CC BY
39
УДК 621.313.33
Г.М. Голенков, М. Аббасиан
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОИ ИНДУКЦИИ В ВОЗДУШНОМ ЗАЗОРЕ КОАКСИАЛЬНО-ЛИНЕЙНОГО СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С АКСИАЛЬНЫМ И РАДИАЛЬНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ НА ЯКОРЕ
Представлено результати експериментальних досліджень розподілу електромагнітної індукції у повітряному зазорі коаксіально-лінійного синхронного двигуна зворотно-поступального руху в межах половини полюсного поділу з аксіальним тарадіальнимрозташуванням постійних магнітів на якорі.
Представлены результаты экспериментальных исследований распределения магнитной индукции в воздушном зазоре коаксиально-линейного синхронного двигателя возвратно - поступательного движения в пределах половины полюсного деления с аксиальным и радиальным расположением постоянных магнитов на якоре.
ВВЕДЕНИЕ
Применение вибрационных машин в строительном производстве [1] и других технологических процессах, связанных с перемещением, уплотнением, разрушением и так далее является актуальным. Чаще всего в качестве возбудителя колебаний рабочего органа используются асинхронные двигатели с дебалансными системами возмущающих усилий. Эти двигатели с дебалансным расположением возмущающих усилий имеют такие недостатки, как: малую надежность работы вибраторов, большую энергоемкость, недостаточную эргономичность и автоматизацию систем управления.
В работе [2] предложены вибраторы, приводом рабочего органа которых является коаксиальнолинейный синхронный двигатель с постоянными магнитами (NdFeB N44 В = 1.2 Тл ф50х20Ы4, Китай), аксиально расположенными на якоре (КЛСД-ПМ-А) (рис. 1,а). Предложенная конструкция вибраторов КЛСД-ПМ-А позволяет частично исключить перечисленые недостатки существующих вибрационных машин.
В строительном производстве, в частности, при погружении свай, шпунтов и других строительных изделий в грунт, используют вибропогружатели мощностью от 30 до 155 кВт.
Мощность вибропогружателя КЛСД-ПМ-А установки для погружения свай вибростатическим способом составила 4,8 кВт. Проблемой является сложность изготовления вибраторов большой мощности из-за технологического процесса изготовления магнитов тороидального типа большого диаметра.
В данной работе исследуются вибраторы [2, 3], приводом рабочего органа которого является коаксиально-линейный синхронный двигатель с аксиальным КЛСД-ПМ-А и радиальным расположением постоянных магнитов на якоре (КЛСД-ПМ-Р) (рис. 1). Определены средние значения магнитной индукции в воздушном зазоре между индуктором и якорем этих двигателей, а также даны их сравнительные характеристики.
Конструктивная особенность КЛСД-ПМ-Р с радиальным расположением постоянных магнитов на якоре (см. рис. 1,6) позволяет увеличить мощность
вибраторов и расширить их применение в различных технологических процессах, где используется
вибротехника.
Якорь вибровозбудителя КЛСД-ПМ-А (см. рис.
1,а) и якорь вибровозбудителя КЛСД-ПМ-Р (см. рис. 1,6) состоит из: постоянных магнитов 1; концентраторов магнитных силовых линий, изготовленных из стали (стали 3) 2 и металлического стерженя (бронзы) 3.
Рис. 1. Якорь вибровозбудителя КЛСД: а) КЛСД-ПМ-А; б) КЛСД-ПМ-Р
В работах [4] представлены математические модели, определяющие параметры электромеханических характеристик КЛСД. Однако недостаточно полно отображены результаты экспериментальных исследований распределения магнитной индукции в воздушном зазоре коаксиально-линейного синхронного двигателя как с аксиальным, так и с радиальным расположением постоянных магнитов на якоре. Не даны их сравнительные характеристики по распределению магнитной индукции в воздушном зазоре ме^ду индуктором и якорем исследуемых двигателей.
Следовательно, целью данной работы является исследование распределения параметров магнитной индукции в воздушном зазоре коаксиально-линейного синхронного двигателя возвратно-поступательного движения с аксиальным и радиальным расположением постоянных магнитов на якоре, а также их сравнительные характеристики.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ Для проведения экспериментальных исследований коаксиально-линейного синхронного двигателя возвратно-поступательного движения КЛСД-ПМ-А и КЛСД-ПМ-Р разработан стенд (рис. 2). Стенд включает коаксиально-линейный синхронный двигатель 1, где: статор (индуктор) - 2; якорь КЛСД - 3; измерительный прибор магнитной индукции (Ш1-8) - 4 со щупом (датчиком) - 5.
Рис. 2. Стенд для исследования коаксиально-линейного синхронного двигателя
Исследуемый коаксиально-линейный синхронный двигатель (см. рис.2) имеет следующие «струк-тивные параметры: воздушный зазор ме^ду индуктором и якорем составляет 2 мм; немагнитный зазор - 7 мм; толщина магнитопровода индуктора -10 мм; толщина токового слоя (обмоток) составляет 5 мм.
Магнитопровод КЛСД выполнен из стальной проволоки диаметром 1 мм и уложен поверх токового слоя индуктора толщиной 10 мм; длина активной части магнитопровода составляет 164 мм; активная длина якоря 112 мм; диаметр якоря 60 мм; масса постоянных магнитов составляет 0,51 кг.
Так как при работе КЛСД якорь совершает колебания в пределах полюсного деления, то измерение параметров магнитной индукции также осуществлялось в пределах полюсного деления.
Измерение параметров магнитной индукции проводилось в следующей последовательности. При помощи щупа измерительного прибора магнитной индукции измерения проводились с шагом Ах = 2,5 мм активной части индуктора. Эти измерения проводились при смещении якоря по координате X с шагом 1 мм по отношению к активной зоне индуктора КЛСД 10 мм.
На рис. 3,а представлено схематичное изображение коаксиально-линейного синхронного двигателя с аксиальным расположением постоянных магнитов на якоре, где: индуктор - 1; магнитопровод индуктора -2; обмотка индуктора (токовый слой) - 3; постоянные магниты - 4; концентраторы магнитных силовых линий - 5; якорь КЛСД-ПМ-А-6.
На рис. 3,6 изображено семейство характеристик распределения параметров магнитной индукции в воздушном зазоре двигателя В = /х) в пределах изменения положения якоря по отношению к индуктору на величину половины полюсного деления (а, б).
На рис. 4,а представлено схематичное изображение коаксиально-линейного синхронного двигателя с радиальным расположением постоянных магнитов на якоре, где: индуктор - 1; магнитопровод индуктора - 2;
обмотка индуктора (токовый слой) - 3; постоянные магниты - 4; концентраторы магнитных силовых линий - 5; якорь КЛСД-ПМ-Р-6.
На рис. 4,6 изображено семейство характеристик распределения параметров магнитной индукции в воздушном зазоре двигателя В = /х) в пределах изменения положения якоря по отношению к индуктору на величину половины полюсного деления (а, б).
[
1 =П 2
_________________________________1 3
N S
В.Тп 013 006 003
•002 •007 •0.12
0 20 40 60 80 100 120 МО 160
Рис. 3. Схематичноеизображениекоаксиально-линейного синхронного двигателя с аксиальным расположением постоянных магнитов на якоре (а) и характер распределения параметров магнитной индукции в воздушном зазоре двигателя (б)
В.Тл 0 3 0 25 02 0.15 0.1 005 0
•0 05 •01 «0.15 •02 •0 25 •03
Рис. 4. Схематичное изображение коаксиально-линейного синхронного двигателя с радиальным расположением постоянных магнитов на якоре (а) и характер распределения параметров магнитной индукции в воздушном зазоре двигателя (б)
4
5
6
По результатам исследования семейства характеристик распределения параметров магнитной индукции в зазоре КЛСД (см. рис. 3, 4) были построены графики (рис. 5), где: а - среднее значение магнитной индукции в зазоре КЛСД с радиальным расположением постоянных магнитов на якоре; б - среднее значение магнитной индукции в зазоре КЛСД с аксиальным расположением постоянных магнитов на якоре.
10 20 Рис. 5
Среднее значение магнитной индукции определялось по формуле:
" |Б|хД.
Б =■ " 2
Г
ср
L
где Вср - среднее значение магнитной индукции, Тл; N - количество измеренных значений параметров индукции в зоне активной части индуктора; Вп - значение магнитной индукции в момент его измерения в заданной точке, Тл; Ь - длина активной зоны индуктора КЛСД.
ВЫВОДЫ
Таким образом, в результате экспериментальных исследований по распределению параметров магнитной индукции в воздушном зазоре КЛСД с аксиальным и радиальным размещением постоянных магнитов на якоре выяснилось, что с радиальным расположением магнитов магнитная индукция в среднем на 40% больше, чем в случае с аксиальным размещением постоянных магнитов на якоре.
Следовательно, при определении механических характеристик, а именно тягового усилия, более эффективным двигателем является КСЛД с радиальным расположением постоянных магнитов на якоре.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Багрман В.А., Быховский П.П. Вибрационные машины и процессы в строительстве. - М.: Высш. шк.,1977.
2. Патент на корисну модель №24757 Вибровозбудигель E02D7/10(2007.01).E02D7/18(2007.01).E02D7/20(2007.01). Бо-газинко М.В., Голенков Г.М, Голубь В.П., Попков B.C., Пархоменко Д.И. видано відповідно до закону України "Про охорону прав на винаходи і корисні моделі". 10.07.2007.Бюл №10.
3. Патент на винах №93168 лінійний електродвигун зворотньо-поступального руху, МПК (2011.01) HD2K33/00 H02K41/025. Богазинко М.В., Голенков Г.М, Голубь В.П., Попков B.C. "Про охорону прав на винаходи і корисні моделі". 10.01.2011, Бюл№1.
4. Голенков Г.М., Бондарь Р.П., Макогон С.А., Богазинко М.В., Попков B.C. Моделирование работы электрического вибратора с коаксиально-линейным двигателем при разных законах регуляции // Техническая электродинамика. - 2007. - № 2. - С. 54-59.
Bibliography (transliterated): 1. Bagrman V.A., Byhovskij I.I. Vibra-cionnye mashiny i processy v stroitel'stve. - M.: Vyssh. shk.,1977. 2. Patent na korisnu model' №24757 Vibrovozbuditel' E02D7/10(2007.01).E02D7/18(2007.01).E02D7/20(2007.01). Bogazinko M.V., Golenkov G.M, Golub' V.P., Popkov V.S., Parhomenko D.I. vidano vidpovidno do zakonu Ukraini "Pro ohoronu prav na vinahodi і korisni modeli". 10.07.2007.Byul №10. 3. Patent na vinah №93168 linijnij elektrodvigun zvorotn'o-postupal'nogo ruhu, MPK (2011.01) HD2K33/00 H02K41/025. Bogazinko M.V., Golenkov G.M, Golub' V.P., Popkov V.S. "Pro ohoronu prav na vinahodi і korisni modeli". 10.01.2011, Byul №1. 4. Golenkov G.M., Bondar' R.P., Makogon S.A., Bogazinko M.V., Popkov V.S. Modelirovanie raboty ' elektricheskogo vibratora s koaksial'no-linejnym dvigatelem pri raznyh zakonah regulyacii // Tehnicheskaya 'elektrodinamika. - 2007. - № 2. - S. 54-59.
Поступила 08.12.2011
Голенков Геннадий Михайлович, к.т.н., доц.,
Аббасиан Мохсен
Киевский национальный университет строительства и архитектуры 03680, Киев, Воздухофлотский проспект, 31 e-mail: [email protected]
Golenkov G.M., Abbasian М.
Experimental investigations of electromagnetic induction distribution in the air gap of a coaxial linear synchronous motor with permanent magnets axial and radial location on the armature.
The paper presents results of experimental investigations of electromagnetic induction distribution in the air gap of a coaxial linear synchronous motor with alternate/reciprocal motion within the half polar pitch and with axial and radial location of permanent magnets on the armature.
Key words - electromagnetic induction, coaxial linear synchronous motor, permanent magnet.
