Введение к работе
Актуальность темы. Технической базой автоматизации являются современные вычислительные комплексы, обрабатывающие центры, гибкие автоматизированные модули. Для обеспечения функционирования этих сложных и дорогостоящих' систем необходимы высоконадежные технические средства — элементы автоматики. К таким элементам следует отнести электромагнитную аппаратуру. Простота конструкции, высокая надежность, возможность получения разнообразных динамических характеристик, от согласования которых с -параметрами исполнительного механизма зависит работоспособность устройства в целом, предопределили широкое применение электромагнитных аппаратов в различных областях техники. В тоже время, с появлением новых интеллектуальных электромеханических устройств, многие из электромагнитных механизмов (ЭММ) не отвечают современному уровню технических характеристик. Поэтому улучшение динамических параметров электромагнитов представляет важную народнохозяйственную задачу, решение которой должно опираться на достаточно хорошо разработанную теорию, аналитические и экспериментальные методы исследований. В настоящее время существуют' и широко применяются качественные методы проектирования электромагнитных устройств с заданными статическими характеристиками. Методы, использующие в качестве исходных данных динамические параметры, изложены недостаточно н обладают рядом серьезных допущений. Поэтому необходимо совершенствование существующих и разработка новых методов проектирования ЭММ с заданными динамическими параметрами.
Цель работы. Целью работы является разработка и совершенствование методов проектирования электромагнитных механизмов постоянного тока с заданными динамическими параметрам, которые могут быть использованы для получения новых и совершенствования существующих электромагнитных устройств.
Достижение поставленной в работе цели базируется на постановке н решении следующих задач:
-
Анализ существующих методов проектирования электромагнитов с заданными динамическими параметрами,
-
Разработка математической модели проектирования электромагнитов на заданные динамические параметры.
-
Формулировка критериев выбора исходных данных проектирования устройств с заданными динамическими параметрами.
-
Разработка и реализация комбинированного расчетно-экспериментального метода определения динамических характеристик исследуемых устройств. -
-
Расчет конструкций электромагнитов постоянного тока, обладающих заданными динамическими параметрами и характеристиками.
Работа выполнена в соответствии с научным направлением Южно-Российского государственного технического университета «Интеллектуальные
электромеханические устройства, системы и комплексы» от 01.03.2006 г., лр. №5, которое относится к «Приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники РФ. Энергетика и энергосбережение», утвержденным Президентом РФ 21 мая 2006 г. (Пр-843).
Ме/р>ды доследования и достоверность полученных результатов. При выполнении работы использовались следующие численные методы:
Рунге-Кутга 4 порядка;
Адамса-Бошфорда;
Эйлера;
Хука-Дживса;
метод конечных элементов.
численные методы решения систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений.
Достоверность полученных результатов обеспечивается:
согласованием результатов, полученных с помощью разработанных моделей и методов, с результатами экспериментальных исследований, погрешность которых не превосходит 3-5W;
строгим соблюдением фундаментальных теоретических положений;
использованием при тестировании результатов, апробированных на демонстрационных версиях современных программных комплексов Maxwell, MathCAD, FEMM.
критическим обсуждением основных результатов работы на Всероссийских н международных научно-технических конференциях. Научная новизна.
1, Предложен оригинальный двухэтапный метод проектирования ЭММ,
отличающийся разделением стадий определения характеристик
электромагнита и соответствующих им размеров проектируемого
устройства.
-
Создана математическая модель, позволяющая на этапе проектирования учесть влияние вихревых токов в сплошных элементах магннтопровода при срабатывании ЭММ.
-
Предложены методы расчета, опирающиеся на аналитические выражения, теорию цепей и теорию поля, отличительной особенностью которых является возможность получения размеров ti обмоточных данных устройства в соответствии с характеристиками, полученными на нервом этапе проектирования.
4, Разработан и реализован комбинированный метод определения
динамических характеристик ЭММ с помощью программно-аппаратного
комплекса на базе персонального компьютера (ПК), позволяющий по
минимальному набору экспериментальных данных посредством
моделирования определить полный комплекс динамических
характеристик системы.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанные модели и методы проектирования позволяют получить электромагниты постоянного тока, динамический режим которых максимально соответствует указанным в техническом задании условиям эксплуатации электромагнитного привода. Это позволит снизить затраты на дополнительную подстройку устройства на требуемый режим работы. Результаты диссертационной работы были внедрены на предприятии ПКП «Ирис», г.Ростов-на-Дону. Материалы диссертационной работы использовались в учебном процессе кафедры «Электрические, электронные и микропроцессорные аппараты» ЮРГТУ (НПИ) по курсу «Автоматизированные системы научных исследований». На программное обеспечение получено свидетельство о регистрации программы. Апробация работы. Основные положения н результаты диссертационной работы обсуждались на:
ежегодных научно-практических конференциях ЮжногРосснйского государственного технического университета с 1997 по 2001 гг.;
на 1 Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в науке,' проектировании и производстве», (Нижний Новгород, февраль 1999);
на IV Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электрона дв и жного состава», (Новочеркасск, июнь, 2003);
на VI Международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск; апрель, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы —168 страниц (без приложений),. включает 72 рисунка. Список литературы содержит 139 источников. Приложения содержат 66 страниц текстов используемых в работе компьютерных программ.
