Пириева Н.М., Аллахвердиева А.Т.
ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ ИНДУКЦИОННОГО ЛЕВИТАТОРА *
Аннотация:
простой индукционный левитатор состоит из двухобмоточный магнитной сис¬темы переменного тока. Индукционный левитатор, состоящий из замкнутого магни¬то¬про¬во¬да, стационарного обмотка возбуждения и короткозамкнутого обмотка левитации, разме¬щен в вертикальном положении. Переменный ток, протекающий через индукционную об¬мот¬ке, ин¬ду¬цирует ток через короткозамкнутую обмотке, в результате чего возникает элек¬тро-ди¬нବми¬ческая сила от взаимодействия токов. Электродинамическая сила действует на корот¬ко¬зам¬к¬нутый контур, поднимая его вверх без трения и компенсируя его силу тяжести. При этом значения токов фиксированы. При изменении напряжения, подаваемого на обмотке влияния, левитации стабилизирует значения токов, перемещаясь вверх или вниз. Величина внешней силы определяется величиной тока. В статье были исследованы особенности магнитной системы левитатора, определены основные размеры, высота левитации и ее минимальное и максимальное значения, а также сделан расчет о размерах обмотка воздействия
Ключевые слова:
левитатор, магнитная система, высота левитации, обмотка воздействия, электродинамическая сила
DOI 10.24412/2712-8849-2023-764-309-318
УДК 621.317
Пириева Н.М.
доктор философии по технике, доцент,
Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности
(г. Баку, Азербайджан)
Аллахвердиева А.Т.
старший преподаватель
Азербайджанская морская академия
(г. Баку, Азербайджан)
ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОЙ
ЦЕПИ ИНДУКЦИОННОГО ЛЕВИТАТОРА
Аннотация: простой индукционный левитатор состоит из двухобмоточный магнитной системы переменного тока. Индукционный левитатор, состоящий из замкнутого магнитопровода, стационарного обмотка возбуждения и короткозамкнутого обмотка левитации, размещен в вертикальном положении. Переменный ток, протекающий через индукционную обмотке, индуцирует ток через короткозамкнутую обмотке, в результате чего возникает электродинамическая сила от взаимодействия токов. Электродинамическая сила действует на короткозамкнутый контур, поднимая его вверх без трения и компенсируя его силу тяжести. При этом значения токов фиксированы. При изменении напряжения, подаваемого на обмотке влияния, левитации стабилизирует значения токов, перемещаясь вверх или вниз. Величина внешней силы определяется величиной тока. В статье были исследованы особенности магнитной системы левитатора, определены основные размеры, высота левитации и ее минимальное и максимальное значения, а также сделан расчет о размерах обмотка воздействия.
Ключевые слова: левитатор, магнитная система, высота левитации, обмотка воздействия, электродинамическая сила.
Для проведения электромагнитного расчета цилиндрического индукционного левитатора прежде всего примем, что магнитное поле (рисунок 1) в его рабочем воздушном зазоре однородно. Кроме того, учтем, что магнитное сопротивление стальных деталей намного меньше, чем магнитное сопротивление воздушных зазоров (δ и с), рассмотрим особенности конструкции левитатора [1-3]. Левитатор состоит из цилиндрического сердечника с цилиндрической симмет-
рией, контура возбуждения переменного тока, левитирующего элемента и трубы, вращающейся вместе с ветряком.
Рис. 1. Конструкция индукционного левитатора
Вращающаяся трубка, в свою очередь, состоит из двух коаксиальных трубок. Трубы механически связаны друг с другом и между ними нет воздушных зазоров. Внутренняя труба изготовлена из композиционного материала с малым удельным весом и высокой механической прочностью, а внешняя труба - из конструкционной электротехнической стали. Поскольку элемент левитации механически связан с внешней трубой, он вращается вместе с ней и состоит из короткого замкнутого контура. Для уменьшения силы тяжести Рт левитационный элемент собирают из проволок из алюминия или алюминиевых смешанных сплавов с малым удельным весом. Для уменьшения потерь в меди индукционная обмотка собрана из медных проводов и подключена к источнику переменного напряжения постоянной амплитуды ~. Подводимая к обмотке электрическая энергия преобразуется в энергию магнитного поля , создавая подъемную электромагнитную силу Fэ, которая действует на левитационный элемент. Электромагнитная сила в свою очередь, поднимает вращающуюся трубку на некоторую высоту h. Эта высота называется высотой левитации. При этом электромагнитная сила Fэ компенсирует общую силу тяжести ΣP, выполняя условие левитации Fэ=ΣP [4-10].
Таким образом, левитатор выполняет еще и функцию преобразователя электромагнитной энергии. Представленный новый преобразователь электромагнитной энергии должен отвечать следующим требованиям:
Ферромагнитная часть преобразователя должна эффективно пропускать магнитный поток, вызванный обмотка воздействия, через воздушные зазоры и активные провода, величина магнитной индукции в поперечном сечении стальных деталей должна быть ниже уровня индукции насыщения Вм , значение магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре Bd должно быть как можно больше, магнитная индукция по высоте рабочего воздушного зазора должна быть одного пола, высота левитации должна быть выбрана по уравнению h =Δ.
На рис. 2 представлены схема распределения магнитных поток по высоте цилиндрического сердечника и схема замены магнитопровода.
Рис. 2. Распределение магнитных токов (а) и схема замены магнитопровода (б)
Полный магнитный поток Φ, создаваемый магнитной силой контура влияния, состоит из четырех частей:
- рассеянный магнитный поток по высоте обмотка возбуждения; - магнитный поток, рассеянный по высоте левитации; -рассеивающий магнитный поток по высоте левитации; - магнитный поток, проходящий через воздушный
зазор;
Магнитопроводы воздушных зазоров на путях этих токов обозначены соответственно ,,, [11].
Полный магнитный поток, создаваемый индукционным обмотке .
Количество обмоток находится по этой формуле:
где Sт- площадь поперечного сечения стальной части трубы; =0,92÷0,96 – коэффициент, учитывающий активное падение напряжения в цепи; - действующее значение напряжения, подаваемого на контур; ω=2πf=314 1/сек
Расчет магнитопроводов
Данный: R= 10 a=5 ;
2 c/R=4,2
Выполняем расчеты в следующем порядке: Удельная магнитная проницаемость
; =7.887
Тогда удельная магнитная проницаемость рабочего воздушного зазора c.
.
Определяем магнитные токи и проводники, участвующие в схеме замещения при разомкнутом контуре левитирующего элемента [12-15].
где принимается ∆=h, так что при движении над левитационным ход за счет воздействия электромагнитной силы Fэ его перемещение принимается равным максимальному значению высоты левитации. Рассчитываем магнитопровод (если c/R=4,2 )
Определим площади поперечного сечения ферромагнитной трубки и цилиндри-
ческого сердечника:
Рассчитываем магнитопроводы:
Найдем количество витков.
Рассчитаем эквивалентные магнитопроводы с левитацией замкнутой обмотки:
здесь
Рассчитываем индуктивности:
здесь K=; . Индуктивное сопротивление и ток обмотки возбуждения составляют: [16-18].
;
обмотки амперной витки
Ток обмотка левитации и плотность тока ():
Рассчитано:
Тогда ток и ампер, протекающие через обмотка, будут следующими: [19-21].
Плотность тока
Заключение
В статье проведено расчет магнитопроводах левитаторов. Выполнение этих расчетов может быть использовано для решения задач оптимизации левитатора. Таким образом, учет влияния магнитной проницаемости рабочих воздушных зазоров и магнитного сопротивления левитационной обмотка повышает точность расчетов.
CПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №7 (64) том 5
Ссылка для цитирования:
Пириева Н.М., Аллахвердиева А.Т. ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ ИНДУКЦИОННОГО ЛЕВИТАТОРА // Вестник науки №7 (64) том 5. С. 309 - 318. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/9672 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+