XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

При работе технологического и инженерного оборудования имеют место быть различные вибрации и шумы. Данное явление является серьезной производственной вредностью, которое влечёт за собой ряд негативных аспектов: профессиональные болезни, быстрый износ деталей и узлов механизмов, деформации и напряжения, а также некорректную работу технологического оборудования. Необходимость борьбы с шумом и вибрацией проявляется и на объектах специального назначения, в частности, на подводных лодках, где необходимо обеспечить минимальный уровень шума в целях не только минимизации негативных влияний, наносимых шумом и вибрацией экипажу, длительное время находящемуся в закрытом пространстве и непосредственно подвергающемуся данному воздействию, но и с целью не обнаружения потенциальным противником при выполнении задач на территории вероятного противника. Борьба с шумом и вибрацией является ключевой задачей, стоящей перед инженерами и конструкторами.

Борьба с данной проблемой на стратегически важных объектах проводится в следующих направлениях: уменьшение шумообразования и вибраций конструктивными и технологическими мероприятиями, уменьшение этих факторов путём их ограничения распространения звуко- и виброизоляции и использованием средств индивидуальной защиты сотрудников.

Одним из основных источников шума на подводной лодке является вентиляционная система. Шум, производимый вентиляционной системой в процессе работы, складывается из шума вентилятора и шума двигателя при их работе.

Основным элементом малошумного вентилятора является электродвигатель.

Двигатели постоянного тока позволяют плавно и в широких диапазонах регулировать скорость вращения ротора. Тем не менее, наличие щеточно-коллекторного узла является серьезным недостатком.

У коллекторных двигателей постоянного и переменного тока часто встречается проблема, связанная с износом контактных пластин и щеток коллектора. Деформация скользящей поверхности коллектора вызывает вибрацию и искрение щеток.При сильном износе и загрязнении соприкасающихся поверхностей сопротивление коллекторных контактов будет увеличиваться, что приведет к снижению момента вращения и эффективности двигателя.

В конечном итоге такой износ приводит к тому, что между щеткой и пластиной периодически пропадает контакт, и в процессе вращения наблюдается прерывистая работа двигателя.

Для устранения данных недостатков механический коммутатор – коллектор с щетками - был заменен на полупроводниковый коммутатор, благодаря чему была повышена надежность и долговечность двигателя, уменьшены создаваемые работой электродвигателя радиопомехи. Двигатель такого типа называется бесконтактным двигателем постоянного тока.

Принцип действия бесконтактного электродвигателя можно рассмотреть по упрощенной схеме, изображенной на рисунке 1 [1]. Данная схема состоит из двигателя с тремя обмотками на статоре, сдвинутыми в пространстве на 120 градусов и соединенными в звезду, датчика положения ротора (ДПР) с тремя чувствительными элементами (ЧЭ) (их число равно числу обмоток статора) и одним сигнальным элементом (СЭ). Также имеется коммутатор, который выполнен на трех транзисторах, работающих в ключевом режиме, т.е. в режиме "открыт" или "закрыт".

Рисунок 1 - упрощенная принципиальная схема бесконтактного электродвигателя

Посредством чувствительного элемента сигнальный элемент открывает транзистор Т_a. По обмотке А будет протекать ток I_А. Намагничивающая сила F_a обмотки А, взаимодействуя с потоком постоянного магнита ротора, создаст вращающий момент. Ротор двигателя придет во вращение. ДПР будет вращаться вместе с ротором двигателя. Повернувшись на 30°, СЭ начнет действовать сразу на двух чувствительных элементах А и В. Следовательно, сразу два транзистора Т_а и Т_bбудут открыты, и ток будет протекать по двум обмоткам – А и В. Результирующая намагничивающая сила статора F_АВ, взаимодействуя с полем постоянного магнита, повернет ротор еще на 30°. Двигатель продолжит развивать вращающий момент.

При повороте ротора и, соответственно, ДПР на угол 90° транзистор Т_а закроется, а транзистор Т_b будет открыт, ток будет протекать по обмотке В и создавать намагничивающую силу, взаимодействующую с полем постоянного магнита, она повернет ротор в том же направлении и увеличит вращающий момент. Двигатель продолжит увеличивать скорость вращения, пока его момент не уравновесится с моментом нагрузки.

Бесконтактные электродвигатели постоянного тока применяются в составе технических средств, требующих высокой надежности и длительного срока службы без постоянного обслуживания. Основными узлами двигателей являются ротор с постоянными магнитами, статор с обмотками и датчиками положения ротора на эффекте Холла, полупроводниковый коммутатор.

Помимо применения двигателей с полупроводниковым коммутатором, для решения проблем возникновения шума и вибрации при создании современных изделий используют демпферы на основе композитного материала с высокими вибро-звукопоглощающими свойствами, в местах, особо подверженных воздействию динамических нагрузок.

Многолетний опыт борьбы с шумами и вредными вибрациями показал, что наиболее эффективными вибро-звукопоглощающими материалами являются полимерные композиционные материалы [2].

Заключение: на основе вышесказанного, можно сказать, что на сегодняшнее время проблема вибрации является одной из наиболее серьезных. Существуют различные методы борьбы с вибрацией, такие как применение бесколлекторных двигателей, так и применение демпферов. Использование современных композитных материалов увеличивает эффективность поглощения нежелательных вибраций демпферами. Следующей задачей моей работы является разработка бесконтактного электродвигателя специального назначения с минимальными масса-габаритными показателями и минимальной виброактивностью.

Список литературы

1.Бесконтактные двигатели постоянного тока – [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.toehelp.ru/theory/electromach/lecture11.html

2. Соломатов, В.И. Вибропоглощающие композиционные материалы/