SCI Библиотека

В работе дан краткий обзор современного состояния электромеханической науки. Анализируются широкие спектры практического применения и перспективы дальнейшего развития её совершенно нового направления – микросистемной электромеханики. Рассмотрены некоторые перспективные направления применения новейших достижений нанонауки и наноструктурного материаловедения электротехнического назначения в тех отраслях жизнедеятельности человека (от медицинской робототехники до средств освоения космоса), в которых сегодняшний научно-технический и технологический прогресс базируется на комплекcном применении электромеханических преобразователей энергии специального назначения и их систем. Подробно обсуждаются два основных пути создания микроминиатюрных и наноэлектромеханических преобразователей энергии, как базовых элементов микросистемной электромеханики: «сверху вниз» и «снизу вверх». Описаны основные технологические приемы конструирования базовых функциональных элементов микросистемной электромеханики, охарактеризованы области их применения в традиционной и новой технике (информационных и ком-пьютерных технологиях, медицине, в аэрокосмических и системах и т. д.).

Успехи микроэлектроники, особенно развитие КМОП-технологии, обеспечили возможность создания приборов с чрезвычайно низкой потребляемой мощностью. Это позволило разрабатывать автономные беспроводные приборы, которые обеспечивают с использованием радиоволн не только прием, обработку и передачу информации, но и получение мощности питания от терминалов. Более того, для беспроводного и безбатарейного питания может применяться собирание радиочастотной энергии из окружающей среды: энергии излучения станций сотовой связи, радиотелевизионных станций, СВЧ-печей, Wi-Fi, Bluetooth и др. источников. Для преобразования радиочастотной энергии в напряжение питания чаще всего применяются выпрямители на основе нанометровых МОП-транзисторов в диодном включении. Когда устройства с беспроводным питанием находятся далеко от терминала или собирают энергию для питания из окружающей среды, плотность мощности электромагнитного поля и, следовательно, амплитуда входного напряжения может быть весьма малой. Поэтому актуальной является задача разработки и исследования таких устройств, способных работать при очень низких входных напряжениях. Целью исследования является анализ выпрямительных свойств диодов на основе нанометровых МОП-транзисторов в режиме слабой инверсии при сверхнизких входных напряжениях и выработка рекомендаций по выбору технологии и проектированию микросхем с беспроводным питанием. Получены выражения для оценки коэффициентов выпрямления диодов по току и по мощности. Выполнены расчеты по полученным выражениям и моделирование с использованием модели BSIM4v4.8.2 вольтамперных характеристик и зависимостей коэффициентов выпрямления диодов по току и по мощности от напряжения для типовой КМОП-технологии 90 нм. Показана возможность построения выпрямителей на основе МОП-транзисторов при сверхнизких напряжениях вплоть до единиц мВ. Даны рекомендации по обоснованию технологических и конструктивных параметров при проектировании модулей преобразования и собирания энергии беспроводных устройств.

Анализируются возможности определения магнитной проницаемости µ n = µ0·µ n ’ от нормальной составляющей магнитного потока Ф n , необходимой при 3D расчетах дополнительных потерь на вихревые токи в ламинированных сердечниках мощных силовых электроэнергетических устройств. Показана неоправданность использования в известных работах представлений о слоистой магнитной цепи с коэффициентом заполнения пакета сталью К з когда из-за асимптотического характера зависимости µ n ( К з) неточность при определении К з на 1% ведет к изменению значения µ n на 100% и более. Предлагается энергетический подход - через удельные потери на вихревые токи p в от действия потока Ф n в пакете прямоугольных пластин и аналитические выражения, связывающие µ n с потерями p в и параметром динамики ξ в условиях резкого поверхностного эффекта. С использованием ваттметрового способа на частоте f = 50 Гц при амплитуде магнитной индукции В м ≤ 0,1 Тл определяются значения относительной проницаемости µ n ’ на образцах холоднокатаных сталей (40х80) мм. Для стали марки 08ПС толщиной d = 0,91 мм без изолирующего покрытия и с немагнитными прокладками различной толщины в диапазоне К з = (0,9…1,0) - µn’ ≥ (90…100); для трансформаторной стали марки 3406, d = 0,3 мм с покрытием К з = 0,96 - µn’ ≥ 60.

В данной статье рассматривается система возбуждения трехкаскадного синхронного генератора для авиационного применения в двух отличительных режимах работы: в качестве генератора электрической энергии для бортовой системы электроснабжения и электростартера для газотурбинных двигателей летательного аппарата. В статье представлен расчет стартерного и генераторного режима работы системы возбуждения. Получены основные расчетные соотношения для схемы полупроводникового преобразователя, подтверждённые имитационным моделированием в среде PowerSIM. Решена задача синтеза системы автоматического управления для блока возбуждения ТСГ, работающего в составе бортовой системы электроснабжения с применением методики расчета параметров регуляторов на основе метода разделения движений. Для генераторного режима работы создана двухконтурная система управления, включающая в себя ПИ- и ПИД-регуляторы с регулированием по выходному напряжению основного генерирующего каскада. Для управления блоком возбуждения в электростартерном режиме работы спроектирована одноконтурная система управления по току обмотки возбуждения с добавлением резонансной составляющей. Оценка эффективности спроектированных систем управления выполнена на основе имитационного моделирования с использованием пакетов прикладных программ PowerSIM и MATLAB/Simulink для генератора, питающего трехфазную сеть переменного тока в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54073–2017. Результаты математического моделирования легли в основу проектирования экспериментального образца силовой части в гибридном интегральном исполнении для системы регулирования напряжения ТСГ.