Аппаратно-программный комплекс и косвенный метод контроля параметров движения индуктора синхронного линейного генератора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Гибадуллин, Рамил Рифатович

• Гибадуллин, Рамил Рифатович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Гибадуллин, Рамил Рифатович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

1.1 Конструктивные особенности линейных электрических машин

1.2 Современное состояние вопроса разработки линейных электрических машин

1.3 Методы и средства контроля параметров движения подвижных элементов линейных непосредственных машин

1.4 Характер изменения ЭДС в обмотке статора в зависимости от характера движения индуктора синхронного линейного генератора

1.5 Обзор контрольно-измерительных стендов для измерений параметров ЭМВПД

1.6 Анализ применяемых приборов, средств контроля, приборов автоматизации в контрольно-измерительных стендах для измерений параметров ЭМВПД

1.7 Постановка задачи исследования

1.8 Выводы

2. РАЗРАБОТКА КОСВЕННОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ИНДУКТОРА СИНХРОННОГО ЛИНЕЙНОГО ГЕНЕРАТОРА

2.1 Обоснование создания косвенного метода контроля параметров движения индуктора синхронного линейного генератора

2.2 Косвенный метод контроля параметров движения индуктора СЛГ

2.3 Выводы

3. РАЗРАБОТКА КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО СТЕНДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБРАТИМЫХ ЭМВПД И АПК, РЕАЛИЗУЮЩЕГО КОСВЕННЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ

ДВИЖЕНИЯ ИНДУКТОРА СЛГ

3.1 План проведения эксперимента

3.2 Контрольно-измерительный стенд для определения параметров обратимых электрических машин возвратно-поступательного действия, работающих в тяжелых условиях

3.2.1 Описание составных частей стенда

3.2.1.1 Система сбора информации и управления стендом

3.2.1.2 Система привода и нагружения

3.2.1.3 Система силового электропитания

3.2.2 Работа составных частей стенда

3.2.3 Расчет основных элементов стенда

3.2.3.1 Расчет элементов системы охлаждения

3.2.3.1.1 Расчет параметров водяного насоса

3.2.3.1.2 Расчет параметров водяного радиатора

3.2.3.1.3 Расчет трубопроводов

3.2.3.2 Расчет привода кривошипно-шатунного механизма

3.3 Обоснование создания АПК управления процессом контроля параметров движения индуктора СЛГ

3.4 Разработка АПК управления процессом контроля параметров движения индуктора СЛГ

3.4.1 Принцип аппаратной реализации АПК на основе

программируемого шасси Сотра^МО

3.5 Выводы

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА КОСВЕННОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ИНДУКТОРА СЛГ И

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЕГО ПРИМЕНЕНИЮ

4.1 Экспериментальная проверка метода

4.2 Практические рекомендации по применению косвенного метода контроля параметров движения индуктора СЛГ

4.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК РАБОТ АВТОРА, ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНОЕ

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аппаратно-программный комплекс и косвенный метод контроля параметров движения индуктора синхронного линейного генератора»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности

Датчик положения индуктора синхронного линейного генератора (СЛГ) предназначен для определения его параметров движения (положения, скорости, направления движения). В отличие от вращающихся машин, индуктор СЛГ имеет крайние положения, выход за которые может привести к прекращению функционирования машины или даже поломке ее деталей. Таким образом, датчик положения индуктора можно считать одним из важнейших элементов линейной электрической машины, и его неисправность приведет к остановке СЛГ, совмещенного с различными приводами (пневмо-, гидро- и т.п.).

На практике СЛГ зачастую совмещают с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), что позволяет достигать высоких частот колебаний индуктора. Но совмещение СЛГ с ДВС влечет за собой повышение рабочих температур элементов машины. В таких условиях контактные датчики работать не смогут. Бесконтактные датчики (к примеру, лазерный триангуляционный) необходимо наводить непосредственно на подвижный элемент, причем под определенным углом, что в ряде случаев довольно затруднительно. Соответственно, актуальной является задача определения точного положения, скорости и направления движения индуктора машины в режиме генератора альтернативным, косвенным методом, не использующим датчики положения с присущими им ограничениями.

Задачи конструирования, испытания и исследования электрических машин возвратно-поступательного действия (ЭМВПД) рассмотрены в работах М.Я. Хитерера, И.Е. Овчинникова, А.И. Москвитина, М.М. Соколова, Л.К. Сорокина, Е.В. Козаченко, И.В. Черных, Ф.Н. Сарапулова, Р.Т. Шрейнера, Л.В. Клименко, Ю.Ф. Антонова, А.А. Зайцева, Е.В. Сергеенковой, F. Milanesi, N. Bianchi, S. Во^паш, Н. РоН^ег и других. В известных работах определение положения индуктора линейной машины основано на применении датчика положения. Отказ от использования датчика позволяет избежать трудностей установки, связанных с габаритами машины и тяжелыми условиями работы

(воздействие температуры до 150°С). Альтернативные решения представлены в диссертационной работе.

Объект исследования: синхронный линейный генератор.

Предмет исследования: контроль параметров движения индуктора СЛГ по форме сигнала выходного напряжения.

Целью работы является разработка косвенного метода контроля параметров движения индуктора синхронного линейного генератора на основе показателей напряжения и реализующего его аппаратно-программного комплекса контроля; в результате реализации предлагаемого метода упрощается структура приводного синхронного линейного генератора (СЛГ) без снижения точности управления.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

1) сравнительный анализ существующих методов и средств контроля параметров движения индуктора СЛГ;

2) разработка альтернативного способа определения параметров движения индуктора СЛГ без использования контактных и бесконтактных датчиков;

3) экспериментальная проверка косвенного метода контроля параметров движения индуктора СЛГ;

4) разработка практических рекомендаций по применению косвенного метода контроля параметров движения индуктора СЛГ.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Установлены закономерности влияния параметров движения индуктора на форму и величину выходного напряжения СЛГ.

2. Разработан алгоритм расчета положения, скорости и направления движения индуктора СЛГ на основе измерения обобщенного вектора напряжения статора.

3. Разработан косвенный метод контроля параметров движения индуктора СЛГ, основанный на алгоритме расчета обобщенного вектора напряжения статора.

4. Разработан, создан и испытан аппаратно-программный комплекс, реализующий косвенный метод контроля параметров движения индуктора СЛГ.

Теоретическая значимость результатов работы состоит в дальнейшем развитии теории косвенных методов неразрушающего контроля.

Практическая значимость результатов работы состоит в возможности практического использования разработанного аппаратно-программного комплекса (АПК) и косвенного метода контроля параметров движения индуктора синхронного линейного генератора при проектировании электроустановок с различными приводами (гидравлический, пневматический, на основе ДВС и т.п.), снижении их стоимости, в возможности использования предложенного метода в тяжелых условиях работы, например, при воздействии температуры до 150°С, в условиях, когда установка датчиков положения затруднительна.

Методология и методы диссертационного исследования определялись характером поставленных задач и опирались на положения теории ЭМВПД, теории электрических цепей, теории вероятностей и математической статистики. Исследования и расчеты выполнялись на ПЭВМ с использованием стандартных и специально разработанных алгоритмов и программ. При разработке программного обеспечения применялась среда графического программирования LabVIEW, а при проектировании электронных блоков аппаратуры - среда Multisim.

Положения, выносимые на защиту

1. Косвенный метод контроля параметров движения индуктора СЛГ, основанный на анализе формы сигнала напряжения.

2. Алгоритм расчета положения, скорости и направления движения индуктора СЛГ на основе обобщенного вектора напряжения статора.

3. Аппаратно-программный комплекс (АПК) управления процессом контроля параметров движения индуктора СЛГ.

4. Практические рекомендации по применению косвенного метода контроля параметров движения индуктора СЛГ.

Обоснованность и достоверность выводов и результатов работы достигается использованием при решении поставленных задач математических методов, экспериментальной обоснованностью принятых допущений, сопоставлением результатов с общеизвестными, опубликованными в научно-технической литературе исследованиями.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Энергетика и энергосбережение: теория и практика» (г. Кемерово, 2014), научно-технической конференции инновационных проектов, выполненных вузами и научными организациями Приволжского федерального округа (г. Нижний Новгород, 2014), международной молодежной научной конференции «Научному прогрессу -творчество молодых» (г. Йошкар-Ола, 2015), международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» (г. Казань, 2015), Поволжской научно-практической конференции «Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве». (г. Казань, 2015).

Внедрение

Полученные теоретические и практические результаты работы использованы:

- в испытательном стенде для ЭМВПД, разработанном в рамках соглашения с Минобрнауки РФ от «20» октября 2014 г. № 14.577.21.0121. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) RFMEFI57714X0121;

- в учебном процессе кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» ФГБОУ ВО «КГЭУ» при подготовке магистров по направлению 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника».

Публикации

Основное содержание диссертации изложено в 14 печатных работах, из них 1 статья в рецензируемом научном издании, индексируемом в международной

базе данных SCOPUS, 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК (в том числе 2 статьи в журнале, входящем в перечень ВАК по специальности диссертации), 2 патента на полезную модель, 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ и 5 публикаций в материалах всероссийских и международных научных конференций.

Личный вклад автора

Результаты, представленные в диссертации и отраженные в публикациях, получены при непосредственном участии соискателя. Автор принимал участие в разработке косвенного метода контроля параметров движения индуктора СЛГ, создании алгоритма расчета положения, скорости и направления движения индуктора СЛГ на основе обобщенного вектора напряжения статора, разработке АПК управления процессом контроля параметров движения индуктора СЛГ. Автор принимал участие в обработке экспериментальных данных, обсуждении результатов, написании статей и представлении докладов на конференциях.

Соответствие диссертации научной специальности

Диссертация соответствует специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. Полученные в работе научные результаты соответствуют пп. 1 «Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», 3 «Разработка, внедрение и испытания приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, имеющих лучшие характеристики по сравнению с прототипами», 6 «Разработка алгоритмического и программно-технического обеспечения процессов обработки информативных сигналов и представление результатов в приборах и средствах контроля, автоматизация приборов контроля» Паспорта специальности.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 69 наименований, и 1 приложения. Содержит 143 страницы машинописного текста, 61 рисунок и 11 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю Цветкову Алексею Николаевичу за полезные консультации в ходе выполнения работы, и заведующему кафедрой «Электроснабжение промышленных предприятий» Казанского государственного энергетического университета Ившину Игорю Владимировичу за помощь и поддержку.

1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

1.1 Конструктивные особенности линейных электрических машин

К настоящему моменту можно выделить несколько типов линейных непосредственных машин (ЛМ): асинхронный, постоянного тока, синхронный на постоянных магнитах (вентильный), шаговый.

Еще в начале ХХ века (02.06.1906 №12581) в Англии Зеденом был зарегистрирован патент на изобретение линейного двигателя. Приведем выдержку из этого патента.

"Изобретение относится к устройствам для приведения в движение железнодорожных экипажей, лифтов, возвратно-поступательных частей машин, станков и других приспособлений посредством движущегося (бегущего) магнитного поля. В применении к железным дорогам магнит (индуктор), возбуждаемый трехфазным или иным током, устанавливается на экипаже вблизи от рельса (полосы), который играет роль короткозамкнутого якоря многофазного двигателя. Полоса может быть выполнена из стали и латуни или другого металла, и в ней для экономии массы и регулирования тока проделаны отверстия (перфорации) различной ширины - для обеспечения пуска экипажа и т.п. Магниты (индукторы) могут быть установлены над или под полосой для увеличения сцепления или частичной компенсации массы экипажа. Они могут быть расположены с противоположных сторон полосы, либо электромагнит (индуктор) может быть расположен с одной стороны полосы, а шихтованный пакет стали - с другой. Устройство может быть таким, что силы уравновешиваются или не уравновешиваются. В случае лифта, например, индукторы направлены наружу для взаимодействия с двумя направляющими полосами".

Характерно, что практически все конструкции современных линейных приводов в той или иной мере используют положения этого патента, исключения составляют лишь несколько специальных типов двигателей.

Одним из первых линейных электроприводов со значительным поступательным перемещением и большой, хотя и кратковременно реализуемой мощностью следует считать систему разгона самолетов, разработанную в 1945 г. фирмой "Вестингауз" для флота США. Первичная часть конструкции укреплялась на тележке, на которой устанавливался разгоняемый самолет. К тележке подводилось трехфазное питание с одной заземленной фазой. Неподвижная вторичная часть имела в длину несколько сотен метров и представляла собой набранный из стальных пластин магнитопровод с короткозамкнутой клеткой из медного сплава (большим сопротивлением по краям пути и меньшим в середине пути). Двигатель развивал силу тяги 75 кН при скоростях от 0 до 100 м/с, то есть имел мощность порядка 7500 кВт. Реактивный самолет массой 45103 кг

Л

разгонялся на полосе длиной 165 м за 4,2 с до скорости 50 м/с (а = 12 м/с , F = ma = 55 кН, остальные 20 кН тратились на преодоление сопротивления воздуха и для подъема) [63, 69].

Принцип ЛМ не нов и, в общем, достаточно известен, поскольку прототипом ЛМ является простейшая электромагнитная система. Такая система состоит из металлического сердечника-магнита и статорной обмотки (рисунок 1.1). При подаче тока определенной полярности в обмотку сердечник сместится в ту или иную сторону, причем практически мгновенно. Изменение полярности сигнала на обмотку приведет к обратному ходу сердечника. Как видим, от источника энергии к рабочему органу (РО) нет никаких промежуточных элементов, передача энергии осуществляется через воздушный зазор, ничего не надо вращать, сразу возможно осуществление главной задачи - продольного движения РО. Гениальность решения, естественно, сразу была оценена по достоинству. На рассмотренном принципе уже десятилетия работают все элементы электроавтоматики, системы электротормозов, системы защиты, специальное оборудование ударного типа и т.д. Громадный опыт использования

электромагнитных систем четко выявил их потрясающие достоинства: удивительная простота конструкции и применения, почти мгновенная остановка, мгновенный реверс, сверхбыстрота срабатывания, большие усилия, простота настройки. Но не было только одного - возможности регулировать скорость РО в электромагнитной системе и обеспечивать тем самым регулируемое поступательное движение РО (сердечника). А без этой возможности применить электромагнитный привод (несмотря на его гениальность), как движитель в оборудовании, было невозможно [7].

ЛЛОСКИИ глшш

Рисунок 1.1 - Линейный электродвигатель [7]

Потребовались многие годы работы ученых и конструкторов в разных странах, прежде чем был достигнут успех. Особенно интенсивно велись работы в Японии, где электромагнитный привод (уже как линейный привод) был впервые успешно использован как движитель для сверхскоростных поездов. Там же были попытки создания линейных приводов для металлообрабатывающих станков, но они имели существенные недостатки: создавали сильные магнитные поля, грелись, а главное, не обеспечивали равномерности в движении РО. Лишь на пороге нового тысячелетия начался серийный выпуск станков (пока в основном электроискровых (электроэрозионных)) с принципиально новыми ЛМ, в которых решены все проблемы по обеспечению равномерным движением РО станков со сверхвысокой точностью, с большим диапазоном регулирования скорости, с

громадными ускорениями, мгновенным реверсом, с простотой обслуживания и наладки [31].

Существуют ЛМ с быстрым ускорением и с медленным. Хотя, сравнивая с характеристиками других типов линейных приводов, правильнее было бы сказать «сверхбыстрым» и «быстрым». ЛМ первого типа используются, например, для разгона снарядов в так называемых рельсотронах. Второй тип применяется в поездах на магнитной подушке и системах линейного перемещения [54, 13].

Осевое усилие современных промышленных ЛМ составляет от нескольких Н до десятков кН. Диапазон скоростей также очень широк - от 10 мкм/с до 15 м/с. Скорость полезного перемещения ЛМ может превышать 200 м/мин. Типичные длины хода - десятки-сотни мм, однако ход может достигать 30 м, причем не в транспортной системе, а в обрабатывающем станке. Крайне малое трение и прямое преобразование энергии обеспечивают ЛМ КПД свыше 90%.

Точная и равномерная подача РО во всем диапазоне скоростей и нагрузок обеспечивается двумя техническими решениями:

• крепление постоянных магнитов под определенным фиксированным углом, который был открыт в ходе длительных экспериментов;

• реализация высокоэффективной системы управления (система SMC).

Огромное число разработок проводилось и проводится до сих пор в плане

использования ЛМ в качестве приводящих устройств транспортных средств. Причем разработки велись как по пути развертывания двигателей вращательного движения в плоскость, так и совершенно автономно.

С развитием технологии изготовления постоянных магнитов и, в частности, с появлением таких сплавов, как сомарий-кобальт и неодим-железо-бор, получили развитие и электрические машины с постоянными магнитами. Вентильные электроприводы с двигателями с возбуждением от постоянных магнитов являются на сегодняшний день наиболее эффективными и наиболее динамичными. В настоящий момент можем наблюдать бурное развитие систем с непосредственным приводом на основе вентильных двигателей. Это касается и двигателей вращательного движения, и ЛМ. Линейные вентильные двигатели

непосредственного привода призваны заменить всевозможные передаточные устройства в системах автоматической обработки и точного позиционирования

[9].

Сейчас можно выделить два основных принципиально различных типа линейных вентильных двигателей: линейный вентильный двигатель с ферромагнитным якорем и линейный вентильный двигатель с немагнитным якорем. Причем не имеет значения, якорь или индуктор движется.

ЛМ с ферромагнитным якорем получили значительное развитие, и сейчас компании-производители таких двигателей могут предложить машины с тяговыми усилиями от 200 Н до 20 кН, что перекрывает значительный диапазон задач даже тяжелого станкостроения. Область применения этих машин постепенно расширяется и включает уже любое станочное оборудование, требующее быстрых и стабильно точных перемещений, например установки для лазерной резки и многофункциональные станки, в частности, для твердого точения и шлифования. В таких станках, выпускаемых в мире несколькими фирмами, при точении используют высокую динамику ЛМ, а при шлифовании -обеспечиваемую ими высокую точность перемещений. Отсутствие износа и возможность выполнения частых быстрых и коротких ходов особенно востребованы в шлифовальных станках, поскольку шарико-винтовые передачи нередко не выдерживают такого темпа и выходят из строя.

На рисунке 1.2 приведен такой двигатель. Индуктор выполнен в виде разомкнутой полосы постоянных магнитов. Якорь выполнен в едином корпусе и состоит из многофазной системы обмоток и ферромагнитной пластины, замыкающей поток индуктора. Якорь закреплен на транспортной пластине, которая может совершать возвратно-поступательные движения по линейным направляющим качения. На рисунке 1.2 не виден датчик перемещения, который установлен на исполнительном органе. Через гибкий кабель-канал к якорю и к датчику подведены кабели соответственно питания обмоток и обратной связи (сигналов датчика линейного перемещения) [57].

Рисунок 1.2 - Линейный двигатель с ферромагнитным якорем [57]

Такая конструкция линейного вентильного двигателя явилась следствием прямого развертывания синхронной машины вращательного движения с постоянными магнитами в плоскость.

На сегодняшний день обязательным элементом ЛМ является оптическая или другая измерительная линейка с высокой дискретностью (0,1 мкм). Без нее система управления не может определить текущие координаты. К примеру, измерительная система линейных перемещений привода ELGL-LAS представляет собой магнитный линейный энкодер с высоким разрешением.

Линейный энкодер состоит из магнитной ленты, наклеенной на основании, и измерительной головки, закрепленной на каретке. Также линейный привод ELGL-LAS имеет необходимые крепежные и установочные отверстия, оснащается механическими ограничителями хода и дополнительными монтажными элементами рисунок 1.3.

1 - механический упор. 2 - основание. 3 - каретка (активная}. 4 - магнитная лента, 5 - измерительная головка датчика, 6 - крепежные отверстия. 7 - торцевой монтажный комплект, 8 - электрический интерфейс. 9 - пневматический интерфейс. 10 - отверстия для монтажа нагрузки

Рисунок 1.3 - Линейный привод ELGL-LAS [57]

Посмотрим более подробно принцип действия ЛМ, конструкция которого заложена в линейный привод ELGL-LAS. В основу конструкции ELGL-LAS положен принцип работы вентильно-индукторного двигателя (Switch Reluctance Motor) (рисунок 1.4). В конструкции ELGL-LAS предусмотрены три активные обмотки, расположенные на каретке.

Рисунок 1.4 - Расположение обмоток линейного привода ELGL-LAS [57]

Обмотки смещены друг относительно друга по оси движения на определенное расстояние. Рассмотрим режим поочередного подключения обмоток. Сначала подключаем первую обмотку L1. Магнитная система основания и каретки пытается занять наиболее оптимальное положение: обмотка L1 притягивается к ближайшему зубцу и фиксирует положение. Далее подключаем следующую обмотку L2. Под действием магнитных сил каретка перемещается вправо к следующему зубцу. То же самое происходит и после подключения третьей обмотки L3.

Если мы переходим от поочередного режима подключения к непрерывному, т.е. формируем трехфазный ток, а как следствие, и бегущее магнитное поле, то ЛМ осуществляет уже не шаговые движения, а плавные и непрерывные.

Важной особенностью линейных электроприводов подобного принципа действия является возможность установки дополнительных кареток на основание и управление каждой из них по отдельности или синхронизированно, в зависимости от требований задачи.

1.2 Современное состояние вопроса разработки линейных электрических

машин

В марте 2012 года компания Mitsubishi Electric объявила о начале производства новой серии станков MV с цилиндрическими линейными двигателями (ЦЛД) и продемонстрировала их на выставке «INTERMOLD 2012» в Осаке (Япония). Притом, что новые станки обладают великолепными технологическими возможностями и превосходной точностью, главное их преимущество - в экономичности и чрезвычайно низких текущих издержках. Во многом благодаря использованию ЦЛД, станки серии MV потребляют на 69% меньше энергии, чем их предшественники и на 42% позволяют снизить стоимость обработки при 30% сокращении времени. Это действительно потрясающий результат, который позволяет утверждать, что ЦЛД будут и дальше успешно использоваться в станках компании Mitsubishi Electric [34, 65].

Применение ЦЛД потребовало разработки и применения самой передовой технологии управления с использованием сверхскоростной оптоволоконной связи и системной коммуникацией в режиме реального времени. Безусловно, будет продолжаться дальнейшее совершенствование конструкции и системы управления, но уже сейчас можно достаточно уверенно утверждать, что применение ЦЛД это инновационное решение, которое ознаменовало собой новый этап эволюции в машиностроении [52, 67].

Кроме того, в 2016 году в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы», ученые кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Казанский государственный энергетический университет» под руководством доктора технических наук профессора Ившина И.В., по соглашению о предоставлении субсидии от «20» октября 2014 г. № 14.577.21.0121 разработали экспериментальный образец обратимой электрической машины возвратно-поступательного действия (ЭМВПД) мощностью 10 кВт для тяжелых условий эксплуатации, уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) КЕМЕЕ157714Х0121 (рисунок 1.5). Заинтересованность государства в данном исследовании еще раз подтверждает актуальность темы диссертации [2, 14, 23, 24, 35, 38, 48, 49].

Рисунок 1.5 - Экспериментальный образец обратимой электрической машины

Катушки обратимой ЭМВПД изготовлены из изолированной медной обмотки в виде ленты с количеством обмоток 5,75. Все катушки намотаны вручную с помощью специально разработанного намоточного устройства. Соединение катушек выполнено последовательно в трехфазную систему «звезда». Соединение катушек осуществлено в свободном от листов электротехнической стали промежутке наверху статора (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 - Укладка статора и соединение катушек

При изготовлении обратимой ЭМВПД использована высокотемпературная пайка концов обмоток. Она позволила создать стабильное соединение и термостойкость до 300 °С.

Статор залит компаундом, так как в процессе работы обратимой ЭМВПД могут возникнуть колебания зубцов листов, из которого набран статор. Этот эффект может привести к появлению шума и к разрушению изоляции катушек, находящихся на статоре. Спаянные катушки прошедшие многократные проверки изоляции заложены шихтованными листами.

Перед заливкой статора в него были заложены температурные датчики и сам статор помещен в кожух с каналами для охлаждающей жидкости (рисунок 1.7). Заливка произведена вакуумным способом.

Рисунок 1.7 - Кожух охлаждения

Индуктор состоит из вала, к которому на стойках приварен цилиндр. С одного торца к внутренней поверхности цилиндра приварен фланец. На цилиндре поочередно расположено шесть магнитов и пять диэлектрических колец. С одной стороны, они удерживаются буртиком цилиндра, с другой стороны поджимаются упором. Упор крепится к фланцу болтовым соединением (шесть болтов М8 с пружинными шайбами) [38].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гибадуллин, Рамил Рифатович, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Franco Maloberti Data Converters. Springer Science+Business Media. -

2007. - 440 p.

2. Kopylov A.M., Ivshin I.V., Safin A.R., Misbakhov R.Sh., Gibadullin R.R. Assessment, Calculation And Choice Of Design Data For Reversible Reciprocating Electric Machine // International Journal of Applied Engineering Research. - 2015. - № 12. - С. 31449-31462.

3. Krausz A., Weimar U., Gopel W. LABVIEW for sensor data acquisition // Trac - trends in analytical chemistry. - 1999. - №5. - P. 312-318.

4. Lan Grout Digital Systems Design with FPGAs and CPLDs. Elesvier, -

2008. - 724 p.

5. Агиевич С.Н., Беспалов В.Л. Цифровая обработка сигнала: скорость и экономия ресурсов // Мобильные системы. - 2007. - №3. - С. 26-29.

6. Акимов С.С. Использование коэффициентов асимметрии и эксцесса при гистограммном методе определения закона распределения вероятности // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2014. - №1. - С. 225-227.

7. Антонов Ю.В., Зайцев А.А. Магнитолевитационная транспортная технология. М.: ФИЗМАТЛИТ, - 2014. - 476 с.

8. Араканцев К.Г. Исследование методических погрешностей двухкоординатного оптико-электронного датчика контроля положения объектов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2006. - №26. - С. 151-156.

9. Артеменко С.Е., Кононенко С.Г., Левкина Н.Л., Артеменко А.А., Самылкин А.М. Модификация магнитопластов на основе интерметаллического сплава неодим-железо-бор // Пластические массы. - 2008. - №1. - С. 17-19.

10. Бонни Бейкер Что нужно знать цифровому инженеру об аналоговой электронике. М.: Додэка-XXI, - 2010. - 360 c.

11. Ваганов К.А., Бульбович Р.В. Многоканальная система измерений, обработки параметров и управления испытательным стендом на платформе COMPACTRIO // Датчики и системы. - 2015. - №3 (190). - С. 41-46.

12. Высоцкий В.Е., Тарашев С.А., Синицын А.П. Линейный генератор с постоянными магнитами для систем электропитания автономных объектов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 2010. - №1. - С. 80-82.

13. Герасин В.А. Высокоскоростной интеллектуальный железнодорожный транспорт // проектирование развития региональных сетей железных дорог. -2013. - №1. - С. 98-105.

14. Гибадуллин Р.Р., Ившин И.В., Максимов В.В., Копылов А.М. Обратимая электрическая машина возвратно-поступательного действия в модульном исполнении // Электрика. - 2015. - №8. - С. 2-5.

15. Головастов А. Стандарт PXI - технология и оборудование для построения контрольно-измерительных систем // Компоненты и технологии. -2012. - №3 (128). - С. 132-138.

16. Голощапов А. Энкодеры и датчики ZETTLEX на основе новой технологии индуктивных измерений // Электроника; наука, технология, бизнес. -2015. - №2 (142). - С. 106-115.

17. ГОСТ Р 8.736-2011. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. - М.: Стандартинформ, - 2013. -19 с.

18. Датчики: Справочное пособие / Шарапов В.М., Полищук Е.С., Совлуков А.С. и др. Под ред. В.М. Шарапова, Е.С. Полищука. М.: Техносфера, - 2012. -624 с.

19. Деревягин А., Бодров В. Российская микросхема двухканального цифрового потенциометра на 256 положений с трехпроводным последовательным интерфейсом // Компоненты и технологии. - 2006. - №64. - С. 70-74.

20. Дирочка А.И., Корнеева М.Д., Филачев А.М. Фотоэлектроника XXI века // Прикладная физика. - 2011. - №2. - С. 37-46.

21. Жуков К.Г. Модельное проектирование встраиваемых систем в LabVIEW. М.: ДМК Пресс, - 2011. - 688 с.

22. Захаров А.А. Возникновение погрешностей при линейном преобразовании измерительных шкал // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2003. - №1. - С. 153-159.

23. Ившин И.В., Гибадуллин Р.Р., Мисбахов Р.Ш. Определение предельных эффективных конструктивных параметров и технических характеристик обратимой электрической машины возвратно-поступательного действия // Энергетика Татарстана. - 2015. - № 4(40). - С. 75-81.

24. Ившин И.В., Копылов А.М., Гибадуллин Р.Р. Разработка обратимой электрической машины возвратно-поступательного действия // Энергоресурсоэффективность и энергосбережение в Республике Татарстан. Труды XV Международного симпозиума «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение». Казань: Издательство ИП Шайхутдинов А.И., - 2015. - С. 102-105.

25. Индуктивные датчики линейных перемещений/положения // eddylab.ru: датчики для измерений расстояний и перемещений URL: http : //www.eddylab .ru/eddylab-ru/praducts/mduktive-sensoren/pdf/inductive_transducer_rm_rus.pdf (дата обращения: 20.06.2017).

26. Инструкция по эксплуатации и спецификации NI 9215 / National instruments Россия, СНГ, Балтия. - 2007

27. Инструкция по эксплуатации и спецификации NI 9217 / National instruments Россия, СНГ, Балтия. - 2007

28. Инструкция по эксплуатации и спецификации NI 9221 / National instruments Россия, СНГ, Балтия. - 2007

29. Инструкция по эксплуатации и спецификации NI 9265 / National instruments Россия, СНГ, Балтия. - 2007

30. Инструкция по эксплуатации и спецификации NI 9401 / National instruments Россия, СНГ, Балтия. - 2007

31. Кавасаки Г., Морено М. Революционный продукт. Как создать и вывести на рынок. М.: Манн, Иванов и Фербер, - 2012. - 224 с.

32. Колесников Н.А., Леонтьев В.С., Божков С.Т. Исследование характеристик магнитоэлектрического датчика положения коленчатого вала // Вестник Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого. -2016. - №4 (95). - С. 26-28.

33. Конюхов Н.Е., Медников С.Ф., Нечаевский М.Л. Датчик положения для гидравлических цилиндров // Датчики и системы. - 2003. - №1. - С. 36-38.

34. Копелиович Д.И., Папикян А.М. Способы автоматизации производства при электроэрозионной обработке // Перспективы развития информационных технологий. - 2016. - №28. - С. 38-42.

35. Копылов А.М., Сафин А.Р., Гибадуллин Р.Р., Доломанюк Л.В. Разработка электрической машины возвратно-поступательного действия модульного типа // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. -2016. - №9-10. - С. 102-108.

36. Котюк А.Ф. Датчики в современных измерениях. М.: Радио и связь, Горячая линия - Телеком, - 2006. - 96 с.

37. Криворученко А. Бесконтактные датчики положения. Проблемы выбора и практика применения // Компоненты и технологии. - 2007. - №66. - С. 32-35.

38. Логачева А.Г., Вафин Ш.И., Гибадуллин Р.Р., Копылов А.М. Влияние количества фаз обмотки статора на тяговое усилие линейного синхронного двигателя // Национальная ассоциация ученых (НАУ). Ежемесячный научный журнал. - 2015. - №2 (7). - С. 138-143.

39. Лотоцкий В.Л., Лузинский В.Т. Инновационные предпосылки совершенствования специализированных индукционных датчиков линейных перемещений // Приборы. - 2009. - №7. - С. 11-17.

40. Магда Ю.С. LabVIEW: практический курс для инженеров и разработчиков. М.: ДМК Пресс, - 2012. - 208 с.

41. Медякова Э, Новикова О. Цифровые вольтметры-мультиметры // Компоненты и технологии. - 2013. - №4 (141). - С. 178-180.

42. Новиков Ю.А. Виртуальные измерительные приборы // Нано- и микросистемная техника. - 2014. - №11. - C. 29-36.

43. Новый линейный генератор позволит существенно увеличить дальность движения гибридных автомобилей // Dailytechinfo URL: http://www.dailytechinfo.org/auto/4876-novyy-lineynyy-generator-pozvolit-suschestvenno-uvelichit-dalnost-dvizheniya-gibridnyh-avtomobiley.html (дата обращения: 06.05.2017).

44. Обозов А.А. Алгоритм поиска корректного положения отметки ВМТ в системах диагностики судовых дизелей // Двигателестроение. - 2006. - №1. - С. 27-30.

45. Перминов Б.А., Перминов В.Б., Ягубов З.Х., Ягубов Э.З., Тетеревлева Е.В. Измерение токов и напряжений с использованием вариационных структур // Научно-методический электронный журнал концепт. - 2015. - №8. - С. - 196200.

46. Рак К. Chan: Digital System Design Using Field Programmable Gate Arrays : Prentice Hall, - 1994

47. Савочкин А.А, Слободенюк А.А. Использование языка программирования LABVIEW при разработке измерительного оборудования // Вестник СЕВНТУ. - 2012. - №131. - С. 90-94.

48. Свидетельство № 2015663605 РФ. Программный комплекс для моделирования электрической машины возвратно-поступательного движения. / А.Р. Сафин, И.В. Ившин, Р.Ш. Мисбахов, А.Н. Цветков, А.М. Копылов, Р.Р. Гибадуллин. - № 2015619478; заявл. 07.10.2015; зарегистр. 25.12.2015; опубл. 20.02.2016. - 1 с.

49. Свидетельство № 2016611030 РФ. Программа оптимизации конструктивных размеров пазов и количества витков обмоток статора электрической машины возвратно-поступательного движения. А.М. Копылов, Р.Р. Гибадуллин, И.В. Ившин, А.Р. Сафин, Р.Ш. Мисбахов, А.Н. Цветков, А.К.

Мезиков, Л.В. Доломанюк, В.В. Максимов. - № 2015661976; заявл. 08.12.2015; зарегистр. 25.01.2016; опубл. 20.02.2016. - 1 с.

50. Семеренко Ю.А. Сопряжение приборного GPIB-интерфейса с персональным компьютером через LPT-порт // Приборы и техника эксперимента.

- 2005. - №5. - С. 53-55.

51. Сергеенкова, Е.В. Синхронная электрическая машина возвратно-поступательного движения (генератор) : Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук/Е.В. Сергеенкова. -Москва: Москва, - 2011.

- 118с.

52. Соколов В,В. Цилиндрические линейные асинхронные двигатели для привода погружных плунжерных насосов: дис. ... канд. тех. наук: 05.09.01. Екатеринбург, - 2006. - 135 с.

53. Стенд испытательный для проверки линейных электромеханических приводов на функционирование и ресурс // Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации" URL: http://www.niisu.ru/razrabotki/stend-ispytatelnyy-dlya-proverki-lineynyh-elektromehanicheskih-privodov-na-funkcionirovanie-i-resurs (дата обращения: 07.05.2017).

54. Сухачев К.И. Рельсовый электромагнитный ускоритель с внешним магнитным полем // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. - 2015. - №1. - С. 177-189.

55. Сысоева С. Датчики близости / положения / расстояния. Важные обновления и дальнейшие перспективы // Компоненты и технологии. - 2008. №80. - С. 44-54.

56. Сысоева С. Новые концепции датчиков скорости / положения // Компоненты и технологии. - 2008. - №78. - С. 24-34.

57. Тагиров И.Х., Насипов Р.В., Афлятонов Р.Ф. Линейные двигатели и перспективы их применения // Современные тенденции в научной деятельности. Астрахань: Научный центр "Олимп". - 2015. - С. 1337-1341.

58. Тимергалина Д.Г., Никишин Т.П., Воробьев А.С. Триангуляционный лазерный дальномер // Векторы развития современной науки. - 2015. №1. - С. 9496.

59. Файзрахманов Р.А., Минацевич С.Ф., Володин В.Д., Борисов С.С., Бикметов Р.Р., Шаронов А.А. Современные направления исследований в области векторного управления электродвигателями // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Безопасность и управление рисками. - 2014. - №1. - С. 150-163.

60. Фомин Е.И. Измерительные системы компании HEIDENHAIN // Автоматизация в промышленности. - 2011. - №5. - С. 14-18.

61. Хитерер М.Я., Овчинников И.Е Синхронные электрические машины возвратно-поступательного движения. СПб.: Корона-Принт, - 2013. -386 с.

62. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. 7-е изд. М.: Мир, БИНОМ, - 2009. - 704 с.

63. Шатворян Н.С., Самойленко А.Ю. Гибридные ДВС с электромеханической передачей мощности // эксплуатация морского транспорта. 2015. - №1 (74). - С. 43-45.

64. Шахнович И. Сигма-дельта АЦП архитектура, принципы, компоненты // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2006. - №4. - С. 18-22.

65. Шахнович И., Мейлицев В. PRODUCTRONICA 2015: Новые решения Российскому рынку. Часть 1 // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2016. №1 (151). - С. 22-61.

66. Штаргот Джозеф. Рекомендации по применению высокопроизводительных многоканальных АЦП с одновременной выборкой в системах сбора данных // Компоненты и технологии. - 2009. - №95. - С. 44-49.

67. Шулаков Н.В., Шутемов С.В. Метод расчета электромагнитных процессов в цилиндрическом линейном вентильном двигателе // Электротехника. - 2014. - №11. - С. 18-22.

68. Шурыгина В. АЦП всякие нужны. АЦП всякие важны // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2013. - №1 (123). - С. 046-054.

69. Шымчак П. Применение линейных электродвигателей для установок колебательного движения // Электротехника. - 2006. - №6. - С. 10а-14.

139

Приложение А Схемы электрические

Рисунок 1 - Щит силовой

Рисунок 2 - Блок нагрева

Рисунок 3 - Электрические соединения

Рисунок 4 - Блок нагрева

Рисунок 5 - Блок коммутации

Буквенные обозначения указанные на рисунках 1-5 расшифрованы в таблице П.А.1.

Таблица П.А.1 - Питающие линии

Наименование линии Назначение линии и марка проводника

a Питание Гидростанции ВВГ 5х16

Ь Питание Блока нагревателей ВВГ 5х2,5

c Питание Источника бесперебойного питания ВВГ 5х10

d Питание Ответственных потребителей ВВГ 5х10

e Питание Блока нагрузки ВВГ 3х2,5

f Питание Блока питания двигателя ВВГ 5х4

g Питание Вентилятора ВВГ 3х2,5

h Питание Насоса ВВГ 3х2,5

i Питание Системы управления ВВГ 3х2,5

} Линия Генератор-Блок коммутации 6хПВ3(1х10)

k Линия Блок коммутации-Блок нагрузки 6хПВ3(1х10)

l Линия Генератор-Блок коммутации 6хПВ3(1х10)

m Линия Блок коммутации - Блок питания 2хПВ3(1х10)

п Связь с заземлителем ПВ3(1х10)

o Линия к термостату ВВГ 3х2,5