Моделювання електромеханічних процесів лінійного магнітоелектричного двигуна привода одномасової віброударної системи

Abstract

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 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 арактеристик 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.The paper presents the tubular linear permanent magnet vibratory motor at a vibro-impact operating mode. The model for research of electromechani-cal 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 soft-ware 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.