Введение 7
1. Состояние вопроса 9
1.1 Формулирование задания ВКР 9
1.2 Обзор аналогов 9
1.3 Описание разрабатываемой системы 35
1.4 Задачи работы 35
2. Основная часть 37
2.1 Расчёт схемы устройства 37
2.2 Конструкторская часть 42
2.3 Методика измерения параметров 45
2.4 Методика настройки системы 47
3. Экономическое обоснование работы 48
Заключение 49
Список использованных источников 50
Цель данной работы - рассчитать и спроектировать систему управления ускорителя ферромагнитных масс, который использует принципиально новый метод ускорения твёрдых тел. Данное устройство в перспективе может решить ряд прикладных задач в различных отраслях жизнедеятельности человека.
Данная система применяется в ускорителе ферромагнитных масс, в котором ферромагнитный сердечник магнитным полем последовательно ускоряется по мере его движения. Имеет смысл говорить о новизне данной работы, так как приборы, трансформирующие энергию магнитного поля в кинетическую энергию движущегося тела, на текущий момент, по тем или иным причинам, на практике не нашли широкого применения.
Актуальность работы обусловлена тем, что электромагнитные ускорители могут быть применены для решения ряда прикладных задач на производстве, в космической отрасли, а также в прочих областях жизни людей. В связи с развитием современной электроники совершенствуются и удешевляются методы изготовления электронных компонентов и источников электрической энергии и системы на основе электромагнитов заменяют механические, пневматические аналоги.
В перспективе подобные устройства могут быть применены в строительном инструменте, в особенности в нейлерах (гвоздезабивных пистолетах). Также возможно применение подобных систем для запуска лёгких, устойчивых к перегрузкам спутников на орбиту. В патенте США US5168939 описано подобное устройство (Ускоряемая электромагнитным полем ударная дрель для бурения нефтяных скважин) [1] для бурения нефтяных скважин с ударником ускоренным электромагнитным полем. Устройство, содержит множество модулей (ступеней) катушек, отделенных друг от друга только прокладками и уложенными друг на друга в несущей конструкции. Ударник вставляется вручную в верхней части устройства. Построение катушки в виде множества независимых модулей, позволяет контролировать электромагнитное усилие, создаваемое каждым модулем. В ближайшем будущем с развитием компактных источников энергии, возможно применение подобных устройств и в спортивном оружии.
Объектом исследования проекта является устройство - электромагнитный ускоритель ферромагнитных масс. Оно осуществляет последовательное, линейное ускорение твёрдого предмета с ферромагнитными свойствами.
Предметом исследования является «система управления ускорителя ферромагнитных масс». Данная система электрическими сигналами осуществляет управление коммутирующими элементами катушек индуктивности.
Гипотеза: возможно ли спроектировать систему ускорителя ферромагнитных масс, при минимальном количестве полупроводниковых ключей?
В итоге можно отметить тот момент, что многоступенчатый ускоритель ферромагнитных масс с фотодатчиками на каждой ступени в отличии от своего аналога, взятого за основу, имеет более стабильные характеристики скорости и эффективности (КПД), за счёт наличия обратной связи с катушками индуктивности. Эффективность ускорения снаряда также возможно увеличить добавлением ступеней при одновременном снижении энергии каждой ступени. Отличительной особенностью данного ускорителя является то, что по сравнению с прочими аналогами, обеспечивается частичная рекуперация энергии катушек индуктивности. Также фотодатчики в отличие от индукционных датчиков обладают устойчивостью к электромагнитным помехам, однако чувствительны к помехам, создаваемым световым и близким к свету по длине волны излучениям. Применение предложенной схемы допускает снижение количества транзисторов до 1-го на каждую группу катушек индуктивности, позволяя выполнять последовательное подключение и отключение всех катушек индуктивности многоступенчатого ускорителя, избавляя от цепей принудительного запирания тиристоров, обладающих большой инерционностью, что в свою очередь тоже повышает КПД ускорителя.
