CC BY
30
Надёжность функционирования системы электроснабжения ВС в значительной степени определяет безопасность полёта. Все устройства и системы, входящие в бортовой пилотажно-навигационный комплекс, а также многие функциональные системы самолёта не могут работать без электрической энергии. Поэтому высокая надёжность функционирования системы электроснабжения является одним из основных требований к электрооборудованию самолёта.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Авиационное оборудование / под ред. Ю. П. Доброленского. - М. : Военное издательство, 1989. — 248 с.
2. Системы электроснабжения летательных
аппаратов: учебник / под ред. С. П. Халюти-на. - М. : ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского, 2010. - 428 с.
3. Лушников, А. С. Электрооборудование самолёта БЛ-42 и его лётная эксплуатация: учебное пособие / А. С. Лушников. - Ульяновск : УВАУ ГА(И), 2010.
Милашкина Ольга Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Общепрофессиональные дисциплины» УВАУ ГА (И). Ерашков Олег Олегович, курсант 4-го курса УВАУ ГА (И). Направление подготовки 162001 -Эксплуатация воздушных судов и организация воздушного движения, профиль подготовки 162001.65.01 - Организация лётной работы.
УДК 621.313
М. Н. ТОКАРЬ, А. Л. КИСЛИЦЫН
АНАЛИЗ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА МАГНИТОПРОВОДОВ НА РАБОТУ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИСТЕМ
Выполнен анализ свойств материалов, которые широко используются в мировой практике для электромагнитных систем электрических машин и аппаратов. На основе выполненных исследований предлагается замена электротехнической стали на аморфный сплав. Применение аморфных сплавов способствует улучшению основных характеристик электротехнических устройств, в частности показано, что применение аморфных сплавов повышает быстродействие срабатывания автоматических выключателей при аварийных ситуациях.
Ключевые слова: аморфный сплав, датчик тока, магнитопровод, расцепитель автоматического выключателя, электромагнитная система.
Разнообразие систем электроснабжения и электропитания потребителей электрической энергией требует создания конкурентоспособных конструкций электротехнических устройств, обладающих не только малыми габаритами и массой, но и надёжной защитой, современной системой управления наряду с быстродействием их срабатывания при аварийных ситуациях.
Анализ работы электромагнитных систем. Магнитопроводы электромагнитных систем имеют конструктивно-геометрические и технологические особенности, которые определяют массогабаритные и энергетические показатели.
© Токарь М. Н., Кислицын А. Л., 2014
В магнитных системах электротехнических устройств используются как шихтованные магни-топроводы, так и ленточные (рулонные), изготовленные из электротехнической стали. Выбор оптимального варианта магнитопровода приводит к усовершенствованию конструкции электромагнитных систем и повышению их технического уровня. Так, например, в работе [1] показаны нетрадиционные структуры электромагнитных систем с витыми магнитопроводами, которые имеют свои конструктивные особенности (рис. 1, 2).
К сожалению, такие конструктивные особенности электромагнитных систем не всегда удовлетворяют требованиям материалоёмкости, высокой надёжности и компактности. К тому же для их изготовления требуется трудоёмкое специальное оборудование.
Рис. 1. Конструктивные схемы радиальных электромагнитных систем (в поперечном сечении): а) однофазной трёхстержневой , б) трёхфазной (1 - стержень, 2 - ярмо; 3 - катушка обмотки; 4, 5 - витой элемент)
Рис. 2. Конструктивные схемы в поперечном сечении: а) трёхфазной аксиальной электромагнитной системы, б) фазного элемента (1 - магнитопровод; 2 - фазный элемент; 3 - катушка обмотки)
б
62
.01
Рис. 3. Конструкции электромагнитных систем электрических аппаратов: а) с поворотным якорем; б) поляризованная система; в) с втягивающимся якорем; г) с поступательным движением якоря
г
а
В подобных магнитопроводах и других электромагнитных систем используются магнито-мягкие материалы, такие как электротехническая сталь, пермаллой или феррит. Такие материалы имеют как свои достоинства, так и недостатки, которые могут проявляться в процессе работы электромагнитной системы. Например, при использовании пермаллоя в сердечниках магнито-провода не всегда сохраняются необходимые магнитные свойства из-за высокой чувствительности материала к механическим нагрузкам. Недостатком ферритов является их хрупкость, а также те, что с ростом температуры их удельное сопротивление уменьшается, что вызывает увеличение потерь на вихревые токи [2-4].
Цель работы: анализ свойств материалов магнитопроводов для конструкций электромагнитных систем электрических аппаратов.
Известно, что работа электромагнитных систем связана с электротехническими устройствами, например, такими как электрические аппараты, трансформаторы, датчики и другие.
Интерес представляют электромагнитные системы электрических аппаратов, работающих как на постоянном, так и на переменном токе [5, 6]. Разнообразие форм и конструкций электромагнитных систем электрических аппаратов
(рис. 3) позволяет их использовать для выполнения конструктивными элементами (например, электромагнитный расцепитель, электромагнитный привод и т. п.) необходимых функций.
Работа таких электромагнитных систем электрических аппаратов основана на силовом взаимодействии, а именно, электромагнитной силы от взаимного расположения якоря в системе, что приводит к преобразованию электромагнитной энергии в механическую. Такие преобразования определяются параметрами электромагнитного поля.
В современном мире созданы и широко используются различные виды защит, представляющие собой отдельные электрические аппараты или автоматизированную систему защиты, в которую входит ряд различных видов реле, датчиков, автоматических выключателей и предохранителей, а также других электрических аппаратов.
Наиболее распространёнными электрическими аппаратами являются автоматические выключатели (рис. 4), которые наряду с другими важными узлами (например, как контактная и дугогаситель-ная системы, механизм расцепления и др.) имеют электромагнитные расцепители (максимальной токовой защиты), тепловые, независимые, полупроводниковые (в зависимости от номинального тока) и др.
а) 6)
Рис. 4. Однополюсный и трёхполюсный автоматический выключатель и основные элементы: 1 - расцепитель; 2 - дугогасительная система;
3 - контакты; 4 - корпус
Работа таких автоматических выключателей зависит от быстродействия срабатывания теплового или электромагнитного расцепителя в случае аварийной ситуации.
Защиту от токов коротких замыканий выполняет электромагнитный расцепитель, который представляет собой блок, встроенный в корпус выключателя. Электромагнитный расцепитель имеет регулируемую уставку по току срабатывания при коротком замыкании. Срабатывание электромагнитного расцепителя обеспечивает электромагнит, якорь которого, перемещаясь, действует на механизм расцепления, обеспечивая размыкание электрических контактов и, соответственно, отключение автоматического выключателя.
В электромагнитном расцепителе используется электротехническая сталь, от свойств которой зависит срабатывание автоматического выключателя при аварийных ситуациях. Для уменьшения времени срабатывания необходимо использовать высокоэффективные материалы, обладающие как хорошими магнитными свойствами, так и механическими.
Одним из решений является определение возможности применения аморфных сталей в электромагнитных системах электрических аппаратов, что и составляет основное направление исследований [7, 8].
Важным преимуществом аморфных сплавов, по сравнению с кристаллическими составами применяемых сталей, является непрерывная смешиваемость различных их компонентов в большом интервале концентраций. Это позволяет получать однородные составы магнитного материала, которые невозможно получить для кристаллических металлов, т. к. в кристаллах образуется гетерогенная смесь фаз различного состава и структуры [9].
Расширение области смешиваемости компонентов аморфных сплавов позволяет достичь большого разнообразия физических, в том числе механических и химических свойств.
На мировом рынке предлагаются аморфные стали различных марок, обладающие:
- высокой прочностью и твёрдостью (до 1000 HV);
- высокой магнитной проницаемостью;
- низкой коэрцитивной силой (Нс менее 8 А/м);
- достаточной магнитострикцией насыщения, регулируемой в широком диапазоне значений;
- высоким удельным сопротивлением;
- низким коэффициентом температурной зависимости;
- малыми потерями на гистерезис и вихревые токи.
Данные материалы, благодаря вышеперечисленным свойствам, можно использовать во многих электромагнитных системах.
Анализируя работу электромагнитных систем, определено, что характеристики и быстродействие их срабатывания зависят от свойств магнитомягкого материала. Поэтому очевидность проблем подчеркивает актуальность темы данной работы, подтверждающей, что на сегодняшний день не существует оптимального выбора магнитомягких материалов для электромагнитных систем не только низковольтных электрических аппаратов, но и других, обладающих различными хорошими свойствами и не требующими значительных затрат при их изготовлении.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ставинский, А. А. Генезис структур и предпосылки усовершенствования трансформаторов и реакторов преобразованием контуров электромагнитных систем (с шихтованными и витыми магнитопроводами) / А. А. Ставинский // Електротехшка i Електромехашка. - 2011. - №6 - С.33-38.
2. Магнитомягкие материалы / http://softmag. narod.ru/art14 .htm.
3. Мишин, Д. Д. Магнитные материалы / Д. Д. Мишин. - М. : Высшая школа, 1991. -384 с.
4. Солнцев, Ю. П. Материаловедение: учебник для вузов / Ю. П. Солнцев, Е. И. Пряхин. — Изд. 3-е, перераб. и доп. - СПб. : Химиздат, 2007. - 784 с.
5. Загирняк, М. В, Электрические аппараты: учебное пособие / М. В. Загирняк, Н. И. Кузнецов. - Кременчу г: КДПУ, 2005. - 320 с.
6. Гордон А. В. Электромагниты постоянного тока / А. В. Гордон, А. Г. Сливинская. - М. - Л., 2001. - 340 с.
7. Павленко, Т. П. Исследование аморфных сплавов в трансформаторах тока полупроводни-
ковых расцепителей автоматических выключателей / Т. П. Павленко, М. Н. Токарь // Энергосбережение, Энергетика, Энергоаудит. (Харьков). - 2013. - №5. - С. 42-46.
8. Павленко, Т. П. Определение возможности применения аморфной стали в магнитных системах электрических аппаратов / Т. П. Павленко, М. Н. Токарь // Вопросы теории и проектирования электрических машин: Сб. науч. тр. - Ульяновск : УлГТУ, 2013. - С. 78-86.
9. Аморфные металлы / К. Судзуки, Х. Худ-зимори, К. Хасимото. - М. : Металлургия, 1987. - 328 с.
Токарь Максим Николаевич, аспирант кафедры электрических машин Национального технического университета «Харьковский политехнический институт» (г. Харьков, Украина). Кислицын Анатолий Леонидович, кандидат технических наук, профессор, кафедра «Электропривод и АПУ» УлГТУ. Область научных интересов - теоретические и экспериментальные исследования свойств новых материалов для элементов конструкций электрических машин и аппаратов.
