По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.313.391

Униполярные электрические машины

Шульга Р. Н. канд. техн. наук, ВЭИ – филиал ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ им. акад. Е. И. Забабахина», г. Москва
Лабутин А. А. ВЭИ – филиал ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ им. акад. Е. И. Забабахина», г. Москва

Анализ конструкции униполярного электродвигателя и расчеты показали принципиальную возможность создания тихоходного электродвигателя мощностью до 100 кВт с номинальной частотой вращения 200 об./мин. У исследуемого электродвигателя достаточно высокий КПД, однако, токосъем и повышенный вес активных материалов являются существенными недостатками. К достоинствам электромашины можно отнести возможность регулирования частоты вращения как по силовому каналу током якоря, так и по каналу низкой мощности через систему возбуждения. Одновременное управление позволяет определить наиболее оптимальные законы управления с точки зрения быстродействия и экономичности гребной электрической установки. Представляется, что униполярные электродвигатели имеют огромный потенциал в качестве тихоходного электродвигателя, в т. ч., и со сверхпроводящей обмоткой возбуждения.

Литература:

1. Алиевский Б.Л., Бертинов А.И., Троицкий С.Р. Основные расчетные соотношения униполярных электрических машин // Изв. АН СССР. Серия «Энергетика и транспорт». – 1964. – № 1.

2. Бертинов А.И., Алиевский Б.Л., Хан В.X. Схема расчета дисковых униполярных генераторов постоянного тока // ГОСИНТИ. Сб. статей. – 1963. – № 20-63-526/13.

3. Алиевский Б.Л., Бертинов А.И. Результаты экспериментального исследования униполярного генератора низкого напряжения для питания кондукционных насосов постоянного тока // Доклад на IV Рижском совещании по магнитной гидродинамике. – Магнитная гидродинамика. – 1965. – № 4.

4. Горячев А.М. Устройство и основы теории морских судов / А.М. Горячев, Е.М. Подругин // Судостроение. – 1983. – 224 с.

5. Иванченко А.А., Шишкин В.А., Окунев В.Н. Обзор опыта совершенствования конструкции и применения движительных систем в современном судостроении // Вестник ГУМРФ им. С. О. Макарова. – 2016. – № 4 (28). – С. 156–173.

6. Шульга Р.Н., Петров А.Ю., Хренников А.Ю. Энергетические платформы с использованием цифровых модульных подстанций и энергоблоков // Энергия единой сети. – 2020. – № 3 (52), июль-август. – С. 18–28.

7. Шульга Р.Н. Применение распределенного электродвижения с использованием винто-рулевых колонок // Энергоэффективность и водоподготовка. – 2020. – № 4 (126). – С. 56–64.

8. Сахновский Б.М. Модели судов новых типов // Судостроение. – 1987.

9. Шульга Р.Н. Тяговые характеристики судового электропривода // Силовая электроника. – 2022. – № 1. – С. 26–31.

10. Шульга Р.Н. К вопросу определения электромагнитного момента на валу тягового асинхронного двигателя // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 7. – С. 56–62.

11. Шульга Р.Н. Винто-рулевые колонки и водометы, и их тяговые характеристики // Силовая электроника. – 2023. – № 2. – С. 26–30.

12. Шульга Р.Н. Пропульсивный комплекс ледокола и судов ледового класса // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2023. – № 3. – С. 18–26.

13. Шульга Р.Н. Энергетические установки и пропульсивные комплексы ледоколов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2023. – № 6. – С. 36–46.

14. Шульга Р.Н. Привода судов с воздушной подушкой и с кавернами // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2023. – № 4. – С. 13–23.

15. Шульга Р.Н. К вопросу цифровых двойников судовых пропульсивных комплексов // Силовая электроника. – 2023. – № 3 (101). – С. 34–40.

16. Шульга Р.Н. Судовой МГД-движитель // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 10. – С. 29–38.

17. Шульга Р.Н., Путилова И.В., Смирнова Т.С., Иванова Н.С. Безопасные и безотходные технологии с использованием водородной электроэнергетики // Альтернативная электроэнергетика и экология (ISJAEE). – 2019. – № 22-27 (306-311). – С. 67–78.

18. Обзор опыта совершенствования конструкции применения движительных систем в современном судостроении / А.А. Иванченко [и др.] // Вестник ГУМРФ им. С.О. Макарова. – 2016. – № 4. – С. 156–176.

19. Стешенков А.Л. Перспектива развития отечественного рынка винто-рулевых колонок / А.Л. Стешенков // Судостроение. – 2014. – № 4. – С. 54–55.

Развитие технологий и материалов на современном этапе, включая новые углеродные материалы для узлов токосъема, применение обмоточных проводов, которые обладают свойствами cверхпроводимости при азотных температурах, дает второе дыхание давно известным униполярным электромашинам (УЭМ). Применение УЭМ для создания систем электродвижения в сочетании с высокоэффективными средствами управления на основе силовой электроники открывает новые возможности создания судовых электроприводов и систем электроснабжения.

В качестве основных следует отметить достоинства перспективных УЭМ в виде низких потерь, простоты и надежности регулирования при низком уровне гармоник в токе и магнитном поле, которые обеспечивают низкий уровень вибрации и шума.

Цель статьи состоит в разработке технического предложения по разработке и применению сверхпроводящей УЭМ для низкооборотного судового электропривода. Литература [1–8] посвящена расчетным соотношениям для УЭМ и судового электропривода, [9–15] описывают пропульсивные комплексы судов и ледоколов, публикации [16–19] приводят сведения по альтернатвным движителям.

Интерес к униполярным электрическим машинам (УЭМ) существенно возрос после появления возможности изготовления сверхпроводящих обмоток возбуждения. Последние могут создать большую магнитную индукцию, что позволяет значительно улучшить удельные показатели машин. На рис. 1 представлена конструктивная схема УЭМ со сверхпроводящей обмоткой возбуждения и дисковым ротором. Важное значение имеет разгрузка обмотки возбуждения от механических сил взаимодействия с ротором. Это достигается использованием неподвижного диска, выполняющего роль шинопровода. В результате якорь становится бифилярной системой, и электромагнитный момент реакции якоря передается не на криостат, а на неподвижный диск.

Следует заметить, что для увеличения магнитного потока, проходящего через диск, необходимо стремиться к уменьшению расстояния между обмоткой возбуждения и активной частью диска, в которой индуцируется ЭДС (т. е. между А и В, показанных на рис. 1).

Для Цитирования:
Шульга Р. Н., Лабутин А. А., Униполярные электрические машины. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2024;3.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: