Расчет оптимальных параметров электромагнитного привода колебательного движения

Abstract

В статье изложены основные вопросы теории, расчета и проектирования электромагнитных устройств, приведены оптимальные соотношения геометрических размеров конструкций электромагнитных устройств, исходя из условия минимума массы активных материалов, необходимых для их изготовления. Рассмотрены примеры задач проектирования электромагнитных устройств, отвечающие требованиям надежности производимых расчетов и достоверности полученных результатов. Представлен сравнительный анализ конструкций электромагнитных устройств по условию минимума массы активных материалов, имеющих магнитопроводы на основе Ш- и П-образного электротехнического железа с одной и двумя намагничивающими обмотками, а также цилиндрические броневые магнитопроводы, цилиндрический якорь и корпус в виде скобы при обеспечении заданных выходных параметров (тяговое усилие или мощность). Показано, что электромагнитные устройства на основе магнитопроводов с двумя намагничивающими обмотками имеют на 10-30 % меньшую массу по сравнению с однообмоточными. На примере задачи проектирования электромагнитного привода поршневого компрессора с помощью разработанного программного обеспечения проведено исследование режимов работы энергопреобразования электромагнитных устройств при обеспечении заданного закона движения якоря. В качестве критерия оптимальности при решении задачи принят максимум коэффициента полезного действия электромагнитных устройств. Влияние вихревых токов в стали на энергетические показатели привода учитывается путем синтеза многоконтурной схемы замещения электромагнитных устройств. Расчет магнитного поля при определении статических характеристик электромагнитных устройств проводится методом вероятных путей магнитного потока. Разработанные алгоритмы и программы по оптимальному проектированию электромагнитных устройств обладают новизной и практической значимостью.

This paper outlines the main problems in the theory, calculation and optimal design of electromagnetic device, gives optimal ratio of electromagnetic device structures based on conditions of mass minimum of active materials required for their manufacturing. The authors have considered the examples of optimum design of electromagnetic devices conforming the reliability requirements of the calculations carried out and the validity of the results obtained. The paper introduces a comparative analysis of electromagnetic device designs by the condition of mass minimum of active materials having magnetic cores based on the W- and U-shaped electrical iron with one and two field windings, and armored cylindrical magnetic cores, cylindrical body and an anchor in the form of staples while providing the set output parameters (traction or power). It is shown that the mass of electromagnetic devices based on magnetic cores with two field windings is by 10-30 % less than that with one coil. By the example of designing electromagnetic actuator of a piston compressor and using the software developed the authors studied optimum operating conditions for a given energy conversion of electromagnetic device armature law of motion. Maximum of electromagnetic device efficiency was accepted as the optimality criterion when solving the problem. The impact of eddy currents in steel on drive energy performance is accounted by synthesizing multi-loop equivalent circuits of electromagnetic device. Calculation of magnetic field in determining static characteristics of electromagnetic devices is carried out by the method of magnetic flux probable path. The developed algorithms and programs for optimal design of electromagnetic devices have novelty and practical significance.