Разработка подтормаживающего устройства для шагового привода исполнительных механизмов вертикального перемещения

  • Александр Юрьевич Смирнов
  • Дмитрий Андреевич Кудряшов
DOI: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2022-5-43-50
Ключевые слова: синхронная машина, магнитоэлектрический генератор, расточка статора, тормозной момент, обмотка якоря, постоянный магнит, линейная токовая нагрузка

Аннотация

Обоснована концептуальная схема электропривода вертикального перемещения регулирующего органа, состоящего из индукторного двигателя с электромагнитным возбуждением и переменно-полюсного магнитоэлектрического генератора с постоянными магнитами на роторе, соединённых общим валом. Для этой схемы предложен подход к определению общего диаметра расточки обеих машин с учётом момента инерции привода и определением внешнего диаметра по известным методикам проектирования двигателя. Описана последовательность определения параметров генератора: количества полюсов ротора, числа витков фазы, диаметра обмоточного провода в зависимости от требуемой скорости вращения ротора в установившемся режиме и момента на валу от веса регулирующего органа. Спроектирован и изготовлен отдельный генератор, предназначенный для ограничения скорости опускания регулирующего органа, который представляет собой двухфазную шестиполюсную машину с постоянными магнитами на роторе из феррита бария с толстостенной перегородкой, установленной в расточке статора, снабжённой вставками из магнитомягкой стали в местах примыкания к зубцам статора. Проведены натурные исследования изготовленного генератора, которые подтверждают целесообразность перехода к двухмашинной компоновке электромеханического преобразователя для шагового привода вертикального перемещения регулирующего органа ядерного реактора за счёт расширения диапазона возможных значений установившихся скоростей и увеличения тормозного момента генератора.

Биографии авторов

Александр Юрьевич Смирнов

доктор техн. наук, ведущий инженер-конструктор АО «ОКБМ Африкантов», Нижний Новгород, Россия.

Дмитрий Андреевич Кудряшов

инженер-конструктор АО «ОКБМ Африкантов», аспирант НГТУ им. Р.Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия.

Литература

1. НП-082-07. Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций. М.: Ростехнадзор, 2007, 26 с.
2. Митенков Ф.М. и др. Исполнительные механизмы органов управления и защиты для натриевых реакторов на быстрых нейтронах. М.: Атомиздат, 1980, 176 с.
3. Юркевич Г.П. и др. Электроприводы регулирующих органов ядерных реакторов. Основы проектирования. М.: Энергоатомиздат, 1985, 240 с.
4. Юркевич Г.П. Системы управления энергетическими реакторами. М.: ЭЛЕКС-КМ, 2001, 344 с.
5. ГОСТ 17137-87. Системы контроля, управления и защиты ядерных реакторов. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2005, 10 с.
6. Cheng M., et al. Overview of Stator-Permanent Magnet Brushless Machines. – IEEE Transaction on Industrial Electronics, 2011, vol. 58, No. 11, pp. 5087–5101, DOI:10.1109/TIE.2011.2123853.
7. Пат. SU738061A1. Электрический шаговый двигатель / С.Д. Истомин, Е.Г. Титов, С.Л. Шашкин, 1980.
8. Смирнов А.Ю., Александрова Е.Н., Зимин А.Ю. Уточнение моделей расчёта момента при проектировании индукторных двигателей. – Электричество, 2020, № 11, с. 53–59.
9. Смирнов А.Ю. Электропривод с бесконтактными синхронными двигателями. М.: Инфра-М, 2022, 200 с.
10. Пат. RU2693935 C1. Электромеханический преобразователь для электропривода вертикального перемещения регулирующего органа / А.Ю. Смирнов и др., 2018.
11. Справочник по электрическим машинам / Под ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. М.: Энергоатомиздат, 1989, т. 2, 688 с.
12. Копылов И.П. и др. Проектирование электрических машин. М.: Энергия, 1980, 496 с.
13. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. М.: Высшая школа, 1984, 431 с.
14. Wang C.X., et al. Characterization of Three Phase Flux Reversal Machine as an Automotive Generator. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2001, vol. 16, No 1, pp. 74–80, DOI:10.1109/60.911407.
15. Lipo T.A. Introduction to AC Machine Design. Wiley-IEEE Press, 2017, 544 p.
16. Alberti L., et al. Finite-Element Analysis of Electrical Machines for Sensorless Drives with High-Frequency Signal Injection. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2014, vol. 50, No 3, pp. 1871–1879, DOI:10.1109/TIA.2013.2285957.
17. Смирнов А.Ю. Анализ магнитоэлектрических машин с преобразованием энергии на высшей гармонике поля якоря. – Электричество, 2014, № 9, с. 60–64.
#
1. NP-082-07. Pravila yadernoy bezopasnosti reaktornyh usta-novok atomnyh stantsiy (Rules of Nuclear Safety of Reactor Units of Nuclear Power Plants). М.: Rostekhnadzor, 2007, 26 p.
2. Mitenkov F.М., et al. Ispolnitel'nye mekhanizmy organov upravleniya i zashchity dlya natrievyh reaktorov na bystryh neytronah (Control and Protection Actuators for Sodium Fast Neutron Reactors). М.: Atomizdat, 1980, 176 p.
3. Yurkevich G.P., et al. Elektroprivody reguliruyushchih organov yadernyh reaktorov. Osnovy proektirovaniya (Electric Drives of Regulatory Bodies of Nuclear Reactors. Design Basics). М.: Energoatomizdat, 1985, 240 p.
4. Yurkevich G.P. Sistemy upravleniya energeticheskimi reakto-rami (Power Reactor Control Systems). М.: ELEKS -КМ, 2001, 344 p.
5. GОSТ 17137-87. Sistemy kontrolya, upravleniya i zashchity yadernyh reaktorov. Terminy i opredeleniya (Monitoring, Control and Protection Systems of Nuclear Reactors. Terms and Definitions). М.: Standartinform, 2005, 10 p.
6. Cheng M., et al. Overview of Stator-Permanent Magnet Brushless Machines. – IEEE Transaction on Industrial Electronics, 2011, vol. 58, No. 11, pp. 5087–5101, DOI:10.1109/TIE.2011.2123853.
7. Pаt. SU738061A1. Elektricheskiy shagovyy dvigatel' (Electric Stepper Motor) / S.D. Istomin, E.G. Titov, S.L. Shashkin, 1980.
8. Smirnov A.Yu., Aleksandrova E.N., Zimin A.Yu. Elektri-chestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 11, pp. 53–59.
9. Smirnov A.Yu. Elektroprivod s beskontaktnymi sinhronnymi dvigatelyami (Electric Drive with Contactless Synchronous Motors). М.: Infra -М, 2022, 200 p.
10. Pаt. RU2693935 C1. Elektromekhanicheskiy preobrazovatel' dlya elektroprivoda vertikal'nogo peremeshcheniya reguliruyushchego organa (Electromechanical Converter for Electric Drive of Vertical Movement of the Control Rod) / А.Yu. Smirnov, et al., 2018.
11. Spravochnik po elektricheskim mashinam (Handbook of Electric Machines) / Under ed. I.P. Kopylov, B.K. Klokov. М.: Energoatomizdat, 1989, vol. 2, 688 p.
12. Kopylov I.P., et al. Proektirovanie elektricheskih mashin (Design of Electric Machines). М.: Energiya, 1980, 496 p.
13. Gol'dberg O.D., Gurin Yа.S., Sviridenko I.S. Proektirovanie elektricheskih mashin (Design of Electric Machines). М.: Vysshaya shkola, 1984, 431 p.
14. Wang C.X., et al. Characterization of Three Phase Flux Reversal Machine as an Automotive Generator. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2001, vol. 16, No 1, pp. 74–80, DOI:10.1109/60.911407.
15. Lipo T.A. Introduction to AC Machine Design. Wiley-IEEE Press, 2017, 544 p.
16. Alberti L., et al. Finite-Element Analysis of Electrical Machines for Sensorless Drives with High-Frequency Signal Injection. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2014, vol. 50, No 3, pp. 1871–1879, DOI:10.1109/TIA.2013.2285957.
17. Smirnov A.Yu. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2014, No. 9, pp. 60–64.
Опубликован
2022-02-09
Выпуск
№ 5 (2022): Выпуск № 5
Раздел
Статьи