CC BY
12
УДК Б21.313:53Б.2.24:539.2
С. В. Олексенко ВПЛИВ КОНФІГУРАЦІЇ ЯКОРЯ
НА ЕФЕКТИВНІСТЬ ЛІНІЙНОГО
ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОГО
ПЕРЕТВОРЮВАЧА
У статті розглянуто вплив і залежність ефективності лінійного електромеханічного перетворювача дискової конфігурації від геометричної форми і розміру якоря в залежності від характеру індукованого в ньому струму.
Ключові слова: лінійний електромеханічний перетворювач, якір, геометрична форма
1. Вступ
Проведене дослідження відноситься до галузі електромашинобудування. Лінійні електромеханічні перетворювачі (ЛЕМП) широко використовуються в науково-технічних системах, де потрібні імпульсні механічні навантаження або високі кінетичні енергії, що розвиваються на короткій ділянці за малий час. У ЛЕМП індукційного типу при збудженні нерухомого індуктора від накопичувача місткості в електропровідному якорі індукується струм, що призводить до виникнення електродинамічних зусиль (ЕДЗ) і швидкого лінійного переміщення якоря у бік об’єкту дії. Розглянуті різні масо-габаритні і енергетичні параметри ЛЕМП, що впливають на його ефективність. Проте питання про оптимальну конфігурацію якоря залежно від характеру індукованого струму залишилося не дослідженим.
2. Постановка проблеми
В дослідженні вирішується проблема підвищення ефективності ЛЕМП за рахунок використання оптимальних геометричних параметрів і розмірів якоря на основі характеру індукованого в нім струму.
3. Основна частина
3.1. Аналіз літературних джерел по темі дослідження. ЛЕМП використовуються в багатьох галузях науки і техніки для механічної обробки поверхонь, деформації і прискорення об’єктів, як швидкодіючі лінійні приводи в різних системах, і так далі. Відносно низька ефективність ЛЕМП викликана неузгодженістю електромагнітних, механічних і теплових процесів внаслідок їх короткочасного імпульсного характеру. Відомі технічні рішення, спрямовані на підвищення ефективності ЛЕМП (використання кріогенного охолодження, феромагнітного сердечника, якоря спеціальної конфігурації, багатосекційного індуктора з послідовною комутацією та ін.), які вимагають істотного ускладнення конструкції з по-
гіршенням масо-габаритних показників [1—3]. При цьому не повністю використаний оптимізаційний підхід, що дозволяє уникнути вказаних ускладнень.
3.2. Результати досліджень. Досліджувана ЛЕМП складається з коаксіально встановленої багатовитко-вої обмотки індуктора 2, збуджуваною аперіодичним імпульсом від накопичувача місткості, масивного якоря 1 і прискорюваного елементу 3 (рис. 1,а).
Рис. 1. Досліджувана ЛЕМП
У загальному випадку показниками геометрії ЛЕМП є (рис. 1,б): Dexl, Din1 — зовнішній і внутрішній діаметр індуктора; Н1 — висота індуктора; циліндричний якір характеризується: Dex2, Din2 — відповідно, зовнішній і внутрішній діаметр якоря; Н2 — висота якоря; dz0 — аксіальна відстань між індуктором і якорем; Дг, Аг — радіальна довжина і висота елементарного струмового елементу; г(к) — аксіальна відстань між нижньою межею якоря і центром елементарного струмового елементу; г(к) — радіальна відстань між центром індуктора (якорі) і центром елементарного струмового елементу.
Вибір конфігурації якоря ЛЕМП визначається розподілом щільності струму по його перерізу (рис. 2) для моменту часу £ при якому сила /(£), діюча на якір, максимальна.
Синтез оптимальної форми якоря припускає, що елементарні струмові елементи, що мають низьку щільність струму, виключаються. Це призводить до зростання щільності струму в елементарних струмових елементах якоря (обумовлене відсутністю негативного впливу взаємноіндуктивності
technology audit and PRODUCTION RESERVES — № 6/1(8), 2012, © S. Oleksenka 29
між ними), що залишилися, і як наслідок — до зростання імпульсу сили в струмових елементах, що залишилися, які сумарно компенсують імпульс сили, що створюється виключеними струмовими елементами.
А/мм2 мм
900 800 700 600 500 400 300 200 100
0.2 0.6 П7, о.е. 1
Рис. 2. Розподіл щільності струму
У разі додавання додаткового елементарного струмового відбувається зворотне — зменшення середньої щільності струму в інших струмових елементах. Підвищення ефективності ЛЕМП за рахунок додавання нових струмових елементів до базового варіанту не доцільно, оскільки додавання на краях диска якоря не ефективно, внаслідок низької щільності струму в елементарних струмових елементах цих ділянок. Додавання елементарних струмових елементів в центральній частині диска якоря призводить до істотного зменшення щільності струму в сусідніх елементарних струмових елементах. Негативна зміна імпульсу сили при цьому не компенсується внаслідок низького значення магнітного зв’язку між ним і індуктором.
В результаті проведення ряду розрахунків було виявлено, що найбільш ефективними формами якоря є представлені на рис. 3, вказано відповідно їх ККД і характер розподілу індукованого струму якоря залежно від його конфігурації.
у. А/тт
1 900-1000 800-899 700-799 600-699 500-599 400-499 200-399 200-299 100-199 0-99
Рис. 3. Найбільш ефективні форми якоря
Запропоноване завдання вибору форми і розмірів якоря необхідно розглядати як багатокри-терійну, таку, що враховує різні чинники: ККД, витрата активних матеріалів, габаритні обмеження. На підставі математичного моделювання встановлений вплив форми якоря на ефективність ЛЭМП і виявлені оптимальні геометричні параметри.
Література
1. Болюх В. Ф. Системний підхід до мультидисциплінарної оптимізації електромеханічних перетворювачів ударної дії [Текст] / В. Ф. Болюх, С. А. Назаренко // Інтегровані технології та енергозбереження. — 2010. — № 2. — С. 28—36.
2. Болюх В. Ф. Схемно-конструктивні вдосконалення ударних електромеханічних перетворювачів індукційного типу [Текст] / В. Ф. Болюх, И. С. Щукін // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 5. — С. 5—11.
3. Болюх В. Ф. Лінійні електромеханічні перетворювачі імпульсної дії [Текст] : монографія / В. Ф. Болюх, В. Г. Данько. — Харків : НТУ «ХПІ». — 2006. — 260 с.
ВЛИЯНИЕ КОНФИГУРАЦИИ ЯКОРЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛИНЕЙНОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С. В. Олексенко
В статье рассмотрено влияние и зависимость эффективности линейного электромеханического преобразователя дисковой конфигурации от геометрической формы и размера якоря в зависимости от характера индуцированного в нем тока.
Ключевые слова: линейный электромеханический преобразователь, якорь, геометрическая форма.
Сергей Владимирович Олексенко, аспирант кафедры общей электротехники Национального технического университета «Харьковский политехнический институт», тел.: (093) 480-60-08, e-mail: oleksenko_serega@mail.ru.
INFLUENCE OF THE CONFIGURATION OF THE ANCHOR ON EFFICIENCY OF THE LINEAR ELECTROMECHANICAL CONVERTER S. Oleksenko
In article influence dependence of efficiency of the linear electromechanical converter of a disk configuration on a geometrical form and the size of an anchor depending on character of the current induced in it is considered.
Keywords: linear electromechanical converter, anchor, geometrical form.
Sergii Oleksenko, graduate student of Department of general electrotechnics, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», tel.: (093) 480-60-08, e-mail: oleksenko_serega@mail.ru.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/1(8), 2012
