Моделирование и оптимизация электромагнитных приводов электрических аппаратов

• Автор: Свинцов, Геннадий Петрович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Чебоксары
• Количество страниц: 455 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ЭВРИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

1.1 .Краткий обзор и анализ методов расчета полей электромагнитных устройств 1В

1 ^.Модифицированный метод Ротерса

1.2.1.Расчет магнитных проводимостей плоскопараллельных полей

1.2.2.Расчет магнитных проводимостей плоскомеридианных полей

1.2.3.Расчет проводимостей путей потока выпучивания, образующих

конусообразные тела

1.2.4.Вывод расчетных формул магнитных проводимостей воздушных зазоров для ряда магнитных систем
1.2.4.1.Расчет магнитной проводимости зазора между цилиндрическим
полюсным наконечником и плоским поворотным якорем
1.2.4.2.Расчет проводимости рабочего зазора симметричного П-образного
электромагнита с призматическими сердечниками и внешним прямоходовым якорем
1.3.Моделирование активного электрического сопротивления короткозамкнутых витков электромагнитов переменного напряжения
1.3.1.Сопротивление короткозамкнутого витка с прямоугольными границами и закругленными углами
1.3.2.Сопротивление короткозамкнутого витка реле типа 2ЯЯ
1.3.3.Сопротивление короткозамкнутого витка с сегментными внутренней и внешней границами
1.4.У совершенствование методики расчета электромагнитных характеристик электромагнита переменного напряжения при притянутом якоре
1.5.Расчетное моделирование параметров теплового состояния обмоток
электромагнитов постоянного напряжения с учетом неравномерности распределения температурного поля в толще обмотки и раздельным учетом составляющих
конвективного теплообмена и отдачи тепла лучеиспусканием
Выводы по первой главе
Глава 2. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
2.1.Выбор функций цели и формы представления результатов исследования
2.2.Моделирование и анализ статических кривых намагничивания, силовых характеристик, потокораспределения в сердечниках магнитных систем электромагнитов постоянного тока
2.2.1.Моделирование симметричных П-образных двухкатушечных электромагнитов с цилиндрическими сердечниками и полюсными наконечниками
2.2.1.1 .Исследование электромагнита с прямоходовым якорем
2.2.1.2.Исследование электромагнита с поворотным якорем
2.2.2.Моделирование клапанного электромагнита с Г-образным ярмом и цилиндрическим сердечником
2.2.2.1 .Исследование электромагнита с круглым и сегментным полюсными наконечниками
2.2.2.2.Исследование электромагнита с прямоугольным полюсным наконечником
2.2.3.Моделирование Ш-образного электромагнита с цилиндрическим сердечником
и магнитным шунтом на скобе магнитопровода
2.2.4.Моделирование симметричного П-образного двухкатушечного электромагнита с призматическими сердечниками и поступательно перемещающимся якорем
2.3.Моделирование симметричного П-образного двухкатушечного электромагнита с призматическими сердечниками и поступательно перемещающимся якорем при
питании от источника синусоидального напряжения
Выводы по второй главе
Глава 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ДЛЯ ПИТАНИЯ ОБМОТОК И УСТРОЙСТВ ФОРСИРОВКИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ
3.1.Электромагниты со встроенными выпрямителями. Особенности функционирования и применения
3.2.Разработка и исследование схем выпрямления для питания обмоток приводных электромагнитов
3.2.1 .Двухдиодная схема выпрямления для питания двухобмоточного электромагнита
3.2.2.Трехфазные схемы выпрямления для питания обмоток электромагнитов
3.2.3.Сравнительная оценка схем выпрямления, используемых для питания обмоток электромагнитов
3.3.Форсированное управление приводными электромагнитами
3.3.1.Устройства форсировки электромагнитов постоянного напряжения
3.3.2.Устройства форсированного управления электромагнитами однофазным выпрямленным напряжением
3.3.3.Устройства форсированного управления электромагнитами от источника
трехфазного напряжения
3.3.4.Электромагниты комбинированного питания и управления
Выводы по третьей главе
Глава 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДНЫХ
ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ
4.1.Общие положения
4.2.Выбор метода исследования и представления динамических параметров электромагнитов
4.2.1.Физическая модель - установка для исследования и моделирования динамических характеристик срабатывания приводных электромагнитов
4.3.Экспериментальные динамические характеристики срабатывания электромагнитов переменного напряжения
4.3.1.Динамика срабатывания П-образных двухкатушечных электромагнитов с
прямоходовым якорем
4.3.2.Обобщенные в критериальном виде динамические параметры Ш-образных приводных электромагнитов с прямоходовым якорем
4.3.3.Вероятностная оценка времени срабатывания коммутационного аппарата с приводным электромагнитом переменного напряжения

4.4.Экспериментальные динамические характеристики срабатывания П-образных двухкатушечных электромагнитов однофазного выпрямленного напряжения, обобщенные методами теории подобия
4.4.1.Динамические параметры электромагнита с мостовой и однополупериодной схемами выпрямления
4.4.2.Динамические параметры двухкатушечного электромагнита с параллельно и последовательно подключенными с обмотками диодами
4.5.Динамика отключения электромагнита с шунтированной выпрямителем обмоткой.
4.6.Численное моделирование процесса срабатывания приводных электромагнитов
коммутационных аппаратов
4.6.1.Расчет динамических параметров Ш - образных форсированных
электромагнитов постоянного напряжения с призматическими сердечниками
Выводы по четвертой главе
Глава 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРИВОДОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
5.1.Краткий обзор критериев качества, оптимальности, методов оптимизации электромагнитных приводов электрических аппаратов
5.2.Разработка унифицированных электромагнитных приводов коммутационных электрических аппаратов
5.3.Алгоритм синтеза электромагнитов постоянного напряжения по частным критериям оптимальности и условиям статики. Способ представления результатов оптимизационных расчетов
5.3.1.Оптимизация симметричного П-образного двухкатушечного электромагнита с
цилиндрическими сердечниками
5.3.2.Оптимизация симметричного П-образного двухкатушечного электромагнита с
призматическими сердечниками и поступательно перемещающимся якорем
5.3.3.Оптимизация клапанных электромагнитов с Г- образным ярмом и цилиндрическим полюсным наконечником
5.4.Выбор оптимальных размеров полюсов Ш-образных электромагнитов постоянного тока с внешним прямоходовым якорем
5.5.Синтез симметричных П-образных двухкатушечных электромагнитов переменного напряжения с ограничениями по условиям динамики их срабатывания
Выводы по пятой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

параметров /?о,р1,р2 - Исходное выражение (1.2.5) для подсчета проводимости в этом случае упрощается, так как с1Б = ШЕ и поэтому

Х= Ц//, (1.2.1.23)

Проводимость Фигуры в виде криволинейного треугольника BCD типа "запятая" (рис. 1.2.1.5) получена аналогичным образом и подробно приведена в [488].
Угол а (один из определяющих параметров фигур типа "секира", "скоба", "крюк", "запятая") должен быть определен в случае каждой конфигурации полюсов с использованием координат р поля выпучивания. Координаты поля выпучивания устанавливаются в зависимости от расположения и (или) близости других-ферромагнитных элементов МС.
В качестве иллюстрации рассмотрим определение а для случая расположения полюсов по рис. 1.2.1.5 при известных координатах р, и р2 поля выпучивания. Обозначим радиус дуги BF окружности с центром в точке N через г0. Тогда на основании рис. 1.2.1.5 можно записать
где I = u{Rq tga + ^)+Q’5- -R0.
cos a
Результат интегрирования (1.2.1.23) можно представить в виде
R0/cosа і r0 і р2 -рі+тр tga = r0/i?
(1.2.1.24)
(1.2.1.25)
Принимая во внимание, что 1/cos a = yl + tg 2 a, выражение (1.2.1.24)
запишем в виде
(1.2.1.26)
С учетом (1.2.1.25) выражение (1.2.1.26) принимает вид
( ( 2 го _ Р1-Р2+Л го ,
(1.2.1.27)
Ro) V Ro *0,
Решив уравнение (1.2.1.27) относительно r0l R0, получим
r0 _ 0,5((pt -р2 +г|/7?0)2 -1) До (р] ~Р2+rl)/^
Последнее соотношение на основании (1.2.1.25) позволяет определить