CC BY
1УДК 621-317.7, 621-319
Мамедова Г.В.
доцент кафедры «Электромеханика» ОЯСГО 0000-0002-2485-7519
Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности (г. Баку, Азербайджан)
УЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ЛЕВИТАЦИОННЫМ ЭКРАНОМ НА ЭТАПАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Аннотация: в представленной работе рассмотрены параметры, которые учитываются при решении задач на этапах проектирования электромеханических преобразователей с левитационным экраном. Кроме того, учитываются некоторые факторы из законов для теплопроводности, электрических проводников, принципа соразмерности к габаритным размерам, допустимых значений перепада температуры, диапазона изменения магнитной индукции в стали магнитопровода, эффектов вытеснений магнитного поля вблизи обмотки возбуждения и ударной силы в ярме магнитопровода, особенности режимов тока и усилий в статике электромеханических устройств. Аналитические выражения параметров используются для расчета и проектирования электротехнических устройств с левитационными элементами широкого применения.
Ключевые слова: проектирование, этапы, электромеханический преобразователь, левитационный экран, конструкция, параметры, коэффициент, размер, обмотка, электромагнитная сила, габаритные размеры, теплопроводность, ограничения.
Конструкции электромеханических устройств с левитационным экраном более эффективно участвуют в решении указанных проблем, так как в этих устройствах отсутствуют силы трения, рабочий ход подвижной части автоматически управляется и не требуются дополнительные элементы (например, механические пружины, направляющие, редукторы, опоры и т.д.).
Указанные устройства применяются для дистанционной передачи перемещений и усилий к рабочему механизму, для управления вертикального положения рабочих узлов различных устройств, для контроля толщины изоляции в процессе намотки, стабилизации силы натяжения проводов малых сечений при намотке, и т.д. [1-7].
Применение высокоточных электрических аппаратов с левитационными элементами затрагивает вопросы учета ряда закономерностей и ограничений на разных этапах проектирования. Эти ограничения в первую очередь учитывают ряд факторов, особенности режимов тока и усилий в статике. Независимо от назначения электрических аппаратов с левитационными элементами решение задач на этапах проектирования сохраняет свою актуальность. Цель представленной статьи работы состоит в обобщенном решении задач проектирования электрической аппаратуры с левитационными элементами различного назначения с учетом ограничений и особенностей. Как известно, коэффициент теплопроводности состоит из электронной теплопроводности Аэ и проводимости тепловых колебаний Ас [1,4-7]:
А = Лэ + Ас
Для металлов Лэ > Ас. Согласно теории Видемана-Франца для чистых металлов Аэ ~ у, т.е. материалы с хорошей теплопроводностью у также хорошо проводят тепло. Для других материалов Аэ >> Ас и они плохо проводят тепло, а также А и у не зависят друг от друга. Эти особенности необходимо учитывать при выборе материала для изготовления ЛЭ из меди или алюминия. Для алюминия А « 210 Вт/м-0С, с = 0,92 Дж/г-0С, а для меди А « 400 Вт/м-0С, с =0,39 Дж/г-0С. Как видно для меди удельная электроемкость с примерно (2.5 раз) меньше, чем для алюминия. Медный экран в отличие от алюминиевого быстро нагревается и охлаждается, т.е. тепловая постоянная времени медного экрана меньше. Поэтому его применение является необходимым в электромеханических преобразователях, работающих с кратковременными перерывами. Применение алюминиевого экрана же является необходимым в
электромеханических преобразователях, работающих в длительном рабочем режиме. Кроме того, для алюминиевого экрана произведение удельного магнитного сопротивления р материала на плотность а составляет (р-а)=7.55-10-5 кг-Ом/м2, а для медного экрана - 15.2-Ю"5кг-Ом/м2, поэтому для преобразователей в большинстве случаев применение алюминиевого экрана является более целесообразным. Потребляемая мощность преобразователя с алюминиевым экраном малая, а координата левитации большая [5-7]. Согласно закону Фурье для теплопроводности:
/ в Ц = -А -
у у
Коэффициент теплопроводности А характеризует способность теплопередачи материала, зависит от плотности материала и его структуры, температуры, давления и т.д. Исходя из этого расчет обмотки возбуждения (ОВ) и левитационного элемента (ЛЭ) проводится с учетом допустимых температур перегрева и превышений температуры:
тс11 =вс11 _в0; тй2 = вй2-в0,
здесь та1 и т^ -превышения температуры для ОВ и ЛЭ, в^ и ва2 -допустимые температуры перегрева, в0 =350С - температура окружающей среды. Обычно в расчетах для класса изоляции В, Б, Н, С допустимая температура принимается.
та=85°С и ва=120°С. Расчет и проектирование таких преобразователей необходимо осуществлять с ограничениями на максимальные значения температуры перегрева. Как видно из выражения превышения температур ОВ и ЛЭ прямо пропорциональны квадрату тока и обратно - поверхности охлаждения. Для обеспечения условий т1=тш и т2=та2 в первую очередь необходимо определить оптимальные значения поверхностей охлаждения БТ1 и БТ2.
Для обеспечения принципа соразмерности к габаритным размерам, температуры перегрева ЛЭ и ОВ ( т1 и т2) при проектировании, необходимо увеличить их поверхности охлаждения (БТ1 и БТ2). Наиболее эффективным для
увеличения поверхностей охлаждения является увеличение высоты ЛЭ 1 и ОВ 1 [1]. Но в некоторых случаях это приводит к превышению высоты магнитной системы Н и слишком уменьшению толщины магнитопровода Ь. Вследствие этого уменьшается вертикальная устойчивость ЛЭ и усложняется размещению преобразователя в одном блоке с другими устройствами. С другой стороны чрезмерное уменьшение высоты ЛЭ и ОВ приводит к ослаблению поперечной устойчивости ЛЭ и увеличению толщины Ь, а также ширины конструкции а. При этом безразмерные величины пе1 = 1 / с и пе2 = 1 / с2 сильно уменьшаются. Таким образом, безразмерные величины пе1 и пе2 зависят от температуры перегрева (т1 и т2) для проектирования и их неверный выбор приводит к нарушению принципа соразмерности конструкции. Для устранения этого недостатка необходимо исследовать аналитические выражения функциональных зависимостей коэффициентов, габаритных размеров и безразмерных величин, определить минимальные значения коэффициентов пе1 и пе2 [2-4]. Аналитические выражения для основных параметров, необходимые на этапах проектирования электромеханических преобразователей с левитационным экраном различного назначения учитывают ограничения, вытекающие из законов для теплопроводности и электрических проводников, принципа соразмерности к габаритным размерам и т.д. Разработаны рекомендации по выбору материалов для левитационного элемента, расчет электромеханических преобразователей с левитационными элементами упрощается с определением оптимальных значений высоты и толщины обмотки возбуждения и левитационного элемента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Mamedova G.V., Kerimzade G.S. Design parameters for electromechanical devices with a levitation element // Przeglad Electrotechniczny. Publishing house of magazines and technical literature SIGMA-NOT. 2024.Warszawa;
2. Mamedova G.V., Kerimzade G.S., Piriyeva N.M. Electromagnetic calculation of tension devices for winding wires of small cross sections. // IJTPE. Issue 53.Volume 14. № 4.2022. pp.80-85;
3. Mamedova G.V., Kerimzade G.S., Piriyeva N.M. Issues of electrical devices with levitation elements // IJTPE. Issue56. Volume15.№ 3.2023. pp.120-125;
4. Абдуллаев Я.Р., Мамедова Г.В., Керимзаде Г.С. Вопросы проектирования ЭМПИП с ЛЭ, // Электромеханика. Новочеркасск. 2017. №3, том 60. сс.28-33;
5. Мамедова Г.В., Керимзаде Г.С. Задачи проектирования электромеханических преобразователей с левитационным экраном // Электротехника. Москва. 2019. №5. сс.50-55;
6. Абдуллаев Я.Р., Керимзаде Г.С., Мамедова Г.В. Обобщенные показатели электромагнитных устройств с левитационными элементами // Приборостроение. Санкт Петербург. 2017. № 5. том 60. сс. 17-23;
7. Мамедова Г.В., Керимзаде Г.С. Анализ параметров электрических аппаратов с ЛЭ // Приборостроение. Санкт Петербург. 2018. № 12. том 61 сс.67-71
Mammadova G.V.
Azerbaijan State University of Oil and Industry (Baku, Azerbaijan)
TAKING INTO ACCOUNT PARAMETERS OF ELECTROMECHANICAL CONVERTERS WITH LEVITATION SCREEN AT DESIGN STAGES
Abstract: in the present paper, the parameters that are taken into account when solving problems at the design stages of electromechanical converters with a levitation screen are considered. In addition, some factors are taken into account from the laws for thermal conductivity, electrical conductors, the principle of proportionality to overall dimensions, permissible values of temperature drop, the range of magnetic induction in the steel of the magnetic circuit, the effects of magnetic field displacements near the excitation winding and shock force in the yoke of the magnetic circuit, features of current modes and forces in the statics of electromechanical devices. Analytical expressions ofparameters are usedfor the calculation and design of electrical devices with levitation elements of wide application.
Keywords: design, stages, electromechanical converter, levitation screen, design, parameters, coefficient, size, winding, electromagnetic force, overall dimensions, thermal conductivity, limitations.
