Файл: Никитенко А.Г. Проектирование оптимальных электромагнитных механизмов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 02.08.2024
Просмотров: 46
Скачиваний: 1
Учитывая приведенное выше, задачу оптимального проектирования электромагнитного аппарата можно сформулировать следующим образом. Необходимо опре делить величины LK и /к, обусловливающие заданные значения провала /зад, переката УѴППД и скольжения s3£lÄ. При этом в осях Oi и 0 2 не должны возникать ударные реакции и подвижный контакт в момент первого соуда рения должен иметь скорость ѵу. Электромагнит аппа рата должен иметь минимальный объем (массу, стои мость, потребление энергии в стационарном режиме). Радиус кривизны неподвижного контакта п, угол а и расстояние pR=OiK, определяющее момент от контакт ного давления, предполагаются заданными.
На основании рис. 42 провал /к, перекат NK и сколь жение s,; приближенно могут быть выражены через па раметры контактной системы в виде
t |
_ |
2H( LK+ |
lK- N K) . |
/ |
К ------- |
I |
, |
уѵк = /к - Y |
i2s - 4 n H ; |
|
||
зк — LK-f- lK рк |
71/). |
/ к |
.............. У п'+1 |
|
~ШГ |
arctp- —— |
arccos |
----r |
|
|
to /) |
|
/; + н |
Решение поставленной задачи может быть достигну то при минимизации вспомогательной функции
|
/„ - У |
+ |
|
К к = |
1 - |
||
|
л |
|
|
4 - |
1 _ 2 s i n a ( / K + L K — |
Л ’ к ) I 3 I |
|
f зад |
J |
||
|
/ |
V |
+ /к |
І . + / . - Л — ж - U r c t g - ^ - - a r c c o s /;^ |
к5Іп |
|
+ 1 — |
|
=sK. |
Отыскание минимума можно провести графоаналити ческим способом. Для этого необходимо построить зави симости /Ск= /(М для ряда значений L,; и найти значе ния /к и LK, соответствующие минимуму /Ск. Учитывая возможность варьирования величин п, а и рк, успешнее функцию минимизировать одним из методов нелинейного программирования с помощью аналоговой или цифровой вычислительных машин. На рис. 43 приведена структур но
91
Рис. 43. Структурная схема модели для определения параметров контактной системы.
Таблица. 9
^зад' |
Nзад,’ |
5зад’ |
Ас |
п, см |
а, |
'*■см |
L , см |
Ьк. см |
^ыин’ |
см |
см |
см |
см |
градус |
к |
|
|||
0,4 |
0,5 |
0,02 |
7,9 |
12,5 |
1°36' |
4,38 |
2,89 |
3,28 |
0,09 |
ная схема расчета параметров контактной системы па АВМ градиентным методом. Процедура поиска миниму ма аналогична приведенной в § 4.
В качестве примера в табл. 9 приводятся значения параметров контактной системы электромагнитного кон тактора с номинальным током 100 А, рассчитанные ука занным способом.
Дальнейшее проектирование аппарата, определение размеров электромагнита проводится по методам, изло женным выше.
Г л а в а шес тая
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ СООТНОШЕНИЙ НА ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
17. Постановка задачи исследования времени трогания
К временным характеристикам электромагнитов относят вели чины времени его срабатывания и отпускания. Время срабатывания teр складывается из времени трогания t'Tp и времени движения Vдв якоря при включении электромагнита. Время отпускания ^отп состоит из времени трогания 1 "тр при отключении электромагнита
ивремени движения якоря і'\в-
Вобщем случае составляющие /Ср и ?0тп в разной мере зави сят от вида механической характеристики объекта, приводимого
электромагнитом в действие, степени насыщения магнитопровода, массы подвижных частей, связанных с якорем. Оказывают влияние и вихревые токи, возникающие в массивных элементах магнито провода. Изменение сопротивления обмотки вследствие его нагрева также может повлиять на *Ср и ?0 тп, полученные при расчете, в осо бенности при форсированном включении электромагнита.
Учет влияния перечисленных выше факторов на временные характеристики представляет значительные трудности. Поэтому ока-
92
зываётсп целесообразным принять допущения, не вносящие су щественной погрешности в определение /СР и tom. Так, при опреде лении <-'Тр. электромагнитов с нормальным временем действия мож но не учитывать влияния вихревых токов [Л. 6 , 30]. При расчете t'тр и t'да электромагнита, обмотка которого включается непосред ственно в сеть, в большинстве случаев можно считать, что потокосцепление линейно зависит от тока, а индуктивность обмотки зави сит лишь от положения якоря. Основанием для этого служит характер движения якоря, которое вначале происходит замедленно, так что большую часть времени зазор между якорем и сердечником остается большим. Лишь в конце процесса скорость движения ин тенсивно нарастает, вызывая резкое уменьшение зазора и рост индукции в магнитопроводе.
Нелинейность зависимости потокосцепления от тока необходи мо учитывать при форсированном включении электромагнита, а так же при определении /"тр при отпускании якоря. Время /" тр при размыкании цепи обмотки определяется в основном вихревыми тока
ми |
в магнитопроводе, пренебрежение которыми |
может |
привести |
|
к существенным ошибкам в расчете. |
/ор |
при |
обычном |
|
(не |
Изменением сопротивления обмотки за время |
|||
форсированном) включении в большинстве случаев |
можно пре |
небречь. Для оценки погрешности, вносимой допущением о постоян стве сопротивления в процессе срабатывания, предположим, что
обмотка обтекается током в течение |
0,1 с. При плотности |
тока |
|
500 А/см2 обмотка |
из меди нагреется |
за это время на 0,015 °С, а из |
|
алюминия на 0,031 |
°С. Соответственно |
при плотности тока 8 000 |
А/см2 |
вышеуказанные обмотки нагреются на 3,77 и 7,90 °С. Ростом сопро тивления, вызванным такими изменениями температуры, при реше нии задач динамики можно пренебречь.
При заданной механической нагрузке и напряжении питающей сети характер переходных процессов в электромагните с линейной зависимостью между потокосцеплением и током будет определяться сопротивлением R, индуктивностью L обмотки и ее производной по зазору якоря dL/dS, обусловливающей вместе с током величину тягового динамического усилия. Вследствие этого величины /ср и /опт во многом будут зависеть от соотношения геометрических раз меров магнитопровода н обмотки, поскольку последние определяют величины R, L и dL/dö. Здесь рассмотрим влияние геометрических соотношений на tcр и tom-
Как известно, время трогания при срабатывании электромагнита постоянного тока может быть представлено в виде
[*'ІР = 7 4 1 1 - ^
•тр
где
&тр — І т р // у — (!эд)тр//вУ.
Тяговое усилие в момент трогания якоря представим в виде
FTf — |
dL |
|
|
d i |
г=5„ |
||
или |
|||
|
|||
|
|
||
Fтр — 211 |
dT |
|
|
d i |
ь=ъа |
||
у |
|
S3
где Р — мощность, потребляемая обмоткой электромагнита п уста повившемся режиме.
Уравнение электрической цепи обмотки до начала движения якоря имеет вид:
U=iR + Ldi/dt.
Разделим обе части уравнения цепи на IyR, кроме того, чис литель и знаменатель последнего члена правой части разделим на
величину рт/(ро^пГ2 с). |
В результате получим: |
|
||||
|
|
|
I =i* + T*di*/dx*, |
|
(93) |
|
где |
і* — і/!у — безразмерный ток; Т* — T$x/(y.Ji3r*) — безразмерная |
|||||
постоянная |
времени; z* = tpx/(iJ.0^3 r^)— безразмерное время. |
|||||
|
Решая |
(93), получаем: |
= 1 — е,-*»/г» . |
|
||
|
|
|
г |
|
||
|
|
|
Т * т В = |
Т * тъ І П - |
ТР |
(94) |
|
|
|
|
|
|
|
где |
7'*Тр — начальная |
безразмерная постоянная |
времени. |
|||
|
С учетом (16) можно написать: |
|
|
|||
|
|
Fта- |
|
(с + Ю I dT |
(95) |
|
|
|
|
|
db |
5=г„
Для исследования влияния геометрических соотношений на вре мя трогания электромагнита с втяжным якорем выразим его харак теристики в функции безразмерных геометрических параметров:
cjrС= Л'; б/Гс = (/; Т|/гс= 2 ; |
К/гс= ѵ, Ijrс—у. |
Подставляя приведенные соотношения в (36) и пренебрегая |
|
магнитным сопротивлением воротничка, |
получаем при sin a = I: |
Гр* |
+ v ch y \ /r |
Т* = |
+ |
Г,
dT* |
ln ,V X + 1 |
du |
sh2 ij V -éx
94