Размещено на http://www.allbest.ru/

Омский государственный технический университет

Анализ процессов энергопреобразования в электромагнитном приводе колебательного движения

А.С. Татевосян, Н.В. Захарова,

С.В. Шелковников

г. Омск, Россия

Аннотация

,

,

где ,

- функция квадрата потокосцепления, - действующее значение потокосцепления, - коэффициент скважности импульсов.

Рис. 1. Эквивалентная схема замещения электромагнитного двигателя

Полученные временные зависимости для тока, потокосцепления и напряжений на участках электрической цепи справедливы на интервале .

Оптимальный угол сдвига фаз между функциями квадрата потокосцепления и хода якоря определяется как корень уравнения, соответствующий условию максимума КПД электромеханического преобразователя

,

где - относительные потери в двигателе, - мощность тепловых потерь, - мощность, поступающая от источника питания в механическую подсистему.

Установленная решением задачи оптимизации взаимосвязь обобщенных параметров электромагнитного привода реализована в программе "Анализ" на языке визуального программирования Delphi для расчета оптимальной конструкции электромагнитного двигателя из условия минимума массы активных материалов для его изготовления с учетом заданного среднего значения механической мощности, передаваемой в механическую подсистему и закона движения якоря. Предложенный алгоритм базируется на приближенных аналитических расчетах магнитного поля электромагнитного двигателя, и как следствие, вносит существенную ошибку в определение параметров линейной зависимости инверсной индуктивности катушки от хода якоря, что существенно снижает достоверность полученных результатов при оптимальном проектировании электромагнитного двигателя. В данной статье для совершенствования методики оптимального проектирования электромагнитного двигателя предлагается использовать результаты численного расчета магнитного поля, полученные в комплексе программ "ELCUT" (профессиональная версия) при решении осесимметричной задачи линейной магнитостатики.

Ниже представлены результаты решения задачи оптимального проектирования электромагнитного двигателя, выполненные на конкретном примере. На рис.2 представлена оптимальная геометрия магнитной системы электромагнитного двигателя, полученная по упрощенным расчетам картин магнитного поля в пакете "Анализ".

Рис.2. Оптимальная конструкция электромагнитного двигателя

На основе заданных исходных данных оптимальная конструкция электромагнитного двигателя должна удовлетворять следующим условиям: среднее значение механической мощности , частота f = 50 Гц, синусоидальный во времени закон движения якоря м, коэффициент заполнения , плотность тока , максимальное значение напряжения на катушке , угол укорочения импульса , число витков катушки w = 85, активное сопротивление R= 0,045 Ом, среднее значение инверсной индуктивности катушки на середине хода якоря , глубина модуляции инверсной индуктивности m = 0,41, добротность двигателя , КПД двигателя , масса двигателя , масса медного провода .

Для полученной оптимальной конструкции электромагнитного двигателя произведен расчет осесимметричной модели магнитного поля электромагнитного двигателя для различных значений рабочего зазора в комплексе программ "ELCUT" (линейная магнитостатика). Результаты расчета приведены на рис.3 и 4.

электромеханический преобразователь электромагнитный привод

Рис.3. Расчетная область с сеткой конечных элементов в пакете "ELCUT"

Рис.4. Картина магнитного поля оптимальной геометрии электромагнитного двигателя на середине хода якоря

Полное число ампер-витков

Задавая в модели электромагнитного двигателя различные значения рабочего зазора в пределах хода якоря можно по рассчитанным картинам магнитных полей с помощью "Мастера индуктивности" определить зависимость инверсной индуктивности обмотки от хода якоря. По результатам расчета среднее значение инверсной индуктивности катушки на середине хода якоря , а глубина модуляции инверсной индуктивности оказывается существенно выше прежней m = 0,71. Ввод полученных значений в диалоговое окно программы "Анализ" (рис.5) и последующий пуск программы позволяет более точно определить энергетические показатели работы электромагнитного привода, а также проанализировать с помощью энергетических диаграмм, происходящие в нем процессы энергопреобразования.

Рис.5. Результаты исследований рабочего режима электромагнитного привода

Выводы