Совершенствование линейных генераторов с постоянными магнитами для автономных объектов

• Автор: Синицин, Алексей Петрович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ РАЗРАБОТОК И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ ЛИНЕЙНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
1.1. Обзор текущего состояния исследований ЛГ
1.2. Особенности структуры и режимов работы СЭП КА
1.3. Линейный генератор для систем электропитания КА
1.4. Анализ конструктивных исполнений ЛГПМ
1.5. Выбор материалов активной части ЛГПМ
1.6. Методы исследования
Выводы по первому разделу
2. ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЛИНЕЙНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
2.1 Общие положения
2.2 Математическая модель для расчета квазистационарного магнитного поля
2.3. Исследование картины магнитного поля и параметров ЛГПМ
2.4. Исследование интегральных характеристик ЛГПМ
2.5. Исследование влияния основных геометрических соотношений
РАЗМЕРОВ АКТИВНОЙ ЧАСТИ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЛГПМ НА ЕГО
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ВЫВОДЫ ПО ВТОРОМУ РАЗДЕЛУ
3. ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТОКОММУТАЦИОННЫЫХ ЛИНЕЙНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
3.1. Общие положения
3.2. Исследование ЭМ поля и параметров ЛГ с ПМ на неподвижной части
3.3. Исследование интегральных характеристик магнитокоммутационного ЛГПМ
3.4. Особенности электромагнитного расчета магнитокоммутационного

Выводы по третьему разделу
4. РАБОТА ЛГПМ С ВЫПРЯМИТЕЛЕМ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛГПМ
4.1. Исследование ЛГПМ при работе на нагрузку через неуправляемый выпрямительный мост
4.2. Исследование ЛГПМ при работе через управляемый выпрямитель на аккумуляторную батарею
4.3. Экспериментальные исследования ЛГПМ
Выводы по четвертому разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В настоящее время существует ряд объектов, где использование традиционных генераторов вращающегося типа либо невозможно, либо требует установки механического преобразователя возвратнопоступательного движения во вращательное, что приводит к нерациональности этих генераторов. К таким объектам относятся: системы генерирования
электроэнергии, использующие энергию морских волн, системы генерирования со свободнопоршневыми двигателями внутреннего сгорания, электрические амортизаторы и другие.
На современных космических аппаратах (КА) системы электропитания (СЭП) занимают по массе, объему и стоимости до 30% самого КА. Источник электропитания, являясь ключевым звеном в СЭП, во многом определяет её структуру и характеристики. В настоящее время основными источниками питания, применяемыми на орбитальных КА, являются солнечные батареи (СБ) и аккумуляторные батареи (АБ). Недостатком солнечных батарей является, прежде всего, то, что в условиях тени они не производят энергии и единственным источником электропитания в этот период является АБ, что ограничивает срок активного функционирования АБ и, как следствие, всего КА. Кроме того, часть КА работает в условиях, где солнечного излучения недостаточно для обеспечения электроэнергией установленных на нем потребителей. В настоящее время для решения этой проблемы применяются изотопные нагреватели совместно с термоэлектрическими преобразователями, либо химические источники электропитания. К их недостаткам в первую очередь можно отнести низкие КПД и массогабаритные показатели. Использование линейного генератора (ЛГ) приводимого в движение термоакустическим двигателем (ТАД) в качестве бортового источника КА позволит улучшить характеристики СЭП. Рабочий цикл ЛГ не зависит от продолжительности периода затенения, а наличие термоакустического двигателя, получающего тепловую энергию от

зависит от параметров и режимов работы ЛГГТМ. Для решения этой проблемы предлагается применение анизотропных электротехнических сталей марки 3422, 3423, 3424, 3425, обладающих низкой близкой к нулю коэрцитивной силой [34].
Характеристики сталей 3421, 3422, 3423, 3424, 3425. Табл. 1.7.
Марка стали Толщина, мм Удельные потери, Вт/кг, не более Коэрцитивная сила Нс, А/м х102, не более Магнитная индукция, Тл, не менее, при напряженности магнитного поля, А/м
Р 1,5/400 Р 1,0/1000 В40 В80 В200 В400 В1000 В2
0,15 23,0 - 0,34 0,50 0,80 1,10 1,30 1,45 1,
3421 0,08 22,0 - 0,36 0,40 0,75 1,10 1,25 1,45 1,
0,05 - 24,0 - 0,40 0,75 1,10 1,25 1,45 1,
0,15 20,0 - 0,32 0,60 0,95 1,25 1,40 1,55 1,
3422 0,08 19,0 - 0,32 0,55 0,90 1,25 1,35 1,55 1,
0,05 - 24,0 - 0,55 0,90 1,25 1,35 1,55 1,
0,15 19,0 - 0,26 0,80 1,10 1,40 1,55 1,65 1.
3423 0,08 17,0 - 0,28 0,80 1,05 1,40 1,50 1,65 1,
0,05 - 22,0 - 0.80 1,05 1,40 1.50 1,65 1,
0,15 18,0 - - 0,80 1,10 1,40 1,55 1,65 1,
3424 0,08 16,0 - - 0,80 1,10 1,40 1,55 1,65 1,
0,05 - 22,0 - 0,80 1,10 1,40 1,55 1,65 1,
0,15 17,0 - - 1,10 1,35 1,50 1,65 1,75 1,
3425 0,08 15,0 - - 1,05 1,30 1,50 1,65 1,75 1,
0,05 - 20,0 - 1,05 1,30 1,50 1,65 1,75 1,
1.6. Методы исследования
Объект исследования - ЛГПМ является электромеханическим преобразователем энергии и предназначен для функционирования в автономной системе. Исследование таких генераторов может проводиться различными методами в зависимости от поставленных задач.
При исследовании и проектировании ЛГПМ одной из основных задач является получение информации о поведении генератора в различных режимах работы. Такую информацию можно получить или с помощью экспериментальных методов, или с помощью математического моделирования [26].