Расчёт статических нагрузочных и тяговых характеристик




Для расчета магнитных систем, в которых действует постоянная или переменная во времени намагничивающая сила, широко используется метод участков, позволяющий учитывать потоки рассеяния и насыщение стали магнитопровода. По вычислительной процедуре этот метод представляет собой одну из модификаций метода численного интегрирования дифференциальных уравнений, описывающих распределение магнитного потока и магнитного потенциала в исследуемой системе. Тем более что типовое математическое обеспечение ЭВМ включает стандартные подпрограммы для решения таких систем уравнений. Прямое решение исходной системы уравнений позволяет снять допущение о неизменности магнитного потока в пределах участка, что повышает точность расчета. Ниже на примере П –образных систем излагается универсальный алгоритм расчета, основанный на этом подходе.

Известно, что, если расположить начало отсчета координаты y в поперечном сечении 0m, а координаты x в поперечном сечении z (рис.10.9), то

 

Рис.10.9. Эскиз электромагнита П-образного типа и расчетная топология

магнитного поля

 

распределение комплексов действующих значений магнитного потока и магнитного напряжения между стержнями вдоль координаты y и между якорем и стержнями вдоль координаты z описывается системой дифференциальных уравнений:

(1)

где определяются величиной модуля магнитного потока в стержнях магнитопровода ; определяется потоком в якоре

Практическая постановка задачи расчета магнитной системы определяет граничные условия для системы (1). Например, если задан комплекс действующего значения магнитного потока , то значения магнитных напряжений между стержнями и между якорем и стержнем вычисляется по выражению:

где учитывает наличие во втором зазоре короткозамкнутого витка, охватывающего часть стержня магнитопровода, определяется потоком в якоре, равным , определяются потоком в стержнях .

В основании магнитопровода должно выполняться граничное условие: где зависит от магнитного потока в основании. Считая, что через торцы якоря проходят одинаковые потоки , определяем граничные условия для магнитных напряжений на торцах якоря:

Допущение о равенстве потоков на торцах якоря не вносит заметной погрешности в расчет, поскольку эти потоки много меньше потока и практически не влияют на изменение значений магнитного сопротивления якоря вдоль координаты z. Значения величин и координат расположения сечений om и om1 определяются по рекомендациям.

Такая формулировка задачи расчета дает возможность воспользоваться библиотечными программами. Например, возможно решение системы (1) методом Рунге-Кутта. Вместе с тем, следует отметить, что для большинства ЭВМ стандартная процедура решения системы приводится только для вещественных переменных. В связи с этим преобразуем первое и второе уравнения системы (1), выделив вещественную и мнимую составляющие комплексов:

(2)

где индекс R относится к активной составляющей комплекса, а индекс X - к реактивной. Третье и четвертое уравнения системы (1) преобразуются аналогичным образом. Составляющие комплекса удельного магнитного сопротивления стали магнитопровода определяются по заданным характеристикам материалов:

рассчитывается по формуле:

В процессе расчета осуществляется уточнение f по методу простой итерации. Например, если считать, что магнитный поток в якоре не изменяется по координате z, рис.10.9, то начальное приближение

Последнее допущение правомерно для оптимальных по массе или потребляемой мощности электромагнитов, имеющих ненасыщенный якорь.

Затем решается система уравнений (2) и находится первое приближение для удельной намагничивающей силы

В последнем выражении для вычисления значений интегралов можно использовать библиотечные подпрограммы. Итерационный процесс считается закончившимся, если выполняется условие

Если условие не выполняется, то вычисляется следующее приближение по формуле где k – номер итерации; рекомендуется d д= 0,5. Поперечные сечения участков магнитопровода:

Cопоставление результатов расчета по приведенному алгоритму и методом участков показало, что при достаточном числе участков разбиения (свыше 10) оба метода обеспечивают одинаковую точность. Вместе с тем предложенный алгоритм обладает универсальностью – применим для магнитных систем как переменного, так и постоянного тока. В последнем случае при численной реализации достаточно положить равным нулю удельное реактивное сопротивление стали магнитопровода.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-15 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: