Переходный процесс при подключении электромеханического преобразователя с упругой нагрузкой к источнику постоянного напряжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

i Kda ma ~ Ум 'a ,

ние)

4. Расчет конструктивных параметров (продолже-

)

Длина продольного стержня:

Ь =Ь +а.

<7 а

Длина машины:

Ь =Ь + О, + а.

м q а

Ширина машины:

О =т +Ь .

М ЦП

Высота машины:

Н =Б .

м ц

Объем продольного стержня:

TiDi

К =а —

q 4

7iDi

■~L„

Р

%{D2Z-D2Q\

Р-

f 2 Dl + nDl Л üDq+L z 0

V

n + l

/

Объем поперечного стержня:

К/ = (i,

Hd(Ld-D0) +

Tlßn

Объем металла цилиндра: i2

К

К =яб.

Толщина перемычки:

Сп _ S _ nDj Н б 4#б

Объем перемычки:

V = H.G L .

п б п п

Объем стали:

V = 2V + V. + 2V + V.

ст q d цп

Масса стали

т = у V

сг ' сг сг

где уст- плотность стали. Масса машины:

т =т + т + т .

м ст в а

Заключение

Отправной точкой предложенной методики расчета является статическое тяговое усилие. При практических расчетах следует иметь в виду, что некоторые свойства машины являются конкурирующими. Поэтому стремление чрезмерно повысить тяговое усилие может привести, например, к снижению быстродействия и даже привести к опрокидыванию поля вследствие реакции якоря.

Приведенная методика может использоваться для практических расчетов конструктивных параметров сред-неходовых линейных электрических машин рассмотренного типа.

Список литературы

1. Патент 2038680 Ии, МПК3 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.

2. Решение о выдаче патента от 01.12.2011 по заявке № 2011138255,

Электрический двигатель возвратно-поступательного движения /И.П. Попов.

3. Решение о выдаче патента от 08.11.2011 по заявке № 2011138249,

Электрический двигатель прямого действия /И.П. Попов.

4. Решение о выдаче патента от 01.03.2012 по заявке № 2012100999,

Линейный электрический двигатель /И.П. Попов, АД. Соколов.

5.Решение о выдаче патента от 08.11.2011 по заявке № 2011138185, Линейный электромеханический преобразователь / И.П. Попов.

6. Решение о выдаче патента от 21.11.2011 по заявке № 2011138253,

Электромеханический преобразователь /И.П. Попов.

7. Решение о выдаче патента от 29.11.2011 по заявке № 2011138248,

Электромеханический преобразователь энергии / И.П. Попов.

8. Решение о выдаче патента от 01.12.2011 по заявке № 2011138251,

Линейный электромеханический преобразователь энергии / И.П. Попов.

9. Решение о выдаче патента от 01.11.2011 по заявке № 2011138187,

Универсальный электрический молот /И.П. Попов.

10. Решение о выдаче патента от 01.11.2011 по заявке № 2011138118,

Электромагнитный молот для отбивки окалины/И.П. Попов.

11. Попов И.П., Сарапулов Ф.Н., Сарапулов С.Ф. О емкостных и

индуктивных свойствах электромеханических преобразователей //Вестник Курганского государственного университета. - Серия «Технические науки». - Вып. 6. - 2011. - №1(20).

12. Копылов И.П. Электрические машины. - М.; Энергоатомиздат, 1986.

- 360 с.

13. БрускинД.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины и

микромашины. - М.; Высш. шк, 1990. - 528 с.

14. Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики. - Л:

Энергоатомиздат, 1985. - 368 с.

УДК 621.3.011.1 И.П. Попов

Департамент экономического развития, торговли и труда Курганской области, Ф.Н. Сарапулов, С.Ф. Сарапулов Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

ПЕРЕХОДНЫЙ ПРОЦЕСС ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С УПРУГОЙ НАГРУЗКОЙ К ИСТОЧНИКУ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Аннотация

Показано, что переходный процесс при подключении электромеханического преобразователя супругой нагрузкой к источнику постоянного напряжения идентичен процессу при подключении катушки индуктивности. При этом эквивалентная или «упругая» индуктивность определяется коэффициентом упругости.

Ключевые слова: электромеханический преобразователь, «упругая» индуктивность, коэффициент упругости.

I.P. Popov

Department of Economic Development, Trade and Labor of the Kurgan region, EN. Sarapulov, S.F. Sarapulov

Ural Federal University, named after the first Russian President Boris Yeltsin

TRANSIENT PROCESS IN CONNECTION OF THE ELECTROMECHANICAL TRANSDUCER WITH THE ELASTIC LOAD TO THE DC VOLTAGE SOURCE

Annotation

It is shown that the transient process when it is connected to the electromechanical transducer with the elastic load to

the source of DC voltage is identical to the process of connecting to the coil. At the same time, the equivalent inductance or «elastic» one is determined by the elastic coefficient.

Key words: electromechanical transducer, «elastic» inductance, elastic coefficient.

Введение

В [1] показано, что электромеханический преобразователь [2-5] с упругой нагрузкой, подключенный к источнику синусоидального напряжения, воспринимается цепью как соленоид. При этом эквивалентная или «упругая» индуктивность:

L -У

к~ к'

(1)

где коэффициент упругости, у - параметрический коэффициент.

У = (Bin)2, (2)

где В - значение магнитной индукции в преобразователе,

/-длина активной части проводников обмотки, п - число взаимодействующих с полем проводников обмотки.

Упрощенная конструкция преобразователя представлена на рис. 1. По существу это модель электрической машины [6-9]. Масса подвижной части, индуктивность и емкость обмотки не учитываются.

Рис. 1. Упрощенная модель электромеханического преобразователя с упругой нагрузкой

Целью настоящей работы является установление характера переходного процесса при подключении электромеханического преобразователя с упругой нагрузкой к источнику постоянного напряжения.

Описание переходного процесса

В момент г = 0 преобразователь подключается к источнику постоянного напряжения «(г) = и. Пусть деформация пружины в начальный моментх0 = х(0) = 0. Механическое и электрическое состояния преобразователя описываются уравнениями в соответствии со вторыми законами Ньютона и Кирхгофа

кх + Ь — = ВЫ Л

(Их

В1п — + Ш = и (М

где Ь - коэффициент трения, К - активное сопротивление обмотки, кх- сила упругости пружины, ВЫ - сила Ампера,

ВЫх/Л- ЭДС электромагнитной индукции. При вычитании из (3) (4) с учетом (2)

(3)

(4)

УКк у Ъ Ъ

0 5 dx y+Rb di

dt к dt При подстановке в (4):

di

— + -

1

-i =

U

1

dt y/(kR) + b/k R y/(kR) + b/ к ' di

dt P =

Pi = Q: 1

y/(kR) + b/ к

Q = -PR '

di

= -dt ■

Pi-Q \n\Pi-Q\ + \nC = -Pt: ept =CPi-CQ: e-po =CPi0-CQ:

1

Q_Pi0-Q

Q

CP P P P

Из начальных условий и (5):

U

h =

-p, + Q

y/b+R

i = ■

и

y/b + R

e

R

-e

-t/Л-

u

и

y/b + R R

e 1 + — = R

U

U

KRb+R Rj

У

e-tlx +

U_ R

(6)

где Rb - фрикционное сопротивление b

T = p-l=^+-= y

kR к к

R у)

= /.,

R + Rbj

Последнее выражение получено с учетом (1) При отключении источника (путем шунтирования) начальный ток равен и/К, а напряжение равно нулю. В связи с этим (6) примет вид:

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 7

81

'откл=—1е' . (7)

На рис. 2 показаны токи при переходных процессах, соответствующих включению и отключению электромеханического преобразователя с упругой нагрузкой.

Рис. 2. Токи включения и отключения электромеханического преобразователя с упругой нагрузкой

Характер протекания токов при подключении (отключении) преобразователя к источнику постоянного напряжения идентичен процессу подключения (отключения) катушки индуктивности.

Решениям (6) и (7), а также виду переходных процессов, соответствует электрическая схема преобразователя, представленная на рис. 3.

у/Ь

у/к

Рис. 3. Электрическая схема электромеханического преобразователя с упругой нагрузкой

Заключение

Электромеханический преобразователь с упругой нагрузкой при подключении к источнику постоянного напряжения воспринимается цепью как катушка индуктивности. Это соответствует его поведению в цепи синусоидального тока и в составе колебательного контура [10]. В связи с этим такой преобразователь может рассматриваться в качестве искусственного или упруго-индуктивного устройства, а величина (1) - искусственной или упругой индуктивностью. Характерно, что электрическая величина 1-к определяется «неэлектрическим» параметром к, дополняя число соотношений, связывающих величины разной физической природы [11-13].

Другой электрической величиной с «неэлектрическим» параметром Ь является фрикционное сопротивление

К-

Индуктивный характер электромеханических преобразователей с упругой нагрузкой следует учитывать при расчете электротехнологических установок [14], а также при проектировании линейных электрических машин с пружинными возвратными механизмами [15].

Список литературы

1. Попов И.П., Сарапулов Ф.Н., Сарапулов С.Ф. О емкостных и индук-

тивных свойствах электромеханических преобразователей. // Вестник Курганского государственного университета. - Серия «Технические науки». - Вып. 6. -2011,- №1(20). - С. 102, 103.

2. Решение о выдаче патента от 21.11.2011 по заявке № 2011138253,

Электромеханический преобразователь /И.П. Попов.

3. Решение о выдаче патента от 29.11.2011 по заявке № 2011138248,

Электромеханический преобразователь энергии / И.П. Попов.

4. Решение о выдаче патента от 08.11.2011 по заявке № 2011138185,

Линейный электромеханический преобразователь / И.П. Попов.

5. Решение о выдаче патента от 01.12.2011 по заявке № 2011138251,

Линейный электромеханический преобразователь энергии / И.П. Попов.

6. Патент 2038680 МПК3 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.

7. Решение о выдаче патента от 01.12.2011 по заявке № 2011138255,

Электрический двигатель возвратно-поступательного движения /И.П. Попов.

8. Решение о выдаче патента от 08.11.2011 по заявке № 2011138249,

Электрический двигатель прямого действия /И.П. Попов.

9. Решение о выдаче патента от 01.03.2012 по заявке № 2012100999,

Линейный электрический двигатель /И.П. Попов, А.Д. Соколов.

10. Попов И.П. Свободные гармонические колебания в упруго-емкостной

системе//Вестник Курганского государственного университета. - Серия «Естественные науки». - Вып. 4. - 2011. - №2(21). -С. 87-89.

11. Попов И.П. Об электромагнитной системе единиц. //Вестник

Челябинского государственного университета. - Физика. - Вып. 7. - 2010. - №12(193) 2010. - С. 78-79.

12. Попов И.П. Электромагнитное представление квантовых величин.

//Вестник Курганского государственного университета. - Серия «Естественные науки». - Вып. 3. - 2010. - №2(18). - С. 59-62.

13. Попов И.П. Сопоставление квантового и макро-описания магнитно-

го потока //Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного университета. Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2011. - Вып. XIII. - С. 26.

14.Сарапулов Ф.Н. Расчет параметров цепей электротехнологических установок. - Екатеринбург: УГТУ, 1999. - 83 с.

15. 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 621. 314.1 В.И. Мошкин

Курганский государственный университет

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ЗАРЯДА ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ

Аннотация

Исследованы энергетические характеристики процесса заряда ёмкостного накопителя электрической энергии. Определены теоретические границы изменения КПД такого заряда, которые позволят создать экономичные устройства для заряда.

Ключевые слова: ёмкостный накопитель энергии, заряд конденсатора, добротность цепи заряда.

V.I. Moshkin Kurgan State University

ENERGY CHARACTERISTICS OF CHARGE CAPACITIVE ENERGY STORAGE

Annotation

The energy characteristics of the charging capacitor in the energy storage device have been studied. The theoretical limits of variation of the efficiency charge have been