CC BY
29
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО1
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА_
Том 139 4 1965
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПРОВОДИМОСТЕЙ ВОЗДУШНЫХ ПРОМЕЖУТКОВ Ш-ОБРАЗНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТА С ПОПЕРЕЧНО ДВИЖУЩИМСЯ ЯКОРЕМ
В. Н. ГУРНИЦКИЙ (Представлена научным семинаром электромеханического факультета)
Существующие способы вычисления магнитных проводимостей воздушных промежутков электромагнитов вследствие трехмерности (в общем случае) магнитного поля и громоздкости самих методом расчета не дают полной уверенности в достаточной сходимости полученных, в результате расчета данных с их истинными значениями. Если в случае простых геометрических форм воздушных промежутков расчет их проводимостей относительно несложен [1—4], то при необходимости вычислить проводимости зазора рассеяния и выпучивания для электромагнита такие вычисления часто оказываются практически невыполнимыми. В ряде случаев однако можно воспользоваться некоторыми опытными кривыми магнитных проводимостей воздушных промежутков для расчета магнитной цепи электромагнита.
Рассмотрим здесь случай Ш-образного электромагнита с поперечно движущимся якорем, являющимся элементом 4-обмоточного линейного двигателя [5].
Бегуны двухобмоточных и трехобмоточных линейных двигателей при перегрузках обладают свойством самореверса. Самореверс бегуна значительно устраняется при возрастании числа обмоток статора двигателя, но при этом возрастают также веса активных материалов на единицу мощности двигателя; четырехобмоточная конструкция в этом отношении является оптимальной. Геометрические размеры ярма и якоря электромагнита целесообразно отнести к величине перемещения якоря т из начального положения (рис. 1, а) в конечное (рис. 1, б). Тогда относительная высота пакета железа электромагнита
относительная длина зубца якоря
относительная длина сердечника ярма
относительная величина перемещения якоря
_ х
Хх :== — >
относительная величина воздушного зазора электромагнита
■ч
о,- = — ♦
Введение относительных единиц для выражения геометрических раз меров данного электромагнита позволяет:
а)
+ 2Т__2Т-
начальное положение якоря
2Т-
21-
2Т
С
С
2Т
<45
гт.
6) конечное положение якоря
Г Э Г
С D
гт гт гт
Рис. 1. Ш-образный электромагнит с поперечно движущимся якорем.
а) связать между собой значения проводимостей воздушных промежутков для различных /-, Хг, 8-, построив семейство кривых эквивалентных магнитных проводимостей воздушных промежутков Gz~f{bz, х-*, Зт) при каком-то определенном значении
б) вычислить по построенным кривым простым пересчетом величины проводимостей воздушных промежутков для любого
в) проследить влияния геометрии магнитопровода, от и х- на величины G?. Построение семейства кривых Gt=/(Z>t, /т, х-, от) проводилось следующим образом. По катушке электромагнита пропускали переменный ток I заданного напряжения U (все замеры проводились при ненасыщенном магнитопроводе). При (конечное положение якоря и 8Т=0 (6Т—const, /~=const) ток был минимальным; при увеличении х- и от ток возрастал. Представим ток I при любых ¿^—const, /т=const, xr=const, ST=const в виде двух составляющих (рис. 2): /ж—ток, пропорциональный магнитному сопротивлению магнитопровода; Iв—ток, пропорциональный эквивалентному магнитному сопротивлению всех путей потока индукции по воздуху.
14. Заказ 3076.
209
Ток /ж измерялся при xz=Q, о.=0, d,=const, /-== const и считался постоянным при всех остальных значениях и 8-, Это допущение оказывалось справедливым, так как, когда /ж и /в соизмеримы, то есть jc- и 3- близки к нулю, ошибка А/ж также близка к нулю; когда Л/ж начинает сколько-нибудь из-
меняться /в > Iж. Таким образом, согласно первому закону Кирхгофа,
Ы ~ I - Лк. (1)
Эквивалентная индуктивность Iв (рис. 2), пропорциональная эквивалентной магнитной проводимости воздушных промежутков для различных и, х-9 8_ равна (активным сопротивлением обмотки пренебрегаем)
г
L
rv
и
ж
л
в
I_J
/
6
Рис. 2. Схема замещения магнитной цепч электромагнита.
¿r = -
и
2 */•/;
(2)
где
/—частота питающего напряжения ¿Л
Величины ¿в для различных Л'-, 8. были пересчитаны на
значения эквивалентных магнитных проводимостей воздушных промежутков О- по формуле
и — ,
т2
G- =
(3)
где число витков обмотки электромагнита.
Кривые = / /т, X:, 8Т) построены для 6т=2-н5, /-=1 :-3, дГт=0-;-2, о-=0 : 0,1, йт=6 (рис. 3 а, б, в, г). При изменении А-=--5^-7 значения От отклонялись от среднего — 6) незначительно.
Расчетные значения эквивалентных магнитных проводимостей С для электромагнита с любым (в метрах) получим, умножив значения взятые из кривых, на т0
(4)
; 0,01 — значение ^ (в метрах) электромагнита, на котором
где v^ -
0,01
снимались кривые
G-=/(£-, /г, xz, 8-).
Действительно, формула (4) справедлива, так как проводимость подобного электромагнита с ^ ф х изменяется в — раз. Проводимость например, при больших значениях Ь, I малом о и х=0 может быть вычислена
— - (5)
Если
то
О.
b
4--Ю-7
8=0,025"=, 5х
т. е. С- линейно зависит от т. 210
0,025т
= 8тг.Ю
т
Ъх*ю\н.
г и
— Л*/
Рис. 3 а, б, в, г. Кривые эквивалентных магнитных проводимостей воздушных промежутков ш-образного электромагнита с поперечно движущимся якорем.
14*.
211
Формула (4) является точной для однородных полей и приближенной для неоднородных, причем приближение тем грубее, чем больше отличается ^ от т. При снятии кривых = /т, х^ от) магнито-провод выполнялся шихтованным и поверхности, граничащие с путями магнитного потока по воздуху, были обработаны с чистотой не менее и отклонением от плоскостности не более 0,025 мм (0,0025^).
При пользовании кривыми значения величин и Ь-хх> о, можно интерполировать в пределах их изменений. Проверка кривых для вычисления (3 подобного электромагнита с т:/:=0,015 (^0=1,5) показала, что отклонение расчетных значений проводимостей от истинных во всех случаях не превышало 5% для и 7%— для
Выводы
1. Описанный способ нахождения эквивалентных магнитных проводимостей воздушных промежутков Ш-образного электромагнита с поперечно движущимся якорем при своей простоте позволяет получить достаточно точные результаты.
2. Построенные кривые дают наглядную картину изменения значений проводимостей О? в зависимости от геометрических размеров магнитопровода (Ь-, воздушного зазора и тангенциального перемещения якоря (хт).
3. Изложенная методика определения проводимостей потока индукции по воздуху может быть применена для серии подобных электромагнитов любого типа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Р о т е р с. Электромагнитные механизмы, ¡ГЭИ, 1949.
2. А. В. Гордон, А. Г. С л и в и н с к а я. Электромагниты постоянного тока, ГЭИ, 1960.
3. Ю. С. Руси н. Расчет магнитной проводимости Изв. вузов «Электромеханика», № 12, 1963.
4. Б. К. Буль. Основы теории и расчета магнитных цепей, Изд. «Энергия», 1964.
5. А. И. Зайцев, В. Н. Г у р н и ц к и й. Разработка тихоходного линейного привода. Тезисы докладов третьей научно-технической конференции по вопросам автоматизации производства, Томск, 1964.
