Введение 3
1. Типы электромагнитов 4
1.1 Обзор и общая классификация электромагнитов 4
1.2 Разновидности соленоидных электромагнитов 8
2. Электромагнитный преобразователь на соленоидном многокатушечном
электромагните с единым магнитопроводом 11
2.1 Принцип работы соленоидного многокатушечного электромагнита с единым
магнитопроводом 11
2.2 Конструкция соленоидного многокатушечного электромагнита с единым
магнитопроводом. Работа электромагнитного преобразователя
3. Расчетная часть, оптимизация характеристик элементов конструкции 32
3.1 Описание алгоритма работы программы 32
3.2 Вариант расчета 35
3.3 Анализ верности выбора параметров 47
3.4 Текст программы расчета электромагнитного преобразователя на поперечных
потоках в MATLAB7.10 48
3.5 Вывод по расчетной части 63
4. Экспериментальная часть 64
4.1. Устройство эксплуатации установки 64
4.2. Результаты эксперимента 69
Заключение 72
Список используемых источников
В современной технике в основе множества устройств, с целью преобразования энергии: электрической в механическую, чаще всего используют электромагниты.
Человечество ими пользуется уже более 150 лет. За это время проведено множество исследований (как теоретических, так и экспериментальных), которые посвящены анализу отдельных разновидностей электромагнитов также и различных вопросов их расчёта и теории по ним.
На данный момент, актуальность использования и применения электромагнитов растёт. Это связано с широкой механизацией и автоматизацией производственных процессов, транспорта и быта.
Одна из разновидностей электромагнита - это электромагниты с большим ходом якоря, их также еще называют длинноходовыми электромагнитами. Они превращают электрическую энергию в магнитную, из которой преобразуют механическую поступательную (кинетическую) - энергию перемещения якоря. Могут применяться в ударных машинах, приводах конвейеров, ускорителях масс. Единственная сложность - это их проектировка и создание (обсчёт магнитного поля, учет индукции насыщения материала и т.п.).
Задачи данной работы - разработать алгоритм расчёта и моделирования, создать программу обсчёта работы соленоидного многокатушечного электромагнита. Разработать и оптимизировать систему питания и управления. Провести анализ и оптимизацию параметров многокатушечного соленоидного электромагнита со втягивающим якорем. Проделать эксперимент на реальной установке, сравнивая полученные результаты с экспериментальными.
В итоге он должен обладать максимальными КПД, скоростью якоря на выходе установки, а также минимальными массогабаритными характеристиками. Запитка катушек должна вестись от низковольтного источника (<0,4 кВ), магнитная индукция в деталях магнитопровода не должна быть больше значения насыщения.
1. Разработанная программа достаточно точно моделирует процессы, происходящие в соленоидном многокатушечном электромагните с единым магнитопроводом.
2. Программа пригодна для оптимизации типоразмеров и характеристик элементов проектируемых электромагнитов. Она значительно упрощает моделирование и позволяет проводить доработку и оптимизацию реальной модели с близкими к оптимальным характеристиками.
3. Подобранные и оптимизированные схемы систем питания и управления позволяют производить работу преобразователя при необходимых нам режимах работы, что способствует более высокому КПД.
4. В многокатушечном электромагните манипулировать длиной катушек не целесообразно ввиду увеличения тепловых потерь в обмотке - при большой длине катушки, или малой величине пробега якоря в катушке и низком КПД - при малой длине.
5. В многокатушечном электромагните при однонаправленном движении якоря целесообразно оптимизировать толщину провода и число витков катушки, тем самым сокращая (увеличивая) время разряда питающих конденсаторов оставляя неизменными энергию запасенную в конденсаторах, перебрасываемую в кинетическую энергию якоря.
6. Многокатушечный электромагнит не может постоянно домагничиваться, т.е. за время хода необходимо обеспечить наличие периодов спада тока в катушках и, как следствие, спада индукции в якоре - время для переброса магнитной энергии в механическую, для предотвращения быстрого магнитного насыщения материала сердечники или магнитопровода.
7. При изменении направления движения якоря относительно вектора гравитации (при изменении угла наклона конструкции) оптимальные значения питающих емкостей меняются, что следует учитывать создавая конструкции подобные отбойному молотку.
8. Также для оптимальной работы многокатушечного соленоидного электромагнита необходимо отслеживать точку нахождения края якоря для обеспечения подачи питания в катушку в момент нахождения якоря в стартовой точке.
