигателя ПД-14. Среди

тротехнических агрегатов для российского

значенный для управления предкрылками

систем и агрегатов, разработанных для

перспективного авиационного турбовен-

и закрылками на режимах взлета, посадки

авиадвигателя:

тиляторного авиадвигателя ПД-14» отмече-

и ухода на второй круг;

••

электропривод реверсивного устрой-

на дипломом «Авиастроитель года - 2018»

••

электропривод перемещения за-

ства ЭРУ-ПД14 для двигательной установки

в номинации «За успехи в создании систем

крылков самолета Ил-112В.

с двигателем ПД14;

и агрегатов для авиастроения».

Применение электропривода вместо

••

приводы сдвижки реверсивного

Предприятие принимает участие в про-

традиционных гидросистем позволяет

устройства ПСФ-14;

ектах импортозамещения.

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 4 2020

асинхронных электродвигателей взрыво-

защищенного исполнения. Их использова-

ние взамен пневмостартеров обеспечивает

экологическую чистоту и энергосбережение

в процессе запуска.

В настоящее время параметрический

ряд электростартеров с блоками управления

обеспечивает электрозапуск газотурбинных

двигателей НК-16СТ, НК-16-18СТ, НК-36СТ,

НК-37, НК-38СТ, Д-30ЭУ, ПС-90ГП, АЛ-31СТ,

газотурбинных двигателей в составе газо-

перекачивающего агрегата ГТН-6Р, ГТУ Т-16,

ГТУ типа НК-361 газотурбовоза ГТ-1.

Технический уровень систем электро-

запуска подтвержден патентами на изо-

бретение и промышленный образец, раз-

решениями на применение Федеральной

службы по экологическому, технологиче-

скому и атомному надзору. Системы крайне

успешно зарекомендовали себя в процессе

эксплуатации. Разработанные стартеры по-

зволяют устанавливать их вместо пневмо-

Рис. 4. Координатно-измерительная машина Contura G2 10/12/6 Aktiv Carl Zeiss

стартеров с минимальными доработками,

Так, в 2012 году АО «Электропривод»

2019 год отмечен для предприятия на-

а в некоторых случаях полностью без до-

разработало бесконтактные электродви-

чалом реализации проектов НИОКР, выпол-

работок по месту стыковки [3, 4].

гатели серии ДБМ‚ предназначенные для

няемых для перспективного авиационного

Также в составе агрегатов объектов газо-

работы в составе электроприводов исполни-

двигателя тягой 35 тонн (ПД-35) по договору

транспортной системы применяются такие

тельных механизмов универсальных техно-

с АО «ОДК-Авиадвигатель»:

изделия, как блок коммутации БК-90Э, обе-

логических роботов, а также прецизионного

••

по разработке технического предло-

спечивающий коммутацию цепей электро-

металлообрабатывающего, деревообраба-

жения электропривода ВНА;

агрегатов ГТУ при запуске и остановке, блок

тывающего и другого оборудования. Пред-

••

по разработке эскизного проекта

автоматического запуска БАЗ-36 для управ-

приятием изготовлены и испытаны опытные

регулируемых электроприводов для насо-

ления запуском и холодной прокруткой дви-

образцы 11 типов ДБМ, осуществлены их

сов-дозаторов двигателя демонстратора

гателя НК-36СТ (НК-38СТ), электродвигатели

поставки на ООО «ВМЗ» (г. Тольятти), где они

технологий.

3ДВШ100-1,6 и 4ДВШ100-1,6, предназначен-

успешно прошли испытания в составе робо-

Проекты по авиадвигателю ПД-35 про-

ные для работы в составе САУ ГПА и ГТЭС.

тов типа ТПК. Разработанные электродви-

должаются и в 2020 году.

Для атомной промышленности пред-

гатели не уступают по своим техническим

Тематический план предприятия по вы-

приятие поставляет электродвигатели

характеристикам зарубежным аналогам

полнению ОКР, реализуемых в рамках ГОЗ,

ДП100-500-2,5 и 2ДП100-500-2,5, предна-

фирм Siemens и AEG [2].

также дополняется новыми проектами.

значенные для работы в составе сервопри-

В целях реализации планов-графи-

В рамках выполняемых НИР и ОКР

водов для перемещения регулирующего

ков мероприятий по импортозамещению

АО «Электропривод» тесно сотрудничает

органа в системах контроля, управления

комплектующих изделий украинского

с высшими учебными заведениями страны:

и защиты атомных реакторов РБКМ. Номен-

производства, используемых для разра-

••

с Федеральным государственным

клатура продукции для АЭС расширяется:

ботки, производства и ремонта образцов

бюджетным образовательным учрежде-

заключен договор на изготовление и по-

ВВСТ, утвержденных заместителем ми-

нием высшего образования «Владимир-

ставку для нужд АО «НИКИЭТ» редукторов

нистра обороны РФ и заместителем ми-

ский государственный университет имени

РБМ-К7.Сб.237-2 и РБМ-К7.Сб.238-1, шестер-

нистра промышленности и торговли РФ,

Александра Григорьевича и Николая Гри-

ней РБМ-К7.237-65.

АО «Электропривод» в 2015-2016 годах

горьевича Столетовых»;

АО «Электропривод»

- постоянный

осуществило постановку на производство

••

с Федеральным государственным

участник Международного авиационно-

шести изделий для образцов ВВСТ.

бюджетным образовательным учреждени-

космического салона МАКС и Междуна-

В настоящее время АО «Электропривод»

ем высшего образования «Уфимский госу-

родного военно-технического форума

реализует проекты по импортозамещению

дарственный авиационный технический

«Армия», выпускаемая продукция удосто-

агрегатов иностранного производства для

университет»;

ена дипломов и положительных отзывов.

самолетов МС-21 и Sukhoi Superjet NEW по

••

с Федеральным государственным

Несомненно, основной ценностью

разработке, изготовлению и поставке:

бюджетным образовательным учрежде-

предприятия является сплоченный вы-

••

устройства с электроприводом для

нием высшего образования «Вятский го-

сококвалифицированный коллектив, ре-

грузовых дверей фюзеляжа для МС-21;

сударственный университет» (ВятГУ) и соз-

шающий сложные научно-технические

••

электропривода воздухозаборных

данным на его базе «Инжиниринговым

задачи. Сотрудники предприятия имеют

створок ВСУ для МС-21;

центром ВятГУ».

множество наград, в том числе более 360

••

системы очистки лобовых стекол для

АО «Электропривод» развивает и дивер-

правительственных - за достижения в соз-

МС-21;

сификационные направления.

дании новой техники и профессиональ-

••

разработке электромагнитного бло-

Диверсификационный проект по раз-

ное мастерство.

киратора для МС-21;

работке, изготовлению и поставке комплект-

За заслуги в области конструкторской

••

системы управления механизацией

ных систем электрозапуска ГТД газопере-

деятельности и многолетний добросовест-

крыла Sukhoi Superjet NEW;

качивающих агрегатов и электростанций

ный труд четверо сотрудников предприятия

••

привода створки ВСУ и датчика по-

определен одним из основных направлений

удостоены почетного звания «Заслужен-

ложения створки ВСУ для Sukhoi Superjet

развития предприятия. Электростартеры

ный конструктор Российской Федерации».

NEW.

спроектированы и изготовлены на базе

Среди талантливых разработчиков лауреат

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 4 2020

Всероссийского конкурса «Инженер года»

электрооборудование транспорта, 2017, № 4.

электрических машин - 17 лет. В настоящее

и лауреат государственной стипендии за

с. 12-19.

время работает генеральным директором -

выдающиеся достижения в создании про-

2. Власов А. И. Новые моментные вентиль-

главным конструктором АО

«Электропри-

рывных технологий и разработке совре-

ные электродвигатели для прецизионных

вод». Имеет 41 научную публикацию.

менных образцов вооружения, военной

электроприводов технологических роботов

и специальной техники в интересах обе-

и металлообрабатывающего оборудования /

Новоселова Алла Владимировна

спечения обороны страны и безопасности

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

Родилась в 1978 году. В 2002 году окончи-

государства.

Электроника и электрооборудование транс-

ла ВятГУ по специальности

«Электропри-

Для молодых специалистов и рабочих

порта, 2011, № 4, с. 32-35.

вод». Опыт работы в области авиационного

созданы благоприятные условия для про-

3. Власов А. И. Учет постоянной времени на-

электропривода - 17 лет. В настоящее время

фессионального роста, освоения смежных

грева при разработке электростартера для

работает начальником отдела маркетинга

профессий, повышения квалификации.

запуска газотурбинных установок / А. И. Вла-

АО «Электропривод».

В коллективе предприятия длительное

сов, Д. В. Конышев, И. В. Коротков // Электро-

время работали более 50 участников Вели-

ника и электрооборудование транспорта,

Vlasov Andrey

кой Отечественной войны и свыше 80 тру-

2019, № 1, с. 20-23.

Was born in 1979. In 2002 he graduated from

жеников тыла. Все они были примером

4. Грязев К. Д. Частотно-управляемые элек-

Vyatka State University majoring in “Electric en-

честного служения делу.

тростартеры для запуска газотурбинных

gineering”. He is сandidate of technical sciences.

Сегодня АО «Электропривод» располага-

установок

/ К. Д. Грязев, А. В. Новоселова,

In 2010 he defended the dissertation with topic

ет всеми ресурсами для успешной деятель-

В. Ф. Шалагинов

// Научно-технический се-

“Magnetoelectric starter-generator in the sys-

ности, что позволяет с оптимизмом смотреть

минар «Электропривод: теория, технология,

tem of power supply of new generation aircraft”.

в будущее, еще более интенсифицировать

практика и перспективы», Киров, 25 апреля

Experience in the field of aviation electric ma-

процесс создания инновационной продук-

2018 г. Сборник тезисов докладов. – Киров:

chines - 15 years. At present he works as general

ции, сохранить традиционно высокий тех-

АО «Электропривод», 2018. - 117 с.

director - chief designer of JSC “Electroprivod”.

нический уровень и конкурентоспособность

He has 41 scientific publications.

разрабатываемых и выпускаемых серийно

Власов Андрей Иванович

изделий.

Родился в 1979 году. В 2002 году окончил

Novoselova Alla

ВятГУ по специальности

«Электромехани-

Was born in 1978. In 2002 graduated from

Литература

ка». Кандидат технических наук. В 2010 году

Vyatka State University majoring in “Electric

1. Власов А. И. Обзор современных разра-

защитил диссертацию по теме

«Магнито

motor drive”. Experience in the field of avia-

боток электротехнического оборудования

электрический стартер-генератор в системе

tion electric drive - 17 years. At present she

АО «Электропривод» / А. И. Власов, Д. В. Ко-

электроснабжения самолетов нового поко-

works as Head of marketing department of

нышев, А. В. Новоселова

// Электроника и

ления». Опыт работы в области авиационных

JSC “Electroprivod”.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Экспериментальные исследования

вентильных электродвигателей

постоянного тока с различными

материалами бандажей ротора

// Еxperimental studies of brushless dc motors with armature bands made

of different materials //

Власов А.И, к.т.н.,

Проектирование ВДПТ с высокой ча-

АО «Электропривод», Киров

стотой вращения сопряжено с решением

следующих проблем:

• обеспечение механической прочности

В статье приведены эксперимен-

The article presents experimental

ротора;

тальные исследования двух вентиль-

studies of two brushless DC motors,

• снижение потерь и улучшение спосо-

ных электродвигателей постоян-

equipped with armature bands made of

бов охлаждения;

ного тока, бандаж ротора которых

different materials. Effect of armature

• выбор подшипников, обеспечивающих

выполнен из различных материалов.

band material on brushless DC motors

работу на высокой частоте вращения.

Показано влияние материала бан-

performance characteristics is shown.

Для ВДПТ с высокой частотой вра-

дажа ротора на рабочие характери-

Keywords: brushless DC motor, experi-

щения основной проблемой при про-

стики вентильных электродвигате-

mental studies, armature band, eddy

ектировании и эксплуатации является

лей постоянного тока.

current losses into armature band, per-

обеспечение механической прочности

Ключевые слова: вентильный элек-

formance characteristics.

ротора. Главная трудность здесь заклю-

чается в удержании постоянных магнитов

тродвигатель постоянного тока,

от действий возникающих при вращении

экспериментальные исследования,

центробежных сил.

бандаж ротора, потери на вихревые

Одним из основных вариантов решения

токи в бандаже ротора, рабочие

данной задачи является защита постоян-

характеристики.

ных магнитов от разрушения бандажом из

высокопрочных немагнитных и неэлектро-

Развитие высокотехнологичных инно-

• повысить частоту вращения рото-

проводных сплавов, а также современных

вационных отраслей промышленности,

ра [2].

композиционных материалов [3].

таких как медицина, робототехника, станко-

В связи с тем, что в авиационных элек-

Среди множества известных вариантов

строение, и разработка новых летательных

троприводах в качестве электромеханиче-

наиболее эффективным средством упроч-

аппаратов, при общей тенденции миниатю-

ского преобразователя энергии наибольшее

нения ротора с постоянными магнитами

ризации технических систем, используемых

распространение получили вентильные

является применение бандажных колец.

в данных отраслях, требуют создания новых

электродвигатели постоянного тока (ВДПТ),

В качестве материалов для бандажей могут

электромеханических преобразователей

которые спроектированы уже с максималь-

использоваться немагнитные высокопроч-

энергии, которые способны обеспечивать

ными значениями А и B_δ, наиболее перспек-

ные материалы с высоким удельным элек-

минимальные габаритные размеры и мак-

тивным способом повышения мощности

трическим сопротивлением, к числу которых

симальную плотность энергии [1].

является повышение частоты вращения

относятся немагнитные стали, сплавы тита-

Решение этой задачи вытекает из

электрической машины.

на, а также волокнистые композиционные

математической формулы постоянной

Арнольда

Таблица 1. Физико-механические характеристики материалов бандажа

Плотность,

Прочность при

(1)

Тип материала

кг/м³

растяжении, ГПа

Титан ВТ6

4430

0,82

где Р - мощность электромеханического

преобразователя энергии; А - линейная

Титан ВТ2-1Л

4430

1,02

токовая нагрузка; D - диаметр ротора; l_a -

Стекловолокно

2500

2,5

расчетная длина электрической машины;

Углеродное волокно

1,76

2,8

B_δ - магнитная индукция в воздушном за-

зоре; n - частота вращения ротора; k_ф - ко-

Кевлар-49

1450

3,5

эффициент формы поля в воздушном зазо-

Таблица 2. Свойства композиционных материалов зарубежного производства

ре; α_δ - коэффициент полюсного деления;

k_обм- обмоточный коэффициент.

GFRP DW 2100

AFRPDW 152

CFRP DW 231

CFRP DW 260

Из выражения (1) следует, что при неиз-

Предел прочности

менном объеме α_δ·D²· la активных элементов

1440

1880

2420

на разрыв, МПа

электромеханических преобразователей энер-

Плотность, кг/м³

2100

1330

1520

гии мощность преобразователя можно повы-

сить тремя способами или их комбинациями:

Максимальная рабочая

<110

<140

>300

температура, °С

• повысить линейную токовую нагрузку;

• повысить магнитную индукцию в воз-

Коэффициент теплового

0,2

расширения

душном зазоре;

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

а)

б)

Рис. 1. Электродвигатель ДБ120-2200-15 (-6) и коммутатор КВД30-270

материалы - стекловолокно, волокно бора,

исследования на двух ВДПТ: ДБ120-2200-15

Форма ЭДС у обоих электродвигателей

углеродные волокна - углепластики и др. [4].

и ДБ120-2200-6, которые отличаются только

при проведении испытаний - правильная

Физико-механические характеристики

обмоточными данными.

синусоида.

некоторых материалов бандажа представ-

Электродвигатели конструктивно пред-

На рис. 2 и 3 приведены зависимости

лены в таблицах 1 и 2.

ставляют синхронные электрические маши-

ЭДС от частоты вращения E = f(n) для

При выборе материала бандажа необ-

ны с индуктором на постоянных магнитах

электродвигателей ДБ120-2200-15 № 1

ходимо учитывать возможность появления

Sm₂СO₅ и встроенным датчиком положения

и ДБ120-2200-6 № 2 как с ротором № 1

в нем дополнительных потерь на вихревые

ротора.

(с углепластиком), так и с ротором № 1 и 2

токи и влияние их на нагрев ротора.

C целью уменьшения потерь ротор элек-

(с полым цилиндром из бронзы).

В ВДПТ с высокой частотой вращения

тродвигателя ДБ120-2200-15 № 1 выполнен

Из приведенных на рис. 2 зависимостей

потери в бандаже ротора создаются токами

в новой конструкции: в качестве крепления

видно, что при n = 15 000 об/мин ЭДС элек-

обратной последовательности. Эти потери

магнитов ротора применен бандаж лентой

тродвигателя ДБ120-2200-15 № 1 с ротором

можно определить из выражения

типа ЭЛУР-П ТУ 6-06-486-8, пропитанной смо-

№ 1 с углепластиком на 10 В (5,5%) ниже, чем

лой ЭДТ69Н (в дальнейшем - углепластик).

у того же электродвигателя с ротором № 1

P₀

(2)

Лента из углепластика наматывалась

из бронзы. Это объясняется тем, что перед

где ρ_t - удельное эклектическое сопротив-

на ротор, и производилась полимеризация

постановкой бандажа из углепластика ро-

ление материала бандажа, Ом*м;

в узле при температуре +130 °C в течение 4-6

тор был перегрет и повторно намагничен

C_ρ - коэффициент потерь;

часов. Для создания избыточного давления

не до насыщения (до меньшего значения

- радиальная составляющая

на бандаж при полимеризации устанавли-

индукции).

вектора магнитной индукции на поверхно-

валось фторопластовое кольцо.

Из приведенных на рис. 3 зависимостей

сти постоянного магнита, созданная током

Бандаж из углепластика имеет малую

видно, что при n = 6000 об/мин ЭДС электро-

обратной последовательности, Тл.

электропроводность, что создает условия

двигателя ДБ120-2200-6 № 2 с ротором № 1

При р = 2

для снижения потерь, обусловленных пере-

с углепластиком на 19 В (12%) ниже, чем

ходными процессами в электродвигателе.

у того же электродвигателя с ротором № 2

При проведении экспериментальных

с полым цилиндром из бронзы.

исследований осуществлено снятие рабочих

характеристик и определение механических

Определение механических потерь хо-

При р ≠ 2

потерь на электродвигателях ДБ120-2200-15

лостого хода и в стали в генераторном

№ 1 и ДБ120-2200-6 № 2 с ротором новой

режиме.

конструкции (из углепластика) и сравнение

На рис. 4 и 5 приведены зависимости

их с ранее полученными характеристиками

суммы потерь холостого хода и потерь

где I_{ф. обр.} - ток обратной последовательности

тех же электродвигателей с роторами, где

в стали от частоты вращения Рпот. хх+ст = f(n)

в фазе А [5].

в качестве крепления магнитов использо-

для электродвигателей ДБ120-2200-15 № 1

Аналитическое определение данных

вался полый цилиндр из бронзы.

и ДБ120-2200-6 № 2 как с ротором № 1

потерь не дает необходимой точности, по-

Проверка электродвигателей ДБ120-

(с углепластиком), так и с ротором № 1 и 2

этому для анализа потерь в бандаже пред-

2200-15 и ДБ120-2200-6 (рис. 1а) с новой

(с полым цилиндром из бронзы).

почтительно использовать метод конечных

конструкцией ротора (из углепластика) про-

Из приведенных на рис. 4 и 5 графиков

элементов или экспериментальные иссле-

водилась с макетом коммутатора КВД30-270

видно, что для электродвигателей ДБ120-

дования [2].

(рис. 1б).

2200-15 № 1 и ДБ120-2200-6 № 2 с ротором

В ВДПТ с высокой частотой вращения

новой конструкции (с углепластиком) потери

потери на вихревые токи в бандаже ротора

Материалы экспериментальных

холостого хода и в стали в 3,5÷5 раз ниже,

оказывают влияние и на рабочие характе-

исследований

чем в тех же электродвигателях с роторами

ристики электрической машины.

№ 1 и 2 (с полым цилиндром из бронзы).

С целью оценки влияния данных потерь

Определение ЭДС фаз электродвигате-

Различие потерь и их повышенная вели-

на рабочие характеристики, а также опреде-

лей ДБ120-2200-15 № 1 и ДБ120-2200-6 № 2

чина не могут быть объяснены пульсациями

ления механических потерь в ВДПТ АО «Элек-

с ротором № 1 новой конструкции (с угле-

тока, т.к. потребляемый ток отсутствует (хо-

тропривод» провело экспериментальные

пластиком).

лостой ход, генераторный режим).

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Рис. 8. Рабочие характеристики ДБ120-2200-6 № 2 при Q = 0 эл. град.

Рис. 9. Рабочие характеристики ДБ120-2200-6 № 2

при Q = 30 эл. град.

в коммутаторе работала схема ограничения

и Q = +30 эл. град. Полученные данные при-

механических задеваний и разрушения

по частоте.

ведены в таблице 3.

углепластика ротора не обнаружено. Элек-

Рабочие характеристики электродвига-

Из таблицы 3 следует, что для снижения

тродвигатель ДБ120-2200-6 № 2 с ротором

теля ДБ120-2200-6 № 2 показаны на рис. 8 и 9.

добавочных и суммарных потерь электро-

новой конструкции (с углепластиком) вы-

Также на рис. 9 приведены характеристики

двигателя под нагрузкой следует вводить

держал проверку при повышенной частоте

электродвигателя с ротором № 2 (с полым

опережение на включение фаз приблизи-

вращения.

цилиндром из бронзы). Сравнительные дан-

тельно на +30 эл. град.

ные на рис. 8 по данному электродвигателю

Выводы

с ротором с полым цилиндром из бронзы

Проверка при повышенной

1. Действующее линейное значение ЭДС

отсутствуют, так как рабочие характеристики

частоте вращения

фаз электродвигателей составило:

не снимались.

••

ДБ120-2200-15 № 1 при n = 15 000 об/мин -

Из анализа рабочих характеристик элек-

Электродвигатель ДБ120-2200-6 № 2

178 В, что на 5,5% ниже, чем с ротором

тродвигателя ДБ120-2200-6 № 2 с ротором

с ротором № 2 (с углепластиком) прошел

с полым цилиндром из бронзы;

№ 1 (с углепластиком) и этого же электродви-

проверку при повышенной частоте враще-

••

ДБ120-2200-6 № 2 при n = 6000 об/мин -

гателя с ротором № 2 (с полым цилиндром

ния n = 16 000 об/мин в течение двух минут.

141 В, что на 12% ниже, чем с ротором с по-

из бронзы) видно, что:

Проверка проводилась в генераторном ре-

лым цилиндром из бронзы.

••

ток холостого хода

(потребляе-

жиме электродвигателя, в качестве приво-

2. Механические потери холостого хода

мая мощность) меньше в 7 раз

да использовалась баланс-машина БМ-42.

и в стали (суммарные) в генераторном ре-

у электродвигателя с ротором № 1

При разборке электродвигателя следов

жиме составили:

(с углепластиком). Причиной явля-

ются повышенные пульсации тока

Таблица 3. Разделение потерь ДБ120-2200-15 № 1 с ротором № 1 (с углепластиком)

на холостом ходу в электродвига-

Параметры

Q = 0 эл. град.

Q = +30 эл. град.

теле с полым ротором из бронзы;

••

частота вращения (полезно отда-

М противод., кгс·м

0,13

ваемая мощность) при противо-

П ном., об/мин

14050

15100

действующем моменте, равном

0,3 кгс·м, ниже всего на 1% у элек-

I двиг., А

8,0

8,45

тродвигателя с ротором № 1 (с угле-

U двиг., В

270

пластиком);

••

коэффициент полезного действия

2 R фазы гор. сост., Ом

0,424

0,420

ниже на 4% у электродвигателя

М пот. хх. и стали, кгс·м

0,006

0,008

с ротором № 1 (с углепластиком).

Р пот. хх. и стали, Вт

86,7

124,18

При этом следует иметь в виду, что ЭДС

электродвигателя с ротором № 1 (с углепла-

Р пот. в ключах, Вт

67,6

стиком) ниже на 12%, чем с ротором № 2

Р пот. в кабеле, Вт

15,71

с полым цилиндром из бронзы.

Р₁системы, Вт

2160

2281,5

Разделение потерь

Р₁вд, Вт

2082

2198,1

электродвигателя

Р_{2 ,}Вт

1877,64

2017,96

КПД, %

90,2

91,8

Разделение потерь электродвигателя

ДБ120-2200-15 № 1 с ротором № 1 (с угле-

Сумма потерь, Вт

204,3

180,14

пластиком) проводилось при номинальном

Р пот. электр., Вт

27,136

29,99

противодействующем моменте 0,13 кгс·м

Р пот. добавочных, Вт

90,46

25,97

и угле опережения включения фаз Q = 0

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

••

у электродвигателя ДБ120-2200-15

••

коэффициент полезного действия -

магнитами: учебное пособие / Ф. Р. Исмаги-

№ 1 при n = 15 000 об/мин - 123 Вт, что

89% (с ротором с полым цилиндром из

лов, И. Х. Хайруллин, В. Е. Вавилов. - М.: Инно-

в 3,6 раза меньше, чем с ротором с полым

бронзы - 79%).

вационное машиностроение, 2017. - 247 с.

цилиндром из бронзы;

б) у электродвигателя ДБ120-2200-6 № 2

3. Власов А. И. Разработка высокоскоростного

••

у электродвигателя ДБ120-2200-6

при Uпит. = 270 В и противодействующем

электропривода компрессора системы конди-

№ 2 при n = 6000 об/мин - 12 Вт, что в 5 раз

моменте 0,3 кгс·м:

ционирования воздуха самолета / Власов А. И.,

меньше, чем с ротором с полым цилин-

••

частота вращения

- 6240 об/мин

Волокитина Е. В., Копчак А. Л., Москвин Е. В.,

дром из бронзы.

(с ротором с полым цилиндром из брон-

Тебеньков Ф. Г. // Электроника и электрообору-

3. Параметры холостого хода электро-

зы - 6300 об/мин);

дование транспорта, 2013, № 3, с. 34-39.

двигателей при угле опережения включения

••

потребляемый ток - 8,83 А (с рото-

4. Компоненты интеллектуальных мехатрон-

фаз Q = +30 эл. град. составили:

ром с полым цилиндром из бронзы - 9,1 А);

ных модулей / В. А. Нестерин, Е. В. Волокити-

а) у электродвигателя ДБ120-2200-15

••

коэффициент полезного действия -

на. - Чебоксары: Изд-во Чувашского ун-та,

№ 1 при Uпит. = 290 В:

81,3% (с ротором с полым цилиндром из

2014. – 305 с.

••

частота вращения - 18 740 об/мин;

бронзы - 84,5%).

5. Ледовский А. Н. Электрические машины

••

потребляемый ток - 0,46 А;

5. Добавочные потери электродвига-

с высококоэрцитивными постоянными маг-

••

потребляемая мощность - 129,6 Вт.

теля ДБ120-2200-15 № 1 с ротором новой

нитами. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 168 с.

Сравнительные данные по данному

конструкции (из углепластика) при Uпит. =

электродвигателю с ротором с полым ци-

270 В и номинальном противодействующем

Власов Андрей Иванович

линдром из бронзы отсутствуют.

моменте 0,13 кгс·м составили:

Родился в 1979 году. В 2002 году окончил

б) у электродвигателя ДБ120-2200-6 № 2

••

при угле опережения включения фаз

Вятский государственный университет по

при Uпит. = 270 В:

Q = 0 эл. град.– 90,46 Вт (суммарные потери

специальности «Электромеханика». Кандидат

••

частота вращения

- 8820 об/мин

при этом - 204,3 Вт);

технических наук. В 2010 году защитил дис-

(с ротором с полым цилиндром из брон-

••

при угле опережения включения фаз

сертацию по теме «Магнитоэлектрический

зы - 7980 об/мин);

Q = + 30 эл. град.– 25,97 Вт (суммарные по-

стартер-генератор в системе электроснаб-

••

потребляемый ток - 0,166 А (с ро-

тери при этом - 180,14 Вт).

жения самолетов нового поколения». Опыт

тором с полым цилиндром из брон-

Проведенные экспериментальные ис-

работы в области авиационных электриче-

зы - 1,33 А);

следования показали наличие влияния

ских машин - 17 лет. В настоящее время ра-

••

потребляемая электродвигателем

материала бандажа ротора на рабочие

ботает генеральным директором - главным

мощность - 43,47 Вт (с ротором с полым

характеристики ВДПТ. Результатами экспе-

конструктором АО «Электропривод». Имеет

цилиндром из бронзы - 349 Вт).

риментов показано, что с целью снижения

41 научную публикацию.

4. Параметры электродвигателя под на-

потерь в ВДПТ крепление магнитов ротора

грузкой при угле опережения включения

необходимо осуществлять бандажом из угле-

Vlasov Andrey

фаз Q = +30 эл. град. составили:

пластика или другого материала с малой

Was born in 1979. In 2002 he graduated from

а) у электродвигателя ДБ120-2200-15 № 1

электропроводностью.

Vyatka State University majoring in “Electric en-

при Uпит. = 270 В и номинальном противо-

gineering”. He is сandidate of technical sciences.

действующем моменте 0,13 кгс·м:

Литература

In 2010 he defended the dissertation with topic

••

частота вращения - 14 700 об/мин

1. Сверхвысокооборотные электромехани-

“Magnetoelectric starter-generator in the sys-

(с ротором с полым цилиндром из брон-

ческие системы: монография / Исмагилов Ф. Р.

tem of power supply of new generation aircraft”.

зы - 14 400 об/мин);

и др. - М.: Инновационное машиностроение,

Experience in the field of aviation electric ma-

••

потребляемый ток - 8,6 А (с рото-

2018. - 193 с.

chines - 15 years. At present he works as general

ром с полым цилиндром из бронзы -

2. Высокооборотные электрические маши-

director - chief designer of JSC “Electroprivod”.

9,2 А);

ны с высококоэрцитивными постоянными

He has 41 scientific publications.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Разработка пассивного корректора

коэффициента мощности, анализ

эффективности на управляемом

электроприводе авиационного назначения

// Development of a passive power factor corrector, analysis of efficiency

on the controlled electric drive of aircraft purpose //

Нефедов Б. А., Тебеньков Ф. Г.,

По некоторым оценкам, реализация

АО «Электропривод», Киров

концепции ПЭС применительно к тяже-

лому транспортному самолету позволит

В статье рассматриваются практи-

The article discusses the practical aspects of

снизить потребление топлива на 8-12%,

ческие аспекты разработки пассивного

developing a passive power factor corrector

полную взлетную массу на 6-10%, прямые

корректора коэффициента мощности

for an autonomous three-phase AC voltage

эксплуатационные расходы на 5-10%, стои-

для автономного инвертора напря-

inverter. Additionally, the impact of using

мость жизненного цикла на 3-5%, при этом

жения сети переменного трехфазного

a passive power factor corrector on the

средний налет на отказ увеличивается на

5-6%, время технического обслуживания

тока. Дополнительно рассматривает-

spurious current harmonics is considered.

на 4-4,5%.

ся влияние использования пассивного

Analysis of the effectiveness of the applica-

Ключевым моментом в реализации кон-

корректора коэффициента мощности

tion was carried out using calculations and

цепции ПЭС является создание электроме-

mathematical modeling.

на паразитные гармоники тока. Анализ

ханических приводов систем управления

эффективности применения был прове-

Keywords: active, passive, corrector, active

полетом и системы кондиционирования

ден с помощью расчетов и математи-

power, reactive power, DC brushless motor.

воздуха.

ческого моделирования.

В электромеханических приводах ави-

Ключевые слова: активный, пассивный,

ационного применения используются сле-

корректор, активная мощность, реак-

дующие электродвигатели:

тивная мощность, вентильный элек-

••

асинхронный электродвигатель;

тродвигатель постоянного тока.

••

синхронный электродвигатель;

••

электродвигатель постоянного тока;

Современная тенденция улучшения

Построение бортовых систем с использова-

••

вентильный электродвигатель посто-

показателей расхода топлива воздушных

нием электрической, гидравлической и пнев-

янного тока.

судов приводит к ужесточению требований,

матической не является оптимальным для

Накопленный АО «Электропривод»

предъявляемых к бортовому оборудованию

перспективных воздушных летательных аппа-

опыт, а также отечественная и зарубежная

в части энергоэффективности. Одним из

ратов, поскольку требует существенных затрат

литература показывают, что наиболее пер-

способов повышения энергоэффективности

на их эксплуатацию и значительно затрудняет

спективным является вариант построения

бортовых систем является выполнение их на

интеграцию бортового оборудования.

авиационного электропривода на основе

базе регулируемого электропривода [1, 2].

Одним из наиболее перспективных на-

вентильного электродвигателя постоянного

В настоящее время на самолетах исполь-

правлений является переход к концепции

тока (ВДПТ) [4].

зуются три энергетические системы: электри-

создания самолета с полностью электрифи-

Вентильный электродвигатель по-

ческая, гидравлическая и пневматическая [3].

цированным оборудованием (ПЭС) (рис. 1).

стоянного тока является одним из самых

перспективных, что объясняется рядом

преимуществ, изложенных в [5, 6, 7]. Высо-

комоментные ВДПТ с возбуждением от ред-

коземельных постоянных магнитов, предна-

значенные для таких ответственных преци-

зионных ЭП, как приводы подачи в станках

с ЧПУ и технологические роботы, должны

удовлетворять специфичному комплексу

требований [8], частью которых являются

высокая плавность и точность хода.

В структуру силовой части авиационного

электропривода на основе ВДПТ обычно

входят:

••

выпрямитель, позволяющий питать

электропривод от систем электропитания

переменного тока;

••

силовой преобразователь, как прави-

ло, на основе автономного инвертора на-

пряжения (АИН), управляемого с помощью

широтно-импульсной модуляции (ШИМ);

••

исполнительный электродвигатель,

преобразующий электрическую энергию

Рис. 1. Концепция полностью электрического самолета

в механическую.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Наличие в структуре выпрямителя и АИН

Таблица 1. Характеристики пассивных ККМ

создает такой нежелательный эффект, как

искажение гармонического состава тока,

Параметр

L-фильтр

LC-фильтр

LCL-фильтр

потребляемого из сети. Кроме того, данный

Величина

-20

-40

-60

эффект приводит к снижению коэффициента

затухания,

мощности, что негативно сказывается на

дБ/декада

энергоэффективности электропривода.

Достоинства

Простота схемотехники

Более эффективное по

Выработка реактивной

Современные квалификационные

сравнению с L-фильтром

мощности, эффективная

справочники КТ-160/DO-160G и ГОСТ Р

ослабление гармоник при

работа при низких часто-

54073-2017 предъявляют весьма жесткие

низких частотах переклю-

тах переключения ключей

требования к гармоническому составу по-

чения ключей инвертора

инвертора

требляемого тока и коэффициенту мощности

Недостатки

Необходимый уровень ос-

Повышенная по сравне-

Наибольшая сложность

потребителей. Таким образом, в настоящее

лабления гармоник проис-

нию с L-фильтром слож-

конструкции и стоимость

время перед разработчиками электропри-

ходит только при высокой

ность конструкции и сто-

водов авиационного назначения стоит за-

частоте переключения

имость

ключей инвертора [9]

дача обеспечения требований к качеству

потребляемого тока.

Возможными способами решения дан-

при различных входных частотах сети трех-

Расчет корректора коэффициента мощ-

ной проблемы являются:

фазного переменного тока.

ности проводился для однофазного эквива-

••

использование пассивных коррек-

АО «Электропривод» при выполнении

лента сети [10] (рис. 5).

торов коэффициента мощности

(ККМ),

ОКР по разработке системы электропривода

Требуемая реактивная мощность кон-

дополнительно выполняющих функции

перемещения закрылков перспективного

денсаторной сборки пассивного корректора

фильтров (рис. 2);

военного транспортного самолета для ре-

коэффициента мощности [11], вар

••

использование активных корректо-

шения проблемы гармонического состава

(1)

ров коэффициента мощности.

потребляемого тока был выбран пассив-

Коррекция коэффициента мощности

ный ККМ, построенный на основе топологии

где Р - активная мощность, потребляемая

используется, чтобы избежать паразитных

LCL-фильтра (рис. 3).

из сети переменного тока, Вт;

гармоник выходного тока, тем самым сводя

Пассивный ККМ был использован

tanφ_actual- тангенс угла сдвига между на-

к минимуму помехи для других устройств,

в разработанном сотрудниками предпри-

пряжением и током в схеме без корректора

питающихся от того же источника. Характери-

ятия АО «Электропривод» перспективном

коэффициента мощности;

стики пассивных ККМ приведены в таблице 1.

электроприводе перемещения закрыл-

tanφ_target - целевое значение тангенса

Использование активных ККМ в дан-

ков военного транспортного самолета.

угла сдвига между напряжением и током

ной статье рассматриваться не будет, т.к.

Образец блока управления и контроля,

при введении корректора коэффициента

их применение крайне затруднительно

а также электромеханизм представлены

мощности.

из-за высокой стоимости и трудности за-

на рис. 4.

Расчетное количество активной мощ-

дания алгоритма управления, несмотря на

Исходные данные для расчета приведе-

ности, потребляемой из сети переменного

высокий коэффициент полезного действия

ны в таблице 2.

трехфазного тока [11], Вт

Таблица 2. Исходные данные для расчета

Наименование параметра

Значение

Номинальное напряжение питающей сети (действующее значение), В

115/200

Пиковое значение фазного напряжения, В

155

Номинальный ток в фазе на входе в выпрямитель

(действующее значение), А

Частота питающей сети, Гц

От 360 до 800

Коэффициент пульсации сети

Текущий тангенс угла коэффициента мощности

0,75

Рис. 2. Топологии пассивных ККМ:

L - фильтр первого порядка (а);

Целевой тангенс угла коэффициента мощности

0,33

LC - фильтр второго порядка (б);

Целевой коэффициент мощности

0,95

LCL - фильтр третьего порядка (в)

Рис. 3. Схема силовой части электропривода

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

а)

б)

Рис. 5. Однофазный эквивалент сети

Рис. 4. Изделие, на котором проверялась эффективность рассчитанного ККМ:

блок управления и контроля перспективным электродвигателем (а);

электромеханизм (б)

(2)

где L₁ - первичная индуктивность корректо-

где Р - активная мощность, потребляемая

ра коэффициента мощности, мкГн,

из сети переменного тока, Вт;

Расчет достаточной емкости конденса-

Up - максимальное среднеквадратичное

U_Л - действующее значение линейного

фазное напряжение в фазе сети трехфазного

торной сборки проводится по формуле (4):

напряжения, В;

переменного тока, В, [12].

I - среднеквадратичное значение тока,

(7)

потребляемого из сети, А;

cosφ - текущее значение коэффициента

где L₁ - первичная индуктивность корректо-

мощности (косинус угла сдвига между током

ра коэффициента мощности, мкГн,

и напряжением в схеме без корректора ко-

KL - добавочный коэффициент, выби-

эффициента мощности).

рается разработчиком для определения

Расчет реактивной мощности конденса-

Ток, протекающий в конденсаторе пас-

необходимого cosφ в соответствии с ГОСТ

торной сборки сети пассивного корректора

сивного корректора коэффициента мощ-

Р 54073-2017. Добавочный коэффициент

коэффициента мощности сети трехфазного

ности [11], А

будет равен 1, если первоначальный расчет

переменного тока с учетом индуктивности

удовлетворяет требованиям;

проводится по формуле (5):

(3)

L₂ - вторичная индуктивность корректо-

ра коэффициента мощности, мкГн;

где I_cap - ток в конденсаторной сборке пас-

сивного корректора коэффициента мощ-

(8)

ности, А.

Требуемая емкость конденсатора С₁

Расчет значения первичной индуктив-

(рис. 3)[6], мкФ

Пример расчета

ности проводится по формуле (6):

пассивного корректора

(4)

коэффициента мощности

Исходные расчетные данные приведены

где f_grid - частота сети трехфазного пере-

в таблице 2.

менного тока, Гц;

Расчет активной мощности, потребляе-

мой из сети трехфазного переменного тока,

KC - добавочный коэффициент, выбира-

ется разработчиком для определения необ-

проводится по формуле (2):

ходимого cosφ согласно ГОСТ Р 54073-2017.

Расчет значения вторичной индуктив-

I cos φ

Добавочный коэффициент будет равен 1,

ности проводится по формуле (7):

если первоначальный расчет удовлетворяет

требованиям.

Расчет реактивной мощности, потре-

Расчетная реактивная мощность кон-

бляемой из сети трехфазного переменного

денсаторной сборки сети пассивного кор-

тока, проводится по формуле (1):

Расчет проводится по формуле (8):

ректора коэффициента мощности сети

Q P tanφ_actual tanφ_target

трехфазного переменного тока с учетом

индуктивности [11], вар

Расчет тока, протекающего в конден-

саторной сборке пассивного корректора

(5)

коэффициента мощности, проводится по

формуле (3):

где ρ - коэффициент пульсации сети [12].

Когда АИН, подключенный к сети, рабо-

Таблица 3. Результаты расчета корректора коэффициента мощности

тает в установившемся режиме, значение

индуктивности фильтра L₁ должно соот-

Наименование параметра

Значение

ветствовать задаче выходной мощности

Емкость конденсатора пассивного корректора коэффициента мощности, мкФ

инвертора [13], мкГн.

Первичная индуктивность корректора коэффициента мощности, мкГн

173

Вторичная индуктивность корректора коэффициента мощности, мкГн

(6)

cos φ

0,969

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Результаты расчета параметров коррек-

3. Воронович C., Каргопольцев В., Кутахов В.

Нефедов Борис Алексеевич

тора коэффициента мощности приведены

Полностью электрический самолет // Авиапа-

Родился в 1992 году. В 2017 году окончил

в таблице 3.

норама, 2009, № 2, с. 14-17.

Вятский государственный университет по

Влияние рассчитанного ККМ было иссле-

4. Волокитина Е. В., Тебеньков Ф. Г. Магнито

специальности «Управление в технических

довано путем имитационного моделирования

электрические вентильные электродвигате-

системах». Опыт работы в области разработ-

в программной среде Proteus 8.1 (рис. 6 и 7).

ли в электроприводах разработки АО «Элек-

ки авиационных электроприводов - 5 лет.

Гармонический состав кривой потребляемого

тропривод» // ЭЭТ, 2015, № 3, с. 38-41.

В настоящее время работает инженером-

тока с корректором коэффициента мощности

5. Волокитина Е. В., Шалагинов В. Ф. Особен-

конструктором 2-й категории АО «Электро-

и без показан на рис. 8 и 9 соответственно.

ности применения постоянных магнитов

привод».

Как видно из рис. 6 и 7, введение ККМ

в вентильных электродвигателях авиаци-

позволяет значительно уменьшить ампли-

онных электроприводов // Электротехника,

Тебеньков Федор Геннадьевич

туды высших гармоник тока, потребляемого

2003, № 7, с. 55-60.

Родился в 1986 году. В 2008 году окончил

из сети, и обеспечить требуемое значение

6. Копылов И. П., Фрумин В. Л. Электромехани-

Вятский государственный университет по

коэффициента мощности 0,95.

ческое преобразование энергии в вентильных

специальности

«Электромеханика». Опыт

двигателях. - М.: Энергоиздат, 1986. – 166 с.

работы в области авиационного электро-

Выводы

7. Жуков В. П., Нестерин В. А. Высокомомент-

привода - 12 лет. В настоящее время рабо-

1. Приведена методика расчета пас-

ные вентильные электродвигатели серии

тает начальником конструкторского отде-

сивного ККМ, выполненного по топологии

5ДВМ // Электротехника, 2000, № 6, с. 19-21.

ла АО «Электропривод». Имеет 7 научных

LCL-фильтра.

8. Вентильные электродвигатели малой

работ.

2. Предложенная методика расчета была

мощности для промышленных роботов

опробована при проектировании перспек-

В. Д. Косулин, Г. Б. Михайлов, В. В. Омельченко,

Nefedov Boris

тивного военного-транспортного самолета.

В. В. Путников. - Л.: Энергоатомиздат, 1988.–

Was born in 1992. In 2017 he graduated from

Эффективность рассчитанного ККМ подтверж-

184 с.

Vyatka State University with a degree in Man-

дена расчетами и результатами имитацион-

9. El-Habrouk M., Darwish M. K. and MehtaP.

agement in Technical Systems. Work experi-

ного моделирования в программе Proteus.

Active power filters: a review. Electric power

ence in the field of development of aviation

applications, IEE Proce. Vol. 147, Issue 5, 2000,

electric drives is 5 years. At present he works

Литература

pp. 403-413.

as a category 2 design engineer of JSC “Electric

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

10. LCL Filter design and performance

Drive”.

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

analysis for grid interconnected systems.

компрессора системы кондиционирования

A. Reznik, M. Godoy Simoes, Ahmed Al-Durra,

Tebenkov Fedor

воздуха в концепции полностью электрифици-

S. M. Muyeen.

Was born in 1986. In 2008 he graduated from

рованного самолета // Электроника и электро-

11. Manual of Power factor correction. Peter

Vyatskiy State University, specialization is “Elec-

оборудование транспорта, 2011, № 4, с. 44-49.

Riese.

tromechanics”. Experience in the field of avia-

2. Волокитина Е. В., Тебеньков Ф. Г. Имитаци-

12. ГОСТ Р 54073-2017.

tion electric drive - 12 years. At present he is

онная математическая модель электропри-

13. Analysis of current ripples to design an LCL

working as the head of the design department

вода колеса шасси самолета // ЭЭТ, 2015, № 3,

filter for grid-connected three-level inverters.

in JSC “Electroprivod”. He is the author of 7 sci-

с. 32-37.

Yongchao CHEN, Rui MA, Shifeng CHEN.

entific works.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Электромагнитная муфта торможения

с комбинированной парой трения

// Еlectromagnetic brake clutch with combined friction pair //

Власов А. И., к. т.н., Никитин В. В., Коротков И. В.,

Исходя из формулы (1), для обеспече-

АО «Электропривод», Киров

ния максимального момента ЭМТ необ-

ходимо:

Конышев Д. В.,

••

увеличивать усилие пружин F_ном, что

АО НПК «ТехМаш», Москва

ограничивается допустимым удельным

усилием на материал пары трения при по-

В статье представлены результаты

In this paper presents the results of the

стоянстве размеров;

разработки электромагнитной муфты

development of an electromagnetic brake

••

увеличивать число пружин N, что

торможения с комбинированной парой

clutch with a combined friction pair based

в авиационных электродвигателях ограни-

трения на основе материала титан.

on titanium material. In the design of the

чивается допустимыми габаритами;

В конструкции электромагнитной муф-

electromagnetic brake clutch, the well-

••

увеличить радиус трения R_тр, что

ты торможения решена известная про-

known problem of the titanium material to

также в комплексе ограничивается как до-

блема материала титан к контактно-

contact setting during friction is solved.

пустимым удельным усилием на материал

пары трения, так и ограниченными габа-

му схватыванию при трении.

Keywords: electromechanical braking de-

ритными размерами ЭМТ;

Ключевые слова: электромеханическое

vice, friction moment, titanium, combined

••

увеличить коэффициент трения μ.

тормозное устройство, момент тре-

friction pair

Еще одним способом увеличения мо-

ния, титан, комбинированная пара

мента торможения является увеличение

трения.

количества пар трения. Такой способ широко

используется в сервоприводах компании

Ответственную роль в авиационном

Широкое распространение ЭМТ объяс-

SEW-Euridrive [3] (рис. 2).

электроприводе играют устройства точной

няется тем, что известные способы электри-

Недостатком таких ЭМТ по сравнению

остановки приводных механизмов, которые

ческого торможения механизмов с электро-

с классической конструкцией является

позволяют увеличить надежность и безо-

приводом в устройствах точной остановки

их сложность при изготовлении и худшая

пасность эксплуатации электродвигателей

и фиксации неприемлемы, так как только ме-

работа при вибрациях, характерных для

и электромеханизмов, повысить произво-

ханическое торможение является единствен-

авиационных электродвигателей.

дительность и качество их работы за счет

ным способом остановки электродвигателя

Таким образом, для обеспечения макси-

уменьшения времени разгона и остановки,

после прекращения подачи электроэнергии

мального тормозного момента ЭМТ необхо-

а также фиксации рабочих органов в точке

и удержания его вала в заторможенном со-

димо увеличивать коэффициент трения μ,

позиционирования [1].

стоянии [1].

Такие устройства в настоящее время

Основные требо-

выполняются в основном в виде электро-

вания, предъявляемые

механического тормоза (ЭМТ), встроенного

к ЭМТ:

непосредственно в электродвигатель [2].

••

максимальный

Классическая конструкция ЭМТ показана

тормозной момент

на рис. 1.

при минимальной

массе;

••

максимальное

быстродействие;

••

надежность;

••

минимальные

габариты;

••

максимальное коли-

чество включений.

Момент торможе-

ния ЭМТ определяется

по формуле

Mтр = μ . Rтр . Fном . N, (1)

Рис. 1. Конструктивная схема ЭМТ:

где N - число пружин;

1 - обмотка; 2 - противодействующая

μ - коэффициент

пружина; 3 - корпус муфты;

трения;

4 - подвижный якорь; 5 - первый диск

Rтр ^{- радиус трения;}

тормозной пары; 6 - второй диск

F_ном - номинальное

тормозной пары; 7 - тормозной диск

усилие пружин.

Рис. 2. Двухдисковый тормоз BMG компании SEW-EURODRIVE

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Таблица 1. Значения коэффициентов трения

смещения начинается устойчивое скольже-

ние, характеризуемое силой трения сколь-

Сталь -

Титан -

Сталь -

ТФМ -

Сталь -

Пара трения

жения (линия А₁В).

сталь

титан

ТФМ

титан

бронзографит

металлокерамика

В первоначальный момент времени

Коэффициент

≈0,15

≈0,41

≈0,3

срабатывания ЭМТ основной момент тор-

трения

можения создается внешними тормозными

который зависит от примененного матери-

числа циклов при высоком удельном момен-

дисками, так как коэффициент трения по-

ала тормозной пары.

те трения в ЭМТ разработанного АО «Элек-

коя внешних тормозных дисков больше,

Следовательно, для получения макси-

тропривод» электродвигателя специально-

чем коэффициент трения покоя внутренних

мального тормозного момента ЭМТ опти-

го назначения ДП100-500-2,5 (рис. 3) была

тормозных дисков.

мальным материалом тормозной пары будет

применена комбинированная пара трения

При достижении точки срыва А внешние

материал с максимальным коэффициентом

(состоящая из внешней и внутренней пар

тормозные диски переходят в режим трения

трения μ.

трения) на основе титана.

скольжения, а внутренние резко и скачкоо-

Коэффициенты трения различных

Материалы и размеры дисков пары

бразно переключаются с режима предвари-

фрикционных материалов (опытные дан-

подобраны из условия, что произведение

тельного смещения в режим скольжения за

ные АО «Электропривод») представлены

коэффициентов трения каждой тормозной

счет накопленной внешними тормозными

в таблице 1.

пары на соответствующие средние радиусы

дисками потенциальной энергии в режиме

В авиационных электродвигателях наи-

торможения остаются постоянными. При

предварительного смещения, что сокраща-

более широко применяемыми парами тре-

этом обеспечивается равномерная нагружен-

ет величину предварительного смещения

ния являются сталь - сталь, сталь - ТФМ,

ность фрикционных пар по радиусу за счет

и ускоряет срыв пары титан - титан внутрен-

сталь - металлокерамика, ТФМ - бронзо-

компенсации увеличения скорости скольже-

ней тормозной пары в режим скольжения,

графит, сталь - титан. Пара с наиболее вы-

ния фрикционных пар на периферии дисков.

а в конечном итоге уменьшает опасность

соким коэффициентом и, соответственно,

контактного схватывания пары титан - титан.

f . R_ср = const,

(2)

моментом трения - титан - титан.

Поскольку коэффициент трения сколь-

Негативной особенностью титана и его

где f - коэффициент трения тормозной пары;

жения внутренней тормозной пары выше,

сплавов является высокая склонность к кон-

R_ср - средний радиус тормозной пары.

чем коэффициент трения скольжения внеш-

тактному схватыванию при трении, что при-

Диски внутренней тормозной пары вы-

ней тормозной пары, остаточная энергия

водит к опасной работе узла, снижению на-

полнены из материала с более высоким ко-

вала электродвигателя гасится внутренней

дежности и повышенному износу.

эффициентом трения (титан - титан), чем ди-

тормозной парой, то есть внешняя тормоз-

Появление начала схватывания на тру-

ски внешней тормозной пары (сталь - сталь),

ная пара играет роль своеобразного демп-

щихся поверхностях зависит от многих фак-

одновременно диски внешней тормозной

фера для внутренней тормозной пары.

торов, таких как удельная нагрузка, скорость

пары выполнены из материала с более вы-

Конструкция электродвигателя ДП100-

трения, величина относительного перемеще-

соким коэффициентом трения покоя, чем

500-2,5 с ЭМТ показана на рис. 5.

ния и его характер, шероховатость поверх-

диски внутренней тормозной пары.

ЭМТ двигателя содержит корпус, маг-

ности, окружающая среда и т.п. При прочих

Как известно [4], для количественной

нитопровод 1, катушку 2, якорь 3 с тормоз-

равных условиях значение удельной нагрузки

оценки трения вводится понятие силы тре-

ными дисками 4 и 5. Якорь 3 подпружинен

схватывания сильно зависит от величины

ния (Т). Сила трения представляет собой

пружиной 6. На корпусе магнитопровода 1

пути взаимного перемещения трущихся

равнодействующую сил тангенциальных

установлены тормозные диски 7 и 8. Внеш-

поверхностей, уменьшаясь с увеличением

сопротивлений, возникающих на реальных

нюю тормозную пару составляют тормозные

пути трения L. Так, например, при сухом

пятнах контакта при скольжении одного тела

диски 4 и 8 из стали 10, а внутреннюю -тор-

трении на воздухе и перемещении в преде-

по поверхности другого.

мозные диски 5 и 7, выполненные из тита-

лах 1-2 мм со скоростью 0,1 м/с нагрузка

При переходе от покоя к скольжению

нового сплава ВТ3-1.

схватывания составляет 2000 кгс/см²; при

имеется участок предварительного смеще-

ЭМТ работает следующим образом.

L = 565 мм нагрузка схватывания равна 60 кгс/

ния (участок АО, рис. 4).

В обесточенном состоянии ЭМТ не затор-

см²; а при L = 10÷15 м она составляет всего

Полная сила трения покоя соответствует

можена, пружина 6 отжимает якорь 3, и вал

5-12 кгс/см². Это указывает на необходимость

переходу от предварительного смещения

электродвигателя 9 свободно вращается.

для реальных узлов трения ЭМТ регламенти-

к скольжению (точ-

ровать допустимые параметры трения в за-

ка А). Ее условно

висимости от условий работы узла [4].

называют трени-

С целью повышения надежности, исклю-

ем покоя. После

чения схватывания, обеспечения заданного

предварительного

Рис. 3. Электродвигатель специального назначения

Рис. 4. Сила трения

с комбинированной парой трения

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Коротков Илья Владимирович

Родился в 1955 году. В 1980 году окончил Киров-

ский политехнический институт по специаль-

ности «Электромеханика». Опыт работы в об-

ласти авиационного электропривода - 38 лет.

В настоящее время работает начальником

бюро патентоведения, информации и защиты

интеллектуальной собственности АО

«Элек-

тропривод». Имеет 10 научных публикаций.

Конышев Дмитрий Владимирович

Родился в 1977 году. В 1999 году окончил Вят-

скую государственную сельскохозяйствен-

ную академию по специальности «Механи-

зация сельского хозяйства», в 2003 году -

Вятский государственный университет по

специальности «Экономика и управление на

промышленном предприятии». Опыт работы

в области авиационного электропривода -

Рис. 5. Конструкция электродвигателя ДП100-500-2,5

18 лет. В настоящее время работает дирек-

тором по цифровой трансформации АО НПК

В режиме торможения, при наборе частоты

Литература

«ТехМаш». Имеет 8 научных публикаций.

вращения, за счет самоиндукции электродви-

1. Бочкарев И. В. Быстродействующие элек-

гателя в его обмотках наводится электродви-

тромеханические тормозные устройства для

Vlasov Andrey

жущая сила, которой достаточно для питания

электродвигателей: диссертация…доктора

Was born in 1979. In 2002 he graduated from

катушки 2, и якорь 3, сжимая пружину 6, при-

технических наук: 05.09.01. - Москва: Энер-

Vyatka State University majoring in “Electric

тягивается к тормозным дискам 7 и 8. Вал

гоатомиздат, 2001. - 288 с.: ил. РГБ ОД, 71 05-

engineering”. He is candidate of technical sci-

электродвигателя 9 затормаживается. Его

5/75.

ences. In 2010 he defended the dissertation

растормаживание происходит в силу паде-

2. Расчет времени отпускания электромеха-

with topic “Magnetoelectric starter-generator

ния величины наведенной электродвижу-

нических тормозных устройств / Власов А. И.,

in the system of power supply of new genera-

щей силы с последующим набором частоты

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

tion aircraft”. Experience in the field of avia-

вращения и, соответственно, увеличением

и электрооборудование транспорта,

2010,

tion electric machines - 15 years. At present

электродвижущей силы, повторением циклов

№ 2-3, с. 45-48.

he works as general director-chief designer of

торможения и раскрутки вала электродвига-

3. Двухдисковый тормоз BMG.. T SEW

Electroprivod OJSC. He has 41 scientific pub-

теля 9 на протяжении рабочего хода.

Eurodrive для приводов сценических меха-

lications.

В результате испытаний на гарантийную

низмов. Инструкция по эксплуатации.

наработку электродвигатель ДП100-500-2,5

4. Патент РФ

№ RU2662270 C2. Электро-

Nikitin Vladimir

безотказно отработал 2 000 000 включений,

магнитная муфта-тормоз для электродви-

Was born in 1980. In 2002 he graduated from

максимальный износ дисков ЭМТ составил

гателя привода стержней атомного реакто-

Vyatka State University with a degree in Elec-

0,4 мм.

ра / Коротков И. В., Конышев Д. В. // Опубл.

tromechanics. Work experience in the field of

Применение комбинированной титано-

25.07.2018.

aircraft electrical machines is 17 years. At pres-

вой пары в электродвигателе ДП100-500-

ent he works as the head of the settlement

2,5 позволило увеличить (без увеличения

Власов Андрей Иванович

bureau of JSC “Electric Drive”. Has 20 scientific

размеров) средний момент торможения

Родился в 1979 году. В 2002 году окончил

publications.

до 23,5 Н·м, что в 1,12 раза выше момента

Вятский государственный университет по

торможения функционального аналога

специальности «Электромеханика». Кандидат

Korotkov Ilya

электродвигателя Д-500МФ-3 с парой тре-

технических наук. В 2010 году защитил дис-

Was born in 1955. In 1980 he graduated from

ния сталь - сталь.

сертацию по теме «Магнитоэлектрический

the Kirov Polytechnic Institute with a degree in

Технический уровень разработанной

стартер-генератор в системе электроснаб-

Electromechanics. Work experience in the field

ЭМТ с комбинированной парой трения под-

жения самолетов нового поколения». Опыт

of aviation electric drive is 38 years. At present

твержден патентом RU2662270 C2.

работы в области авиационных электриче-

he works as the head of the Bureau of Patent,

ских машин - 17 лет. В настоящее время ра-

Information and Intellectual Property Protec-

ботает генеральным директором - главным

tion of JSC “Electric Drive”. He has 10 scientific

Выводы

конструктором АО «Электропривод». Имеет

publications.

Разработана ЭМТ с комбинированной

41 научную публикацию.

парой трения на основе титана, которая при-

Konyshev Dmitry

менена в электродвигателе специального на-

Никитин Владимир Владимирович

Was born in 1977. He graduated from Vyatka

значения ДП100-500-2,5. В конструкции ЭМТ

Родился в 1980 году. В 2002 году окончил

State Agricultural Academy with a degree in

решена известная проблема материала титан

Вятский государственный университет по

Agricultural Mechanization (1999) and Vyatka

к контактному схватыванию при трении.

специальности

«Электромеханика». Опыт

State University with a degree in Economics

Предложенное техническое решение

работы в области авиационных электри-

and Management at an Industrial Enterprise

ЭМТ может применяться в электродвигате-

ческих машин - 17 лет. В настоящее время

(2003). Experience in the field of aircraft elec-

лях различных отраслей промышленности,

работает начальником расчетного бюро

tric drive is 18 years. At present he works as the

таких как автомобильная, судостроение,

АО «Электропривод». Имеет 20 научных пу-

director of digital transformation of JSC NPK

авиационная и т.д.

бликаций.

TechMash. He has 8 scientific publications.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Особенности разработки малогабаритного

электромагнита для электроблокиратора

дверей фюзеляжа среднемагистрального

самолета нового поколения

// Features development of compact electromagnet for electromagnetic locking device

for a new generation Medium-haul aircraft fuselage doors //

Рубцова Л. А., Малюгин А. А., Печенкина Н. А., Киселев Р. В.,

направления, а следовательно, и от направ-

АО «Электропривод», Киров

ления тока в обмотке электромагнита [3].

Включение электроблокиратора осу-

В статье рассмотрена конструкция

In this article describes the design of a

ществляется путем подачи напряжения пи-

тания на обмотку электромагнита, после

электромагнита постоянного тока

DC electromagnet retractable type, and

чего системой управления общесамолетным

втяжного типа, а также приведены

provides key recommendations to the

оборудованием электроблокиратор перево-

основные рекомендации к расчету.

calculation.

дится в режим удержания. Режим удержания

Ключевые слова: электромагнит по-

Keywords: DC electromagnet, field model,

обеспечивается путем включения последо-

стоянного тока, полевая модель, маг-

magnetic system.

вательно с обмоткой резистора, при этом

нитная система.

происходит снижение потребляемого тока.

Электромагнит, входящий в состав

В летательных аппаратах в качестве при-

рабочего воздушного зазора. В зависимости

электроблокиратора, разработан с приме-

вода исполнительных механизмов, имеющих

от требуемых характеристик и режима ра-

нением конструктивных решений, основных

относительно малый ход и не требующих

боты электромагнита выбирается наиболее

материалов и покрытий, отработанных на

преодоления больших противодействую-

рациональная форма воздушного зазора,

изделии-аналоге [4].

щих усилий, широкое применение находят

обеспечивающего возможность получения

Внешний вид электроблокиратора по-

электромагниты постоянного тока.

электромагнита минимальных размеров

казан на рис. 1.

По характеру перемещения якоря

и массы для заданных условий работы.

Якорь под действием электромагнитных

электромагниты бывают втяжными, пово-

Выбор наиболее рациональной фор-

сил перемещается вдоль внутренней по-

ротными, притяжными [1].

мы воздушного зазора (плоская, конусная,

верхности втулки, имеющей немагнитную

Наибольшее распространение в каче-

усеченно-конусная), обеспечивающей воз-

вставку, и обеспечивает перемещение штока

стве силовых получили втяжные электро-

можность получения электромагнита ми-

на заданный ход. Пружина обеспечивает воз-

магниты, основным назначением которых

нимальных размеров и массы для заданных

врат якоря и штока в исходное положение

является совершение работы на протяже-

условий работы, определяется конструктив-

после снятия напряжения питания.

нии определенного пути, приводя при этом

ным фактором электромагнита [2]

Особенностью разработанного электро-

в движение рабочие органы различных ме-

магнита является наличие режима удержа-

ханизмов.

ния при сниженном потребляемом токе за

В общем виде электромагнит состоит из

счет включения в цепь обмотки резистора.

следующих основных частей:

где F_Н - начальное тяговое усилие электро-

Таким образом, при проектировании элек-

••

катушки с намагничивающей об-

магнита, кг; δ_Н - величина начального воз-

тромагнита необходимо учитывать снижение

моткой;

душного зазора, см.

МДС катушки в режиме удержания, которая

••

неподвижной части магнитопрово-

Одной из последних разработок

определяется по формуле

да - полюса;

АО «Электропривод» является электро-

F = I · W,

••

подвижной части магнитопровода -

магнитный блокиратор дверей фюзеляжа

якоря;

среднемагистрального самолета нового

где I - ток, протекающий в катушке, А;

••

противодействующего элемента

поколения, работающий в двух режимах:

W - число витков катушки.

пружины, служащей для возврата якоря

в режиме включения и в режиме удержания.

в исходное положение.

Целью данной разработки является создание

При проектировании электромагнитов

аналога импортного электроблокиратора

авиационного назначения особое внимание

фирмы Ratier-Figeac для его последующей за-

необходимо уделить массогабаритным по-

мены. Основными требованиями к электро-

казателям, для чего руководствуются целе-

блокиратору, помимо создаваемого тягового

сообразностью выбора размеров основных

усилия, являлись масса, габаритные размеры

частей электромагнита. В первую очередь

и потребляемый ток.

это относится к размерам полюса и якоря,

Электроблокиратор состоит из электро-

а также к форме воздушного зазора между

магнита с возвратной пружиной, резисто-

ними, так как они главным образом опре-

ра, электрического соединителя и штока

деляют размер обмотки электромагнита.

с элементами крепления к объекту управ-

Также спецификой авиационной техники

ления. Электромагнит относится к группе

является обеспечение параметров в ши-

нейтральных электромагнитов постоянного

роком диапазоне питающего напряжения.

тока, рабочий магнитный поток в которых

Основной параметр электромагнита -

создается с помощью обмотки. Действие

это тяговая характеристика, являющаяся

электромагнита зависит только от величи-

зависимостью усилия электромагнита от

ны магнитного потока и не зависит от его

Рис. 1. Внешний вид электроблокиратора

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

В процессе проектирования первым ва-

АО «Электропривод», а также с помощью

риантом электромагнита стал электромагнит

моделирования методом конечных эле-

с классической конусной конфигурацией

ментов в программе Elcut, путем решения

воздушного зазора. Как показали исследова-

нелинейной задачи магнитостатики с осе-

ния [5], угол конуса влияет на крутизну тяго-

симметричной моделью. Магнитная система

вой характеристики - чем меньше угол, тем

и картина магнитного поля электромагнита

больше тяговое усилие электромагнита в на-

показана на рис. 2.

чале хода штока и меньше в конце хода што-

По результатам расчета был изготовлен

ка. В связи с этим для изготовления первого

макетный образец электромагнита, удовлет-

варианта был спроектирован электромагнит

воряющий требованиям по создаваемому

с коническим воздушным зазором, с углом

усилию, потребляемому току, но превыша-

конуса 50°. Угол конуса был определен путем

ющий допустимую массу.

аналитического расчета и математического

На рис. 3 показан внешний вид макет-

моделирования и учитывает снижение МДС

ного образца электромагнита и процесс

катушки в режиме удержания, обеспечивая

определения его тяговой характеристики.

требуемую крутизну тяговой характеристики

Результаты расчетов и эксперимента

электромагнита.

показаны на рис. 4 и 5.

Расчет электромагнита был вы-

Для снижения массы электромаг-

полнен по методике, разработанной

нита было принято решение изменить

Рис. 3. Внешний вид макетного образца

электромагнита

обмоточные данные, применив вместо

провода ПЭТ-155 0,4 провод ПЭТ-имид

0,38. Это позволяет снизить объем катуш-

ки и дополнительно снизить массу магни-

топровода. Однако при уменьшении се-

чения провода снижается МДС катушки,

что приводит к снижению тягового усилия

Рис. 2. Картина магнитного поля электромагнита

электромагнита.

Для увеличения тягового усилия в на-

чале хода штока необходимо уменьшить

угол конуса [5], что приведет к сниже-

нию тягового усилия в конце хода штока

и, соответственно, к уменьшению усилия

в режиме удержания. С целью увеличения

тягового усилия в начале хода штока и обе-

спечения необходимого усилия удержания

была изменена конфигурация воздушного

зазора с конусной на усеченно-конусную

(рис. 6).

Сравнительный анализ характеристик

макетного образца электромагнита, полу-

ченных расчетным и экспериментальным

путем (рис. 4, 5), позволяет сделать вывод

о корректности методики расчета и мето-

да моделирования, что дает возможность

при выборе окончательной конфигурации

Рис. 4. Тяговые характеристики макетного образца электромагнита

электромагнита сократить расходы на из-

готовление макета.

Таким образом, определение оконча-

тельной конфигурации рабочего воздушного

зазора электромагнита проводилось с по-

мощью моделирования методом конечных

элементов в программе Elcut. Окончательная

конфигурация магнитной системы и картина

магнитного поля электромагнита показана

на рис. 7. Результаты моделирования элек-

тромагнита показаны на рис. 8 и 9.

Окончательные характеристики опытно-

го образца электроблокиратора, полученные

методом математического моделирования,

и их сравнение с характеристиками макет-

ного образца приведены в таблице 1.

В ходе работы по созданию электро-

Рис. 5. Зависимость температуры нагрева макетного образца электромагнита

блокиратора дверей фюзеляжа самолета

от времени

с целью импортозамещения был разработан

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

макетный образец электромагнита и прове-

дены его исследования, в результате была

зафиксирована масса изделия, превыша-

ющая допустимое значение. Изменение

конфигурации воздушного зазора электро-

магнита, входящего в состав электроблоки-

ратора, позволило снизить массу, обеспечив

требуемое тяговое усилие.

Таким образом, было разработано из-

делие с требуемыми техническими и мас-

согабаритными показателями.

Литература

1. Сапиро Д. Н. Авиационные аппараты и ме-

ханизмы. - М.: Оборонгиз, 1962. - 360 с.

2. Гордон А. В., Сливинская А. Г. Электромаг-

ниты постоянного тока.

- Госэнергоиздат,

1960. - 447 с.

3. Сливинская А. Г. Электромагниты и посто-

янные магниты. - М.: Энергия, 1972. – 248 с.

Рис. 6. Переход с конусной конфигурации воздушного зазора на усеченно-конусную

4. Рубцова Л.А., Волокитина Е. В., Печенки-

на Н. А., Опалев Ю. Г. Слаботочный электро-

магнит для управления заслонкой в составе

воздушного стартера авиадвигателя // Элек-

троника и электрооборудование транспорта,

2007, № 3, с. 11-13.

5. Рубцова Л.А., Малюгин А. А., Печенки-

на Н. А., Киселев Р. В. Особенности разработки

малогабаритного слаботочного электромаг-

нита с повышенным быстродействием для

замка реверсивного устройства // Электро-

Рис. 7. Картина магнитного поля электромагнита

ника и электрооборудование транспорта,

2015, № 3, с. 25-27.

Рубцова Людмила Александровна

Родилась в 1952 году. В 1975 году окончила

Кировский политехнический институт по спе-

циальности

«Автоматика и телемеханика».

Опыт работы в области разработки систем

и блоков управления запуском авиадвигате-

лей, следящих электроприводов, электромаг-

нитов - 44 года. В настоящее время работает

ведущим конструктором

- руководителем

проекта АО «Электропривод». Заслуженный

конструктор Российской Федерации, имеет

5 научных публикаций.

Малюгин Антон Александрович

Рис. 8. Тяговые характеристики электромагнита

Родился в 1985 году. В 2008 году окончил

ВятГУ по специальности «Электромеханика».

Опыт работы в области авиационных элек-

трических машин - 12 лет. В настоящее время

работает инженером-конструктором I катего-

рии АО «Электропривод». Имеет 3 научные

публикации.

Киселев Роман Владимирович

Родился в 1987 году. В 2011 году окончил Вят-

ГУ по специальности «Электрические стан-

ции». Опыт работы в области электрических

машин - 13 лет. В настоящее время работает

инженером I категории экспериментально-ис-

следовательского отдела АО «Электропривод».

Печенкина Надежда Андреевна

Родилась в 1953 году. В 1976 году окончи-

ла Кировский политехнический институт

Рис. 9. Зависимость температуры нагрева опытного образца электромагнита от времени

по специальности «Электрические машины

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Таблица 1. Сравнительные характеристики электроблокиратора

Значение параметра

Наименование параметра

Технические

Макетный

Опытный

требования

образец

Номинальное напряжение питания, В

Минимальное напряжение питания, В

20,5

Ход штока, мм

6 + 0,6

6,12

6,1

Потребляемый ток в режиме включения, А

не более 1,2

1,13

1,17

Потребляемый ток в режиме удержания, А

не более 0,65

0,49

0,48

Усилие, создаваемое электроблокиратором в начале хода штока, кгс

не менее 2,55

3,7

3,77

Усилие, создаваемое электроблокиратором при аварийном напря-

жении питания и температуре окружающей среды 70°С в начале хода

не менее 1,22

2,1

2,21

штока, Н (кгс)

Масса электроблокиратора, кг

не более 0,7

0,69*

не более 0,66

* масса указана без электрического соединителя

и аппараты». Опыт работы в области проек-

manager of JSC “Electroprivod”. Honored de-

tion in “Electrical machines and devices”. She has

тирования электродвигателей постоянного

signer of the Russian Federation, has 5 scientific

44-year work experience in the area of double-

и переменного тока - 43 года. В настоящее

publications.

current electric motors’ designing. At present

время работает инженером-конструкто-

she works as 1 degree design-engineer at the

ром I категории конструкторского отдела

Malyugin Anton

design department of JSC “Electroprivod”. Hon-

АО «Электропривод». Заслуженный конструк-

Was born in 1985. In 2008 he graduated from

ored designer of the Russian Federation, has

тор Российской Федерации, имеет 1 патент на

Vyatskiy State University (VyatSU) specializing

1 patent for a design invention.

промышленный образец.

in “Electromechanics”. He has 12 years of experi-

ence in the area of aircraft electrical machines.

Kisilyev Roman

Rubtsova Lyudmila

Currently he works as a design engineer of the

Was born in 1987. In 2011 he graduated from

Was born in 1952. In 1975 he graduated from

1 grade in JSC “Electroprivod”. He has 3 scientific

Vyatskiy State University (VyatSU) with spe-

the Kirov Polytechnic Institute, specializing in

works.

cialization in

“Electrical stations”. His work

“Automation and Remote Control”. 44 years

experience in the area of electrical cars is

working in the field of systems development

Pechenkina Nadezhda

13 years. At present he works as 1 degree

and launching of aircraft control unit. At the

Was born in 1953. In 1976 she graduated from

engineer at the research department of JSC

present time - she is a leading designer, project

Kirovskiy Polytechnic Institute with specializa-

“Electroprivod”.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Результаты исследований по созданию

электрического транспорта

// Results of the student team›s work on creating electric transport //

Губин И. В., Фоминых А. А., к. т.н.,

она больше, тем быстрее разрушается до-

рожное полотно.

Вятский государственный университет, Киров

Нельзя не учитывать влияния авто-

Шешин А. Д.,

транспорта на окружающую среду (рис. 1).

АО «Лепсе»

Плохое техническое состояние машин, вы-

бросы выхлопных газов, низкое качество

Опалев Ю. Г.,

топлива и даже его испарение - это только

АО «Электропривод», Киров

часть источников загрязнения окружаю-

щей среды, исходящих от автотранспорта.

Проблемы современного автотран-

Problems of modern motor transport

В связи с широким использованием авто-

спорта поднимаются все чаще

are being raised more and more often.

мобилей именно транспортная среда явля-

и чаще. Становится понятно, что

It becomes clear that the issue of its re-

ется крупнейшим источником глобального

вопрос о его замене как никогда ак-

placement is more relevant than ever in

потепления [2].

туален в России и в мире. В данной

Russia and other countries. This article

В связи с этим поднимается тема о пер-

статье описаны методы, которые

describes methods that are already be-

спективах развития электротранспорта

уже реализуются в нашей стране

ing implemented in our country and will

в России. В частности, ведется работа над

и будут реализованы в будущем,

be implemented in the future. Namely,

всероссийской программой развития ин-

а именно переход к электротранс-

the transition to electric transport.

фраструктуры для электротранспорта [3],

предусматривающей создание необходимых

порту. На примере проектной де-

On the example of project activities

условий для широкомасштабного внедрения

ятельности студентов Вятского

of students of Vyatka State University

всех видов электротранспорта на терри-

государственного университета

(VyatSU), the prospects for the develop-

тории РФ. Программа включает в себя три

(ВятГУ) были рассмотрены перспек-

ment of electric transport in Russia were

этапа. На первом (2013-2014 гг.) при исполь-

тивы развития электротранспор-

considered. According to the results of

зовании научно-исследовательских и опыт-

та в России. По результатам иссле-

a study conducted by students VyatSU

но-конструкторских работ (НИОКР) был

дования, проведенного студентами

with the support of JSC “Elektroprivod”,

проведен поиск технологических решений

ВятГУ при поддержке ОАО «Электро-

was created a proto-type of a universal

и разработана нормативно-правовая база.

привод», был создан прототип уни-

module that, when mounting to the

Второй этап (2014-2015 гг.) включал в себя

версального модуля, который при

frame of the scooter gives him a electric

развертывание зарядной инфраструктуры

и внедрение электротранспорта в ключевых

креплении к раме самоката дает

range and made the conclusion about

районах. Третий этап (2015-2020 гг.) предус-

ему электротягу, и сделан вывод

expediency of use of electric transport of

матривает его распространение в масштабах

о целесообразности использования

large vehicles (trams, electric trains, elec-

всей России.

электротранспорта - как крупно-

tric cars) and small (tricycles, segways

В настоящее время существует

габаритного (трамваи, электро-

and e-bikes).

большое разнообразие электрического

поезда, электроавтомобили), так

Keywords: electric scooter, motor wheel,

транспорта, в частности, широко исполь-

и малогабаритного (трициклы,

brushless DC (BLDC).

зуемые в повседневной жизни трамваи,

электросамокаты и электровело-

сипеды).

Ключевые слова: электросамокат,

мотор-колесо, вентильный элек-

тродвигатель постоянного тока.

Из года в год машин становится все

больше, тогда как количество и качество

дорог не изменяется. Это, как правило, при-

водит к тому, что даже незначительная по

европейским меркам часть автотранспорта

может передвигаться без пробок только

в ночное время [1].

Стоит отметить и плохое дорожное по-

крытие. Тут вина не только низкого качества

строительных материалов и нарушение

технологии, но и самого автотранспор-

та. Разрушающее воздействие оказывает

чрезмерно высокая осевая нагрузка: чем

Рис. 1. Влияние автотранспорта на окружающую среду

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

троллейбусы, электропоезда. Более того,

Таблица 1. Сопоставление результатов (примерный вес человека - 65 кг)

все крупные автопроизводители работа-

ют над созданием и совершенствованием

Прототип

Критерий

Xiaomi Mijia 365

электрокаров. Однако не стоит обделять

вниманием малые средства передвижения,

Запас хода, км

а именно электросамокаты и электровело-

100

Максимальная нагрузка, кг

сипеды. Их преимущества очевидны: они

не загружают дорожную сеть, не наносят

Максимальная скорость, км/ч

10-25

ущерба окружающей среде и доступны

по цене.

15 000

Стоимость, руб.

от 20 000

Основными поставщиками малогабарит-

ного электротранспорта на рынке являются

••

контроллер;

Были проведены испытания электро-

азиатские страны. Анализ, проведенный

••

мотор-колесо на базе вентильного

самокатов и проведено их сопоставление

студенческой междисциплинарной коман-

электродвигателя постоянного тока мощ-

по основным характеристикам с аналогами

дой в рамках проектной деятельности по-

ностью 350 Ватт;

конкурентов, а именно с электросамокатом

литехнического института ВятГУ по тематике

••

литий-ионная аккумуляторная бата-

Xiaomi Mijia 365. Их сравнение представлено

«Расчет, конструирование и исследование

рея емкостью 4,4 А·ч.

в таблице 1.

привода электросамоката на базе вен-

Впоследствии прототип был оснащен

Проведя анализ результатов, можно сде-

тильного двигателя» [4], показывает, что на

дополнительным съемным аккумулятором.

лать вывод, что прототип, разработанный

территории Кировской области есть весь

Все компоненты были занесены в корпус,

студентами в ходе проектной деятельности,

конгломерат предприятий, которые могут

защищающий от пыли и влаги.

схож по характеристикам с конкурентами, но

составить конкуренцию предприятиям Азии

Работы по созданию прототипа ве-

имеет более низкую стоимость. К достоин-

и выпускать конкурентоспособные продукты

дутся при участии АО «Электропривод».

ствам также стоит отнести универсальность

данной линейки (трициклы, электросамока-

Разработанное специалистами предпри-

модуля, так как его можно установить на

ты, электровелосипеды и т.д.).

ятия мотор-колесо на базе вентильного

любую раму самоката. В настоящее время

Цель студенческого проекта заключа-

электродвигателя постоянного тока со-

команда проекта работает над созданием

ется в проработке возможностей расчета,

ответствует всем заявленным студентами

зимнего варианта модуля, позволяющего

конструирования и исследования приво-

требованиям.

превратить самокат в снегокат.

Рис. 2. Первый вариант развития проекта

Рис. 3. Второй вариант развития проекта

да электросамоката на базе вентильного

двигателя, a также создание действующего

прототипа. Было выбрано два пути развития

проекта. Первый заключался в использова-

нии цепной/ременной передачи, двигатель

и аккумулятор, в свою очередь, располага-

лись на раме самоката (рис. 2). Второй путь

развития подразумевал использование

мотор-колеса без редуктора (рис. 3). Все

компоненты устанавливались в специаль-

ный корпус, который мог крепиться к любой

раме самоката. За основу был выбран вто-

рой вариант ввиду отсутствия переходных

механизмов, что увеличивало надежность

конструкции.

В процессе работы студентами был

создан прототип универсального модуля,

установленного на раму самоката (рис. 4).

Он состоял из трех основных элементов:

Рис. 4. Прототип универсального модуля

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Литература

Фоминых Антон Анатольевич

Sheshin Anton

1. Смирнов С. 8 способов победить проб-

Родился в 1995 году. В 2019 году окончил Вят-

Was born in 1995. In 2019 he graduated from

ки // За рулем, 2017. URL: https://www.zr.ru/

ский государственный университет по специ-

Vyatka State University with a degree in “Electri-

content/articles/907199-8-sposobov-pobedit-

альности «Электрические машины и аппара-

cal Machines and Devices”. Work experience is

dorozhnye-z/(11.03.2020).

ты». Кандидат технических наук. Защитил дис-

3 years. At present he works as a design engi-

2. Сердюкова А. Ф., Барабанщиков Д. А. Вли-

сертацию по теме «Улучшение трибохаракте-

neer at JSC “Lepse”.

яние автотранспорта на окружающую сре-

ристик узлов скользящего токосъема». Опыт

ду // Молодой ученый, 2018, № 25, с. 31-33.

работы - 10 лет. В настоящее время работает

Fominykh Anton

3. Всероссийская Программа развития

заведующим кафедрой «Электрические ма-

Was born in 1995. In 2019 he graduated from

инфраструктуры для электротранспорта

шины и аппараты» ВятГУ. Имеет 40 научных

Vyatka State University with a degree in “Elec-

[Электронный ресурс] / Роман Бердников.

публикаций.

trical Machines and Devices”. Candidate of

Федеральная сетевая компания Единой

Technical Sciences. He defended his thesis on

энергетической системы, 2013. Режим досту-

Опалев Юрий Геннадьевич

the topic “Improving the tribo-characteristics

па: https://www.fsk-ees.ru/upload/docs/brn_

Родился в 1980 году. В 2003 году окончил

of sliding current collection units”. Work experi-

09042013.pdf (11.03.2020).

Вятский государственный университет по

ence is 10. At present he works as the head of

4. Шешин А. Д. Расчет, конструирование и

специальности «Электромеханика». Кандидат

the department “Electric machines and devices”

исследование привода электросамоката на

технических наук. В 2011 году защитил дис-

of Vyatka State University. He has 40 scientific

базе вентильного двигателя: ВКР… магистр:

сертацию по теме «Вентильные электродви-

publications.

2019. 69 с.

гатели для прецизионных быстродействую-

щих приводов мехатронных технологических

Opalev Yuriy

Губин Илья Вячеславович

модулей». Опыт работы в области авиацион-

Was born in 1980. In 2003 he graduated from

Родился в 1995 году. В 2019 году окончил Вят-

ных электрических машин - 16 лет. В насто-

Vyatkа State University with a degree in “Elec-

ский государственный университет по специ-

ящее время работает ведущим конструкто-

tromechanics”. Candidate of Technical Sci-

альности «Электрические машины и аппара-

ром - руководителем проекта АО «Электро-

ences. In 2011 he defended his thesis on the

ты». Опыт работы - 3 года. В настоящее время

привод», доцентом кафедры «Электрические

topic “Valve motors for precision high-speed

работает инженером в Вятском государствен-

машины и аппараты» ВятГУ. Имеет 24 научные

drives of mechatronic process modules.” Work

ном университете.

публикации.

experience in the field of aircraft electrical

machines is 16 years. At present he works as

Шешин Антон Дмитриевич

Gubin Ilya

a leading designer and project manager of

Родился в 1995 году. В 2019 году окончил Вят-

Was born in 1995. In 2019 he graduated from

JSC “Electric Drive”, associate professor of the

ский государственный университет по специ-

Vyatka State University with a degree in “Electri-

department “Electric machines and devices”

альности «Электрические машины и аппараты».

cal Machines and Devices”. Work experience шы

of Vyatka State University. He has 24 scientific

Опыт работы - 3 года. В настоящее время рабо-

3 years. At present he works as an engineer at

publications.

тает инженером-конструктором в АО «Лепсе».

Vyatka State University.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Особенности построения регулятора

положения с переменной структурой

для автоматизированных приводов

систем механизации крыла

// Special aspects of configuration of variable structure position regulator intended

for high-lift device’s fully automatic electric drive //

Москвин Е. В., Власов А. И., к. т.н.,

решаемых при проектировании электро-

АО «Электропривод», Киров

приводов, является обеспечение точности

позиционирования выходного звена, за

В статье рассматривается синтез

The article presents synthesis process of the

которое отвечает регулятор положения.

регулятора положения с переменной

variable structure position regulator, un-

При синтезе регулятора положения тре-

бовалось достижение оптимума времени,

структурой для достижения опти-

dertaken with the aim to achieving optimal

необходимого для отработки перемещения

мальных по времени и точности харак-

time-domain and accuracy characteristics

и минимума статистической ошибки.

теристик электропривода для систем

of high-lift devices electric drive.

Укрупненная структурная схема контура

механизации крыла.

Keywords: airborne electric drive, posi-

положения показана на рис. 1.

Ключевые слова: авиационный электро-

tion regulator, variable structure, high-lift

При рассмотрении контура положения

привод, регулятор положения, перемен-

devices.

различают:

ная структура, механизация крыла.

••

малые перемещения, при которых ни

один из регуляторов не ограничивается

Электрическая энергия используется

в полосе пропускаемых частот: до 4-5 Гц -

и система работает как линейная;

на летательных аппаратах с момента за-

для пассажирских самолетов и выше - для

••

средние перемещения, при которых

рождения авиации. Первым этапом в раз-

боевых маневренных), большой скоростью

отработка происходит при ограничении

витии электрического привода явилось

перекладки и малыми нелинейными иска-

выхода регулятора скорости, то есть на-

создание в СССР в 1939 году пикирующего

жениями при малых амплитудах входного

ступает ограничение на задание тока

бомбардировщика Пе-2, на котором впервые

сигнала. Такие приводы используются для

электродвигателя, но участок работы с по-

в истории авиации были широко примене-

отклонения руля высоты, элеронов, руля на-

стоянной скоростью отсутствует;

ны дистанционно управляемые силовые

правления, т.е. для органов управления т.н.

••

большие перемещения, при отра-

электромеханизмы для привода почти всех

первичной системы управления полетом;

ботке которых в течение определенного

ответственных органов самолета. Однако

••

приводов, требования к динамиче-

времени электродвигатель работает на

техника электрического привода того вре-

ским характеристикам которых практи-

установившейся скорости, определенной

мени имела существенные недостатки, выра-

чески несущественны. Такие приводы ис-

ограничителем регулятора положения.

жавшиеся в плохой динамичности привода,

пользуются для перемещения предкрыл-

Оптимум времени для отработки сред-

значительном энергопотреблении, большой

ков и/или закрылков, выпуска/уборки шас-

них и малых перемещений обеспечивает та-

массе и низкой надежности. Поэтому в на-

си и т.п. (для органов вторичной системы

кой процесс, при котором скорость меняется

стоящее время в качестве силового привода

управления полетом).

по треугольному закону [1]. Это позволяет

на самолетах преимущественно применяется

АО «Электропривод» в 80-х годах ХХ века

в полной мере использовать перегрузочную

гидравлический привод с электродистан-

начало проводить научно-исследователь-

способность электродвигателя (максималь-

ционной системой управления, имеющий

ские работы по созданию автоматизиро-

ный пусковой ток, ускорение) и исключает

высокое быстродействие и хорошие мас-

ванных авиационных электроприводов

перерегулирование по положению. Для

согабаритные показатели.

с бесконтактными двигателями постоянного

обеспечения такого характера отработки

Стремление к унификации бортовых ис-

тока. При проектировании электроприво-

требуется формирование переменного ко-

точников энергии, снижению массы установ-

дов встала задача разработки оптимальных

эффициента регулятора положения.

ленного оборудования, повышению быстро-

алгоритмов управления, обеспечивающих

Техническая реализация оптимального

действия и уровня автоматизации систем

минимальное потребление энергии, мак-

по быстродействию управления осуществля-

управления с 70-х годов ХХ века возродило

симальное быстродействие и уменьшаю-

ется путем придания регулятору положения

интерес к силовым электромеханическим

щих электрические потери. Одной из задач,

нелинейных свойств [1].

приводам. Этому способствовал существен-

ный прогресс в области разработок высо-

комоментных бесконтактных двигателей

постоянного тока с самарий-кобальтовыми

магнитами, силовой полупроводниковой

техники и цифровой микроэлектроники.

Переход на использование электро-

приводов для систем управления полетом

летательных аппаратов связан с разработкой

двух типов автономных приводов с электри-

ческим силовым питанием:

Рис. 1. Структурная схема контура положения:

••

высокодинамичных приводов с боль-

Xз - заданное значение положения; X_Т - текущее значение положения;

шой полосой пропускания (высокой часто-

ΔХ- ошибка по положению; ωз - заданное значение скорости

той среза, малым фазовым запаздыванием

с выхода регулятора положения (РП)

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Рис. 2. Характер изменения положения, скорости и ускорения (тока) Рис. 3. Зависимость частоты вращения от рассогласования

На рис. 2 показан характер изменения

с максимальным ускорением и переме-

характеристике торможения - реальное

положения, скорости и ускорения (тока) при

щение с ω_max - реализуются при наличии

ускорение на участке торможения.

отработке большого перемещения.

ограничений путем введения большого ко-

Таким образом, определяются основ-

Процесс отработки заданного пере-

эффициента усиления в контур положения,

ные исходные величины для реализации

мещения выходного звена при введении

то для третьего этапа этого недостаточно,

регулятора положения в соответствии с вы-

ограничений на скорость ω_max и ускорение

здесь необходимо менять коэффициент ре-

ражением (12).

гулятора в функции ΔХ₃ для обеспечения

Нелинейная характеристика регулятора

max (ограничение тока) при использовании

нелинейного регулятора положения раз-

постоянства замедления a_max.

положения, построенная в соответствии

деляется на три этапа.

Время, затрачиваемое на третьем этапе,

с выражением (12), показана на рис. 3.

На первом этапе процесса движения

Как видно из выражения (12) и рис. 3,

электропривод разгоняется из неподвижно-

(10)

коэффициент регулятора положения при

го состояния с максимальным ускорением

малой величине ΔХ становится бесконечно

а пройденный путь после исключения вре-

большим, что неизбежно приведет к неустой-

max до максимальной скорости ωmax, при

этом текущая скорость и пройденный путь

мени из уравнения (9)

чивой работе системы.

меняются следующим образом:

Для избежания неустойчивой работы

(11)

начальный участок рабочего графика дела-

(1)

ется линейным и вводится смещение ΔХ_см

(2)

Из выражения (11) получается требу-

кривой, то есть торможение начинается

(3)

емый закон изменения скорости на тре-

раньше и заканчивается, когда регулятор

тьем этапе в функции текущей ошибки

положения линеен.

где С₁ - коэффициент передачи электро-

положения

Его характеристика имеет вид:

двигателя,

(13)

С₂ - коэффициент передачи редуктора.

(12)

На втором этапе Δt₂ электропривод ра-

Величина смещения подбирается экс-

ботает с максимальной угловой скоростью

Для реализации описанного выше ре-

периментально.

ω_max, при этом:

гулятора положения с нелинейной характе-

Таким образом, при принятом подходе

ристикой используется следующий подход.

получен регулятор положения с переменной

(4)

1. Составляется упрощенная структурная

структурой, выход которого определен как

(5)

схема электромеханического преобразо-

(6)

вателя системы и определяются основные

Второй этап регулирования должен за-

коэффициенты передачи.

(14)

кончиться, когда ошибка регулирования

2. Определяются характеристики раз-

положения ΔХ_S достигнет величины ΔХ₃, при

гона и торможения электродвигателя, и по

которой начинается торможение электро-

привода.

На третьем этапе электропривод с мак-

симальным замедлением устанавливается

в положения, соответствующие сигналу

управления:

(7)

(8)

(9)

Этот этап закончится, когда ошибки по

положению и скорости станут равны нулю.

Описанный процесс обработки переме-

щения является оптимальным по времени [1].

Если на первом и втором этапах же-

лаемый процесс управления - разгон

Рис. 4. Электропривод ЭПЗ-77

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Полученный соответствующий функции

Таблица 1. Основные технические характеристики автоматизированных приводов

(14) регулятор положения с переменной

для систем механизации крыла

структурой лег в основу разработки авто-

Технические

ЭПЗ-77

ЭПЗ-324

ЭППЗ-334

ЭППЗ-204

СЭПЗ-112

матизированного электропривода ЭПЗ-77

характеристики

(Ан-70)

(Ту-324)

(Ту-334)

(Ту-204СМ)

(Ил-112)

(рис. 4), спроектированного АО «Электро-

привод» для системы управления механи-

Выходная мощность, кВт

2,2

2,35

6,4

2,4

зацией крыла самолета Ан-70. Полученные

Частота вращения, об/мин:

практические результаты испытаний элек-

- при противодействующей

250

760

610

450

500

тропривода ЭПЗ-77 представлены на рис. 5.

нагрузке;

– при помогающей нагрузке

250

560

800

780

500

Основные технические характеристики

ряда автоматизированных приводов для

Напряжение питания, В:

- 3-фазное переменное;

115/200,

систем механизации крыла отечественных

400 Гц

360-800 Гц

самолетов, разработанных АО «Электропри-

– постоянное

вод» [2], представлены в таблице 1.

Масса, кг:

Таким образом, по результатам прове-

- суммарная;

37,5

денной работы можно сделать следующие

- электромеханизма;

20,5

выводы:

– системы управления

20,5

••

разработан регулятор положения

электропривода, обеспечивающий требо-

••

результаты теоретических иссле-

Литература

вания по динамическим и позиционным

дований подтверждены практической

1. Лакота Н. А. Основы проектирования сле-

свойствам, предъявляемым к приводам

реализацией регулятора положения в со-

дящих систем. - М.: Машиностроение, 1978.–

системы управления механизацией крыла;

ставе разработанных и изготовленных

391 с.

2. Москвин Е. В. Автоматизированные элек-

••

разработанный регулятор положения

АО «Электропривод» автоматизированных

троприводы для систем управления поле-

электропривода обеспечивает минималь-

приводов для систем механизации крыла

том летательных аппаратов / Е. В. Москвин,

ную статическую ошибку позиционирования;

на многих типах самолетов.

А. И. Власов, С. А. Шабалин

// Научно-техни-

ческий семинар

«Электропривод: теория,

технология, практика и перспективы», Киров,

25 апреля 2018 г. Сборник тезисов докладов.–

Киров: АО «Электропривод», 2018. - 117 с.

Москвин Евгений Владимирович

Родился в 1983 году. В 2006 году окончил ВятГУ

по специальности «Электромеханика». Опыт

работы в области авиационного электропри-

вода - 14 лет. В настоящее время работает за-

местителем генерального директора - техни-

ческим директором АО «Электропривод».

Власов Андрей Иванович

Родился в 1979 году. В 2002 году окончил

ВятГУ по специальности

«Электромехани-

ка». Кандидат технических наук. В 2010 году

защитил диссертацию по теме

«Магнито

электрический стартер-генератор в системе

электроснабжения самолетов нового поко-

ления». Опыт работы в области авиационных

электрических машин - 17 лет. В настоящее

время работает генеральным директором -

главным конструктором АО

«Электропри-

вод». Имеет 41 научную публикацию.

Moskvin Evgeny

Was born in 1983. In 2006 he graduated from

Vyatka State University with a degree in “Elec-

tromechanics”. Work experience in the field of

aviation electric drive is 14 years. At present he

works as deputy general director and technical

director of JSC “Electroprivod”.

Vlasov Andrey

Was born in 1979. In 2002 he graduated from

Vyatka State University majoring in “Electric en-

gineering”. He is сandidate of technical sciences.

In 2010 he defended the dissertation with topic

“Magnetoelectric starter-generator in the sys-

tem of power supply of new generation aircraft”.

Experience in the field of aviation electric ma-

chines - 15 years. At present he works as general

director - chief designer of JSC “Electroprivod”.

Рис. 5. Отработка заданного положения электроприводом ЭПЗ-77

He has 41 scientific publications.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Отказоустойчивый

электрический двигатель

для топливных насосов

летательных аппаратов

// Failt-tolerant electric motor for aircraft fuel pumps //

Исмагилов Ф. Р., д. т.н., профессор, Вавилов В. Е., к. т.н., доцент,

магнитами (ПМ) мощностью 100 кВт для то-

Каримов Р. Д., к. т.н., Айгузина В. В.,

пливного насоса авиационного двигателя,

УГАТУ, Уфа

описаны особенности его создания. В [6]

решена задача оптимизации потерь для ЭД

Власов А. И., к. т.н.,

с ПМ для топливного насоса. В [7] описаны

АО «Электропривод», Киров

особенности применения индукторного ЭД

в топливных насосах ЛА и кратко описаны

В данной работе представлена мето-

This paper presents a design methodology

характеристики используемого ЭД. Важно

дика проектирования, которая может

that can be used in the design of fault-

отметить, что ЭД для топливной системы вы-

быть использована при проектирова-

tolerant electric motors. According to the

полняются обычно топливозаполненными,

нии отказоустойчивых электрических

proposed algorithm, a permanent-magnet

так как это удобно для технологического

двигателей. Согласно предложенному

electric motor for aircraft fuel pumps was

монтажа насоса, а также позволяет значи-

алгоритму был рассчитан электро-

calculated.

тельно повысить эффективность отвода по-

двигатель с постоянными магнитами

Keywords: fault tolerance, electric motor,

терь от ЭД. Использование индукторного

для топливных насосов летательных

aircraft.

ЭД при заполнении его полостей топливом

аппаратов.

приведет к значительному увеличению ги-

дравлических потерь, что снижает эффектив-

Ключевые слова: отказоустойчивость,

ность топливного насоса.

электрический двигатель, летатель-

В данной статье описывается процесс

ный аппарат.

проектирования шестифазного отказо

Ужесточение норм ИКАО по экологи-

(НД) авиационного двигателя. Это позволяет

устойчивого ЭД с ПМ и зубцовой обмот-

ческим выбросам летательных аппаратов

значительно упростить систему управле-

кой для НД для концепции ЭАД. Основной

(ЛА) в окружающую среду и создаваемому

ния авиационным двигателем, обеспечить

акцент в работе сделан на проектирование

шуму, борьба производителей ЛА в условиях

эффективное управление топливоподачи

ЭД для НД, в том числе особенности учета

жесткой конкуренции за рынок авиаперевоз-

и дозирования топлива в камеру сгорания

гидравлических потерь, расчета тепловых

чиков (перед авиапроизводителями ставятся

авиационного двигателя, что обеспечивает

режимов, при применении топливного ох-

задачи минимизации затрат на эксплуатацию

значительное повышение топливной эффек-

лаждения.

и повышения топливной эффективности ЛА,

тивности ЛА. В частности, использование

Входными параметрами в предлагаемом

что обеспечивает авиапроизводителям пер-

ЭД в качестве привода насосов топливных

многодисциплинарном алгоритме является

венство на авиационном рынке) заставляют

агрегатов в совокупности с другими техни-

матрица технических и экономических зна-

авиапроизводителей постепенно отказы-

ческими решениями позволило двигателю

чений, которая определяет границы проек-

ваться от традиционных технологий при

UltraFan разработки Rolls-Royce сократить на

тирования для ЭД и его системы управления.

создании ЛА и переходить к реализации

75% выбросы CO₂, на 90% выбросы NOx, на

В отличие от известных, в предлагаемом

концепций более электрического самолета

65% шум авиационного двигателя и на 30%

алгоритме проектирование ЭД с ПМ для

(БЭС) и электрифицированного авиационно-

расход топлива.

топливных насосов предлагается выпол-

го двигателя (ЭАД).

Основной особенностью для НД ЛА, по-

нять при заданных температурных режимах

Реализация на практике данных кон-

мимо вышеуказанных, является требование

работы, габаритных размерах и стоимости.

цепций невозможна без создания новых

высокой отказоустойчивости используемых

Важно отметить, что для определения стои-

электродвигателей (ЭД) с повышенным коэф-

для их привода ЭД. Это вызвано тем, что дан-

мости ЭД с ПМ необходимо также вводить

фициентом полезного действия, повышенной

ные насосы являются основным элементом

первоначальную программу выпуска из-

мощностью, минимальными массогабарит-

топливоснабжения двигателя, и техниче-

делий - это позволит уже на стадии проек-

ными показателями, а также с повышенной

ский отказ ЭД может привести к серьезным

тирования выбрать не только оптимальные

отказоустойчивостью. Это обусловлено тем,

аварийным ситуациям в ЛА. Поэтому к ЭД

геометрические размеры, но и оптимальную

что ЭД в концепции БЭС и ЭАД являются ос-

топливных насосов авиационного двигателя

технологию изготовления ЭД с ПМ. То есть

новными элементами, обеспечивающими

предъявляются особые требования по отка-

в предлагаемом алгоритме ЭД проектирует-

функционирование всех систем ЛА, в том

зоустойчивости (продолжение эксплуатации

ся с известным коэффициентом полезного

числе топливных и масляных систем, системы

ЭД без снижения энергетических характери-

действия и плотностью тока, а также при

кондиционирования воздуха, а в перспективе

стик при одном любом отказе и снижение

известной частоте вращения ротора, на-

ЭД должны обеспечивать привод вентилятора

до 20% энергетических характеристик при

пряжении питания и заданной стоимостью

авиационного двигателя [1-3]. Именно подоб-

втором любом отказе).

изделия. Подобный подход позволяет при

ное использование ЭД уже рассматривается

Исследованиям и разработкам отказо-

заданной величине потерь уже на первых

в концепциях E-Fan и E-Thrust [4].

устойчивых ЭД для топливной системы БЭС

этапах проектирования ЭД определять

Особенно важным при реализации

и ЭАД посвящено множество различных

температуру в его элементах. Подобную

концепции БЭС и ЭАД является разработ-

работ. Так, в работе [5] представлен четырех-

возможность обеспечивает тот факт, что

ка и внедрение ЭД для насосов-дозаторов

фазный отказоустойчивый ЭД с постоянными

ЭД выполнен топливозаполненным,

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

следовательно, система его охлаждения

Таблица 1. Характеристики шестифазного ЭД с ПМ

определена и практически не меняется при

проектировании и оптимизации. В данной

Параметры

Значения

постановке задача проектирования ЭД с ПМ

Мощность, Вт

превращается в задачу электромагнитных,

Скорость вращения, об/мин

6000

механических, гидравлических, экономиче-

ских и поверочных тепловых расчетов с на-

Фазное напряжение, В

400

ложением ограничений на уровень потерь

Фазный ток, А

и стоимость элементов.

Плотность тока, А/мм²

18,7

При вводе основных ограничений при

проектировании ЭД необходимо определить

Тип постоянных магнитов

Sm₂Co₁₇, H = 850 кА/м, Br = 1.08 Тл

степень его отказоустойчивости. Отказо

Материал магнитопровода статора

49К2ФА

устойчивость достигается введением из-

Число витков

100

быточных элементов в инверторе и в ЭД. Это

приводит к удорожанию системы и к увели-

Диаметр провода, мм

1,45

чению ее массогабаритных размеров. Наи-

Фазное сопротивление, Ом

0,12643

более эффективным способом обеспечения

отказоустойчивости является использование

Число пазов статора

многофазных ЭД.

Внешний диаметр статора, мм

139

Первоначальным этапом является ввод

Внутренний диаметр статора, мм

исходных данных и ограничений. Шаг 1 - это

начальное определение диапазона разме-

Число полюсов ротора

ров активной части ЭД с ПМ и выбор матери-

Диаметр ротора, мм

ала в условиях поставленных ограничений.

Активная длина, мм

На шаге 2 выбираются подшипники. Затем

рассчитываются гидравлические потери

Вес, кг

3,3

в полостях ЭД от движения жидкости и ана-

лизируется эффективность ЭД (шаг 3). Также

инвертора осуществляются при условии

отказоустойчивых электрических машин,

на шаге 3 при известной системе охлаж-

ограничений на стоимость изделия. После

приведенная на рис. 1.

дения, плотности тока и геометрических

этого оценивается динамика ротора и стои-

Расчет гидравлических потерь произ-

размерах выполняются предварительные

мость полученного изделия. В результате на

водился с помощью компьютерного мо-

тепловые расчеты ЭД с ПМ. В том случае,

данном этапе проектирования определяется

делирования в программном комплексе

если гидравлические потери превышают

матрица первоначальных параметров ЭД

SolidWorks Flow Simulation. На рис. 2 пред-

заданные ограничения, то выбранные гео-

с ПМ. По матрице полученных размеров

ставлена картина распределения скоростей

метрические размеры должны быть измене-

создается 3D-модель ЭД, оценивается его

в полости ЭД с ПМ. На рис. 3 приведена си-

ны. Если по результатам тепловых расчетов

эргономичность и формируется компоновка

стема охлаждения ЭД с ПМ. Красным цветом

температура узлов ЭД превышает задан-

ЭД совместно с инвертором.

отмечены места протекания хладагента по

ные пределы для материалов, то требует-

Для апробации предложенной методики

элементам ЭД с ПМ. При этом ЭД выполнен

ся либо корректировка исходных данных,

был разработан проект шестифазного отка-

герметичным.

либо выбор новых материалов. При этом

зоустойчивого ЭД для НД. Характеристики

Из проведенного анализа следует, что

необходимо учитывать, что увеличение тем-

проектируемого электродвигателя, получен-

разность давлений хладагента на входе

пературного режима материала приводит

ные аналитическим путем [8], представлены

и выходе ЭД с ПМ составляет 326 Па, и ско-

к увеличению его стоимости, а в предлага-

в таблице 1.

рость течения не превышает 0,697 м/с. При

емом алгоритме стоимость является одним

Отличительная особенность отказо

этом гидравлические потери составляют

из ограничений при проектировании. Шаг

устойчивых ЭД состоит в том, что изначально

106 Вт. Полученная величина потерь явля-

4 - расчет механической прочности ротора.

данные ЭД проектируются на избыточную

ется удовлетворительной, что позволяет

Этот анализ выполняется с использованием

мощность и при выходе из строя одной или

перейти к следующему шагу.

метода конечных элементов. Следующим

нескольких фаз обеспечивают необходимые

Для подтверждения эффективности си-

шагом является электромагнитный расчет,

выходные параметры. Для реализации опи-

стемы охлаждения и работоспособности ЭД

который включает расчет магнитного поля

санного ниже шестифазного отказоустойчи-

с ПМ в продолжительном рабочем режиме

в активных элементах и поверочный расчет

вого ЭД с ПМ используется известная схема

был проведен тепловой расчет. Для этого

электромагнитных потерь. Если полученные

потери превышают заданные, необходимо

провести корректировку геометрических

размеров, свойств материалов и приня-

тых конструктивных решений. Если потери

много меньше заданных, необходимо про-

извести корректировку геометрических

размеров и повторно выполнить тепловые

расчеты. Электромагнитные расчеты вы-

полняются при условии заданной плот-

ности и величины тока. Ввиду известной

плотности тока и геометрических размеров

ЭД электромагнитные расчеты сводятся

Рис. 1.

к определению числа витков и индуктив-

Конструктивная

ностей обмоток ЭД. Также на стадии элек-

схема шестифазного

тромагнитных расчетов проводится выбор

отказоустойчивого

и расчеты топологии инвертора ЭД. Расчеты

ЭД с ПМ

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Рис. 2. Результаты гидравлического расчета

Рис. 3. Система охлаждения ЭД с ПМ

была разработана компьютерная модель

запаса принимается равным 1,22. Исходя из

центробежные силы, воздействующие на

ЭД с ПМ. Все элементы модели имеют физи-

проведенных предварительных электро-

бандаж ротора с учетом повышенной часто-

ко-химические свойства, соответствующие

магнитных расчетов, максимальный допу-

ты (8000 об/мин) с коэффициентом запаса по

материалам, используемым при проекти-

стимый немагнитный зазор в ЭД с ПМ может

механической прочности 1,22:

ровании. При моделировании предполага-

составлять не более 2 мм.

лось, что температура окружающего воздуха

Первым этапом является проверка

(2)

-50ºС, температура хладагента (керосин) на

механической прочности ротора при мак-

входе в ЭД с ПМ составляет 70ºС, массовый

симально возможной толщине бандажной

где R - радиус ротора (определяется ис-

расход хладагента - 0,00005 м³/с.

оболочки:

ходя из электромагнитных расчетов); m_маг -

Результаты моделирования показали вы-

масса ПМ.

сокую эффективность системы охлаждения

С учетом геометрических параметров,

за счет того, что внутри машины протекает

а также полученной величины центро-

хладагент. Это обеспечивает максимальный

бежных усилий в программном комплексе

теплоотвод от всех активных элементов,

SolidWorks была разработана конечно-эле-

(1)

которые выделяют тепло. В результате тем-

ментная модель и проведены расчеты на-

пература ЭД с ПМ составила не более 111,8ºС

где Ω - скорость вращения ротора (рад/с);

пряжений в бандаже ротора, выполненного

в самой нагретой зоне (рис. 4). Температура

ρ - плотность ПМ (кг/м³); σ - предел текуче-

из нержавеющей стали. Результаты пред-

ПМ - 75,7ºС (рис. 4). Так как используются ПМ

сти бандажной оболочки (Па); k_з - коэффици-

ставлены на рис. 5.

из сплава Sm₂Co₁₇ с рабочей температурой

ент запаса; r₁ - радиус вала (м); r₂ - внешний

Из представленных расчетов видно, что

до 300ºС, то данный перегрев никак не отра

радиус ПМ (м); D₃ - внутренний диаметр ПМ

напряжение в бандажной оболочке ротора

зится на выходных характеристиках ЭД с ПМ.

(м); D₄ - внешний диаметр ПМ (м).

(при ее толщине 1 мм) составляет 41,6 МПа.

Следующим этапом было выполнение

Толщину бандажной оболочки округляем

Кроме напряжения был проведен анализ

механических расчетов ротора. При этом

в большую сторону - до 1 мм. Таким образом,

запаса прочности материала бандажной

первоначальной задачей является определе-

бандаж ротора из нержавеющей стали обе-

оболочки. Результат анализа показал, что

ние толщины бандажной оболочки ротора.

спечивает механическую прочность ротора

минимальный запас прочности бандажа

Расчеты проводятся на частоту вращения

при частоте вращения 8000 об/мин с коэф-

под действием приложенных сил составил

ротора, превышающую допустимую на 30%,

фициентом запаса 1,22.

не менее 4,1 - это говорит о значительном

что составляет 8000 об/мин. Бандажная обо-

Далее выполняются поверочные рас-

резерве по прочности бандажа.

лочка ротора выполняется из нержавеющей

четы механической прочности ротора.

Для конечного формирования проекта

стали (марка 12 Х18Н91) с пределом проч-

При толщине бандажной оболочки 1 мм

ЭД с ПМ была разработана конечная эле-

ности на текучесть 200 МПа. Коэффициент

и с учетом массы ПМ (0,4 кг) были рассчитаны

ментная модель в программном комплексе

Рис. 4. Распределение температур в ПМ и обмотке ЭД

Рис. 5. Расчеты, проведенные в програм

мном комплексе SolidWorks (напряжение

в бандажной оболочке ротора)

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Рис. 6. Распределение индукции в статоре

Рис. 7. Моментная характеристика

ANSYS Maxwell, согласно которой параметры

с шагом 0,2 мм. Средняя величина вихре-

Литература

данного ЭД с ПМ соответствуют рассчитан-

вых токов в сегменте более чем в 2 раза

1. Cao W., Mecrow B. C., Atkinson G. J., Ben-

ным по аналитическим методикам.

меньше, чем в цельном ПМ. В результате

nett J.W., Atkinson D. J. Overview of electric mo-

Оценка выходной мощности двигателя

суммарные потери в сегментированных

tor technologies used for more electric aircraft

проводилось по выходному моменту на валу

ПМ равны 64 Вт.

(MEA) // IEEE Transactions on industrial electronics,

двигателя. Результаты моделирования по-

Таким образом, в данной статье пред-

vol. 59, no. 9, pp. 3523-3531, 2012.

казали, что при частоте вращения ЭД с ПМ

ставлена методика проектирования ЭД

2. Ganev E. High-performance electric drives

6000 об/мин величина момента составляет

с ПМ, которая может быть использована

for aerospace more electric architectures. Part I.

24,9 Нм, что соответствует расчетным пара-

при проектировании шестифазных отказо

Electric machines // IEEE Power engineering so-

метрам. Результаты анализа представлены

устойчивых электроприводов для топливных

ciety general meeting 2007, pp. 1-8, 2007.

на рис. 6 и 7.

насосов летательного аппарата. На основе

3. Boglietti A., Cavagnino A., Tenconi A., Vas-

Анализ токов подтвердил, что проекти-

данной методики был рассчитан ЭД с ПМ

chetto S. The safety critical electric machines and

руемый ЭД с ПМ удовлетворяет требованиям

мощностью 15 кВт и частотой вращения

drives in the more electric aircraft: A survey //

по величине плотности тока, что позволит

6000 об/мин и весом 3,3 кг. На основе про-

35th Annual conference of IEEE industrial elec-

эффективно использовать систему охлажде-

веденных аналитических расчетов была соз-

tronics 2009, IECON’09, pp. 2587-2594, 2009.

ния. Плотность тока не превышает 18,5 А/мм²

дана трехмерная компьютерная модель,

4. Bojoi R., Cavagnino A., Tenconi A., Vaschetto

при диаметре проводника 1,45 мм. Резуль-

показавшая высокую степень сходимости

S. Control of shaftline-embedded multiphase

таты анализа приведены на рис. 8.

с результатами аналитических расчетов.

starter/generator for aero-engine // IEEE Trans-

Для уменьшения потерь ПМ были вы-

Проведенные электромагнитные расчеты

actions on industrial electronics, vol. 63, no. 1,

полнены из отдельных сегментов с осевой

показали высокую индукцию в магнито-

pp. 641-652, 2016.

длиной 5 мм. В результате использования

проводе статора, в результате чего была

5. Pantea A., Yazidi A., Betin F., Taherzadeh M.,

такой технологии потери уменьшаются бо-

выбрана сталь марки 49К2ФА, потери ПМ

Carriere S., Henao H., Capolino G.-A., Six-phase

лее чем в 4 раза, результаты проведенных

удалось минимизировать более чем в 4 раза

induction machine model for electrical fault

расчетов были исследованы и подтверж-

при применении сегментирования в осевом

simulation using the circuit-oriented method //

дены в программном комплексе ANSYS

направлении. Проведенный механический

IEEE Transactions on industrial electronics,

Electromagnetic Suite. Оценка потерь про-

расчет прочности показал, что при частоте

vol. 63, no. 1, pp. 494-503, 2016.

водилась по величине наведенных токов

вращения, превышающей номинальную

6. Mecrow B. C.,

Jack A. G.,

Atkinson D. J.,

в ПМ. На рис. 9а представлено распределе-

на 30%, коэффициент прочности составля-

Green S., Atkinson G. J., King A., Green B. De-

ние плотностей тока в ПМ, выполненного

ет 4,1, что говорит о высокой надежности

sign and testing of a 4 phase fault tolerant

из сегментов длиной 5 мм. На рис. 9б - рас-

конструкции. Результаты гидравлического

permanent magnet machine for an engine fuel

пределение плотностей токов для цельного

расчета позволили определить скорость

pump // IEEE Trans. energy convers., vol. 19,

ПМ. Оценка потерь проходила по средней

и давление течения жидкости в полости ЭД

no. 4, pp. 671-678, 2004.

величине тока в ПМ. Для этого были взя-

с ПМ, на основе полученных данных был

7. Atkinson G. J., Mecrow B. C., Jack A. G., Atkin-

ты значения плотностей тока в сечении

проведен тепловой анализ.

son D. J., Sangha P., Benarous M. The analysis of

Рис. 8. Токи в обмотках статора ЭД с ПМ

Рис. 9. Распределение токов в ПМ из сегментов по 5 мм

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

losses in high-power fault-tolerant machines for

ростного магнитоэлектрического генерато-

Vavilov Vyacheslav

aerospace applications // IEEE Transactions on

ра». Опыт работы - 10 лет в проектировании

Was born in 1988. In 2010 he graduated from the

industry applications, vol. 42, no. 5, pp. 1162-

ЭМПЭ. В настоящее время работает старшим

Ufa Aviation Institute with a degree in “Electrome-

1170, 2006.

преподавателем кафедры «Электромехани-

chanics”. Candidate of technical sciences, associate

8. Xiaoyuan C., Zhiquan D., Jingjing P., Xiangsh-

ка» УГАТУ. Имеет более 60 научных трудов,

professor. In 2013 he defended his thesis on the

eng L. Comparison of two different fault-toler-

более 30 патентов РФ.

topic “Hybrid magnetic bearings and their control

ant switched reluctance machines for fuel pump

systems (research and development)”. Work expe-

drive in aircraft // IEEE-IPEMC, pp. 2086-2090,

Айгузина Валентина Владимировна

rience is 10 years. At present he works as a senior

2009.

Родилась в 1994 году. В 2016 году окончила

researcher, associate professor of the Department

Уфимский авиационный институт по специ-

of Electromechanics of USATU. He has more than

Исмагилов Флюр Рашитович

альности

«Специальные электромеханиче-

250 scientific papers, more than 150 patents.

Родился в 1944 году. Окончил Уфимский ави-

ские системы». Опыт работы - 2 года. В на-

ационный институт по специальности «Элек-

стоящее время работает младшим научным

Karimov Ruslan

трические машины и аппараты». Доктор

сотрудником кафедры

«Электромеханика»

Was born in 1988. He graduated from the Ufa

технических наук, профессор. В 1998 году

УГАТУ. Имеет более 60 научных трудов, 15 па-

Aviation Institute with a degree in Electrical

защитил диссертацию по теме «Электроме-

тентов РФ.

Machines and Devices. Candidate of technical

ханические элементы систем управления

sciences. In 1918 he defended his thesis on the

со сложной геометрией подвижной части».

Власов Андрей Иванович

topic “Permanent Magnet Magnetization Sys-

Опыт работы - более 40 лет в проектиро-

Родился в 1979 году. В 2002 году окончил Вят-

tem Based on a High-Speed Magnetoelectric

вании ЭМПЭ. В настоящее время работает

ский государственный университет по спе-

Generator”. Work experience is 10 years in the

заведующим кафедрой «Электромеханика»

циальности

«Электромеханика». Кандидат

design of electromechanical energy converters.

УГАТУ. Имеет более 300 научных трудов, бо-

технических наук. В 2010 году защитил дис-

At present he works as a senior lecturer at the

лее 150 патентов. Заслуженный работник

сертацию по теме «Магнитоэлектрический

Department of Electromechanics of USATU. He

высшей школы РФ, заслуженный изобрета-

стартер-генератор в системе электроснабже-

has more than 60 scientific papers, more than

тель РБ, заслуженный создатель космиче-

ния самолетов нового поколения». Опыт ра-

30 patents of the Russian Federation.

ской техники.

боты в области авиационных электрических

машин - 17 лет. В настоящее время работает

Aiguzina Valentina

Вавилов Вячеслав Евгеньевич

генеральным директором - главным кон-

She was born in 1994. In 2016 she graduated

Родился в 1988 году. В 2010 году окончил

структором АО «Электропривод». Имеет 41

from the Ufa State Aviation Technical Univer-

Уфимский авиационный институт по специ-

научную публикацию.

sity with a degree in “Special electromechanical

альности «Электромеханика». Кандидат тех-

systems”. She has 2 years of work experience. At

нических наук, доцент. В 2013 году защитил

Ismagilov Flur

present she works as a junior researcher at the

диссертацию по теме «Гибридные магнитные

Was born in 1944. He graduated from Ufa State

Department of Electromechanics of USATU. She

подшипники и их системы управления (ис-

Aviation Technical University with degree in

has more than 60 scientific papers, more than

следования и разработка). Опыт работы -

“Electrical machines and devices”. He is doc-

15 patents of the Russian Federation.

10 лет. В настоящее время работает старшим

tor of technical sciences, professor. In 1988 he

научным сотрудником кафедры «Электроме-

defended a dissertation by the theme “Elec-

Vlasov Andrey

ханика» УГАТУ. Имеет более 250 научных тру-

tromechanical control systems with complex

Was born in 1979. In 2002 he graduated from

дов, более 150 патентов.

geometry of movable part”. He has 40 years of

Vyatka State University majoring in “Electric en-

work experience. At present he works as Head

gineering”. He is candidate of technical sciences.

Каримов Руслан Динарович

of electro mechanics department of Ufa State

In 2010 he defended the dissertation with topic

Родился в 1988 году. Окончил Уфимский ави-

Aviation Technical University. He has more than

“Magnetoelectric starter-generator in the sys-

ационный институт по специальности «Элек-

300 scientific papers and more than 150 patents

tem of power supply of new generation aircraft”.

трические машины и аппараты». Кандидат

of Russian Federation. He is honorary figure of

Experience in the field of aviation electric ma-

технических наук. В 2018 году защитил дис-

Russian higher education, honored inventor

chines - 15 years. At present he works as general

сертацию по теме «Система намагничивания

of the Republic of Belarus, honored creator of

director - chief designer of Electroprivod OJSC.

постоянных магнитов на основе высокоско-

space systems.

He has 41 scientific publications.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Об опыте разработки систем

электрозапуска газотурбинных двигателей

в АО «Электропривод»

// Аbout experience of developing electric start systems

for gas turbine engines in JSC «Еlectroprivod» //

Грязев К. Д., Новоселова А. В.,

В состав системы электрозапуска входят

АО «Электропривод», Киров

электрический стартер, блок управления

электростартером (БУС) и соединительные

В статье приведен опыт по разра-

The article describes the experience in de-

кабели.

ботке взрывобезопасных электро-

veloping explosion-proof electric starters for

В настоящее время разработанные и из-

готавливаемые АО «Электропривод» системы

стартеров для запуска газотурбинных

starting gas-turbine units of pumping units

электрозапуска (рис. 1) применяются в со-

установок перекачивающих агрегатов

and power plants.

ставе наземных установок на базе газотур-

и электростанций.

Keywords: electric start of a gas turbine

бинных двигателей НК-16СТ, НК-16-18СТ,

Ключевые слова: электрозапуск газотур-

engine, asynchronous electric motor, vector

НК-36СТ, НК-37, НК-38СТ, Д-30ЭУ, ПС-90ГП,

бинного двигателя, асинхронные элек-

control.

АЛ-31СТ, газотурбинных двигателей в со-

тродвигатель, векторное управление.

ставе газоперекачивающего агрегата ГТН-6Р

и ГПА-16 «Ладога», ГТУ типа НК-361 газотур-

АО «Электропривод», являясь ведущим

агрегатов (ГПА) и электростанций (ГТЭС).

бовоза ГТ1h. Основные технические харак-

предприятием по разработке и изготовле-

Выручка предприятия от реализации си-

теристики систем приведены в таблице 1.

нию авиационного автоматизированного

стем электрозапуска ежегодно составляет

Основа электростартера - трехфазный

электропривода и его составных агрегатов,

более 30%. Применение электрозапуска

асинхронный электродвигатель с повы-

ежегодно формирует оптимальный порт-

взамен турбодетандерного позволяет

шенной частотой вращения 12 000 об/мин,

фель инвестиционных проектов, направ-

обеспечить повышенные требования по

имеющий взрывозащищенное исполнение

ленных на расширение и диверсификацию

экологической безопасности и взрывобе-

с маркировкой 1ExdIIBT3. При его проек-

бизнеса. Предприятие разрабатывает, из-

зопасности при эксплуатации ГПА и ГТЭС.

тировании и изготовлении применены

готавливает и серийно поставляет ком-

Электрозапуск уменьшает время обслужи-

технические решения, используемые при

плектные системы электрозапуска газотур-

вания, увеличивает ресурс и срок службы

создании и производстве авиационной тех-

бинных двигателей газоперекачивающих

систем запуска.

ники, что позволило обеспечить требуемые

характеристики, малогабаритность электро-

двигателя, высокую надежность и ресурс

системы в целом.

Для эффективного управления электро-

стартером в составе БУС применен серийный

частотный преобразователь типа неуправ-

ляемый выпрямитель - транзисторный

инвертор с микропроцессорной системой

управления, реализующей алгоритм вектор-

ного управления моментом. При этом преоб-

разователь частоты обеспечивает плавное

увеличение крутящего момента и безудар-

ное зацепление кулачковой муфты при вклю-

чении электростартера. Необходимые для

безопасной эксплуатации средства защиты

реализованы на базе встроенных функций

частотного преобразователя, при этом кон-

тролируются потребляемый электродвига-

телем ток, напряжение в звене постоянного

тока, температура БУС и электродвигателя.

Первые системы электрозапуска двигате-

лей Д-30ЭУ-1, Д-30ЭУ-2, Д-30ЭУ-6 мощностью

от 2,5 до 6 МВт, применяемые в составе ГТЭС,

на базе электростартера СТВД-25Д-9000

с блоком управления БУС-120Т были запуще-

ны в серийное производство в 2006 году [1].

Для ряда ГТУ-10П/12П/16П/25П была вы-

пущена модификация системы электрозапу-

ска на базе электростартера СТВД25Д9000 -

СТВД30Д11Т (рис. 2) с блоком управления

Рис. 1. Ряд электростартеров

БУС-160Т, отличающаяся увеличенными

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2020

Таблица 1. Основные технические характеристики систем запуска

Мощность

Частота вращения

Масса электростартера

Тип электростартера

Система

Блок управления

электростартера,

выходного вала, об/мин,

(электродвигателя), кг,

(электродвигателя)

кВт

не менее

не более

СТВД-25Д-9000

(ДАТВ300-120Т-9000)

БУС-120Т

120

9000

135,5

БУС-18СТ-АЛ,

–

СТЭ-18СТ-АЛ

4900

(57)

БУС-120Т-АЛ

СТВД-25Д-10Т

(ДАТВ300-140Т-10)

БУС-140Т

140

10 000

(140)

СТВД-30Д-11Т

(ДАТВ300-160Т-11)

БУС-160Т

220

11 000

(140)

СТВД-400-10Т

(ДАТВ400-200Т-10)

БУС-220Т

200

10 200

300

СТВД-400-12Т

(ДАТВ400-200Т-12)

БУС-220Т-12

220

11 900

300

–

СТЭ-18СТ

БУС-18СТ

2600

(57)

–

СТЭ-18СТ-361-1,1М

БУС-18СТ-361-1,1М

2200

(57)

Сибири и Крайнего Севера, разработана

составляет 550 Н·м; для ГТН-6Р запуск про-

и изготовлена модификация электростар-

исходит в течение 660 с, продолжительность

тера СТЭ-18СТ - СТЭ-18СТ-361 с блоком

холодной прокрутки - 1 ч, момент страгива-

управления БУС-18СТ-361.

ния - 700 Н·м. Предварительные испытания

В дополнение к ряду серийно выпуска-

данных систем электрозапуска проводились

емых систем электрозапуска для конверти-

с применением метода взаимной нагрузки,

рованных авиационных ГТД мощностью от

что позволило в сжатые сроки подготовить

2,5 до 25 МВт разработаны электростартеры

испытательную базу, снять моментные ха-

и для газотурбинных установок, не имею-

рактеристики электростартеров во всем

щих авиационных корней: СТВД-400-10Т,

диапазоне рабочих оборотов [2].

обеспечивающий запуск ГПА-16 «Ладога»,

Объекты применения систем электро-

и СТВД-400-12Т для запуска газоперека-

запуска производства АО «Электропривод»

чивающего агрегата ГТН-6Р на Медвежьем

насчитывают более 500 агрегатов ГПА и ГТЭС.

нефтегазоконденсатном месторождении

Суммарная наработка превысила 5 милли-

(НГКМ).

онов часов. Системы крайне успешно заре-

Электростартер СТВД-400-12Т успешно

комендовали себя в процессе эксплуатации,

прошел испытания в составе газоперекачи-

результатом этого становится заключение

вающего агрегата ГТН-6Р. Первые опытные

новых контрактов.

системы электрозапуска были поставлены

Технический уровень систем электро-

в 2016 году в рамках проекта реконструкции

запуска, разработанных и серийно выпу-

одного из старейших месторождений Запад-

скаемых АО «Электропривод», подтвержден

Рис. 2. Размещение электродвигателя

ной Сибири - Медвежьего НГКМ, реализуе-

патентами на изобретение и промышленный

ДАТВ300-30Д-11Т на объекте

мой с целью максимального продления его

образец (№ 2362031, № 65009).

сроков службы. В настоящий момент в экс-

Предприятие оказывает сервисные

значениями развиваемого момента на валу

плуатацию введены 9 систем СТВД-400-12Т.

услуги для эксплуатируемых систем и при

и мощности электростартера.

Электростартеры СТВД-400-10Т

необходимости организует обучение об-

Для обеспечения запуска ГТД типа

и СТВД-400-12Т обеспечивают запуск ГТУ на

служивающего персонала. Положительный

НК-16СТ, НК-16-18СТ, НК-36СТ, НК-37,

базе промышленных ГТД, отличающихся от

опыт внедрения систем электрозапуска на

НК-38СТ был разработан электростартер

конвертированных авиационных повышен-

объектах, а также команда высококвали-

СТЭ-18СТ с блоком управления БУС-18СТ,

ной длительностью горячего запуска и тех-

фицированных специалистов предприятия

а также его модификация - СТЭ-18СТ-361-1

нологической прокрутки (рис. 3). Так, для

служат залогом успеха при разработке и вне-

с блоком управления БУС-18СТ-361-1. Его се-

ГПА-16 «Ладога» запуск происходит в тече-

дрении экологически безопасных и надеж-

рийное производство началось в АО «Элек-

ние 440 с, продолжительность холодной про-

ных систем электрозапуска ГТД различных

тропривод» в 2007 году. Конструктивная

крутки - 4 ч, при этом момент страгивания

назначений и исполнений.

особенность электростартера - размещение

в одном корпусе электродвигателя, редук-

тора, муфты сцепления и выходного вала.

По посадочным и присоединительным раз-

мерам на объекте конструкция электростар-

тера полностью взаимозаменяема с пнев-

мостартером.

Область применения электростарте-

ров со стационарных газоперекачивающих

агрегатов и газотурбинных электростанций

распространилась и на железнодорожный

транспорт. Для применения в качестве систе-

мы запуска газотурбинного двигателя НК-361

газотурбовозов ГТ1h с электрической пере-

дачей, предназначенных для эксплуатации

на неэлектрифицированных участках желез-

Рис. 3. Осциллограмма запуска ГПА ГТН-6Р, частота вращения

ных дорог общего пользования в районах

выходного вала электростартера

Современные технологические процессы,

оборудование, материалы

№ 4 2020

Опыт применения аддитивных технологий

при производстве сложных

корпусных деталей

// Experience with utilizing of additive technologies

for complex housing parts production //

Филиппов М. А., Власов А. И., к. т.н., Садаков Н. А.,

общего объема применения аддитивных

АО «Электропривод», Киров

технологий в России (рис. 1) [3].

В соответствии с поручениями пра-

В статье приведен обзор применяемых

The article presents review of used additive

вительства и Министерства промышлен-

технологий аддитивного производ-

manufacturing technologies. Experience

ности и торговли при непосредственном

ства, перспективы и опыт применения

with utilizing of additive technologies for

участии и координирующей роли ФГУП

3D-печати металлических деталей на

production of metallic parts in aviation

«ВИАМ» был разработан

«Комплексный

план мероприятий по развитию и внедре-

предприятиях авиационной отрасли.

industry enterprises and its future are

нию аддитивных технологий в Российской

Дана сравнительная характеристика

described. The article contains comparative

Федерации на период 2018-2025 гг.», ко-

классических и аддитивных технологий

analysis of using conventional and additive

торый позволит консолидировать уси-

при изготовлении сложных корпусных

technologies for production of complex

лия российских ученых и разработчиков

деталей на АО «Электропривод».

housing parts at the JSC “Electroprivod”.

средств аддитивного производства. В раз-

Ключевые слова: аддитивные техноло-

Keywords: аdditive manufacturing

работке плана принимали участие более

гии, корпусная деталь, металлические

technologies, housing part, metal powder,

30 организаций, входящих в состав ГК «Рос

порошки, время построения изделия.

part production time.

атом», «Роскосмос», «Ростех» и их интегри-

рованных структур (ПАО «ОАК», АО «Вер-

Современные темпы развития аэро-

Расширение рынка 3D-печати идет

толеты России», АО «ОДК», АО «КРЭТ» и др.),

космической и авиастроительной про-

стремительными темпами и уже сейчас

ведущие вузы страны, Фонд фундамен-

мышленности требуют выбора технологий

может осуществляться разными способами

тальных исследований [3].

производства, выполняемых в кратчайшие

с использованием самых разнообразных

В России 3D-печать применяется

сроки и с наименьшими затратами. Наряду

материалов. В таблице 1 представлены

и адаптируется под многие ведущие пред-

с новыми и передовыми технологиями мож-

основные виды технологии аддитивного

приятия, например, в новом российском

но отметить стремительный рост внедрения

производства.

авиационном двигателе используются

так называемых аддитивных технологий.

В аэрокосмической и авиастроитель-

3D-напечатанные детали. В рамках со-

Существует огромное количество опре-

ной промышленности особый интерес вы-

вместного проекта Фонда перспектив-

делений, так или иначе характеризующих

зывает печать деталей металлическими

ных исследований и ФГУП «ЦИАМ имени

аддитивные технологии. Под аддитивными

порошками.

П. И. Баранова» разработан перспективный

технологиями (АМ - Additive Manufacturing,

Согласно данным Министерства про-

авиационный односекционный турбиро-

AF - Additive Fabrication) понимают техно-

мышленности и торговли РФ, авиакосми-

ванный роторно-поршневой двигатель

логии, которые позволяют изготавливать

ческая отрасль занимает около 30% от

(рис. 2а), в котором были применены

изделия за счет послойного синтеза или по-

Таблица 1. Основные виды технологии аддитивного производства

слойного выращивания изделий по цифро-

вой 3D-модели методом 3D-печати [1].

Наиболее распространенные технологии аддитивного производства

Мировыми лидерами в области адди-

тивных технологий на сегодняшний день

FDМ (Fused deposition modetin) - послойное построение изделия из расплавленной пластиковой

нити. Это самый распространенный способ 3D-печати в мире, на основе которого работают

являются США, открывшие у себя более 15

миллионы 3D-принтеров, от самых дешевых до промышленных систем трехмерной печати.

институтов специального назначения и за-

FDМ-принтеры работают с различными типами пластиков, самым популярным и доступным

нимающие более 50% рынка. С многократным

из которых является ABS. Изделия из пластика отличаются высокой прочностью, гибкостью.

отставанием идут Япония, Германия и Китай.

Прекрасно подходят для тестирования продукции, прототипирования, а также для изготовления

Россия же находится в этой нише на 11-м месте

готовых к эксплуатации объектов.

и только начинает развиваться в этом направ-

SLМ (Selective laser meltin) - селективное лазерное сплавление металлических порошков. Самый

лении. По статистике 2015 года, российские

распространенный метод 3D-печати металлом. С помощью этой технологии можно быстро

ученые подали заявку на 131 патент в данной

изготавливать сложные по геометрии металлические изделия, которые по своим качествам

отрасли, и это только 0,14% всех патентов [1].

превосходят литейное и прокатное производство.

Компания Allied Market Research оценила

SLS (Selective lazer sintering) - селективное лазерное спекание полимерных порошков. С помощью

глобальный рынок 3D-печати к 2020 году

этой технологии можно получать большие изделия с различными физическими свойствами

в 8,6 млрд долларов (при общем темпе роста

(повышенная прочность, гибкость, термостойкость и др.).

инвестиций 21% в среднем за год в период

SLA (Stereolithography) - лазерная стереолитография. Отверждение жидкого фотополимерного

2015-2020 гг.).

материала под действием лазера. Эта технология аддитивного цифрового производства

Сферы применения 3D-печати весьма

ориентирована на изготовление высокоточных изделий с различными свойствами.

обширны: военная отрасль, медицина, стро-

DMD (Direct metal deposition) - прямое или непосредственное осаждение материала, т. е.

ительство, автомобилестроение, образова-

непосредственно в точку, куда подводится энергия и где происходит в данный момент построение

ние, развлекательная индустрия, производ-

фрагмента детали. С помощью данной технологии можно создавать крупные изделия сразу из

нескольких видов сплавов, а также производить ремонт таких дорогостоящих компонентов,

ство изделий для бытового использования

как лопатки турбин.

и т.д. [2].

Современные технологические процессы,

оборудование, материалы

№ 4 2020

альтернативных заготовок традиционны-

ми методами и сложности получения заго-

товок классическим способом литья.

Как видно из приведенной выше ин-

формации, аддитивные технологии осо-

бенно востребованы в производстве ави-

ационно-космической техники, а также

могут быть использованы в условиях еди-

ничного или мелкосерийного типов про-

изводства.

Аддитивные технологии позволяют

существенно сократить длительность тех-

нологической подготовки производства

новых, достаточно сложных по форме

изделий, использовать принципиально

новые конструкторско-технологические

решения, снизить в конечном счете тру-

доемкость и себестоимость изготовления

отечественной продукции, а также сокра-

тить машинное или оперативное время из-

готовления детали.

Рис. 1. Отраслевая структура российского рынка технологий аддитивного производства

Так, для послойного построения объ-

композиционные металлокерамические

металлопорошковых композиций жаро-

емных форм, характерного, например, для

материалы нового поколения с высокими

прочных и алюминиевых сплавов. Ряд

селективного лазерного спекания, опреде-

физико-механическими характеристиками.

разработанных сплавов по прочностным

ление времени построения изделия t₀ можно

В двигателе использована специально

характеристикам превосходит зарубежные

оценить при помощи выражения

разработанная уникальная система турбо-

аналоги более чем на 20%. Благодаря новой

наддува, часть ее элементов изготовлена

технологии время изготовления основных

с помощью аддитивных технологий с ис-

элементов двигателей удалось сократить

пользованием отечественного сырья. Пра-

в 20-30 раз при более чем двукратном сни-

вильность выбора данных конструкторских

жении стоимости их производства [5].

и технологических решений подтверждена

Согласно каталогу отечественной

где t₀ - оперативное время; t_М - машин-

в ходе полного комплекса стендовых ис-

продукции в области аддитивного про-

ное время, обусловленное перемещени-

пытаний [4].

изводства, утвержденному Министер-

ем пятна светового контакта по контуру

На базе АО «Научно-производственное

ством промышленности и торговли РФ,

слоя; t_В1 - часть вспомогательного времени,

объединение «Опытно-конструкторское

основными поставщиками материалов для

необходимого для подготовки формообра-

бюро им. М. П. Симонова» (г. Казань) прош-

3D-печати металлическими порошками

зования выделенных слоев; t_В2 - прочие за-

ли стендовые испытания малоразмерного

в России являются такие предприятия, как

траты вспомогательного времени (выгруз-

газотурбинного двигателя, изготовленного

ФГУП «ВИАМ», ОАО «ВИЛС», АО «Полема»,

ка, включая возможную технологическую

по аддитивным технологиям (рис. 2б). Тех-

АО «РУСАЛ», АО «Композит», ООО «Сфе-

выдержку, включение цикла); m - число

нология производства силовой установки

раМ». Данные предприятия предостав-

выделенных слоев; dэф - эффективный диа-

разработана в рамках совместного проек-

ляют широкий выбор сырья (вольфрам,

метр пятна контакта лазерного излучения

та Всероссийского научно-исследователь-

молибден, хром, бронза, алюминий, титан

с порошковым слоем; k_п - коэффициент

ского института авиационных материалов

и др.) с уровнем локализации комплекту-

перекрытия; F_i - площадь i-го слоя, длина

и Фонда перспективных исследований.

ющих до 100% [6]. Перспективными явля-

трассы обхода центром пятна контакта;

Создана технология изготовления деталей

ются порошки из жаропрочных сплавов,

V_л - средняя скорость перемещения пятна

газотурбинной установки методом послой-

например, инконеля, титановых сплавов

контакта вдоль трассы; tiпс - время подго-

ного лазерного синтеза с использованием

ввиду трудной обрабатываемости их

товки к обходу i-го слоя.

а)

б)

Рис. 2. Образцы авиационных двигателей, изготовленных по аддитивной технологии:

односекционный турбированный роторно-поршневой двигатель (а); малоразмерный газотурбинный двигатель (б)

Современные технологические процессы,

оборудование, материалы

№ 4 2020

Из приведенного расчетного выражения

качество продукции только при величине

деталь, изготовленная методом 3D-печати.

следует, что время построения изделия за-

стенки от 3 мм [8].

На рис. 3в данная деталь проходит контроль

висит от числа слоев, способа разбиения на

АО «Электропривод» было принято

на координатно-измерительной машине.

слои, выбранной стратегии обхода слоя, сред-

решение провести сравнительный анализ

Параллельно АО «Электропривод» осу-

ней скорости перемещения пятна контакта.

изготовления детали альтернативными спо-

ществило подготовку производства и из-

То есть время построения изделия не зависит

собами и рассмотреть особенности подхо-

готовление такой же корпусной детали на

от промежуточных технологических опера-

дящих методов изготовления.

собственной производственной базе тра-

ций, характерных для классического способа

Традиционное и аддитивное производ-

диционным способом.

изготовления изделия методом точения [7].

ства имеют преимущества и недостатки, про-

Сравнение результатов изготовления

Таким образом, применение аддитив-

являемые в каждом конкретном случае. Они

корпусной детали представлено в таблице 2.

ных технологий обеспечивает сокращение

определяются совокупностью факторов,

Изготовление корпусной детали ме-

длительности технологического цикла

среди которых:

тодом

3D-печати позволило сократить

изготовления изделия и тем самым по-

••

цели применения;

трудоемкость изготовления детали в пять

зволяет ускорить выход нового изделия

••

объем партии;

раз и время изготовления готовой дета-

на рынок.

••

срочность исполнения заказа;

ли - почти в 10 раз с учетом отсутствия

АО «Электропривод» при разработке

••

размеры и геометрические параме-

необходимости изготовления средств тех-

нового электропривода авиационного на-

тры детали;

нологического оснащения и заказа специ-

значения столкнулось с необходимостью

••

используемый материал;

ального инструмента для обработки тита-

изготовления корпусной детали из титано-

••

требования к обработке и др.

новых сплавов.

вого сплава с заданными конструктивными

Проанализировав возможности по-

Применение метода

3D-печати для

особенностями в виде тонких стенок (менее

ставщиков услуг по 3D-печати, было при-

получения детали позволило исключить

3 мм) и сложной формы (рис. 3а). Увеличение

нято решение обратиться в лабораторию

дефекты, присущие классическому изго-

толщины стенок было невозможно ввиду

аддитивных технологий при Самарском

товлению (дефекты литья - непроливы,

необходимости сохранения заданной массы

национальном исследовательском уни-

раковины, пористость), и решить конкрет-

изделия и его габаритов.

верситете имени академика С. П. Королева

ные технологические задачи изготовления

Предприятия-изготовители титановых

за изготовлением образца корпусной дета-

детали с особенностью конструкции в виде

отливок на российском рынке гарантируют

ли. На рис. 3б показана готовая корпусная

тонких стенок менее 3 мм.

Таблица 2. Сравнение результатов изготовления корпусной детали

Изготовление

Характеристика

из титановой плиты

методом 3D-печати

Изготовление стенки менее 3 мм

Возможно

Масса заготовки, кг

15,9

1,7

Сравнительная трудоемкость

100%

20%

получения готовой детали

8-10 рабочих смен + время на

Время изготовления готовой

изготовление средств техноло-

Две рабочие смены

детали

гического оснащения (СрТО)

а)

Дополнительные затраты

СрТО, хранение

Отсутствуют

б)

в)

Рис. 3. Корпусная деталь: изготовление из титановой плиты (а), изготовление методом 3D-печати (б);

контроль на координатно-измерительной машине детали, изготовленной методом 3D-печати (в)

Современные технологические процессы,

оборудование, материалы

№ 4 2020

Литература

7. Моргунов Ю. А., Саушкин Б. П. Технико-

шиностроения». Опыт работы в области ма-

1. Гончарова О. Н., Бережной Ю. М., Бессара-

экономические аспекты аддитивного формо-

шиностроения - 26 лет. В настоящее время

бов Е. Н., Кадамов Е. А., Гайнутдинов Т. М., На-

образования // Наукоемкие технологии в ма-

работает главным технологом АО «Электро-

гопетьян Е. М., Ковина В. М. Аддитивные тех-

шиностроении, 2016, № 7, с. 28-35.

привод».

нологии - динамично развивающееся произ-

8. АО «Зеленодольский завод им. А. М. Горь-

водство // Научная электронная библиотека

кого», 1895-2020: [Электронный ресурс] //

Filippov Mikhail

«Киберленинка». URL: https://cyberleninka.ru/

URL: http://www.zdship.ru/ (дата обращения:

Was born in 1990. In 2012 he graduated from Vy-

article/n/additivnye-tehnologii-dinamichno-

25.04.2020).

atka State University with a degree in “Engineer-

razvivayuscheesya-proizvodstvo

(дата обра-

ing Technology”. Work experience in the field of

щения: 25.04.2020).

Филиппов Михаил Алексеевич

mechanical engineering is 6 years. At present he

2. Развитие 3D-печати: от революции к эволю-

Родился в 1990 году. В 2012 году окончил

works as a category 2 process engineer of JSC

ции: [Электронный ресурс] // URL: https://vc.ru/

ВятГУ по специальности «Технология маши-

“Electroprivod”.

flood/43403-razvitie-3d-pechati-ot-revolyu

ностроения». Опыт работы в области маши-

cii-k-evolyucii

(дата обращения:

25.04.2020).

ностроения - 6 лет. В настоящее время рабо-

Vlasov Andrey

3. Рынок 3D-печати в России и мире (ад-

тает инженером-технологом 2-й категории

Was born in 1979. In 2002 he graduated from

дитивное производство, АП

/ Additive

АО «Электропривод».

Vyatka State University majoring in “Electric

Manufacturing, АМ),

2018:

[Электронный

engineering”. He is сandidate of technical sci-

ресурс]

// URL: https://json.tv/ict_telecom_

Власов Андрей Иванович

ences. In 2010 he defended the dissertation

analytics_view/rynok-3d-pechati-v-rossii-i-

Родился в 1979 году. В 2002 году окончил ВятГУ

with topic “Magnetoelectric starter-generator

mire-additivnoe-proizvodstvo-ap-additive-

по специальности

«Электромеханика». Кан-

in the system of power supply of new genera-

manufacturing-am-2018-g-20190117060056

дидат технических наук. В 2010 году защитил

tion aircraft”. Experience in the field of avia-

(дата обращения: 25.04.2020).

диссертацию по теме «Магнитоэлектрический

tion electric machines - 15 years. At present

3Dpulse.ru - проект группы «Текарт»: [Элек-

стартер-генератор в системе электроснабже-

he works as general director - chief designer

тронный ресурс] // URL: https://www.3dpulse.

ния самолетов нового поколения». Опыт ра-

of JSC “Electroprivod”. He has

41 scientific

ru/ (дата обращения: 25.04.2020).

боты в области авиационных электрических

publications.

5. Всероссийский научно-исследователь-

машин - 17 лет. В настоящее время работает

ский институт авиационных материалов:

генеральным директором - главным конструк-

Sadakov Nickolai

[Электронный ресурс] // URL: https://viam.ru/

тором АО «Электропривод». Имеет 41 научную

Was born in

1970. In

1993 he graduated

(дата обращения: 25.04.2020).

публикацию.

from Kirovskiy Polytechnic Institute with

6. Министерство промышленности и торгов-

specialization in “Mechanical engineering”. His

ли Российской Федерации: [Электронный ре-

Садаков Николай Александрович

work еxperience in mechanical engineering

сурс] // URL: http://minpromtorg.gov.ru/ (дата

Родился в 1970 году. В 1993 году окончил

26 years. At present he works as production

обращения: 25.04.2020).

ВятГУ по специальности «Технология ма-

manager of JSC “Electroprivod”.

Проблемы качества и надежности,

сертификация, стандартизация

№ 4 2020

Меры по обеспечению надежности

на этапах проектирования,

производства и эксплуатации изделий

// Reliability measures at the stages of design, production and operation of products //

воздействий (вибрация, удары), так и за-

Трефилова Т. А., Бирюкова Г. А.,

щиту программным обеспечением и др.

АО «Электропривод», Киров

Косвенное влияние на надежность изделия

В статье представлен материал

The article presents material on measures

оказывают удобство применения и техниче-

о мерах по обеспечению надежности на

to ensure reliability at the stages of

ского обслуживания, ремонтопригодность,

этапах проектирования, производства

design, production and operation of

унификация узлов и деталей, автоматизация

производства и др.

и эксплуатации изделий. Рассмотрена

products. A quantitative assessment of

5. При выборе конструкции изделия

количественная оценка показателей

reliability indicators at the design stage

конструктор должен также определить

надежности на этапе проектирования

and at the operation stage is considered

и обосновать оптимальные сроки службы

и этапе эксплуатации на примере элек-

on the example of an electric machine,

уже использованных узлов и деталей и про-

трической машины. Результаты расче-

the calculation results are confirmed by

извести разбивку их на группы с близкими

та подтверждены статистическими

statistical data, and data on operating

или кратными сроками службы. При таком

данными и данными по результатам

results.

методе проектирования обеспечивается

эксплуатации.

Keywords: reliability, design, operation,

равнопрочность определенных групп дета-

Ключевые слова: надежность, проекти-

failures, reliability assessment, reliability

лей и узлов, позволяющая получить изделие

рование, эксплуатация, отказы, оценка

tasks.

с наибольшей надежностью и эффектив-

надежности, задачи надежности.

ностью, с большим сроком службы до его

ремонта. Равнопрочность обеспечивает зна-

Надежность - свойство объекта сохра-

особенностей работы данного изделия

чительное сокращение расходов на ремонт

нять во времени способность выполнять

в системе и его ответственности. Присту-

и эксплуатацию.

требуемые функции в заданных режимах

пая к созданию любого изделия, конструк-

6. Наряду с улучшением качества от-

и условиях применения, технического об-

тор должен знать, какие функции оно будет

дельных узлов и деталей большое значение

служивания, хранения и транспортирования.

выполнять, в каких условиях работать, ка-

приобретает создание надежных устройств

Оценку соответствия изделий заданным

кие требования предъявляются к его на-

из менее надежных элементов, принимая

требованиям к надежности осуществляют

дежности. Незнание конкретных условий

методы резервирования. В теории надеж-

при проектировании, производстве и экс-

эксплуатации нередко приводит к грубым

ности рассматриваются два возможных

плуатации.

просчетам и в конечном итоге к снижению

вида соединения элементов или узлов: по-

Проектирование является первым и ос-

надежности изделий. Проектируя любую

следовательное и параллельное. После-

новным этапом, на котором закладывается

машину, конструктор обязательно должен

довательным называют такое соединение,

определенный уровень надежности изде-

учитывать технологичность изделия, то есть

при котором отказ в работе хотя бы одного

лия. Процесс проектирования и отработки

его приспособленность к серийному произ-

элемента или узла приводит к отказу из-

надежности изделий состоит из несколь-

водству, удобству изготовления.

делия в целом. Это наиболее характерный

ких этапов: подготовительного, расчетно-

2. Надежность и долговечность любого

и распространенный вид соединения для

конструкторского, изготовления опытных

нового образца изделия в значительной

большинства изделий. Параллельным, или

образцов, экспериментальной проверки

степени зависит от материала. При выборе

резервным, соединением элементов (узлов,

и устранения выявленных недостатков.

материалов конструктор должен учитывать,

агрегатов) в теории надежности считается

Для обеспечения надежности проекти-

чтобы они обеспечивали необходимые меха-

такое соединение, при котором отказ из-

руемого изделия на подготовительном этапе

нические и электрические характеристики

делия наступает только в случае выхода из

разрабатываются количественные требова-

изделия во всем диапазоне эксплуатаци-

строя всех параллельно включенных элемен-

ния к надежности, определяются типы ком-

онных условий. Используемые материалы

тов. Следовательно, резервирование - это

плектующих изделий и узлов, виды исполь-

должны иметь такую скорость старения,

способ повышения надежности изделия

зуемых материалов и защитных покрытий,

при которой будет обеспечен необходимый

путем включения в схему или конструкцию

анализируются условия эксплуатации. При

технический ресурс и необходимый срок

ряда параллельных, резервных элементов

решении перечисленных задач весьма важ-

хранения изделий.

или узлов. Нужно иметь в виду, что резер-

ную роль играют сокращение количества де-

3. Важнейшая задача каждого конструк-

вирование усложняет изделие, удорожает

талей, узлов и элементов; жесткий контроль

тора - обеспечить такие условия, чтобы все

его обслуживание, содержание и ремонт,

за разработкой отдельных комплектующих

узлы и детали работали в строго определен-

поэтому не всегда экономически выгодно.

изделий и элементов; облегчение режимов

ных режимах. При этом нужно учитывать, что

Использовать методы резервирования целе-

используемых комплектующих и узлов.

увеличение нагрузки выше номинальной

сообразно лишь после того, как исчерпаны

резко сокращает срок службы деталей, а ис-

все остальные, более простые способы по-

Меры по обеспечению

пользование элементов, узлов и деталей

вышения надежности.

надежности

в облегченном и «разгруженном» режиме

7. Важным эксплуатационным требо-

Основные методы обеспечения надеж-

ведет к значительному увеличению про-

ванием к изделиям является удобство тех-

ности на этапе проектирования изделий

должительности его исправной работы.

нического обслуживания и восстановле-

1. Количественные показатели надеж-

4. Непосредственно на надежность вли-

ния, поэтому конструкция изделия должна

ности задаются в технических требовани-

яют тип конструкции, тип монтажа, тепловой

предусматривать легкий и свободный доступ

ях на проектирование изделия, исходя из

режим, меры защиты как от механических

к его элементам, исключающий повреждение

Проблемы качества и надежности,

сертификация, стандартизация

№ 4 2020

других элементов при замене отказавших

проектировании систем должен проводить-

значение - это помогает совершенствовать

или при регламентных работах, обеспе-

ся в соответствии с [2] табличным методом

конструкции и технологию производства

чивать простоту операций при настройке

или методом логических схем.

изделий, систему их эксплуатации.

и регулировке.

Испытания на надежность опытных об-

Статистический анализ отказов

8. Автоматизированный контроль за ра-

разцов вновь разрабатываемой (или модер-

в АО «Электропривод» проводится в со-

ботой отдельных узлов в процессе эксплуа-

низируемой) аппаратуры проводятся как

ответствии с [6], [7], [8]. Информация по

тации позволяет по изменениям параметров

самостоятельный вид испытаний на специ-

неисправностям изделий из эксплуатации

проверяемого узла прогнозировать отказ

ально выделенных образцах по программе

поступает в бюро надежности для анализа

и заранее принять меры по его предупреж-

в соответствии с [3], [4], [5].

неисправностей и расчета показателей без-

дению.

Обеспечение надежности в процессе

отказности.

9. Необходимо тщательно производить

производства достигается путем строгого со-

К основным источникам информации

опытную отработку изделия и всесторонние

блюдения и совершенствования технологии

относятся:

испытания, в том числе на надежность узлов

производства, применения предваритель-

••

акты исследования о причинах де-

и всего изделия. Целью испытаний опытных

ных тренировок (приработок) узлов и эле-

фекта изделий серийного завода;

образцов является выявление слабых узлов,

ментов до постановки их в изделия. Качество

••

акты исследования изделий пред-

недостаточная надежность которых обуслов-

производства изделий и их надежность во

приятия;

лена ошибками проектирования. Испыта-

многом зависят от уровня технологических

••

сводные отчеты предприятия «Неис-

ния опытных образцов, с одной стороны,

процессов и степени их автоматизации. Лю-

правности изделий в эксплуатации» за год;

являются средством проверки эффектив-

бое отклонение техпроцесса от нормы вы-

••

карточки учета неисправностей.

ности принятых мер при проектировании,

зывает отклонение каких-либо параметров

Информация о применяемости изделий,

а с другой стороны - средством отработки

или свойств изделий. Неточное соблюдение

модернизации, ресурсах и сроках службы,

надежности изделия при воздействии раз-

режимов обработки материалов и деталей,

результатах испытаний, доработках в экс-

личных факторов. Тщательность отработки

пропитки, сушки, монтажно-сборочных ра-

плуатации по бюллетеням и решениям,

новой конструкции во многом определяется

бот и других производственных операций

сведений по отказам изделий в эксплуата-

объемом проведенных испытаний.

сначала может не вызывать заметных от-

ции, конструктивных или технологических

10. Предусматривать предварительную

клонений выходных параметров от норм, но

рекомендациях по повышению надежности

приработку элементов и узлов до поста-

впоследствии неизбежно приведет к сокра-

формируется и накапливается в Техническом

новки их в изделие. Во многих изделиях

щению сроков службы изделий и снижению

паспорте изделия. Результаты анализов от-

наибольшее число отказов приходится на

их надежности. Необходимо поддерживать

казов используют при проведении работ

начальный период их работы. В этом пери-

и увеличивать уровень культуры производ-

по продлению ресурсов и сроков службы,

оде выявляются наиболее слабые места, их

ства, организовывать тщательный контроль

при расчете показателей безотказности из-

недостатки. Применение приработки по-

соответствия стандартам и ТУ сырья, ма-

делий, а также при выполнении анализа вида

зволяет выявить недостатки изделия еще

териалов, полуфабрикатов и комплектую-

и последствий отказа (АВПО, FMEA (Failure

на заводе, а не у потребителя.

щих изделий. Необходима организация как

mode and effects analysis), анализа видов,

11. Производить опытную эксплуата-

тщательного контроля технологического

последствий и критичности отказов (АВПКО,

цию изделия до передачи его в серийное

процесса на всех стадиях, так и тщательный

FMECA (Failure mode, effects and criticality

производство. Проведение опытной экс-

выходной контроль готовых изделий.

analysis), анализа дерева неисправности

плуатации позволяет выявить недостатки

Значительное влияние на надежность

(FTA, Fault tree analysis).

изделия и принять меры к их своевремен-

изделий в процессе их эксплуатации ока-

На предприятии разработаны бюллете-

ному устранению. Процесс проектирования

зывают факторы субъективного характера,

ни, в которых приведены обобщенные стати-

предопределяет величину надежности из-

связанные с деятельностью обслуживаю-

стические данные об эксплуатационной на-

делий, однако реализация этой величины

щего персонала.

дежности авиационных электромеханизмов,

в значительной степени связана с организа-

Обеспечение надежности при эксплуа-

их узлов, деталей, элементов, полученные

цией производства. Процесс производства

тации достигается путем повышения квали-

по результатам эксплуатации на объектах

должен быть организован таким образом,

фикации обслуживающего персонала, орга-

авиационной техники.

чтобы обеспечить использование преду

низации квалифицированного технического

Бюро надежности выполняются работы

смотренных конструктором материалов,

обслуживания и технической эксплуатации

по установлению и повышению техниче-

деталей, допусков и, следовательно, преду

изделий, проведения профилактик и ремон-

ских ресурсов и сроков службы серийных

смотренное конструктором значение на-

та изделий, обеспечения запасными частями.

изделий в соответствии с [9] на основе

дежности.

Влияние квалификации обслуживающего

результатов лабораторных испытаний или

На АО «Электропривод» надежность

персонала сказывается главным образом на

результатов эксплуатации. За последние

вновь разрабатываемых изделий подтверж-

качестве подготовки изделий к работе, его

несколько лет изделиям нашей разработки,

дается аналитическим расчетом надежности,

монтаже и на процессе восстановления ра-

как электромеханизмам, так и аппаратуре,

проводятся ориентировочный расчет - по

ботоспособности после отказов. Решающее

были продлены сроки службы до 35-40 лет

изделиям-аналогам; предварительный - по

значение в подготовке обслуживающего пер-

с учетом проведения капитальных ремонтов,

аналогам и с учетом начальных данных при

сонала имеет доскональное знание изделий,

что подтверждает проверку теории надеж-

разработке; уточненный расчет надежности

с которыми они имеют дело. В связи с этим

ности длительным сроком эксплуатации.

проводится с учетом условий и режимов

следует обращать серьезное внимание на

Все наработанные методы подтвержде-

работы изделия на основе разработанных

качество технической документации, сопро-

ния надежности и сейчас используются при

конструкторских документов. Показатели

вождающей изделие (описания, инструкции).

проектировании новых изделий и систем.

надежности электрических машин рассчиты-

Обеспечение надежности при эксплу-

Спроектированное, тщательно изготов-

ваются в соответствии с [1] (данный документ

атации также достигается организацией

ленное, детально испытанное и правильно

был разработан при участии специалистов

системы сбора и анализа статистических

эксплуатируемое изделие не должно отка-

АО «Электропривод»), расчет надежности

данных о надежности эксплуатируемой тех-

зывать в работе. Однако опыт показывает,

электрорадиоизделий осуществляется

ники и разработки рекомендации по повы-

что даже наилучшие конструкции изделий,

с помощью программы «Автоматизиро-

шению надежности изделий, узлов и эле-

современная технология их изготовления

ванная система расчета надежности ЭРИ».

ментов. Сбор и анализ эксплуатационной

и правильная эксплуатация не исключают

Количественный анализ безотказности при

информации имеет большое практическое

полностью возникновения отказов в работе.

Проблемы качества и надежности,

сертификация, стандартизация

№ 4 2020

Теория надежности различает три ха-

t - время работы;

⋅Т

′,

(3)

ДС

рактерных типа отказов:

m - количество основных узлов. Как

1. Приработочные отказы - это отказы,

указывалось выше, при расчете электри-

где τ - ресурс до первого ремонта;

которые происходят в течение раннего пе-

ческой машины необходимо рассматри-

0 < ρ < 1;

риода эксплуатации машины вследствие

вать следующие узлы: шарикоподшипни-

ТДС' ^{- наработка на отказ.}

несовершенной технологии производства.

ковый, обмоточный, щеточно-коллектор-

При заданной вероятности выявления

Приработочные отказы можно устранять

ный, встроенные вентильные коммутато-

раннего отказа изделия при экспоненци-

путем предварительных испытаний машин

ры, прочие узлы и детали.

альном законе распределения величина

перед вводом ее в эксплуатацию, о чем го-

ресурса до первого ремонта определяется

ворилось ранее.

Оценка надежности электрической ма-

по формуле:

2. Износовые отказы - это отказы, вы-

шины на этапе эксплуатации

зываемые износом отдельных частей из-

Расчет показателей безотказности по

τ =

−Т

ДС

ln(1− q), то есть

(4)

делия, они являются признаком старения.

результатам эксплуатации на объектах авиа-

ρ = −ln(1−q),

(5)

Износовые отказы могут быть ограничены

ционной техники производится по информа-

путем своевременной замены изнашива-

ции о неисправностях изделия и по наработ-

где q - заданная вероятность выявления

ющихся деталей во время регламентного

кам объектов за рассматриваемый период

раннего отказа изделия, принимаем 0,01.

обслуживания изделия или ремонта.

времени. При расчете показателей безотказ-

При экспоненциальном законе рас-

3. Внезапные отказы в период нормаль-

ности учитываются неисправности изделий,

пределения величина ресурса до перво-

ной эксплуатации изделия, которые могут

отказавших в пределах технического ресурса

го ремонта ориентировочно равна 3000 ч.

возникнуть случайно и не могут быть устра-

до первого ремонта, а для ремонтных изде-

Изначально для данного генератора был

нены ни наладкой, ни наилучшим обслужи-

лий - в пределах межремонтного ресурса.

установлен ресурс 1500 ч. Учитывая рас-

ванием. Эти случайные отказы подчиняются

Не учитываются неисправности изделий,

четные данные и требования на объект, по

определенным общим закономерностям,

отказавших по вине эксплуатации. Нара-

результатам эксплуатации межремонтный

и их интенсивность в течение достаточно

ботка на отказ, приводящая к досрочному

ресурс был установлен 2000 ч.

большого периода эксплуатации машины

съему изделия (MTBF, Mean (operating) time

Также в процессе эксплуатации генера-

примерно постоянна.

between failures), рассчитывается согласно

торов предусмотрено проведение техниче-

Каждый из этих отказов характеризуется

[6] по формуле:

ского обслуживания, в том числе пополнение

особым статистическим распределением во

⋅ m

смазки в шарикоподшипниковых узлах и из-

= Σ

(2)

ТДС

времени: приработочные отказы - распреде-

мерение высоты щеток. Предприятием-разра-

лением Вейбулла, случайные (внезапные) - экс-

где tΣ - суммарная наработка рассматрива-

ботчиком проводились работы по проверке

поненциальным распределением, износовые -

емой совокупности объектов;

ремонта генераторов на ремонтных заводах,

нормальным распределением Лапласа. При

m - количество одноименных изделий,

авторский надзор выполнения регламентных

количественной оценке надежности изделия

устанавливаемых на рассматриваемом

работ по щеткам и подпитке шарикоподшип-

используются все перечисленные статисти-

объекте;

ников на вертолетах в эксплуатации.

ческие методы и вероятностные расчеты.

n - суммарное количество отказов рас-

В 2019 году для данных генераторов был

сматриваемых изделий. Проведем сравне-

установлен назначенный ресурс 20 000 ч.

Количественная оценка

ние количественных показателей конструк-

Результаты работ по исследованию генера-

показателей надежности

ционной и эксплуатационной надежности

торов с максимальными наработками были

на примере электрической

на примере генератора, разработанного

положительными. На этом основании был

машины

на нашем предприятии, входящего в со-

продлен назначенный ресурс, что подтверж-

Рассмотрим количественную оценку

став системы энергоснабжения противо

дает: на предыдущих этапах жизненного

показателей надежности на этапах про-

обледенительной системы вертолетов.

цикла данного изделия все меры по обе-

ектирования и эксплуатации на примере

В 1980-х годах появилась необходимость

спечению надежности были проведены.

электрической машины.

модернизировать один из ранее разрабо-

Постоянное обеспечение высокого тех-

танных генераторов, техническое задание

нического уровня разработок, качества и на-

Оценка надежности электрической ма-

на разработку передали на наше предпри-

дежности выпускаемых изделий - основные

шины на этапе проектирования

ятие. Модернизация была проведена с целью

задачи, которые стояли и будут стоять перед

Надежность электрической машины,

повышения надежности работы щеточно-

коллективами предприятий, разрабатываю-

как сложного устройства, зависит от надеж-

коллекторного узла. В нем увеличено число

щих и выпускающих продукцию.

ности ее составных частей: обмоток ротора

щеток с 2 до 4 на фазу.

и статора, шарикоподшипников, щеточно-

Вероятность безотказной работы ге-

Выводы

коллекторного узла и др.

нератора за 1 час работы, рассчитанная на

Внедренная в практику система анализа

На этапе проектирования производится

этапе проектирования, получилась равной

надежности изделий как по качественным, так

оценка конструкционной надежности, то

0,99997823. Наработка на отказ, приводя-

и по количественным показателям позволяет:

есть оценка рациональности выбора данной

щая к досрочному съему изделия, равна

••

технически обоснованно разраба-

конструкции, оценка надежности применен-

45 934 ч. Наработка на отказ, рассчитанная

тывать конструктивные мероприятия по

ных в ней узлов и деталей, производится

по результатам эксплуатации, получилась

исключению повторяющихся дефектов

расчет количественных показателей безот-

равной 306 700 ч.

в производстве и в ряде случаев - по дора-

казности проектируемого изделия.

По результатам эксплуатации наработка

боткам непосредственно в эксплуатации;

Расчет вероятности безотказной работы

на отказ получилось примерно в семь раз

••

следить за динамикой изменения на-

электрической машины при условии неза-

выше, чем расчетная. Это объясняется тем,

дежности изделий или отдельных его эле-

висимости отказов производится согласно

что при расчете конструкционной надеж-

ментов;

[1] по формуле:

ности учитываются предельные величины

••

прогнозировать надежность при

температур нагрева узлов и деталей, допуски

проектировании новых изделий.

ЭМ

Р t)=

∏

t),

(1)

на размеры, обороты и нагрузки, то есть

В статье использовались данные из опы-

рассчитываем наихудший вариант.

та работы бюро надежности АО «Электро-

где Р_ЭМ(t) - вероятность безотказной рабо-

Величина ресурса до первого ремонта

привод» с 1962 года, года создания данного

ты i-того узла;

определяется по формуле:

отдела на предприятии, по настоящее время.

Проблемы качества и надежности,

сертификация, стандартизация

№ 4 2020

Литература

7. ОСТ 1 00146-74 Надежность изделий авиа-

специальности «Электрические машины и ап-

1. ОСТ

1 00151-88 Машины электрические

ционной техники. Система сбора и обработки

параты». Опыт работы в области надежности

авиационные. Методы расчета количествен-

информации. Порядок учета. Показатели. Виды

авиационных электроприводов - 48 лет. В на-

ных показателей безотказности.

обработки. Состав функциональных групп.

стоящее время работает ведущим инжене-

2. ОСТ 1 00132-97 Надежность изделий авиаци-

8. ОСТ 1 00156-75 Надежность изделий ави-

ром-конструктором АО «Электропривод».

онной техники. Методы количественного ана-

ационной техники. Классификаторы призна-

лиза безотказности функциональных систем

ков неисправностей.

Trefilova Tatyana

при проектировании самолетов и вертолетов.

9. ГОСТ РВ 15.702-94 Военная техника. Поря-

Was born in 1990. In 2013 she graduated from

3. ОСТ

1 01204-2012 Надежность изделий

док установления и продления назначенных

Vyatka State University with a degree in “Elec-

авиационной техники. Эквивалентно-цикли-

ресурса, срока службы, срока хранения.

tric Drive and Automation of Industrial Instal-

ческие испытания на безотказность авиаци-

lations and Technological Complexes”. Work

онного оборудования.

Трефилова Татьяна Александровна

experience in the field of reliability of aviation

4. ГОСТ РВ 20.57.304-98 Комплексная систе-

Родилась в 1990 году. В 2013 году окончила

electric drives is 6 years. At present she works

ма контроля качества. Аппаратура, приборы,

ВятГУ по специальности

«Электропривод

as the head of the reliability bureau of JSC

устройства и оборудование военного назна-

и автоматика промышленных установок

“Electroprivod”.

чения. Методы оценки соответствия требова-

и технологических комплексов». Опыт ра-

ниям надежности.

боты в области надежности авиационных

Biryukova Galina

5. МУ 2Н-924 Методические указания по ве-

электроприводов - 6 лет. В настоящее вре-

Was born in 1949. In 1972 she graduated from

дению испытаний на надежность в техниче-

мя работает начальником Бюро надежности

the Kirov Polytechnic Institute with a degree

ские условия бортовых электротехнических

АО «Электропривод».

“Electrical Machines and Devices”. Work

изделий.

experience in the field of reliability of avia-

6. ОСТ В1 00094-73 Надежность изделий

Бирюкова Галина Андреевна

tion electric drives is 48 years. At present she

авиационной техники. Методы анализа без-

Родилась в 1949 году. В 1972 году окончила

works as a leading design engineer of JSC

отказности по данным эксплуатации.

Кировский политехнический институт по

“Electroprivod”.

Диагностика и испытания

№ 4 2020

Проблемы воспроизводимости

вибрационных испытаний

// Vibration test reproduction problems //

Бушуев А. П., Гусев С. В.,

характеристики при воздействии вибра-

АО «Электропривод», Киров

ции. При этих испытаниях изделие функци-

онирует в номинальном режиме, подверга-

Данная статья написана с целью рас-

This article is written with the aim of re-

ясь воздействию вибрации в соответствии

крыть и показать основы такого инже-

vealing and showing the basics of such an

с требованиями ТЗ.

На начальном этапе вибрационных ис-

нерного направления, как вибрационные

engineering direction as vibration testing.

пытаний посредством вибродатчиков, уста-

испытания. Основной упор в статье

The main focus of the article is on the con-

новленных на элементах и узлах изделия,

делается на рассмотрение вопросов

sideration of reproducibility of vibration

регистрируется вибрационный отклик на

воспроизводимости результатов

test results. The article is primarily aimed

возмущение - определяется амплитудно-

вибрационных испытаний. Статья

at practitioners, it will also be useful to

частотная характеристика (далее АЧХ) из-

в первую очередь ориентирована на

developers of machinery and apparatus

делия. Определение резонансных частот

специалистов-практиков, также будет

designs, developers of vibration test de-

(АЧХ) изделия является важной и определи-

полезна разработчикам конструкции

vices, production services - manufacturers

тельной характеристикой для продолжения

машин и аппаратов, разработчикам

of these devices. Issues of product quality

испытаний [1].

приспособлений для испытаний на воз-

are raised.

Из опыта проведения вибрационных

испытаний замечен тот факт, что по проше-

действие вибрации, производственным

Keywords: vibration test, frequency re-

ствии времени при проведении повторных

службам - изготовителям данных при-

sponse, vibration generator, quality.

испытаний полученные значения АЧХ из-

способлений. Затронуты вопросы каче-

делия не соответствуют измеренным ранее,

ства продукции.

имеет место изменение АЧХ изделия.

Ключевые слова: испытания на вибра-

Далее рассмотрим причины появления

цию, амплитудно-частотная характе-

нестабильности воспроизводимости резуль-

ристика, виброгенератор, качество.

татов испытаний.

Исследуемое изделие. Изделие состоит

Вибрация встречается во всех сферах

из виброгенератора, посредством которо-

из множества конструктивных элементов,

машиностроения, в том числе в отраслях

го моделируется механическая вибрация,

которые, в свою очередь, имеют собствен-

авиационной и военной техники. Источ-

присутствующая на объекте эксплуатации,

ные резонансные частоты, влияющие друг

ником вибрации являются движущие ме-

усилителя мощности и системы управления.

на друга. Точность изготовления элементов

ханизмы, совершающие поступательные

Исследуемое изделие устанавливается через

конструкции, непостоянство межэлементных

и вращательные действия. Воздействие

переходное приспособление (оснастку) на

зазоров - все это сказывается на изменчи-

вибрации на изделие является одним из

виброгенератор.

вости АЧХ изделия.

важных факторов, оказывающих негатив-

Основные этапы вибрационных испы-

Приспособление. Цель приспособления -

ное влияние на характеристики, проч-

таний следующие:

передать вибрации от стола виброгенера-

ностные показатели и долговечность.

••

определение резонансов конструк-

тора к изделию без искажения.

Проведение вибрационных испытаний

ции и ее элементов. Данный этап позво-

Можно выделить несколько основных

на этапах опытно-конструкторских работ

ляет выявить слабые места изделия без

факторов, влияющих на результат воспро-

(ОКР) позволяет избежать ряда проблем

физического разрушения и оценить готов-

изведения вибрации.

при дальнейшей эксплуатации. Очень важ-

ность к следующим этапам ви-

но для полноценного контроля качества

брационных испытаний;

и оценки стабильности характеристик из-

••

вибропрочность

- по-

делия соблюдать чистоту эксперимента

зволяет оценить способность

и повторяемость воздействий с момента

изделия противостоять раз-

первых положительных результатов ви-

рушающему

воздействию

брационных испытаний.

вибрации и сохранять харак-

Вибрационные испытания являются

теристики. В данном случае

одними из сложных видов испытаний, тре-

изделие находится в стадии

бующих наличия специфичного комплекса

готовности к выполнению ос-

оборудования: испытательного стенда, ос-

новных тактико-технических

настки, набора контрольно-измерительной

задач, ожидая сигналов управ-

аппаратуры, а также специалистов, облада-

ления, задания;

ющих компетенциями, знаниями и опытом

••

виброустойчивость

в области вибрации.

позволяет оценить способ-

Испытательный стенд представляет со-

ности изделия выполнять

Рис. 1. Расположение изделия и оснастки

бой вибрационную установку, состоящую

функции и сохранять свои

на виброгенераторе

Диагностика и испытания

№ 4 2020

Совпадение центра масс приспосо-

жесткость соединения намного ниже, чем

Виброгенератор. Конструктивно вибро-

бления с изделием с осью виброгенера-

при сварке, со временем она еще снижается

генератор электродинамического стенда

тора - наличие смещения центра масс от

ввиду ослабления крепления. Соединение

состоит из динамической катушки, установ-

продольной оси создает момент в про-

сваркой лишено таких проблемных свойств,

ленной на специальных подвесах. Задача

дольной плоскости стола виброгенератора

но вследствие сварочных работ возникают

подвесов - позволить перемещаться ди-

(рис. 1) [2].

мощные механические напряжения [4]. Та-

намической катушке со столом вдоль оси

Возникающие поперечные знакопере-

кие напряжения практически во всех кон-

виброгенератора в широком частотном

менные нагрузки нагружают конструктивные

струкционных материалах присутствуют

диапазоне, одновременно зафиксировав

элементы вибростенда, повреждая их. Идет

в течение всего эксплуатационного периода.

в поперечных направлениях.

«раскачка» приспособления с изделием, ко-

Они представляют наибольшую опасность

Как и любой материал, подвесы имеют

торое, в свою очередь, подвергается некон-

для изделий, так как являются причиной

ограниченную прочность. Со временем экс-

тролируемым поперечным перегрузкам,

изменения габаритов и формы деталей. Су-

плуатации они теряют прочностные свойства

зачастую превышающим нормы задания.

ществующие мероприятия по снятию вну-

и дают возможность катушке перемещаться

В техническом описании на виброгенера-

тренних напряжений (термообработка, ме-

в поперечных направлениях. Критерием

тор, как правило, указывается поперечная

ханическая и термическая правка) не всегда

годности вибростендов является метро-

жесткость системы (С). Имея координаты

дают тот результат, который необходим для

логическая аттестация - подтверждение

центра масс нагрузки, можно оценить вли-

применения приспособления на вибрацию,

характеристик. Согласно ГОСТ 25051.4-83 за

яние возникающего поперечного момента

поскольку возникающая неплоскостность

критерий оценки поперечных составляющих

на виброгенератор. Расчет поперечных

посадочной поверхности может являться

принимается «коэффициент поперечных со-

моментов и влияния их на виброгенератор

причиной возникновения резонансов кон-

ставляющих», который не должен превышать

указан ниже.

струкции. Сварное приспособление требует

25% от заданного уровня - это не малый

Статический момент

периодического контроля геометрических

процент допустимого отклонения. Заметим

размеров с последующим проведением

также, что при аттестации используется на-

Мстат = Xmaсв.

Динамический момент

ремонтно-восстановительных работ, что

грузка цилиндрической формы (отношение

М_дин = Xma.

не всегда возможно ввиду ограниченных

высоты к диаметру от 0,4 до 1), что никогда

Суммарный момент

производственных мощностей предприятия

не будет соответствовать реальным услови-

по технологическим причинам.

ям испытаний [5].

Мсум = Мстат + Мдин.

Оценка допустимости момента

М = С -М_сум,

где Х - расстояние от центра тяжести на-

грузки до оси виброгенератора, м;

m - масса испытуемого объекта, кг;

асв - ускорение свободного падения, м/с2;

а - испытательное ускорение, м/с²;

С - поперечная жесткость системы, Нм.

При М > 0 поперечный момент находит-

ся в пределах требований; при М < 0 воз-

никающий момент превышает поперечную

жесткость системы, возможны повреждения

виброгенератора.

В случае сложносоставного приспо-

собления не так все прозрачно. Элемен-

ты конструкции сложносоставного при-

способления имеют собственные массы

и нелинейные АЧХ. При испытаниях по

мере изменения частоты синусоидальной

вибрации конструктивные элементы при-

способления могут резонировать, будет

Рис. 2. АЧХ изделия, установленного на вибростенд TIRA vib мощностью 55 кН

наблюдаться относительное смещение

«динамического центра тяжести» [3], что

также приведет к нежелательным воздей-

ствиям поперечных составляющих на из-

делие и виброгенератор.

Приспособление должно быть спроекти-

ровано таким образом, чтобы его жесткость

была достаточной для удержания объекта

испытаний, имеющего массу, вместе со зна-

копеременным ускорением. С точки зрения

технологии изготовления наиболее верным

считается изготовление приспособлений из

цельного куска материала, но, как правило,

ввиду ограниченных мощностей предпри-

ятий при изготовлении сложного приспо-

собления предпочтение отдается приме-

нению болтового соединения элементов

конструкции, либо соединяют на сварку.

Данные соединения обладают рядом отри-

цательных свойств: при болтовом креплении

Рис. 3. АЧХ изделия, установленного на вибростенд ETS Solutions мощностью 20 кН

Диагностика и испытания

№ 4 2020

Для примера рассмотрим испытание

T-FLEX Анализ и Т-FLEX Динамика, APM FEM,

Литература

изделия на двух различных вибростендах

NASTRAN.

мощностью 55 кН и 20 кН. Изделие представ-

Например, пакет ANSYS сопрягается

1. ГОСТ РВ 20.57.305-98. Аппаратура, прибо-

ляет собой электромеханизм, который кре-

с CAD (Computer Aided Design) системами

ры, устройства и оборудование военного на-

пится к плоскости приспособления фланцем.

NX, CATIA, Solid Edge, Solid Works, Autodesk

значения. Методы испытаний на воздействие

Приспособление - угольник, изготовленный

Inventor. CAE системы T-FLEX Анализ и Т-FLEX

механических факторов.

из цельного куска алюминиевого сплава.

Динамика интегрированы в T-FLEX CAD,

2. Ананьева Е. С. Приспособления для вибра-

Общий центр масс системы приспособление-

а библиотека APM FEM интегрирована

ционных испытаний изделий на воздействие

изделие проходит через ось вибростенда,

с КОМПАС-3D.

механических факторов. Инженерия для ос-

но центр масс самого изделия не совпадает

Можно выделить основные функции

воения космоса // Сборник научных трудов.–

с осью вибростенда.

CAE-систем, необходимые для анализа

ТПУ, Томск, 2017.

При воздействии вибрации изделие бу-

механического поведения компьютерной

3. ГОСТ 28231-89. Основные методы испы-

дет входить в резонанс с возникновением

модели изделия:

таний на воздействие внешних факторов.

многократной перегрузки на резонансной

••

анализ собственных частот - позво-

Часть 2. Испытания. Крепление элементов,

частоте, центр масс системы приспособле-

ляет осуществлять расчет собственных

аппаратуры и других изделий в процессе

ние-изделие будет смещаться. Возникающий

(резонансных) частот конструкции и со-

динамических испытаний, включая удар (Ea),

поперечный момент будет взаимодейство-

ответствующих форм колебаний. Резуль-

многократные удары (Eb), вибрацию (Fc и Fd),

вать с конструктивными элементами ви-

таты используются для повышения на-

линейное ускорение (Ga) и руководство.

бростенда.

дежности и работоспособности изделия

4. Электронный ресурс: http://solidiron.ru/

Ниже на графиках зеленой кривой пред-

в условиях, исключающих возникновение

obrabotka-metalla/svarka/.

ставлен отклик изделия, полученный на кон-

резонансов;

5. ГОСТ 25051.4-83. Установки испытатель-

соли (рис. 2 и 3).

••

анализ вынужденных колебаний

ные вибрационные электродинамические.

Из графиков можно заметить, что ре-

позволяет получить зависимости отклика

Общие технические условия.

зонансные частоты и пиковые значения

системы от частоты вынуждающих воздей-

6. P. Avitabile. Вибрационные испытания:

откликов изделия фактически отличаются.

ствий - силовых и/или кинематических,

последствия игнорирования резонансных

Рассмотрев ряд причин нестабильности

изменяющихся по гармоническому зако-

колебаний оснастки // Sound and vibration,

воспроизводимости результатов, можно

ну. По результатам расчета для диапазона

2019.

сделать один общий вывод - подвижный

частот могут быть получены зависимости

стол виброгенератора (подвижная катушка),

амплитуд и виброускорений от частоты

Бушуев Андрей Павлович

переходное приспособление, объект ис-

вынуждающих воздействий, что важно

Родился в 1986 году. В 2009 году окончил Вят-

пытаний следует рассматривать как единую

при оценке виброустойчивости системы

ский государственный университет по спе-

систему [6]. Любое изменение в конструкции

в заданном диапазоне частот;

циальности «Электропривод и автоматика

системы может вызвать изменение ампли-

••

анализ напряженно-деформирован-

промышленных установок и технологических

тудно-частотной характеристики в любой

ного состояния и динамических процес-

комплексов». Опыт работы в сфере испыта-

ее точке. Кроме вышеописанных причин на

сов - позволяет рассчитать напряженно-

ний на внешние воздействующие факторы

результаты испытаний оказывает влияние

деформированное состояние механиче-

авиационного оборудования - 15 лет. В на-

погрешность средств измерений (система

ской системы под действием постоянных

стоящее время работает инженером 1-й ка-

управления + датчик), правильная настройка

и изменяющихся во времени силовых

тегории - руководителем группы испытаний

системы управления (квалификация опе-

и кинематических нагрузок.

АО «Электропривод».

ратора).

Такие системы являются идеальным ин-

Исходя из сказанного выше, можно

струментом для прогнозирования поведения

Гусев Сергей Владимирович

сформировать следующие рекомендации

механической системы, но обладают рядом

Родился в 1982 году. В 2004 году окончил Вят-

для получения объективного результата

недостатков.

ский государственный университет по специ-

и повторяемости:

Компьютерная модель не может вклю-

альности «Электропривод и автоматизация

1. Сравнительные испытания по опреде-

чать в себя все возможные варианты и ус-

промышленных установок». Опыт в области ис-

лению АЧХ необходимо проводить на одном

ловия поведения определенных узлов

пытаний авиационной электротехники - 16 лет.

и том же или идентичном по характеристи-

и компонентов. Для упрощения математи-

В настоящее время работает начальником экс-

кам вибростенде.

ческой модели принимают определенные

периментально-исследовательского отдела

2. Центр масс приспособления и изделия

допущения, которые не должны оказывать

АО «Электропривод».

должны строго совпадать с продольной осью

существенное влияние на работу механи-

виброгенератора.

ческих систем. Но, к сожалению, в реальной

Bushuev Andrey

3. При испытаниях следует вести кон-

работе изделие может вести себя немно-

Was born in 1986. In 2009 he graduated from

троль поперечных ускорений с целью не

го по-другому. Например, компьютерная

Vyatka State University with a degree in “Electric

перегрузить как изделие, так и виброгене-

модель не сможет просчитать, как поведет

Drive and Automation of Industrial Installations

ратор.

себя изделие в случае наличия в материале

and Technological Complexes”. Work experience

4. Применять при разработке продукции

микротрещин или, имея сложную многосо-

in the field of testing for external factors of avia-

средства компьютерного моделирования

ставную конструкцию, наличия напряжен-

tion equipment is 15 years. At present he works

CAE (Computer Aided Engineering), системы

ностей в сварочном шве и т.д. Все это может

as an engineer of the 1st category - the head of

для расчетов конструкции методом конеч-

привести к совершенно иному распределе-

the test group of JSC “Electroprivod”.

ных элементов.

нию нагрузки в конструкции. В этом случае

Использование систем инженерного

экспериментальные и смоделированные

Gusev Sergey

анализа позволяет выявить возможные

данные будут иметь отличия.

Was born in 1982. In 2004 he graduated from

недостатки изделия и найти его оптималь-

5. Следить за состоянием чистоты поса-

Vyatkа State University with a degree in “Electric

ный вариант конструкции до начала изго-

дочных поверхностей и отсутствием непло-

Drive and Automation of Industrial Installations

товления, значительно снизить расходы на

скостности.

and Technological Complexes”. Work experience in

проектирование и изготовление, повысить

6. Перед испытаниями определить АЧХ

aviation electrical engineering testing is 16 years.

качество продукции. Наиболее распростра-

приспособления, используя, по возможно-

At present he works as head of the test depart-

ненными системами считаются ANSYS, IDEAS,

сти, эквивалент массы изделия.

ment in JSC “Electroprivod”.

Информация

№ 4 2020

Сведения об авторах

К.т.н.

Д.т.н., профессор

Власов Андрей Иванович

Исмагилов Флюр Рашитович

+7-833-223-13-83

+7-347-273-77-87

Нефедов Борис Алексеевич

Грязев Константин Дмитриевич

+7-833-238-00-35

+7-833-223-19-70

Рубцова Людмила Александровна

Филиппов Михаил Алексеевич

+7-833-258-43-88

+7-833-258-45-66

Губин Илья Вячеславович

Трефилова Татьяна Александровна

+7-833-274-27-36

+7-833-258-08-15

Москвин Евгений Владимирович

Бушуев Андрей Павлович

+7-833-258-25-86

+7-833-223-28-85

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 соб-

(6 номеров) - 6 000 руб., в т.ч. НДС 20%

ственностью редакции.

Оформить подписку можно:

- через редакцию - необходимо направить по факсу или элек-

При перепечатке ссылка на журнал обязательна.

тронной почте заявку с указанием банковских реквизитов,

наименования организации (фирмы), точного почтового адре-

Полученные материалы не возвращаются.

са и количества комплектов журнала.

Тел./факс: (495) 500-40-20, e-mail: npptez@mail.ru;

Редакция оставляет за собой право корректорской

- через ОАО Агентство «Роспечать» - по Каталогу изданий орга-

и редакторской правки публикаций без согласования

нов научно-технической информации 2020 г., индекс 59990.

с авторами.

СТОИМОСТЬ РЕКЛАМЫ:

Журнал распространяется через редакцию по адресной рассыл-

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

ке, через ОАО Агентство «Роспечать», на специализированных

4-я страница обложки - 30 000 рублей;

выставках и симпозиумах.

одна страница внутри журнала - 12 000 рублей.