Мамедова Г.В.
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
DOI 10.24412/2712-8849-2024-271-537-542
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 (э и проводимости тепловых колебаний (с [1,4-7]:Для металлов (э ( (с. Согласно теории Видемана-Франца для чистых металлов (э ( (, т.е. материалы с хорошей теплопроводностью ( также хорошо проводят тепло. Для других материалов (э (( (с и они плохо проводят тепло, а также ( и ( не зависят друг от друга. Эти особенности необходимо учитывать при выборе материала для изготовления ЛЭ из меди или алюминия. Для алюминия ( ( 210 Вт/м(0С, с = 0,92 Дж/г(0С, а для меди ( ( 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 ( материала на плотность ( составляет (((()=7.55(10-5 кг(Ом/м2, а для медного экрана – 15.2(10-5кг(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: Коэффициент теплопроводности ( 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:,здесь (d1 и (d2 –превышения температуры для ОВ и ЛЭ, (d1 и (d2 –допустимые температуры перегрева, (0 =350С – температура окружающей среды. Обычно в расчетах для класса изоляции B, F, H, C допустимая температура принимается. (d=850С и (d=1200С. 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 (1=(d1 и (2=(d2 в первую очередь необходимо определить оптимальные значения поверхностей охлаждения SТ1 и SТ2. Для обеспечения принципа соразмерности к габаритным размерам, температуры перегрева ЛЭ и ОВ ( (1 и (2) при проектировании, необходимо увеличить их поверхности охлаждения (SТ1 и SТ2). Наиболее эффективным для увеличения поверхностей охлаждения является увеличение высоты ЛЭ h1 и ОВ h2 (1(. Но в некоторых случаях это приводит к превышению высоты магнитной системы Н и слишком уменьшению толщины магнитопровода b. 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 b, а также ширины конструкции а. При этом безразмерные величины ne1 = h1 / c1 и ne2 = h2 / c2 сильно уменьшаются. Таким образом, безразмерные величины nе1 и nе2 зависят от температуры перегрева ((1 и (2) 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 nе1 и nе2 (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.
Номер журнала Вестник науки №2 (71) том 3
Ссылка для цитирования:
Мамедова Г.В. УЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ЛЕВИТАЦИОННЫМ ЭКРАНОМ НА ЭТАПАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ // Вестник науки №2 (71) том 3. С. 537 - 542. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/13043 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+