CC BY
29
УДК 621.313.323 + 69.002.5-868
Г.М. Голенков, Д.І. Пархоменко
ДОСЛІДЖЕННЯ РОЗПОДІЛУ МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ В ПОВІТРЯНОМУ ЗАЗОРІ ЛІНІЙНОГО СИНХРОННОГО ДВИГУНА З МАГНІТНИМ ПІДВІСОМ
Описано стенд для випробування лінійного синхронного двигуна з магнітним підвісом та представлено результати експериментального дослідженнярозподілу магнітноїіндущіїв повітряному зазорі такого двигуна.
Описан стенд для испытания линейного синхронного двигателя с магнитным подвесом и представлены результаты экспериментального исследованияраспределения магнитной индукции в воздушном зазоре такого двигателя.
ВСТУП
Застосування віброзанурювачів при зануренні будівельних конструкцій (паль, шпунтів, труб, балок тощо) у ґрунт є актуальним [1]. У більшості таких вібраторів у якості збуджувача коливань використовуються асинхронні двигуни. Процес занурення будівельних конструкцій у ґрунт здійснюється, як правило, при певній резонансній частоті виконавчої системи. Резонансна частота системи занурювання залежить від конструктивних параметрів вібратора віброзанурювача.
Для підвищення ефективності роботи вібратора в різних робочих умовах необхідно щоб він працював у різних частотних діапазонах. Зміна частоти струму, що живить індуктор вібратора, призведе до зміни частоти коливань, але ефективність роботи установки зменшиться внаслідок різних значень резонансної частоти системи і фактичної частоти коливань. Значення резонансної частоти пов’язане з жорсткістю пружного елемента і масою коливальної частини:
/ = 2--]^, (1) V т
де /- резонансна частота, Гц; к - коефіцієнт жорсткості; т - маса коливальної частини, кг.
Для швидкого проходження палею шару ґрунту необхідно зменшити лобовий та боковий опір грунту. Для цього необхідно змінювати резонансну частоту системи занурення.
Зміна резонансної частоти існуючих вібраторів є ускладненою через неможливість регулювання жорсткості пружин та маси рухомої частини.
У даній роботі досліджується вібратор [2] з коаксіально-лінійним синхронним двигуном (КЛСД) у якості збуджувача коливань. Для зміни резонансної частоти системи вводиться регульований пружній елемент: магнітний підвіс (МП) з постійними магнітами. Такий підвіс буде виконувати функцію електромагнітної пружини. Регулювання величини струму в обмотках збудження підвісу призведе до зміни його жорсткості [3].
У роботах [4-7] достатньо повно представлені математичні моделі для визначення електромеханічних характеристик коаксіально-лінійних синхронних двигунів, але недостатньо повно відображені результати їх експериментальних досліджень, пов’язаних з розподілом магнітної індукції в зазорі. Значення індукції в зазорі є визначальним параметром для визначенні тягового зусилля.
Таким чином, метою даної роботи є дослідження розподілу магнітної індукції в повітряному зазорі КЛСД-МП.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ Для проведення експериментальних досліджень коаксіально-лінійного синхронного двигуна зворотнопоступального руху був розроблений стенд (рис. 1): де 1 - КЛСД-МП, 2 - якір КЛСД-МП, 3 - кронштейн, 4 -вимірювач електромагнітної індукції, 5 - вимірювальний щуп, 6 - регулюючий гвинт, 7 - підшипникові щити. В підшипникових щитах 7 КЛСД-МП попередньо просвердлюються прямокутні отвори таким чином, щоб вимірювальний щуп 5 потрапляв у повітряний зазор. КЛСД-МП 1 закріплено на кронштейні 3. За допомогою регулюючого гвинта 6 встановлюється положення (А) якоря 2 (рис. 2). Вимірювання магнітної індукції в повітряному зазорі КЛСД-МП проводиться вимірювальним щупом 5 вимірювача електромагнітної індукції 4. Для визначення положення щупа на його поверхні, попередньо, була нанесена міліметрова шкала. Оскільки вимірювальний щуп 5 має обмежену довжину, вимірювання проводилося з обох сторін КЛСД-МП.
Рис. 1. Стенд для дослідження розподілу магнітної індукції в повітряному зазорі КЛСД-МП
Вимірювання значень магнітної індукції у повітряному зазорі КЛСД-МП проведено з кроком Дх = 2,5 мм. За початок координат прийнято точку, що лежить на зовнішній поверхні лівого підшипникового щита 7. За початок вимірювання взято точку, що відповідає координаті 10 мм. Якір 2 встановлюється у початкове положення (А = 0 мм).
Розріз змонтованого на стенді КЛСД-МП пока -заний на рис. 2,а: де 1 - корпус КЛСД-МП, 2 - котушки, 3 - магнітопровід, 4 - підшипникові щити, 5 - регулюючий гвинт, 6 - кронштейн, 7 - стрижень якоря, 8 - вимірювальний щуп, 9 - постійні магніти, 10 -концентратори, МП - активна частина індуктора магнітного підвісу, ВЗ - активна частина індуктора віб-розбуджувача. В стальному корпусі 1 розміщені котушки 2 і зібраний з листів електротехнічної сталі магнітопровід 3 індукторів магнітного підвісу та віб-розбуджувача. На немагнітному стрижні якоря 7 жорстко закріплюються рідкоземельні постійні магніти
№ГеВ 9 та феромагнітні концентратори 10 магнітного підвісу та віброзбуджувача. Завдяки підшипниковим щитам 4 якір КЛСД-МП може вільно поздовжньо
переміщуватись при переналаштуванні регулюючого гвинта 5.
Рис. 2. Характер зміни магнітної індукції в повітряному зазорі КЛСД-МП при різних положеннях якоря
Після завершення вимірювання значень індукції по всій довжині КЛСД-МП при заданому положенні якоря, якір зміщується на 1 мм вліво і вимірювання проводиться з початку. Вимірювання завершується при досягненні положення якоря А = 22 мм (значення полюсної поділки індуктора віброзбуджувача).
АНАЛІЗ РЕЗУЛЬТАТІВ По результатам дослідження було одержано залежності значень магнітної індукції від координат положень якоря В = /(х) (рис. 2,6).
Для активних зон якоря - віброзбуджувача та магнітного підвісу були розраховані середні значення радіальної складової магнітної індукції Вср за формулою
індукторів віброзанурювача (1) та магнітного підвісу (2) від положення якоря наведено на рис. 3.
Вф- Тл
0,4
в _____
ср ~
N
І
П=1
I ВП I + I ВП +1 І , 2 '
Ах
І
(2)
де N - кількість виміряних значень, що входять до активної зони; Вп - виміряне значення радіальної складової магнітної індукції у заданій точці, Тл; І - довжина активної зони, мм (для віброзбуджувача І = 102 мм, для магнітного підвісу І = 54 мм), Дх -крок вимірювання (2,5 мм).
Графіки залежності середнього значення магнітної індукції Вср в повітряному зазорі КЛСД-МП для
0,375
0,35
0.325
0.3
0,275
0.25
0,225
0.2
0.175
0.15
0.125
0.1
0.075
0,05
0.025
0
1
/\
2 1
і,
А, мм
4 б 8 10 12 14 16 18 20
Рис. 3. Графік залежності В = /А)
висновки
Значення магнітної індукції в повітряному зазорі активної зони магнітного підвісу майже на 40 % менші ніж в активній зоні віброзанурювача. Ця відмінність пояснюється різними магнітними структурами індукторів віброзанурювача та магнітного підвісу КЛСД-МП: індуктор віброзбуджувача виконано із зубцями між полюсами, які в індукторі магнітного підвісу відсутні.
Тому для покращення характеристик магнітного підвісу пропонується проектувати його з використанням магнітної структури аналогічної індуктору віброзбуджувача.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Цейтлин М.Г., Верестов В.В., Азбель Г.Г. Вибрационная техника и технология в свайных и бурових работах. Л., 1960.
2. Патент на корисну модель №24757. Віброзанурювач. Богаенко М.В., Голенков Г.М., Пархоменко Д.І. та інші. Видано відповідно до Закону України "Про охорону прав на винаходи і корисні моделі", 10.07.2007 р., бюл. № 10.
3. Голенков Г.М., Пархоменко Д.І., Макогон С.А., Бондар Р.П. Моделювання роботи коаксиально-лінійного синхронного вібратора з магнітним підвісом // Електротехніка і електромеханіка. - 2008. - № 1. - С. 18-20.
4. Голенков Г.М., Бондар Р.П., Макогон С.А., Подольцев А.Д Численный расчет магнитного поля и основных характеристик электровибратора на основе коаксиальнолинейного двигателя с постоянными магнитами // Електротехніка і електромеханіка. - 2007. - № 1. - С. 8-12.
5. Бондар Р.П., Голенков Г.М., Подольцев А.Д, Розрахунок робочих характеристик лінійного двигуна зворотнопоступального руху в пакеті Matlab/Simulink // Електротехніка і електромеханіка. - 2010. - № 4. - С. 13-17.
6. Голенков Г.М., Бондар Р.П., Макогон С.А., Богаєнко М.В., Попков B.C. Моделювання роботи електричного вібратора з коаксіально-лінійним індукційним двигуном при різних законах регулюваннях // Технічна електродинаміка. -2007. - № 2. - С.54-59.
7. Бондар Р.П. Електромеханічні характеристики коаксіально-лінійного синхронного вібратора установки для безт-раншейної проходки горизонтальних свердловин // Технічна електродинаміка. - 2008. - № 2. - С.31-35.
Bibliography (transliterated): 1. Cejtlin M.G., Verestov V.V., Azbel' G.G. Vibracionnaya tehnika i tehnologiya v svajnyh i burovih rabotah. L., 1960. 2. Patent na korisnu model' №24757. Vibrozanuryuvach. Bogaenko M.V., Golenkov G.M., Parhomenko D.I. ta inshi. Vidano vidpovidno do Zakonu Ukraini "Pro ohoronu prav na vinahodi і korisni modeli", 10.07.2007 r., byul. № 10. 3. Golenkov G.M., Parhomenko D.I., Makogon S.A., Bondar R.P. Modelyuvannya roboti koaksial'no-linijnogo sinhronnogo vibratora z magnitnim pidvisom // Elektrotehnika і elektromehanika. - 2008. - № 1. - S. 18-20. 4. Golenkov G.M., Bondar R.P., Makogon S.A., Podol'cev A.D. Chislennyj raschet magnitnogo polya i osnovnyh harakteristik 'elektrovibratora na osnove koaksial'no-linejnogo dvigatelya s postoyannymi magnitami // Elektrotehnika і elektromehanika. - 2007. - № 1. - S. 8-12. 5. Bondar R.P., Golenkov G.M., Podol'cev A.D, Rozrahunok robochih harakteristik linijnogo dviguna zvorotno-postupal'nogo ruhu v paketi Matlab/Simulink // Elektrotehnika і elektromehanika. - 2010. - № 4. - S. 13-17. 6. Golenkov G.M., Bondar R.P., Makogon S.A., Bogaenko M.V., Popkov V.S. Modelyuvannya roboti elektrichnogo vibratora z koaksial'no-linijnim indukcijnim dvigunom pri riznih zakonah regulyuvannyah // Tehnichna elektrodinamika. - 2007. - № 2. - S.54-59. 7. Bondar R.P.
Elektromehanichni harakteristiki koaksial'no-linijnogo sinhronnogo vibratora ustanovki dlya beztranshejnoi prohodki gorizontal'nih sverdlovin // Tehnichna elektrodinamika. - 2008. - № 2. - S.31-35.
Надійшла 27.10.2011
Голенков ГеннадійМихайлович, к.т.н., доц.
ПархоменкоД. І.
Київський національний університет будівництва і архітектури
кафедра електротехніки та електроприводу 03680, Київ, Повітрофлотський проспект, 31 тел. 066 4431611, 067 2336450 e-mail: parkhomenkodm@gmail.com
Golenkov G.M., Parkhomenko D.I.
Investigations of magnetic induction distribution in the air gap of a linear synchronous motor with magnetic suspension.
A test desk for a coaxial linear synchronous motor with magnetic suspension is described. Results of experimental investigations of magnetic induction distribution in the air gap of the motor are presented.
Key words - synchronous motor, magnetic suspension, magnetic induction distribution.
