Исследование влияния конструктивных параметров короткозамкнутого кольца на электромагнитное поле системы «Шина с током ферромагнитный шихтованный замкнутый сердечник» Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011

1. Опыт автоматизации водопроводной станции в г. Петро-дворце / А. А. Айсаев [и др.] // Водоснабжение и санитарная техника. — 1998. — № 10. — С. 22 — 24.

2. Яковлев, С. В. Научные исследования в области водоснабжения и водоотведения / С. В. Яковлев // Водоснабжение и санитарная техника. — 1993. — № 4. — С. 10—13.

3. Лезнов, Б. С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных установках / Б. С. Лезнов. — М. : ИК «Ягорба» — «Биоинформсервис», 1998. — 179 с.

4. Онищенко, Г. Б. Электропривод турбомеханизмов / Г. Б. Онищенко, М. Г. Юньков. — М. : Энергия, 1972. — 240 с.

НИКОНОВА Галина Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Информационноизмерительная техника».

Адрес для переписки: e-mail: ngvlad@mail.ru

Статья поступила в редакцию 20.05.2011 г.

© Г. В. Никонова

УДК 621.31.002 к. КЛИМЕНКО

Омский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОЗАМКНУТОГО КОЛЬЦА НА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ СИСТЕМЫ «ШИНА С ТОКОМ -ФЕРРОМАГНИТНЫЙ ШИХТОВАННЫЙ ЗАМКНУТЫЙ СЕРДЕЧНИК»__________________________

В статье представлены результаты исследования влияния конструктивных параметров короткозамкнутого кольца на распределение потоков рассеяния и фазовых соотношений между основным магнитным потоком сердечника и током шины в программном комплексе Е!сы1.

Ключевые слова: магнитный поток, сдвиг фаз, сердечник, Е!сы1.

Целью данной работы является определение влияния конструктивных размеров короткозамкнутого кольца на распределение потоков рассеяния и фазовых соотношений между основным магнитным потоком сердечника и током шины, что имеет существенное значение при разработке различных электротехнических аппаратов, содержащих короткозамкнутые кольца. Таким образом, изложенные в данной работе исследования содержат полезную информацию, которая может найти применение при создании электротехнических устройств.

Численный расчет осуществлялся с применением программного комплекса Е1си1;. Е1си — это интегрированная диалоговая система программ, позволяющая решать плоские и осесимметричные задачи электромагнитного поля [1]. Форма и геометрические размеры исследуемой системы представлены на рис. 1.

При расчете электромагнитного поля в Е1си была создана математическая модель системы. Математическая модель содержит сердечник, короткозамкнутое кольцо и шину с током. В табл. 1 приведены параметры элементов математической модели системы. По шине протекает синусоидально изменяющийся ток (1т= 180 А, ф = 0°).

На рис. 2 представлены результаты моделирования электромагнитного поля системы в программном комплексе Е1си при следующих условиях:

— длина короткозамкнутого кольца составляет 12 мм;

— толщина стенки короткозамкнутого кольца имеет следующие значения: 1 мм (рис. 2а), 2 мм (рис. 2б), 4 мм (рис. 2в).

Результаты расчета по сечениям сердечника, указанным на рис. 2 представлены в табл. 2 и 3. В табл. 2 — комплексные значения магнитного потока, в табл. 3 — амплитудные значения индукции магнитного поля.

На рис. 3 представлены результаты расчета электромагнитного поля при высоте короткозамкнутого кольца И = 24 мм и толщине кольца: а) 1 мм, б) 2 мм, в) 4 мм. Комплексные значения магнитного потока по сечениям сердечника приведены в табл. 4, локальные амплитудные значения по линиям, указанным на рис. 3, в табл. 5.

Результаты расчета электромагнитного поля системы при высоте кольца И = 36 мм приведены на рис. 4. На этом же рисунке указаны сечения сердечника, для которых производился расчет. В табл. 6 — представлены комплексные значения магнитного потока по сечениям, в табл. 7 — локальные амплитудные значения индукции магнитного поля.

Из анализа полученных результатов сделаны следующие выводы.

1. При поперечном сечении короткозамкнутого кольца Бк равном поперечному сечению шины Б0,

Рис. 1. Исследуемый образец системы с короткозамкнутым кольцом

Рис. 2. Картина электромагнитного поля системы при высоте короткозамкнутого кольца Ь=12 мм при варьировании толщины стенки М: а) 1 мм; б) 2 мм; в) 4 мм

Параметры Сердечник Шина Коротко- замкнутое кольцо

Материал Электро- техническая сталь Медь Дюраль

Относительная магнитная проницаемость 1200 1 1 1

Электро- проводность, См/м 0 2 56-106 [2] 37 1 06 [2]

Примечания: 1 — в данной задаче материал принят линейным; 2 — пренебрегаем электропроводностью материала сердечника, т.к. сердечник шихтованный и изготовлен из изолированных листов электротехнической стали.

б)

Рис. 3. Картина электромагнитного поля системы при высоте короткозамкнутого кольца Ь=24 мм при варьировании толщины стенки М: а) 1 мм; б) 2 мм; в) 4 мм

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011

Сечение Магнитный поток, Вб Фт = Ф т-е№ Сечение Магнитный поток, Вб Фт = ®те)ф Сечение Магнитный поток, Вб Фт = Фт • еФ

1 - 1 6,5448-10-5 • е^77'74 2 1 N5 6,5436 • 10-5 • е^54° см 1 см 6,5148 • 10~5 • е'96,61°

3 - 3 3,2703• 10-5 • е-^7655° 4 - 4 3,2211 • 10-5 • е^925СР 1 3,1789^ 10-5 • е^9264°

Он 1 Он 1,6589• 10-5 • е-^71,01° 6 1 О) 1,6115' 10-5 • е^89,68° «3 1 «3 1,5561• 10-5 • е^90'03Р

Таблица 3

Номер локальных точек по расчетным линиям Локальные амплитудные значения модуля магнитной индукции В (Тл) по линиям

2 - 2 4 - 4 6 - 6

1 0,2732727 0,1345121 0,0679709

2 0,2732261 0,1344861 0,0673532

3 0,2731073 0,1344295 0,0673209

4 0,2729446 0,1343547 0,0672765

5 0,2727481 0,1342677 0,0672276

6 0,2725274 0,1341642 0,0671742

7 0,2722686 0,1340635 0,0671319

8 0,2721230 0,1339871 0,0670989

9 0,2719830 0,1339190 0,0665680

10 0,2719165 0,1338873 0,0659421

Таблица 4

Сечение Магнитный поток, Вб Фт = Фт • еФ Сечение Магнитный поток, Вб ®т=®ш-е№ Сечение Магнитный поток, Вб Фт=Фт'е1ф

7 - 7 3,2564• 10-5 • е-ДО1Р 8 - 8 3,2161- 1СГ5 • е^9259 со 1 со 3,1646-10~3 • ¿9262'

9 - 9 1,6759•1С-5•e-j7Я71Р 10 - 10 1,6115- 1СГ3 • е^89,96 10' - 10' 1,5723-10~5 • е№98>

11 - 11 8,8344• 106 • е-^79 12 - 12 8,0256- 10“6 • е№96С 12' - 12' 8,0242-10“6 • ёш'т

а) б) в)

Рис. 4. Картина электромагнитного поля системы при высоте короткозамкнутого кольца Ь=3б мм при варьировании толщины стенки М: а) 1 мм; б) 2 мм; в) 4 мм

Номер локальных точек по расчетным линиям Локальные амплитудные значения модуля магнитной индукции В (Тл) по линиям

8 - 8 10 - 10 2 1 2

1 0,1342896 0,0686239 0,0323479

2 0,1342347 0,0672101 0,0335931

3 0,1341564 0,0671763 0,0335775

4 0,1340585 0,0671303 0,0335543

5 0,1339516 0,0670732 0,0335245

6 0,1338480 0,0670128 0,0334923

7 0,1337509 0,0669545 0,0334600

8 0,1336676 0,0669033 0,0334299

9 0,1336081 0,0668664 0,0334092

10 0,1336462 0,0668403 0,0333942

Таблица 6

Сечение Магнитный поток, Вб Фт = Фт-е)Ф Сечение Магнитный поток, Вб Фт = Ф т-е] Ф Сечение Магнитный поток, Вб Фт = Фт-е)Ф

13 - 13 2,1729- 10-5-е-)77'02° 14 - 14 2,1448- Ю^-еР!660 14' - 14' 20)446-10-5 - е?164°

15 - 15 1,1461 - 10-5 - е-№83° 16 - 16 1,0706- 10-5 - е89700 16' - 16' 10641-1СГ5 - ер9’67°

17 - 17 6,5031-10-6- е-)56'05 18 - 18 5,3465- т-6^87'050 18' - 18' 5,1091 -10- - е)87'05°

Таблица 7

Номер локальных точек по расчетным линиям Локальные амплитудные значения модуля магнитной индукции В (Тл) по линиям

4 1 4 6 1 6 18 - 18

1 0,0899109 0,0448188 0,0224863

2 0,0894514 0,0447867 0,0224417

3 0,0893878 0,0447442 0,0223958

4 0,0893114 0,0446969 0,0223481

5 0,0892277 0,0446480 0,0223016

6 0,0891434 0,0445964 0,0222517

7 0,0890641 0,0445407 0,0222047

8 0,0889939 0,0444910 0,0221597

9 0,0889441 0,0444476 0,0221193

10 0,0889178 0,0444121 0,0220880

независимо от длины кольца, наблюдается одинаковое значение магнитного потока в сердечнике под кольцом, при этом фазовый сдвиг магнитного потока относительно фазы тока шины равен практически 90°.

2. Если поперечное сечение короткозамкнутого кольца Бк больше поперечного сечения шины с током

Б0, то согласно данным таблиц 2, 4, 6, значение модуля магнитного потока в сердечнике под кольцом уменьшается, а сдвиг фаз принимает значения меньшие 90°, а если поперечное сечение Бк меньше сечения Б0, то значение модуля магнитного потока — увеличивается, а сдвиг фаз принимает значения, большие 90°.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011

1. Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнический материалы / Под общ. ред. профессоров МЭИ В. Г. Герасимова и др. — 9-е изд., стер. — М. : МЭИ, 2003. - 440 с.

2. ЕЬСиТ. Моделирование двумерных полей методом ко-

нечных элементов. Версия 5.5 : Руководство пользователя. — СПб. : Производственный кооператив ТОР. [Электронный

ресурс]. — URL : http:/www.tor.ru/elcut/demo/Manual.pdf (дата обращения : 17.06.2011).

КЛИМЕНКО Ксения Александровна, аспирантка кафедры «Теоретическая и общая электротехника». Адрес для переписки: e-mail: klimenko22@rambler.ru.

Статья поступила в редакцию 27.06.2011 г.

©К. А Клименко

уДк 621332 К.Р.ХАЛИКОВ

Омский государственный университет путей сообщения

МЕТОД РАСЧЕТА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК С НЕСКОЛЬКИМИ ТОКОПРИЕМНИКАМИ ПРИ ИХ ОДНОВРЕМЕННОЙ РАБОТЕ____________________________

В статье рассмотрены особенности взаимодействия нескольких токоприемников с контактными подвесками на электрических железных дорогах. Разработан новый метод расчета вертикального механического взаимодействия токосъемных устройств на участках электрических железных дорог, содержащих переходные пролеты, основанный на дискретизации параметров подвесок к точкам контакта токоприемников с учетом волновых процессов. Произведено сопоставление результатов экспериментальных и теоретических исследований.

Ключевые слова: электрические железные дороги, контактная подвеска, токоприемник, метод расчета.

При взаимодействии нескольких токоприемников с контактной подвеской необходимо учитывать влияние каждого из них на подъем контактных проводов в точках контакта с подвеской остальных. В результате этого уменьшается расстояние между основным и дополнительным стержнем фиксатора в большей степени, чем при одном токоприемнике, что может привести к ухудшению качества токосъема.

В настоящее время разработаны различные методы расчета вертикального механического взаимодействия токосъемных устройств [1, 2]. Однако их набор для участков электрических железных дорог, содержащих переходные пролеты, ограничен, и они не учитывают наличие нескольких токоприемников [3]. Поэтому предлагается новый метод расчета, основанный на дискретизации параметров подвесок к точкам контакта токоприемников с учетом волновых процессов.

При разработке метода приняты следующие допущения: контактные подвески представляют собой бесконечно длинные стержни, лежащие на неоднородном упругом основании (рис. 1); рассматриваются только вертикальные колебания системы; характер динамических возмущений, возникающих в подвеске от движущегося токоприемника, при рассмотрении их в подвижной системе координат сохраняется с точностью до постоянного множителя; токоприемники, взаимодействующие с подвеской, движутся в одном направлении с одинаковой постоянной скоростью и они представлены двухмассовыми моделями.

В общем виде, когда с контактной подвеской взаимодействуют N токоприемников, форма бегущей волны может быть представлена следующим образом:

Нс(х, 1) = НкаС(х) + и(х, 1), (1)

п

где иМ) = X 2к(Цфк(х - VI). к=1

х — расстояние, м;

Ї — время, с;

Нкас — расстояние от нижней поверхности контактного провода подвески до уровня головки рельса (УТР) при отсутствии нажатия токоприемника, м;

п — число динамических составляющих формы бегущей волны (принимается равным количеству токоприемников ^;

2к — обобщенная координата, м; фк — функция, задающая форму бегущей волны в контактной подвеске;

V — скорость движения электроподвижного состава, м/с.

Условия контакта между токоприемниками и контактной подвеской представляются в виде:

Нс (V 1 — и, ч = Нлі (Ч- (2)

где Іткіі — расстояние между первым и і-ьім токоприемником, м;