CC BY
6УДК 691.2.082.78
ПРИМЕНЕНИЕ ГРАФИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ АНАЛИЗА НАГРУЗОЧНОГО РЕЖИМА МАГНИТОМОДУЛЯЦИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
В.Г. Жиров
Самарский государственный технический университет 443100, г. Самара, Молодогвардейская, 244
Приведена графическая модель для анализа нагрузочного режима магнитомодуляционного преобразователя перемещений. Эта модель построена на основе совместного использования семейства характеристик двойного намагничивания и уравнений электрической цепи преобразователя и позволяет сделать качественную и количественную оценки статической характеристики преобразователя.
Ключевые слова: магнитомодуляционный преобразователь перемещений, нагрузочный режим, графическая модель.
Исследование и разработка преобразователей, основанных на использовании магнитных свойств материалов, является актуальным направлением при создании измерительных систем [1, 2]. В ряде работ описано исследование и использование магнитомодуляционных преобразователей перемещений в электрический сигнал [1, 2, 5, 6, 7, 9]. Предметом данной статьи является применение графической модели для анализа нагрузочного режима.
Рис. 1. Магнитомодуляционный преобразователь
Преобразователь основан на взаимодействии в магнитной цепи двух магнитных полей, одно из которых является полем возбуждения, создаваемым обмотками переменного тока, а другое - полем управления, создаваемым постоянным
Валерий Георгиевич Жиров (к.т.н., доц.), доцент каф. информационных технологий.
магнитом или электромагнитом. На рис. 1 показан рабочий магнитопровод 1 с обмотками 4, 5, магнитный шунт 3, подвижный постоянный магнит 2. Обмотки последовательно подключены к нагрузке ЯН. Пример такой магнитной системы приведен на рис. 1.
Питание осуществляется от сети переменного тока. В зависимости от положения магнита 2 изменяется ток I в нагрузке ЯН, являющийся выходной величиной I = А(х), где х - координата положения магнита. Как известно [3], материал магнитопро-вода управляемого дросселя характеризуется семейством характеристик двойного намагничивания переменным и постоянным полями (рис. 2):
Вп=1Щт,Во), (1)
где Вт, Нт - соответственно амплитудные значения эквивалентных синусоид индукции и напряженности переменного поля; В0 - индукция поля, создаваемого постоянным магнитом в магнитопроводе. Индукция подмагничивания В0 управляет состоянием магнитопровода.
При построении модели используется метод эквивалентных синусоид по действующим значениям. Графическая модель (рис. 2) представляет собой совместное графическое решение уравнения электрической цепи и уравнений магнитной цепи. Уравнение электрической цепи представляет собой уравнение эллипса с полуосями В' и Н (Вп /В')2 + (Нп /Н)2 =1. Уравнения магнитной цепи представляют собой семейство характеристик двойного намагничивания материала магнитопровода Вп = А(Нп, В0). Полуоси эллипса В' и Н определяются напряжением питания и величиной сопротивления нагрузки при выбранных конструктивных параметрах магнитной системы [3, 4].
Для анализа нагрузочного режима на график с семейством характеристик намагничивания (рис. 2) нанесем семейство эллипсов, соответствующих различным значениям величины сопротивления нагрузки ЯН. При ЯН =10 Ом эллипс имеет полуоси В' и Н', при изменении значения ЯН форма эллипса изменяется; например, при ЯН =20 Ом эллипс будет иметь полуоси В' и Н'', при ЯН=30 Ом получаем эллипс с полуосями В' и Н''', и т. п.
По точкам пересечения каждого эллипса с кривыми намагничивания строим семейство характеристик управления
I = ¥(Во, Ян), (2)
в котором каждая характеристика управления, т. е. зависимость тока в нагрузке от индукции В0 I= ¥(В0), является результатом совместного графического решения соответствующей нагрузочной характеристики и семейства характеристик намагничивания.
Поскольку В0 зависит от координаты х, т. е. глубины введения постоянного магнита внутрь рабочего магнитопровода, то, пренебрегая влиянием изменения потока рассеяния постоянного магнита от координаты х, легко определяем зависимость выходной величины от перемещения I = А(х). В этом случае ось 0 -- В0 на рис. 2 целесообразно отградуировать в единицах длины.
Задавшись рядом значений мощности в сопротивлении нагрузки Рь Р2,Рп, определим величину тока I в нагрузке для различных значений сопротивления ЯН:
I = 4ртйН . (3)
Полученные значения токов наносим на график семейства (2) характеристик управления (см. рис. 2). Найденные точки, лежащие на различных характеристиках управления и соответствующие одному и тому же значению мощности, соединяем между собой линиями. Назовем их линиями равной мощности (ЛРМ).
О 200 Н~ Н" ¥00 Н‘ А/м
50 ¥0 30 го 10 Ом
Рис. 2. К анализу нагрузочного режима
На рис. 2 ЛРМ показаны пунктиром. Ординаты точек пересечения ЛРМ с характеристиками управления (2) дают значения индукции В0, при которых в нагрузке Ян выделяется заданная мощность.
Семейство характеристик управления с нанесенными на него линиями равной мощности позволяет с большой простотой и наглядностью вести анализ нагрузочного режима преобразователя. Пользуясь графиком, можно получить качественную и количественную оценку статической характеристики и судить о том, как изменяется ток в нагрузке от индукции подмагничивания при различных величинах нагрузки, и определить оптимальное сопротивление нагрузки преобразователя, при котором выходная мощность будет максимальна.
На рис. 2 приведен пример построения линий равной мощности для преобразователя с магнитопроводом, выполненным из стали Э350 сечением 10 мм2, толщиной ленты 0,08 мм с обмотками, имеющими число витков 250 проводом ПЭЛШО 0,18.
Рассмотренный метод использован при разработке преобразователя системы автоматизации взвешивания и учета отходов металла [8].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Келим Ю.М. Электромеханические и электромагнитные элементы систем автоматики. - М.: Высшая школа, 2004. - 352 с.
2. Чеченин Н.Г. Магнитные наноструктуры и их применение: Учеб. пособие. - М.: Грант Виктория ТК, 2006. - 166 с.
3. Жиров В.Г. Анализ влияния переменного магнитного поля на постоянный магнит магнитомодуляционного преобразователя перемещений // Вестник Самарск. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. - 2010. - №2 (26). - С. 229-233.
4. Жиров В.Г. Применение графической модели для анализа преобразователей измерительных систем // Компьютерные технологии в науке, практике и образовании: Труды Восьмой всероссийской межвузовской научно-практической конференции. 18 ноября 2010 г. / Самара: Самарск. гос. техн. ун-т, 2010. - С. 100-102.
5. Беликов И.Д. Магнитомодуляционные путевые переключатели. - М.: Энергия, 1974. - 80 с.
6. Гусев В.Г., Андрианова Л.П. Индуктивные и магнитомодуляционные преобразователи для передачи информации с вращающихся объектов. - М.: Энергия, 1979. - 88 с.
7. А.с. 459663 (СССР) МКИ G 08 с 9/04 Магнитомодуляционный преобразователь перемещения [Текст] / Л Ф. Куликовский, В. Г. Жиров (СССР). - № 1876172/25-28; заявл. 22.01.73; опубл. 05.07.75, Бюл. № 5, 1975. - 2 с.
8. Жиров В.Г. Система автоматизации взвешивания и учета отходов металл // Информационные измерительные и управляющие системы: Мат-лы Международной научно-технической конференции. 15-21 мая 2010 г. / Самара: Самарск. гос. техн. ун-т, 2010. - С. 166-170.
9. Агейкин Д.И., Кнопов Ю.Т., Кузнецова Н.Н. Система спорадического контроля // Приборы и системы управления. - 1970. - № 4. - С. 26-28.
Статья поступила в редакцию 14 июня 2011 г.
GRAPHIC MODEL APPLICATION FOR THE ANALYSIS OF THE MAGNETOMODULATION DISPLACEMENT TRANSDUCER OPERATING MODE
V.G. Zhirov
Samara State Technical University
244, Molodogvardejskaya st., Samara, 443100
This paper describes the graphic model for the analysis of the magnetomodulation displacement transducer operating mode. This model is built on the basis of shared use of double magnetization characteristics family and equations of electric circuit converter and enables to make qualitative and quantitative estimations of the converter’s static characteristic.
Key words: magnetomodulation movement transducer, loading mod, graphic model.
Valery G. Zhirov (Ph.D. (Techn.)), Associate Professor.
