Modeling of electromechanical processes of the linear permanent magnet motor drive of the one-mass vibro-impact system

Роман Петрович Бондар, Геннадій Михайлович Голенков
2019 Bulletin of NTU KhPI Series Problems of Electrical Machines and Apparatus Perfection The Theory and Practice  
Розглянуто лінійний магнітоелектричний двигун вібраційної дії циліндричної топології у віброударному режимі роботи. Запропоновано модель для дослідження електромеханічних процесів в одномасовій віброударній системі з приводом від лінійного двигуна, що ґрунтується на схемі заміщення із зосередженими параметрами. Електричні параметри моделі є залежними від робочої частоти та враховують магнітні втрати в осерді двигуна. Визначення параметрів розрахункової схеми проводилось на підставі польового
more » ... дставі польового розрахунку за допомогою методу скінченних елементів. Внаслідок осьової симетрії машини, задача розглядалась в осесиметричній постановці, за допомогою рівнянь квазістаціонарного магнітного поля в часовій області, що дозволило врахувати ефект протікання вихрових струмів в масивних полюсах якоря двигуна. Визначення магнітних втрат проводилось експериментальним шляхом, за допомогою дослідного зразка магнітоелектричного лінійного двигуна вібраційної дії. Параметри механічної схеми заміщення визначались експериментально, із застосуванням методу згасаючих коливань та безпосереднім зважуванням елементів конструкції. Для моделювання сили удару приймається сила контактної взаємодії, що описується формулою Герца. Вирішення рівнянь динаміки системи проводилось засобами структурного моделювання в середовищі Simulink/Matlab. Виконано розрахунок характеристик електромеханічної системи в залежності від параметрів ударного навантаження та робочої частоти. З метою перевірки розрахункової моделі, проведено експериментальні дослідження електромеханічних характеристик системи за допомогою дослідного зразка магнітоелектричного двигуна, що працює у віброударному режимі роботи, та виконано порівняльний розрахунок на підставі розробленої моделі. Ключові слова: віброударна система, електромеханічні характеристики, лінійний магнітоелектричний двигун, метод скінченних елементів, схема заміщення, формула Герца. Р. П. БОНДАР, Г. М. ГОЛЕНКОВ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИНЕЙНОГО МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИВОДА ОДНОМАССОВОЙ ВИБРОУДАРНОЙ СИСТЕМЫ Рассмотрен линейный магнитоэлектрический двигатель вибрационного действия цилиндрической топологии при виброударном режиме работы. Предложена модель для исследования электромеханических процессов в одномассовой виброударной системе с приводом от линейного двигателя, которая основана на схеме замещения с сосредоточенными параметрами. Электрические параметры модели являются зависимыми от рабочей частоты и учитывают магнитные потери в сердечнике двигателя. Определение параметров расчётной схемы производилось на основании полевого расчета с помощью метода конечных элементов. Вследствие осевой симметрии машины, задача рассматривалась в осесимметричной постановке, с помощью уравнений квазистационарного магнитного поля во временной области, что позволило учесть эффект протекания вихревых токов в массивных полюсах якоря двигателя. Определение магнитных потерь производилось экспериментальным путем, с помощью опытного образца магнитоэлектрического линейного двигателя вибрационного действия. Параметры механической схемы замещения определялись экспериментально, с использованием метода затухающих колебаний и непосредственным взвешиванием элементов конструкции. Для моделирования силы удара принимается сила контактного взаимодействия, которая описывается формулой Герца. Решение уравнений динамики системы производилось средствами структурного моделирования в среде Simulink/Matlab. Выполнен расчет характеристик электромеханической системы в зависимости от параметров ударной нагрузки и рабочей частоты. С целью проверки расчетной модели, выполнены экспериментальные исследования электромеханических характеристик системы с помощью опытного образца магнитоэлектрического двигателя, который работает в виброударном режиме, и выполнен сравнительный расчет на основании разработанной модели. Ключевые слова: виброударная система, электромеханические характеристики, линейный магнитоэлектрический двигатель, метод конечных элементов, схема замещения, формула Герца. The paper presents the tubular linear permanent magnet vibratory motor at a vibro-impact operating mode. The model for research of electromechanical processes in the one-mass vibro-impact system with the linear permanent magnet motor drive, which is founded on an equivalent circuit with the lumped parameters, is offered. Electric parameters of the model are dependent on operating frequency and consider magnetic losses in the motor core. Determination of calculation scheme parameters was made on the basis of field calculation by means of a finite element method. Owing to an axial motor symmetry the problem was considered in axisymmetric approach, by means of the equations of a quasi-stationary magnetic field in a time domain that has allowed considering the eddy currents in massive poles of the motor anchor. Determination of magnetic losses was made experimentally, by means of a prototype of the linear permanent magnet vibratory motor. Mechanical equivalent circuit parameters were determined experimentally, by means of the damped oscillation method and with the help of direct weighing of construction elements. We applied the Hertz's formula for modeling of an impact force. The solution of the system dynamic equations was made by means of structural modeling in the Simulink/Matlab software package. Furthermore, we calculated characteristics of the one-mass electromechanical system in dependence of the impact parameters and operating frequency. For the validation of the calculation model, experimental studies of electromechanical characteristics of system with use of a prototype of the linear permanent magnet motor, which works in vibro-impact mode, are executed. Comparative calculation by means of the developed model is executed.
doi:10.20998/2079-3944.2019.2.06 fatcat:at2wzxgjgzdk7dvq5esydj3qaa