Электромеханический преобразователь



Электромеханический преобразователь

 


Владельцы патента RU 2472242:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") (RU)

Предложен электромеханический преобразователь, в котором в качестве материала магнитопровода использован композиционный материал, с органической и неорганической компонентами, при этом органическая компонента представляет собой трис(пиразол-1-ил)метан, 1,2,4-триазолы, а относительное содержание в композиционном материале ферромагнитной компоненты составляет от 4 до 12%. Снижение магнитных потерь и уменьшение магнитного сопротивления магнитопровода являются техническим результатом предложенного изобретения. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд.

Существует ферромагнитный материал на основе железного порошка, содержащий при определенном соотношении компонентов олово, кремний и тальк (пат. №1836731 A3 SU, МПК H01F 1/147, С22С 38/02, В22F 1/00).

Известен выплавляемый магнитный материал на основе магнитомягкого сплава для монолитных магнитопроводов электрических машин, включающий матрицу из магнитомягкого сплава, в которую введена тугоплавкая, химически инертная, диэлектрическая фаза при определенном соотношении компонентов, причем в качестве матрицы из магнитомягкого сплава использован анизотропный сплав, а в качестве диэлектрической фазы использован порошок окиси алюминия Аl2O3 или окиси кремния SiO2 (пат. №2376669, МПК H01F 1/147).

Наиболее близким по технической сущности является электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, магнитопровод и две вторичных короткозамкнутых обмотки, выполненные в виде полых цилиндров. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиального и/или упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой, а на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти (пат. №65335 РФ, МПК 7 Н05В 6/10, F25В 29/00).

Недостатком этих материалов и, как следствие, устройств, в которых они могут быть использованы для изготовления магнитопровода, а также электромеханического преобразователя является низкая энергетическая эффективность, обусловленная высокими магнитными потерями.

Задачей заявляемого изобретения является повышение коэффициента полезного действия электромеханического преобразователя.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в увеличении коэффициента полезного действия за счет повышения магнитной проницаемости и соответственно уменьшении магнитного сопротивления магнитопровода электромеханического преобразователя.

Этот результат является следствием использования в конструкции электромеханического преобразователя магнитопровода, изготовленного из композиционного материала с добавлением специальных компонентов на основе комплексов железа (II) с трис(пиразол-1-ил)метаном, обладающих рабочетемпературным спин-кроссовером.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Электромеханический преобразователь состоит из магнитопровода, с уложенной в нем сетевой обмоткой, и двух короткозамкнутых вторичных обмоток, выполненных из электропроводящего материала, неподвижной и вращающейся, имеющих, например, форму полого цилиндра. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены элементом из самосмазывающегося неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию подшипника скольжения и обеспечивающего свободное движение вращающейся обмотки в тангенциальном направлении, но ограничивающим ее осевое перемещение относительно магнитопровода с первичной обмоткой и неподвижной обмотки. Магнитопровод изготовлен из композиционного материала, содержащего в определенном процентом соотношении две компоненты: неорганическую (ферромагнитный в виде фракции железа) и органическую (трис(пиразол-1-ил)метан, 1,2,4-триазолы). При этом процентное соотношение между указанными компонентами определяет классификационную температуру Tкл спин-кроссовера, т.е. температуру резкого изменения магнитной проницаемости композиционного материала. Зависимость магнитной проницаемости магнитопровода электромеханического преобразователя от рабочей температуры приведена на фигуре 1. Диапазон изменения классификационной температуры Tкл может варьироваться от 40 до 200°C за счет изменения относительного процентного содержания в композиционном материале ферромагнитной составляющей от 4 до 12%.

Повышение коэффициента полезного действия электромеханического преобразователя происходит следующим образом.

На сетевую обмотку подается напряжение от сети переменного тока. Проходящий при этом по обмотке ток создает намагничивающую силу и переменное магнитное поле, наводящее на основании закона электромагнитной индукции во вторичных короткозамкнутых обмотках электродвижущие силы и обусловленные ими вторичные токи, взаимодействующие как с первичным магнитным полем, так и между собой. Так как между внутренней поверхностью магнитопровода и внешней поверхностью вращающейся обмотки расположен элемент, выполненный из самосмазывающегося материала и представляющий собой подшипник скольжения, вращающаяся обмотка приходит во вращение со скоростью, определяемой параметрами электромеханического преобразователя.

Основной магнитный поток создается намагничивающим током . Намагничивающая сила (НC), обусловленная прохождением этого тока по первичной обмотке, равна сумме НC всех обмоток. Обычно при проектировании электромеханических преобразователей делают допущение, что все обмотки имеют одинаковое число витков, равное числу витков первичной обмотки w1, и рассматривают так называемый приведенный преобразователь. В математических выражениях величины, связанные с сетевой обмоткой, имеют нижний индекс «1», с неподвижной вторичной короткозамкнутой обмоткой - «2», с вторичной вращающейся - «3». Приведенные величины имеют верхний индекс «′». Рассматривая электромеханический преобразователь, можно записать приведенные значения токов, напряжений, электродвижущих сил (ЭДС) и сопротивлений:

; ; ; ;

; ,

где , - токи неподвижной и вращающейся вторичных обмоток реального преобразователя в комплексной форме; , - токи неподвижной и вращающейся вторичных обмоток приведенного преобразователя в комплексной форме; , - напряжения на неподвижной и вращающейся вторичных обмотках реального преобразователя в комплексной форме; , - напряжения на неподвижной и вращающейся вторичных обмотках приведенного преобразователя в комплексной форме; , - комплексные сопротивления неподвижной и вращающейся вторичных обмоток реального преобразователя; , - комплексные сопротивления неподвижной и вращающейся вторичных обмоток приведенного преобразователя.

Связь между реальными и приведенными параметрами во вращающемся преобразователе учитывает число фаз и обмоточные коэффициенты обмоток:

; ;

;

; ,

где m1, m2, m3 - число фаз первичной, неподвижной и вращающейся вторичных обмоток; kобм1, kобм2, kобм3 - обмоточные коэффициенты.

В каждой из обмоток поток взаимоиндукции наводит ЭДС, пропорциональную числу ее витков. Потокосцепление первичной обмотки определяется в основном подведенным напряжением сети. Поэтому ток первичной обмотки увеличивается при нагрузке по сравнению с холостым ходом на суммарную величину приведенных токов неподвижной и вращающейся вторичных обмоток:

Ток определяет основные нагрузочные потери в электромеханическом преобразователе, а именно электрические потери в первичной обмотке, которые определяются по формуле

где r10 - активное сопротивление фазы первичной обмотки в практически холодном состоянии при начальной температуре Т=0°C или Т=20°C; ε1, …, εn - температурные коэффициенты сопротивления материала первичной обмотки в рабочем диапазоне температур; T - температура первичной обмотки; n - степень полинома, аппроксимирующего зависимость (n=1 при T 0…100°C, n=2 при T 0…300°C и т.д.).

Из формулы (1) видно, что намагничивающий ток или, иначе, ток холостого хода определяет величину потребляемого из сети тока и соответственно электрических потерь (2) и коэффициент полезного действия электромеханического преобразователя. При этом значение тока непосредственно зависит от магнитного сопротивления магнитопровода Rм:

RM=lM/(µM×SM),

где lM, SM - эквивалентные длина и сечение магнитопровода; µM - магнитная проницаемость материала магнитопровода.

Выделяющиеся в первичной обмотке, расположенной на магнитопроводе электромеханического преобразователя, электрические потери в начальный момент времени нагревают магнитопровод до классификационной температуры Tкл, определяемой геометрическими и электромагнитными параметрами преобразователя. При достижении квалификационной температуры Tкл магнитная проницаемость резко возрастает в соответствии с фигурой 1, что приводит к соответствующему снижению магнитного сопротивления Rм и намагничивающего тока . Далее, как видно из выражения (1), происходит уменьшение потребляемого из сети тока , электрических потерь (2) и соответственно увеличение коэффициента полезного действия электромеханического преобразователя. Поскольку величина результирующего магнитного потока не зависит от режима работы преобразователя, то устройство переходит в номинальный режим с увеличенным коэффициентом полезного действия.

Таким образом, в результате использования для материала магнитопровода композиционного материала, содержащего неорганический (ферромагнитный в виде фракции железа) и органический (трис(пиразол-1-ил)метан, 1,2,4-триазолы) компоненты, повышается энергетическая эффективность и коэффициент полезного действия электромеханического преобразователя.

Электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, магнитопровод, подшипник скольжения, две вторичные короткозамкнутые обмотки, одна из которых неподвижная, а другая вращающаяся, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен из композиционного материала с неорганической (ферромагнитной) и органической (трис(пиразол-1-ил)метан, 1,2,4-триазолы) компонентами, причем относительное содержание в композиционном материале ферромагнитной компоненты составляет от 4 до 12%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнической листовой стали с неориентированным зерном, которая может быть использована в качестве материала металлического сердечника электрического устройства.
Изобретение относится к области порошковой металлургии и используется для изготовления статоров и роторов электрических двигателей малой мощности и магнитопроводов электрических аппаратов.

Изобретение относится к области электротехники и радиотехники, в частности к изготовлению композиционного магнитно-мягкого материала для таких применений, как сердечники трансформаторов и дросселей, в том числе высокочастотных, статоров и роторов электрических машин, и других применений.

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к легированным марганцем и цинком антимонидам индия, которые могут найти применение в спинтронике, где электронный спин используется в качестве активного элемента для хранения и передачи информации, формирования интегральных и функциональных микросхем, конструирования новых магнито-оптоэлектронных приборов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству листа из электротехнической стали. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при магнитографической дефектоскопии и феррографии. .
Изобретение относится к коллоидной химии и может быть использовано для получения высокотемпературных, с различной вязкостью, стабильных против окисления, высоковакуумных магнитных жидкостей с высокой намагниченностью.
Изобретение относится к составам текучих композиций, реагирующих на действие магнитного поля резким изменением их реологических свойств, и может найти применение в машиностроении, приборостроении, в частности, для финишной обработки оптических поверхностей в магнитном поле.

Изобретение относится к производству магнитодиэлектрических материалов, в частности к изготовлению стыковых прокладок рельсовых цепей. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению металлополимерных композиционных материалов. .
Изобретение относится к технологии радиопоглощающих ферритов, которые находят все более широкое применение в производстве безэховых камер, обеспечивающих исключение отражения радиоволн от стен камеры
Изобретение относится к области коллоидной химии и может быть использовано для получения ферромагнитных жидкостей, применяемых в магнитогидростатических сепараторах

Изобретение относится к нанотехнологии, в частности к плазменным методам осаждения наночастиц на подложку, которые могу быть использованы в качестве катализаторов, как чувствительные элементы датчиков и как магнитные запоминающие среды

Изобретение относится к разработке металлургических способов изготовления магнитных материалов, а именно к использованию технологии прессования и прокатки для текстурирования однодоменных частиц магнитотвердых материалов на основе гексаферрита стронция, в том числе легированного различными элементами

Изобретение относится к области получения постоянных магнитов и может быть использовано при производстве высокоэнергоемких постоянных магнитов с высокой коэрцитивной силой на основе редкоземельных сплавов и, в частности, на основе сплавов системы неодим-железо-бор (Nd-Fe-B)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к магнитно-мягкому сплаву и способу его формирования, при этом сплав может быть использован в трансформаторе, индукторе

Изобретение относится к области металлургии, в частности к магнитно-мягкому сплаву и способу его формирования, при этом сплав может быть использован в трансформаторе, индукторе

Изобретение относится к электротехнике и к нанотехнологиям

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано при изготовлении постоянных магнитов с большим энергетическим произведением (ВН)max в форме намагниченных колец или полых цилиндров
Наверх