Научная статья на тему 'Улучшенная конструкция подъемного устройства на основе постоянного магнита'

Улучшенная конструкция подъемного устройства на основе постоянного магнита Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
195
51
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УЛУЧШЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ / ПОДЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО / ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Стоянова С. С., Козаров А. С.

Подъемные сооружения ферромагнитных грузов могут быть сконструированы с использованием электромагнитов и постоянных магнитов. Второй вид находит все более широкое применение преимущественно из-за значительно более низкого потребления электрической энергии. Недостатком этой конструкции является то, что в эксплуатационных условиях намагничивание и размагничивание осуществляются в магнитных цепях с разными магнитными сопротивлениями из-за различий в привлекаемых грузах. В предложенной конструкции притяжение и опускание груза управляются без намагничивания и размагничивания постоянного магнита. Достигается это следующим образом: строгий постоянный магнитный поток направляется к ферромагнитному грузу или отклоняется от него.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Стоянова С. С., Козаров А. С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Improved Design of Hoisting Equipment with Permanent Magnet /

Hoisting equipment for lifting ferromagnetic loads can be designed while using electromagnets and permanent magnets. The second variant finds wider application due to great successes in creation of hard magnetic materials and significantly less electric power consumption. A short-coming of this design is in the fact that under operational conditions magnetization and demagnetization processes take place in magnetic circuits with various magnetic resistance due to differences in the attracted loads. The proposed design presupposes that load attraction and lowering are controlled without magnetization and demagnetization of the permanent magnet. This effect is achieved by the following way: a strict permanent magnetic flux is directed to a ferromagnetic load or the flux is deviated from it.

Текст научной работы на тему «Улучшенная конструкция подъемного устройства на основе постоянного магнита»

ние на уравнительном реакторе не возрастает как обычно, а наоборот, снижается, что свидетельствует об уменьшении типовой мощности реактора при его работе с большими углами регулирования.

В блоке выпрямителей с воздушным охлаждением используются мощные таблеточные тиристоры. Для обеспечения контроля и защиты тири-сторной секции предусматривается осуществление управления с помощью микропроцессорного контроллера.

Важным преимуществом двенадцатиимпульсных выпрямителей является возможность применения более простых и экономичных однозвенных апериодических или резонансно-апериодических сглаживающих фильтров.

В Ы В О Д

Для наилучшего режима электроснабжения подвижного состава, экономичности тяги поездов желательно применять двенадцатиимпульсные регулируемые выпрямители, обеспечивающие плавное регулирование напряжения, бесконтактное отключение нагрузки по цепи управления тиристоров с помощью более простых и экономичных сглаживающих фильтров.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Б у р к о в, А. Т. Электронная техника и преобразователи / А. Т. Бурков. - М.: Транспорт, 2001. - 464 с.

2. М а р к в а р д т, К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог / К. Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.

Представлена кафедрой эксплуатации железнодорожного транспорта Поступила 30.10.2009

УДК 621.318.38

УЛУЧШЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПОДЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ ПОСТОЯННОГО МАГНИТА

Докт., инж. СТОЯНОВА С. С., проф., докт. техн. наук, инж. КОЗАРОВ А. С.

Технический колледж университета «Проф., докт. Асен Златаров» (Бургас, Республика Болгария)

Описание конструкции. Подъемные сооружения ферромагнитных грузов могут быть конструированы с использованием электромагнитов и постоянных магнитов [1]. Второй вид находит все более широкое применение преимущественно из-за более низкого потребления электрической энергии. Недостаток этой конструкции - то, что в эксплуатационных условиях намагничивание и размагничивание осуществляются в магнитных цепях с разными магнитными сопротивлениями из-за различий в притягиваемых грузах.

Значения магнитного сопротивления при перемещении различных грузов меняются случайным образом. В случае неблагоприятного стечения обстоятельств при данном цикле притяжения намагниченность постоянного магнита может оказаться недостаточной и произойдет опускание груза. Существуют системы контроля намагничивания, но они не гарантируют полной надежности [2]. Упрощенный эскиз устройства показан на рис. 1.

Постоянный магнит 1 находится в медной гильзе 2, которая согласно принципу Ленца не позволяет влиять на его намагниченность при наличии коротковремен-ных магнитных взаимодействий. Магни-топровод 3 исполнен из листового ферромагнитного материала. На его верхних частях расположены две секции управляющей катушки, которая притягивает подвижный ферромагнитный якорь 5, поддерживаемый пружиной на некотором расстоянии 5тах от верхнего полюса магнитопровода (пружина не показана). Нижние стержни магнитопровода представляют собой полюса, которые притягивают и удерживают груз. Конструктивные элементы, которые осуществляют механические связи, не показаны.

Работа устройства. Устройство работает следующим образом. Пусть полюса магнитопровода расположены точно над грузом, который должен быть привлечен. Из-за значительного расстояния постоянный магнит не может поднять груз. Через управляющую катушку пропускается мощный короткий импульс тока. Он создает управляющий поток Фу. Его направление показано на рис. 2а. Поток проходит через якорь и является значительно большим, чем поток Фок, созданный постоянным магнитом через якорь. При этом оба потока противоположны по направлению.

Гру

Груз

Рис. 2. Работа подъемного устройства

Под воздействием преобладающего потока Фу якорь притягивается вниз, причем величина Фу увеличивается. Импульсный характер явления индуктирования токов в медной гильзе не позволяет заметно изменить поток Ф0 постоянного магнита. Затем на груз направляется почти целый

б

а

поток Фу, который в нем суммируется с Ф01 постоянного магнита. И тогда сила притяжения уже в состоянии поднять груз. После касания груза полюсов срабатывает датчик, который уменьшает ток через управляющую катушку. Величина этого тока определена таким образом, чтобы результирующий поток в подвижном верхнем якоре был близок к нулю. Под воздействием пружины якорь поднимается вверх и восстанавливается промежуток 5max. Почти весь поток Ф0 проходит через груз и обеспечивает достаточную силу притяжения. После перемещения груза к определенному месту через управляющую катушку пропускается ток в обратном направлении. Он создает поток Фу (рис. 2б). Величина этого потока определяется так, чтобы направить весь поток Ф0 постоянного магнита через подвижной верхний якорь. Через груз проходит очень маленький поток, и под воздействием своей тяжести он отпускается.

Основные зависимости. Зависимость между параметрами груза и управляющими импульсами определяется примерно для одного конкретного случая (рис. 2б).

Чтобы получить практически обозримые результаты, не принимаются во внимание:

• активные сопротивления, за исключением сопротивления Яз, а также потери из-за активной мощности в стали;

• потоки рассеивания и расширение силовых линий через зазоры.

Притяжение груза. Пусть полюса магнита расположены точно над

грузом, а верхний якорь находится в притянутом (нижнее) положении. Магнитный поток Ф0, созданный постоянным магнитом, определяется характеристиками его материала и магнитным сопротивлением при непри-влеченном якоре 1 в отсутствии груза. В момент t = 0 в катушку подается постоянное напряжение иу.

При принятых допущениях процесс описывается следующими зависимостями (из-за значительного воздушного зазора между постоянным магнитом и грузом можно принять Фот = 0 для начального момента):

d Ф у

иу = w--; Фо = const; Фт = Фу,

у dt

где иу - приложенное постоянное управляющее напряжение; Фу - управляющий магнитный поток;

WФу = Ut.

При принятом допущении Фт = 0 с момента t = 0 на груз действует уве-

ф2 иу

личивающаяся подъемная сила F1 = -= —--, где W - число витков

^0 W Цо S

управляющей катушки; S - поперечное сечение потока Фт (магнитное поле в воздушном зазоре принимается гомогенным).

В момент t = At увеличивающаяся подъемная сила становится равной весу G груза и начинается его движение вверх. Величина At определяется условием

иу2 &2 у = о.

Ж 2ц 5

С этого момента движение груза определяется следующим образом:

Ой2х ( ^2 Л - — О

Я й

V Ж Ч 5

где я - ускорение Земли. В правой стороне уравнения знак «минус» обозначает, что подъемная сила действует в направлении уменьшения координаты х.

( йх Л

Начальные условия: х(Д0 = хтах, I — I = 0. На самом деле подъем-

V й ) г=А

ная сила чуть больше, так как при поднятии груза вверх через него отклоняется большая часть потока Ф0.

После элементарных, но достаточно больших преобразований получается следующее приблизительное выражение для вычисления времени привлечения груза:

АТ « А +

1

Г\2Ж 2ц0 5МхмЛ

иу

где М - масса груза.

После касания груза полюсов магнита ток через управляющую катушку резко уменьшается из-за срабатывания подходящего устройства.

Время ДТ необходимо для того, чтобы определить максимальное сопротивление Лкс, которое должна иметь коротко замкнутая обмотка, окружающая постоянный магнит, чтобы не допустить размагничивающего уменьшения потока, созданного противоположным действием управляющего тока /у. Допустим, что уменьшение потока Ф0 не должно превосходить 0,1Ф0. Тогда с известным коэффициентом запаса можно принять

0,1Фр = иу Хтах ЯкСАТ Sц0W .

Откуда

„ 10Ф 0 5 ц 0Ж

~ иу Хтах АТ2 •

В случае, когда сечение короткозамкнутой обмотки получится слишком большим, можно использовать схему (рис. 3), при которой с помощью активных элементов осуществляется принудительное нейтрализование размагничиваемого действия к постоянному магниту.

Здесь обмотка Жизм. и обмотка Жкомп замещают короткозамкнутую обмотку в приведеном выше случае. Вследствие участия усилителя эффект Ленца выражен намного сильнее.

/ / / /

//// /

Рис. 3

Усилитель работает в легком режиме, потому что исходящий ток должен преодолевать только активное сопротивление компенсирующей обмотки, а не индуктивное, так как охваченный ею поток остается почти постоянным.

В Ы В О Д

Все полученные зависимости приблизительны (рассчитаны при допущении значительных упрощающих предположений, так как магнитное сопротивление между полюсами, обусловленное характеристиками груза, является неизвестной случайной величиной, которая изменяется в широких границах). Вследствие этого предлагаемые формулы могут быть полезны только для ориентировочного определения основных параметров путем создания возможностей для их регулирования при настраивании для каждого конкретного случая.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Ц а н е в, Ц. Возможности использования магнитных и электромагнитных приспособлений в энергетике / Ц. Цанев // Энергетика - 1999. - № 8. - С. 18-21.

2. М а г н и тн оз ах ва тыва ющее приспособление с регулированием задерживающей силой: пат. на изобретение № 48966 от 10.11.1994.

Поступила 20.10.2009

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.