ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАМАГНИЧИВАНИЯ И УЧЕТ НАСЫЩЕНИЯ МАГНИТОПРОВОДА ПРИ РАСЧЕТЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВИБРАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

На сегодняшний день широкому применению вибрационных машин (ВМ) с электромагнитными виброционными двигателями (ЭМВД) в различных отраслях промышленности, в том числе – в испытательных вибрационных стендах для устройств и оборудовании производства мельниц и дробильных устройств, в значительной степени препятствуют трудности, связанные с поддержанием на заданном уровне их производительности и эффективности.

Сегодня в расчетах при проектировании ВМ не учитываются нелинейности элементов ВМ.

Предложены достаточно эффективные способы частотного управления выходными величинами ЭМВД. Однако они не позволяют поддерживать максимальную (резонансную) амплитуду колебаний рабочего органа и производительность ВМ [1], в связи с не учетом влияния нелинейностей на режимы работы ЭМВД для решения вопросов:

– взаимного влияния нелинейных элементов преобразователя частоты (ПЧ) с нелинейными элементами механической колебательной системы и пульсирующей индуктивностью ЭМВД;

– обеспечения сочетания производительных режимов работы электромагнитных колебательных контуров с эффективным энергосберегающим режимом механической колебательной системы «ЭМВД-ВМ»;

– усовершенствования существующих и создания новых высокоэффективных энергосберегающих технических средств необходимо проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на изучение взаимного влияния характеристик нелинейных элементов ЭМВД и ПЧ.

Обмотки в реактивном ЭМВД создают переменный пульсирующий магнитный поток, часть которого, протекая через рабочий воздушный зазор между сердечником и якорем электромагнита, создает вибровозбуждающее усилие, с которым якорь притягивается к сердечнику.

В результате взаимодействия этого усилия с силами упругих элементов, якорь, соединенный с р.о вибромашины, начинает совершать колебательное движение.

В исследованиях и расчетах к настоящему времени, влияние насыщения магнитной системы на величины и формы токов в обмотках, электромагнитное усилие, следовательно, на режимы работы ЭМВД не принимались во внимание.

Поэтому возникающие из-за насыщения высшие гармонические тока обмотки ЭМВД при его питании от преобразователя частоты (ПЧ) приводят к срыву коммутации управляемых элементов ПЧ, следовательно, к нестабильной работе системы ЭМВД-ПЧ.

Еще в расчетах считалось, что для конкретного значения статического рабочего воздушного зазора (δ₀=const.) мгновенное значение магнитного потока в ярме Ф₀ электромагнита линейно зависит от мгновенного значения тока i в обмотке ЭМВД, т. е. влиянием периодически изменяющегося рабочего воздушного зазора между стержнем и якорем электромагнита, совершающим колебательное движение, пренебрегалось:

                                                                                                             (1)

где L₁ – постоянная индуктивность. Такое положение может быть справедливым для электромагнитных ВВ со значительным запасом (δ₀ ≥ 2 мм) статического рабочего воздушного зазора, выпущенных промышленностью до недавнего времени.

В современных ЭМВД с улучшенными весогабаритными показателями принимается δ₀ < 2 мм.

При их проектировании расчетную индукцию выбирают выше колена насыщения характеристики намагничивания.

Поэтому экспериментальные исследования подтверждают, что даже при наличии рабочего воздушного зазора между якорем и стержнем электромагнита, в магнитопроводе наблюдается насыщение отдельных его частей.

Материалом магнитопровода ЭМВД является листовая электротехническая сталь с электрической изоляцией между листами. Магнитная характеристика горячекатаной электротехнической стали типа 1413, снятая на постоянном токе, будет выглядеть в форме петли гистерезиса (рис. 1). Ее форма зависит от сорта электротехнической стали, размеров и конструкции магнитной системы, частоты перемагничивания и температуры стали.

Рассматриваемая функция является нелинейной зависимостью, каждый период перемагничивания отличается друг от друга. Восходящие и нисходящие ветви характеристики не совпадают.

Площадь петли этой зависимости характеризует потери на перемагничивание (гистерезис).

Если потерями на гистерезис, возникающими при переменном токе, будем пренебрегать, то при неподвижном якоре этим кривым будут соответствовать (рис. 2) характеристика намагничивания:

                                                                                                           (2)

снятая на переменном токе – зависимость мгновенных значений магнитного потока в ярме электромагнита Ф₀ от реактивной составляющей намагничивающего тока в обмотке электромагнита i_μ.

Рисунок 1. Магнитная характеристика электротехнической стали

Рисунок 2. Характеристика намагничивания без учета потерь на гистерезис

Для исследования влияния этой нелинейности на параметры, режимы работы ЭМВД и гармонический состав намагничивающего тока обмотки, необходимо найти аналитическое описание функции – провести аппроксимацию функции , т. е. вместо экспериментальной кривой (2) записать ее аналог в форме аналитической записи:

                                                                                                      (3)

Для нахождения зависимости двух данных величин существуют множество методов аппроксимации.

Список литературы:

1. Алимходжаев К.Т., Халикова М.О.. Взаимное влияния нелинейностей элементов электромагнитных вибрационных двигателей со встроенным параллельным инвертором//Энергия тежаш муаммолари .№ 4, 2015.