Выбор оптимального числа витков катушки электромагнитного ударного узла типа уэ-1 Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

1965

Том 129

Н. П. РЯШЕНЦЕВ, А. В. ФРОЛОВ

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ЧИСЛА ВИТКОВ КАТУШКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО УДАРНОГО УЗЛА ТИПА УЭ-1

(Представлено кафедрой горных машин и рудничного транспорта)

Влияние числа витков катушки на режим работы электромагнитного ударного узла можно проанализировать, используя уравнение электрического равновесия

•о I ¿Ф

и = ¿я -1- , М

где и — напряжение сети,

¿Я—падение напряжения на омическом сопротивлении катушки /? при протекании по ней тока г,

^ / —5--скорость изменения потокосцепления г|> по времени т.

(И

Заменяя потокосцепление суммой потокосцеплений рассеяния гК и основного Ч'о и считая, что основной поток Ф0, проходящий непосредственно по рабочему воздушному зазору, .сцепляется € полным числом витков катушки V?, можно написать:

где К р — коэффициент, учитывающий долф участия всех витков катушки в создании потокосцепления рассеяния, а произведение — эквивалентное число витков катушки, сцепляющихся с потоком рассеяния.

Заменяя магнитный поток через магнитную проводимость О и намагничивающую силу катушки имеем:

Продифференцировав выражение (1), находим число витков катушки

=---•

(С0 + КрОр)2+1^(О0 + Кр6р)

Умножив и разделив правую часть знаменателя на ¿о, где о — перемещение бойка, получим

В выражении (3) V представляет собою скорость перемещения бойка.

Магнитные проводимости воздушных зазоров не зависят от величины протекающего по катушке тока и для данной конструкции ударного узла электромагнитного типа являются »величиной постоянной при тех же самых воздушных зазорах. Следовательно, при неизменном напряжении сети и с изменением числа витков, в первую очередь, изменяется величина тока г, протекающего в катушке, причем знаменатель изменяется быстрее числителя, так как падение напряжения на активном сопротивлении катушки ¿R составляет, как правило, не более 6%. Известно, что электромагнитная сила тяги зависит от величины тока, но не от скорости его изменения [1]. Поэтому при изменении тока в катушке будет изменяться величина электромагнитной силы, перемещающая боек и, как следствие, скорость движения бойка.

Знаменатель выражения (3) представляет собою сумму э. д. с. трансформации и э. д. с. движения [1, 2] или, умножив числитель и знаменатель на ток г, сумму мощностей, идущих на создание механической работы и запаса магнитой энергии катушки. Таким образом, анализ выражения (3) показывает, что при уменьшении или увеличении числа витков катушки W происходит изменение соотношений между мощностями, затрачиваемыми для создания механической работы и запаса магнитной энергии катушки, которые характеризуют к. п. д. и коэффициент мощности ударного узла. В ударном узле электромагнитного типа часть потребляемой из сети активной энергии расходуется на совершение полезной работы, а другая часть на преодоление вредных сопротивлений (трение, деформация пружины, гистерезис, вихревые токи, потери энергии в омическом сопротивлении). Анализ выражения (3) показывает, что при увеличении W одновременно происходит уменьшение тока и магнитного потока, т. е. потерь в меди и потерь на вихревые токи. Магнитная энергия электромагнита пропорциональна произведению тока на потокосцепление [1, 2]. При решении уравнения электрического равновесия при условии R ==0, видно, что потокосцепление электромагнита определяется только величиной и характером изменения напряжения и. Следовательно, при увеличении числа витков более оптимального возможно возрастание (до некоторого предела) к. п. д., несмотря на уменьшение энергии единичного удара. С другой стороны, при уменьшении числа витков происходит увеличение потерь в ¡меди и в стали вследствие увеличения тока и магнитного потока. Магнитный поток достигает величины насыщения, увеличиваются размагничивающие действия вихревых токов и радиальные электромагнитные силы (в результате увеличения потоков рассеяния и насыщения полюсов). Поэтому энергия удара, к. п. д. и icos ? должны уменьшаться.

Аналитически из выражения (3) довольно трудно определить оптимальное значение числа витков катушки, так как неизвестен закон изменения тока по времени. Поэтому в настоящее время большой практический интерес представляет экспериментальное определение оптимального числа витков катушки для каждой конкретной конструкции электромагнитного ударного узла. С этой целью одновременно

Г

и — ¿R

(3)

с исследованиями рабочих процессов электромагнитного ударного узла типа УЭ-1 [3] были проведены экспериментальные исследования по выбору оптимальных обмоточных данных катушки ударного узла. Результаты экспериментов (рис. 1) показывают, что при увеличении числа витков от 380 и выше к. п. д. возрастает, причем вначале бы-

4,5с <Ц5

4,0-

Сэ

IcJTi

I

I

h0,25 ! I

*

✓ I / А ^Cosf

JSO 400 420 440 460 480 Ж Vac л о битков катушка

Рис. 1. Зависимость энергии удара (Ау), коэффициента мощности (cos ф) и к. п. д. ( "// ) от числа витков катушки.

сгрее, а затем медленнее. Следует подчеркнуть, что при числе витков U^>-500 наблюдается неудовлетворительный запуск и неустойчивый режим работы ударного узла. Практически при любых соотношениях начального воздушного зазора и начального поджатия бойка пружиной наблюдается остановка бойка в положении магнитного равновесия как при запуске, так и в процессе работы. Аналогичные явления наблюдаются и при 380 витков. Следует отметить, что полученные значения г] и cos ф не являются предельными для электромагнитных ударных узлов со свободным выбегом бойка.

Таким образом, в результате экспериментальных исследований по выбору оптимального числа витков катушки электромагнитного ударного узла типа УЭ-1, установлено следующее:

1. Оптимальное число витков при энергии удара 4,5 кгм составляет 450.

2. При отклонении числа витков катушки от оптимального уменьшается энергия единичного удара.

3. В случае необходимости уменьшения энергии удара следует увеличивать число витков, так как при этом одновременно увеличивается к. п. д. и коэффициент мощности электромагнитного ударного узла типа УЭ-1.

ЛИТЕРАТУРА

1. П. Л

ГЭИ, 1951.

2. А. И. М о с к в и т и н. Электрические машины жения. АН СССР, 1950.

3. О. Д. Алимов, Н. П. Р я ш е н ц е в, А. В. Фролов. О создании электрических бурильных машин вращательно-ударного действия. Статья в данном сборнике.

К а л а н т а р о в, Л. Р. Нейман. Теоретические основы электротехники.

возвратно-поступательного дви-