Проектный Расчет среднеходовой линейной электрической машины Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

gyit

Ik'^k

H H

a + i-.Vl+Lv*

1 3*5*

n-k n-k 2(a + ß-^ + ^-^l)

к ^ к

* *

a + P-rf + Lr* wn= W° =j___3.-5.'

2

*

k = —. n = 4"n

где j ; »jy - кратности изменения тока и потокосцепления [1].

Полученные выражения энергетических критериев для пяти элементарных магнитных циклов позволят оценить влияние насыщения магнитной системы электромеханического преобразователя и сравнить их по принятым критериям.

Список литература

1. Мошкин В.И., Угаров Г.Г. Анализ элементарных магнитных циклов

электромеханических преобразователей электромагнитного тока. - М.: 1985. - 16с. -Деп. В Информэнерго, № 416 - эт.

2. Рященцев Н.П., Угаров Г.Г., Львицын A.B. Электромагнитные прес-

сы. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. - 160с.

УДК 621.313.292 И.П. Попов

Департамент экономического развития, торговли и труда Курганской области, В.И. Чарыков

Курганская государственная сельскохозяйственная академия имени Т.С. Мальцева, А.И. Пильников

ОАО «Курганский электромеханический завод»

ПРОЕКТНЫЙ РАСЧЕТ СРЕДНЕХОДОВОЙ ЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Аннотация

Приведена методика расчета конструктивных параметров среднеходовой линейной электрической машины по заданному максимальному тяговому усилию.

Ключевые слова: среднеходовая линейная машина, тяговое усилие.

LP. Popov

Department of Economic Development, Trade and Labor of the Kurgan region, V.I. Charykov

Kurgan State Agricultural Academy named by T.S.

Maltsev,

A.I. Pilnikov

JSC "Kurgan Electromechanical Plant"

DESIGN CALCULATION OF LINEAR ELECTRICAL AVERAGE LENGTH OF STROKEMACHINE

Annotation

The calculating method of the design parameters of a linear electrical average length of stroke machine for a given maximum traction is presented.

Keywords: a linear electrical average length of stroke machine, traction.

Введение

Клинейным электрическим машинам, используемым в приводе различных механизмов, зачастую предъявляются такие требования, как значительное тяговое усилие, надежность, экономичное регулирование скорости перемещения бегуна, тягового усилия, высокий К.П.Д., малый ток намагничивания, заданный вид механической характеристики и др.

В определенной степени этим требованиям удовлетворяет среднеходовая линейная электрическая машина (СЛЭМ) [1-8] (см рис.1).

Обмотка возбуждения создает магнитный поток, который локализуется в поперечном стержне, первом продольном стержне, цилиндре, перемычке, втором цилиндре и втором продольном стержне. Магнитный поток в рабочих воздушных зазорах взаимодействует с током якорной обмотки, в результате чего в соответствии с законом Ампера возникает тяговое усилие.

Магнитный поток в рабочих зазорах распределен равномерно вдоль окружности продольных стержней, поэтому все участки якорной обмотки, находящиеся под полюсами, используются для создания тягового усилия.

Аналогом СЛЭМ среди машин вращательного действия является машина постоянного тока. Этим обстоятельством определяются такие качества СЛЭМ, как значительное тяговое усилие и экономичное регулирование усилия и скорости бегуна. Расположение обмоток возбуждения на статоре позволяет обойтись без скользящих контактов, а также без использования хрупких постоянных магнитов, что значительно упрощает конструкцию и повышает надежность, допуская, в частности, использование СЛЭМ в приводах механизмов виброударного действия [9, 10]. Ток намагничивания, определяемый малой величиной воздушного зазора д в магнитопроводе машины, достигает небольших значений, что обуславливает высокий КПД.

В [11] показано, что массивный бегун подобной машины, особенно в сочетании с инертной нагрузкой обусловливает емкостную составляющую комплексного сопротивления машины, вто время как упругая нагрузка порождает индуктивную составляющую.

1. Расчет конструктивных параметров

Тяговое усилие, развиваемое машиной,

F = JM

б -

(1)

Рис. 1. Чертеж СЛЭМ

Статор машины состоит из двух продольных круглых стержней с якорной обмоткой и поперечного стержня с обмоткой возбуждения, а бегун выполнен в виде двух цилиндров с круглыми отверстиями, соединенных перемычкой. Оси отверстий смещены относительно осей цилиндров к периферии бегуна. Это обеспечивает изменение площади сечения участков цилиндров, в которых локализован магнитный поток в соответствии с изменением концентрации магнитного потока, что обусловливает равномерное насыщение этих участков. По окружности продольных стержней выполнены поперечные пазы и зубцы для размещения в пазах витков якорной обмотки, а по образующей выполнен продольный паз для соединения витков, расположенных в соседних поперечных пазах.

Машина работает следующим образом.

где ^ - МДС пазов, находящихся под обоими полюсами бегуна,

В - магнитная индукция в рабочих воздушных зазорах,

/п - средняя длина паза.

Зс, = 2 пЗ ,

б п'

где п - число пазов под полюсом, 7 - МДС паза.

Л Р/о>

где у - плотность тока в обмоточном проводе, 5п- площадь окна паза,/о- коэффициент заполнения витков обмотки в окне паза.

я = кр , (2)

где к и р - соответственно глубина и ширина паза. В соответствии с [12, с. 29, 13, с. 119, 14, с. 13] глубина паза соизмерима и даже может превышать ширину примыкающей к нему части магнитопровода. Таким образом, можно принять

й = О0/2 (3)

О=2О0, (4)

где О0- диаметр по пазам продольного стержня, Ог-диаметр по зубцам. В соответствии с [13, с. 119] ширина паза р = 2г, (5)

где г - ширина зубца.

Площадь поперечного сечения магнитопровода

, _ яДр

Площадь суммарного поперечного сечения оснований зубцов, находящихся под полюсом бегуна:

р£>0ги = 5,

где п - число зубцов, равное числу пазов под полюсом. Из двух последних соотношений и с учетом (5)

г = О0/(4п); (6)

Р = О0!{2п).

Число зубцов (пазов) на продольных стержнях статора М= 2Ьа/(г+р) = 2Ьа/(Зг) = ВДЗ£>0) (7)

где Ьа - длина активной зоны продольных стержней. Средняя длина паза с учетом (4): /п = р(1)2 + 1)0)/2 = Зр1)0/2 Подстановка всех величин в (1) дает

Р =

Зтг/о^о

Длина обмоточного провода обмотки возбуждения

Активное сопротивление обмотки возбуждения

/в _2р{На+Са + 2а)м>в Кв -Р---

в в

где р-удельное сопротивление материала обмоточного провода,

5в — площадь сечения обмоточного провода (меди). Ток возбуждения

Отсюда

А> =

из.

кш:

4 Р

Л1/3

Зтг/о В]

Высота бегуна с учетом (6):

Нб = (г + р)п = 3 хп = ЗО0/4.

Длина активной зоны продольных стержней:

Ь = Ь + Н„

а б'

где - длина рабочего хода.

Ширина наибольшего осевого сечения цилиндра пол-

зуна:

4 2НГ.

7Ю,

о

2-4 Я,

-6 11 б Ширина перемычки:

С =2С .

п Ц

Диаметр цилиндра:

Б. = Б + 2 5 +С +ё,

о г ц

где 5 - величина рабочего воздушного зазора, ширина конструктивно наименьшего сечения цилиндра.

Эксцентриситет: е = (Оц-зУ2.

Длина поперечного стержня:

Ь, = 0п + 0 +Ь +2в,

а 0 ц п '

где/^-конструктивно минимальная длина перемычки. Высота поперечного стержня:

н, = о0.

Ширина поперечного стержня:

Б л/. А, тг/Л,

4В0 4 ' 2. Расчет обмотки возбуждения

Длина катушки возбуждения

О0.

В соответствии с законом полного тока:

Л = А.,11',., = ./

. 71б/,

в м^з = 25 — До

(8)

где ./ - МДС обмотки возбуждения,

/ - ток возбуждения,

м>в- число витков обмотки возбуждения,

£?в- диаметр голой проволоки обмотки возбуждения.

3 = /" = /У Ь а,

В В7 О о ъ

где - площадь сечения катушки возбуждения, а - толщина катушки. Из последних двух соотношений толщина катушки:

25 В

а = ■

4 Рв Кв 2р{На+Са+2а)л*ъ ЩНс1+Ос1+2а)™в-Отсюда число витков обмотки возбуждения:

и

~\\> —-

С учетом (8) диаметр голой проволоки обмотки возбуждения:

с1„=2.

25В

V ^(Л '

Масса обмотки возбуждения:

7ТХ/,

в

дав=Ум4 ■

где ум - плотность меди.

3. Расчет якорной обмотки

Длина обмоточного провода якорной обмотки

/ = м> ж т + Д.У2 = Зтш БД,

а а 4 г О7 а 0 7

где м/ - число витков якорной обмотки. Активное сопротивление якорной обмотки

г, _ п 1 а _ Зяр^дДр

Ка~Р—~---,

а

где $а~ площадь сечения обмоточного провода якорной обмотки (меди). Якорный ток:

. _ 2 иэа

а ~ У^а "л — '

К 37ф™аЕ>0 ' Отсюда число витков якорной обмотки:

2 и

XV =

,у а

Злр/А)

(9)

Площадь сечения обмоточного провода якорной обмотки с учетом (7), (2), (9), (5), (3) и (6)

_ -Л^п/о _ 21а/)0/0 _ Ьа/0тгр//)о

Зм^

где ¿у-диаметр голой проволоки,

_ плоЩаДЬ сечения меди в пазу. Отсюда диаметр голой проволоки

= 2/)0,

ра/рР7

Масса якорной обмотки:

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