Безщітковий двигун постійного струму для приводу панорамного телевізійного комплексу
Автор: Рибак Костянтин Мирославович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: У сучасному світі, розвиток технологій у галузі електротехніки та машинобудування накладає нові вимоги до енергозабезпечення, вимагаючи від електричних машин високої надійності, ефективності та сталості. У зв’язку з цим, електричні машини із ковзним контактом, зокрема, експлуатуються все менше через свої недоліки. Серед них низька надійність, збільшені механічні втрати, пожежна небезпека, що спричиняє попит на безщіткові двигуни. Аналізуючи причини відмов від традиційних машин, виділяють такі як низька надійність, збільшені втрати, вибухо-пожежна небезпека та складність обслуговування. Щітковий контакт стає джерелом додаткових втрат і шуму, обмежуючи максимальну швидкість ротора та знижуючи термін служби. Це веде до зростання популярності безщіткових двигунів, зокрема, безщіткових двигунів із постійними магнітами (БДПМ). Історично, БДПМ використовувалися у техніці, проте їх використання зросло з розвитком нових матеріалів для постійних магнітів у 50-60 роки. У 80-90-і роки почався активний розвиток магнітоелектричних машин, що зумовлено стрімким ростом напівпровідникової техніки та рідкісноземельних магнітів. Безщіткові двигуни відзначаються простотою конструкції, надійністю та високим коефіцієнтом корисної дії, що робить їх популярними в різних галузях. Тема обрана з урахуванням широкого використання безщіткових двигунів, зокрема, БДПМ, у різних технічних пристроях, від комп’ютерних вентиляторів до аерокосмічної техніки, що відкриває можливості для оптимізації використання електроенергії та покращення ефективності промислових процесів. Дипломна робота присвячена розробці та дослідженню безщіткового електричного двигуна для приводу панорамного телевізійного комплексу. Висвітлені ключові етапи проектування та обґрунтування прийнятих технічних рішень. Визначено параметри електромагнітних навантажень, що враховують робочі характеристики та ефективність двигуна. Обрані величини базуються на рекомендаціях літератури та попередньому досвіді. Важливість правильного вибору навантажень для досягнення оптимальної роботи системи. Описано важливість електромагнітних навантажень у визначенні ефективності та робочих характеристик двигуна. Вибір навантажень враховує фактори, такі як швидкість обертання, момент сили, температурні умови та енергоефективність. Розглянуто вплив повітряного проміжку на робочі характеристики двигуна. Обгрунтовано, як розмір проміжку впливає на крутний момент, втрати енергії, ефективність та теплопередачу. Обрано оптимальний проміжок для покращення ефективності та стійкості роботи двигуна. Надані конструктивні вимоги до двигуна: монтаж за ГОСТ 2479, захист від твердих частин за ГОСТ 17494 та охолодження за ГОСТ 20459. Обрано конструкцію, яка найбільше відповідає вказаним вимогам та забезпечує високий ступінь безпеки при роботі в екстремальних температурних умовах від -50 °C до +70 °C. Розглянуті аспекти вибору електромагнітних навантажень, повітряного проміжку та конструкції дозволяють оптимізувати параметри безщіткового двигуна, щоб він ефективно відповідав вимогам панорамного телевізійного комплексу. Досліджено розробку системи керування, що базується на мікроконтролері та використовує абсолютний енкодер для точного визначення положення ротора. Розглянуті алгоритми керування та їх вплив на ефективність приводу. Робота розглядає ключові аспекти проектування та вибору параметрів безщіткового електричного двигуна для застосування у панорамному телевізійному комплексі. Описано та обгрунтовано етапи вибору електромагнітних навантажень, повітряного проміжку та конструкції. Досліджено розробку мікроконтролерної системи керування для досягнення точності та стабільності приводу. Графічна частина включає складальні креслення двигуна, статора, ротора, схему обмотки Е3 та деталі конструкції. Об’єкт дослідження: процеси електромеханічного перетворення енергії у безщіткових двигунах постійного струму зі збудженням від постійних магнітів. Предмет дослідження: методики, алгоритми розрахунку параметрів та характеристик сервоприводу на основі безщіткових двигунів зі збудженням від постійних магнітів. Мета дослідження: розробка проекту сервоприводу на основі безщіткового двигуна з метою його використання у приводі панорамного телевізійного комплексу. Для досягнення поставленої мети дослідження було вирішено наступні задачі: 1. Виконано огляд літератури про вентильні двигуни та способи їх керування. 2. Проведено обгрунтування прийнятих у проекті конструкторських та технологічних рішень. 3. Виконано перевірковий електромагнітний розрахунок безщіткового двигуна, визначення основних розмірів, оцінка результатів. 4. Розроблено креслення безщіткового двигуна та його обмотки. Ключові слова: безщітковий двигун, синхронний двигун, статор, ротор, вал, обмотка, магніти, енкодер, мікроконтролер, сервопривід. Перелік використаних літературних джерел 1. Макарчук О.В. Ротори електричних машин зі збудженням від постійних магнітів / О.В. Макарчук, І.Г. Шаповалов // Електро- механічні і енергозберігаючі системи. – 2011. – Вип. 1/2011 (13). – C 21-26. 2. Lovelace E.C. Design and experimental verification of a direct-drive interior PM synchronous machine using a saturable lumped- parameter model / E.C. Lovelace, T. Keim, J.H. Lang, 3. D.D. Wentzloff, T.M. Jahns, J. Wai, P.J. McCleer // Ind. Applicat. Conf. – 2002, 37th IAS Annual Meeting, vol.4. –pp.2486-2492. 4. Жильцов А. В. Чисельний розв’язок рівнянь динаміки коаксіально-лінійного двигуна з постійними магнітуми / А. В. Жильцов. Д. С. Сорокін// Вісник НТУ «ХПІ». Серія: 5. «Електричні машини та електромеханічне перетворення енергії». –2015. – № 5 (1114). – С. 37-44. 6. Proven, Innovative Microcontroller Technologies with Low Power and High Performance. Avaplable at. http://www.atmel.com. (ac- cessed 05.02.2017). 7. Jonathan Oxer and Hugh Blemings. Practical Arduino: Cool Projects for Open Source Hardware. Apress, 2009 - 445 p. 8. Sew Eurodrive. Сервоприводы. Основы, характеристики, проек- тирование. Серия «Практика приводной техники». ЗАО СЕВ- ЕВРОДРАЙФ. 2000. – Том 7. – C. 73.