CC BY
13
Такой преобразователь (рис. 2) отличается от рассмотренного выше тем, что его подвижная часть закреплена пружиной с коэффициентом упругости к. Масса, емкость и трение не учитываются.
Рис. 2. Модель преобразователя с упругим элементом
При подключении преобразователя к источнику напряжения u = Ucoswt его состояние описывается уравнениями в соответствии с законом Гука и вторым законом Кирхгофа:
kx = Blni,
dx rT
Bln— = U cos at, dt
Из второго уравнения
x t
J y0'5dx = J U cos a tdt,
0 0
U
y05ro
sin ГО t.
При подстановке в первое уравнение получается окончательное решение
Uk . U ( п i =— sin rot =— cos I rot —
yro
2 )'
- реактивное упругое сопротивление. Ток / отстает от приложенного напряжения на угол р/2. Это свидетельствует о том, что рассматриваемое устройство имеет индуктивный характер. Его индуктивность
^ - У
Таким образом, электромеханический преобразователь, ключевым параметром которого является коэффициент упругости, воспринимается цепью как индуктивность.
Заключение
Электромеханический преобразователь с ключевым параметром масса запасает кинетическую энергию бегуна, и поэтому его нельзя полностью отождествлять с электрическим емкостным устройством, которое запасает энергию электрического поля.
Электромеханический преобразователь с ключевым параметром коэффициент упругости запасает потенциальную энергию пружины, чем принципиально отличается от индуктивности, которая запасает энергию магнитного поля.
Реактивный характер электромеханических преобразователей с параметрами масса и коэффициент упругости следует учитывать при расчете электротехнологических установок [5], а также при проектировании линейных электрических машин с массивными бегунами [6-9] и пружинными возвратными механизмами [10].
Список литературы
1. Попов И.П. Реактивные элементы электрических цепей с «неэлектри-
ческими» параметрами //Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». - 2010. - №4(27). - С. 166-173.
2. Попов И.П. Реактивные элементы цепей, выполненные на основе
линейных электродинамических машин // Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона: Тр. Межгосударств. науч.-техн. конф. - Магнитогорск: МГМИ. - 1994. - С. 26-28.
3. Патент 2038680 RU, МПК6 Н 02 К 41/035. Электрическая машина/
И.П. Попов, Д.П. Попов (Россия). - № 93015412; заявл. 24.03.93; опубл. 27.06.95, Бюл. №18.
4. Патент 2086065 RU, МПК6 Н 02 К 7/02. Электрическое емкостное
устройство /И.П. Попов (Россия). - № 94010650; заявл. 28.03.1994; опубл. 27.07.1997, Бюл. № 21.
5. Сарапулов Ф.Н. Расчет параметров цепей электротехнологических
установок. Екатеринбург: УГТУ, 1999. - 83 с.
6. А.с. 1810963 SU, МПК5 Н 02 К 33/02. Электромагнитный двигатель /
Э.Ф. Маер, А.Г. Баталов, В.И. Мошкин, И.П. Попов (Россия). - № 4840826; заявл. 19.06.1990; опубл. 23.04.1993, Бюл. № 15.
7. Патент 2018652 RU, МПК5 Е 21 С 3/16. Электрический молот /
Э.Ф. Маер, В.И. Мошкин, И.П. Попов (Россия). - № 4712733; заявл. 03.07.1989; опубл. 30.08.1994, Бюл. № 16.
8. Патент 2025277 RU, МПК5 В 30 В 1/42, В 21 Л 7/30. Электромагнит-
ный пресс/Э.Ф. Маер, В.И. Мошкин, В.Ф. Мошкина, И.П. Попов (Россия). - № 4872907; заявл. 19.06.1990; опубл. 30.12.1994, Бюл. № 24.
9. Патент 2026792 RU, МПК6 В 30 В 1/42, В 21 Л 7/30. Электромагнит-
ный пресс/Э.Ф. Маер, А.Г. Баталов, В.И. Мошкин, И.П. Попов (Россия). - № 4872878; заявл. 19.06.1990; опубл. 20.01.1995, Бюл. № 2.
10. Маер Э.Ф., Попов И.П. Конструктивные схемы возвратных
механизмов линейных двигателей и выбор их параметров // Импульсные линейные электрические машины. - Новосибирск: ИГД СО АН СССР. - 1991. - С. 19-25.
УДК 631.362 В.И. Чарыков
Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева, И.И. Копытин
Курганский государственный университет, В.А. Ушаков
Курганская государственная
сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЖЕЛЕЗООТДЕЛИТЕЛИ СЕРИИ УСС: НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ
Аннотация. В статье рассматриваются вопросы нагрева и охлаждения электромагнитных железоотделите-лей серии УСС, разработанных в Курганской государственной сельскохозяйственной академии, определена постоянная нагрева.
Ключевые слова: электромагнитный железоотде-литель, нагрев, охлаждение, постоянная нагрева.
V.I. Charykov, I.I. Kopytin, V.A. Ushakov
ELECTROMAGNETIC IRONSEPARATERS SERIES УСС: HEATING AND COOLING
Abstract. The article considers the issues of heating and cooling of electromagnetic iron separators series USS developed in the Kurgan state agricultural academy, defined constant heating.
Key words: electromagnetic ironseparater, heating, cooling, constant heating.
Обеспечение перерабатывающих отраслей высокотехнологичными машинами и оборудованием является решением вопросов качества получаемой сельскохозяйственной продукции. На всех этапах технологического процесса переработки зерна или компонентов комбикорма большое значение придают операции очистки. Очистка сыпучей сельскохозяйственной продукции от металлических примесей осуществляется электромагнитными сепараторами. Комплекс машин, разработанных в Курганской сельскохозяйственной академии для этих целей, получил название установки для сухой магнитной сепарации - УСС[1].
Температура нагрева обмоток сепаратора УСС зависит от теплотехнических характеристик устройства и параметров окружающей среды. Часть выделяемого в сепараторе тепла идет на нагрев обмоток, а остальное отдается в окружающую среду. На процесс нагрева влияют такие физические параметры как теплоемкость и теплоотдача. В зависимости от теплового состояния сепаратора и окружающего воздуха степень их влияния может быть различной. Если разность температур сепаратора и окружающей среды невелика, а выделяемая энергия значительна, то ее основная часть поглощается обмотками, сталью магнитопровода, корпусом сепаратора и другими его частями. Происходит интенсивный рост температуры изоляции. По мере нагрева все больше проявляется влияние теплоотдачи[2].
Явления теплообмена между отдельными частями сепаратора довольно сложны. Для рассмотрения общей картины нагрева обратимся к упрощенной модели, с достаточной точностью отображающей картину нагрева изоляции.
Упрощение основывается на нескольких допущениях. Реальный сепаратор, состоящий из разнородных частей с разными теплотехническими свойствами, считается однородным телом с бесконечно большой теплопроводностью. Последнее свойство означает, что температура во всех точках рассматриваемого тела всегда одинакова. Такая модель соответствует оригиналу при сравнительно медленных возрастаниях температуры.
Другое допущение заключается в том, что коэффициент теплоотдачи сепаратора принимают постоянным. Температура окружающей среды за время нагрева постоянна. Потери и теплоемкость катушки сепаратора не зависят от температуры.
Для снятия теплового режима сепаратора необходимо было проделать следующее: один термометр прикрепить с помощью изоляционной ленты к катушке, по второму следить, как будет изменяться окружающая температура (Гвмд=20°).
Замеры, произведенные через 15 минут, представлены в табл. 1.
Пользуясь описанной упрощенной моделью, рассмотрим процесс нагрева сепаратора, не прибегая к математическому аппарату. Это дает возможность сосредоточить наше внимание не на количественной стороне явления, а на физической сущности. Задачу сформулируем следующим образом.
В однородном теле, обладающем бесконечно большой теплопроводностью, равномерно выделяется некоторое количество тепла. Требуется проследить, как будет проходить процесс нагрева тела по отношению к окружающей среде.
Часть поступающего тепла расходуется на нагрев тела, другая часть через его поверхность отдается в окружающую среду. В начале процесса, когда разность тем-
ператур между телом и средой равна нулю, все поступающее тепло поглощается телом. По мере нарастания температуры теплоотдача увеличивается, и через некоторое время наступает динамическое равновесие.
Таблица 1
Экспериментальные данные теплового режима катушки
№ п/п Время t, час Температура воздуха Температура катушки при работе zlt°C*
1 0 20 20 0
2 0,25 20 30 10
3 0,5 20 36 16
4 0,75 20 41 21
5 1 20 44 24
6 1,25 20 48 28
7 1,05 20 51 31
8 1,75 20 53 33
9 2 20 55 35
10 2,25 20 58 38
11 2,5 20 60 40
12 2,75 20 62 42
13 3 20 63 43
14 3,5 20 64 44
15 3,75 20 66 46
16 4 20 67 47
17 4,25 20 68 48
18 4,5 20 69 49
19 4,75 20 70 50
20 5 20 71 51
21 5,25 20 71,5 51,5
22 5,5 20 72 52
23 5,75 20 72,5 52,5
24 5,75 20 73 53
25 6 20 73,5 53,5
26 6,25 20 73,5 53,5
27 6,5 20 74 54
28 6,75 20 74 54
29 7 20 74 54
/Ц°С* - превышение температуры катушки над температурой окружающей среды.
Тело нагревается до такой температуры, при которой вся поступающая за единицу времени энергия отдается в окружающую среду На рис. 1 показаны графики изменения повышения температуры тела во времени. В самом начале процесса скорость нагрева тела большая, кривая температуры круто поднимается, затем скорость замедляется и через некоторое время рост температуры прекращается, наступает установившееся состояние.
Скорость нагрева характеризуется постоянной времени нагрева «Т». Графически она представляет отрезок,
104
ВЕСТНИК КГУ, 2011. №1
отсекаемый касательной ОА, проведенной к кривой нагрева в начале координат, на линии установившегося значения температуры. Можно сказать, что постоянная времени является мерой тепловой инерции: чем она больше, тем медленнее идет нагрев. Это видно из графика. Увеличение Т означает больший наклон кривой нагрева к оси абсцисс, что указывает на замедление процесса нагрева.
Рис. 1. Экспериментальная кривая нагрева катушки при напряжении U=220B
Постоянная времени нагрева зависит от коэффициентов теплоемкости и теплоотдачи. Чем больше теплоемкость тела, тем больше Т и тем медленнее нарастает температура. Увеличение теплоотдачи ведет к ускорению процесса установившегося теплового состояния. Таким образом, постоянная времени нагрева является обобщающим параметром, характеризующим тепловую инерцию сепаратора.
Постоянная времени нагрева сепаратора УСС составляет 73 минуты. Равновесное состояние сепаратора достигается через 7 часов или через 5-6Т.
Проведя анализ теплового режима катушек, можно сделать вывод, что максимальная температура нагрева не превышает допустимую, которую может выдержать изоляция. Следовательно, сепараторы серии УСС не требуют особых охлаждающих устройств, и отведение в них тепла происходит путем естественного соприкосновения нагретых поверхностей обмоток, магнитной системы и продуктопровода с окружающим воздухом.
Список литературы
1. Зуев В.С., Чарыков В.И. Электромагнитные сепараторы: теория,
конструкция. - Курган: Зауралье, 2002. - 178с.
2. Земский А.М., Кукенов Г.А. Тепловые расчеты электрических
аппаратов. - М.: Энергия, 1967. - 382с.
УДК 621.318.3 В.И. Мошкин
Курганский государственный университет
ОСНОВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОДНООБМОТОЧНЫХ ЛЭМД С ВОЗВРАТНОЙ ПРУЖИНОЙ
Аннотация. На основе соотношений принципа взаимности получены и проанализированы основные энергетические и динамические параметры однообмоточных
ЛЭМД с возвратной пружиной и установлено, что производительность и ударная мощность машины, построенной по такой конструктивной схеме, ограничены продолжительностью холостого хода.
Ключевые слова: линейный электромагнитный двигатель, тяговая характеристика, интегральная работа, якорь.
V.I. Moshkin
Kurgan State University
THE BASIC POWER AND DYNAMIC PARAMETERS OF LEMM WITH ONE ELECTROWINDING WITH THE RETURNABLE SPRING
Annotation. On the basis of parities of a principle of reciprocity the basic power and dynamic parameters LEMM with one electro winding with a returnable spring are received and analysed and is established that productivity and shock capacity of the motor constructed under such constructive scheme, are limited by duration of idling.
Key words: the linear electromagnetic motor, the traction characteristic, integrated work, anchor.
Расчет энергетических и динамических характеристик импульсных ЛЭМД, входящих в состав электромагнитного привода таких машин ударного действия, как электромагнитные молоты, прессы, представляет обычно сложную и трудоемкую задачу, обусловленную необходимостью решения системы нелинейных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами [1]. В связи с этим представляет интерес использование для этих целей принципа взаимности, являющегося одним из обобщенных методов научного познания физических процессов в динамических системах [2,3] и позволяющего непосредственно определить энергию удара ЛЭМД по статическим тяговым характеристикам F(dd) при I = const
работе АИ =JFCT (8)d8 .
и интегральной
На основании принципа взаимности для электромеханических систем кинетическая энергия движущихся частей Ак ЛЭМД должна равняться энергии Ае, связанной с противодействующими ЭДС [4]:
(1)
Ак = Ае = 0,5(Аи - Ап ),
где АК - кинетическая энергия, соответствующая площади 1-2-3-5-1 (рис.1); Ае - энергия, связанная с противо-ЭДС и соответствующая площади 5-3-4-1'-5; АИ - интегральная работа, соответствующая площади ddн-1'-4-ddк;
АП = | (8)й?8 - работа по преодолению полезной на-
5„
грузки, соответствующая площади ddн-1-2-ddк.
Выражение (1) справедливо, если пренебречь потерями от перемагничивания и вихревых токов, а также потерями энергии, связанными с преодолением сил трения, то есть считать, что избыточная сила целиком участвует в ускорении движущихся частей ЛЭМД.
Энергия Ае, определяемая разностью между механической энергией АИ, соответствующей статической характеристике FС7(d), и механической энергией, соответ-
