Diseinu eta Simulazioa Ezaugarriko Magnetikoaren Mekanismoen Behin-eta-barrura Eremu Insulatu Handienetarako

1. Magnetiko permanentearen mekanismoaren diseinua

Solido isolatutako errezko unitateen (RMU) minimizazio handiari esker, herrokideko magnetiko permanenteen mekanismo tradizionalak, hiru fasetan interlokatzeko gaitasunarekin, ez dute ekintzailearen minimizazio orokorraren eskerrak betetzen. Beraz, kontextuan diseinatutako magnetiko permanentearen mekanismoa hiru fase independente diren estruktura zuzena hartzen du. Fase bakoitzaren arkuen ahuldatzeko unitatea RMUn bere casting gorputzekin bat egiten da eta insulatutako barra baten bidez magnetiko permanentearen mekanismoarekin lotzen da konfigurazio linealean. Irailearen aurkako indarrak fase bakoitzaren magnetiko permanentearen mekanismoaren ardatz mugilean kokatuta daude. Zuzenean aktibatzen den magnetiko permanentearen mekanismo bakar baten egitura osoa irudian 1-n agertzen da, eta solido isolatutako RMUn barruan osatze diagrama ikuspegiaren adierazpena irudian 2-n.

2. Magnetiko permanentearen mekanismoaren zirkuituaren modelu matematikoa

Hemen diseinatutako zuzenean aktibatzen den magnetiko permanentearen mekanismoa egoeraren estabilitate bakarreko magnetiko permanentearen mekanismoaren printzipioan oinarritzen da. Kondensadore bat jaso eta deskargatzen duen moduarekin aktibatzen da. Zirkuituaren diagrama irudian 3-n agertzen da, non C kondensadore aktibatzailea adierazten duen, R magnetiko permanentearen mekanismoaren bobinaren ohmio balioko baldintza, eta L bobinaren induktzia balioko baldintza.

Egoeraren estabilitate bakarreko magnetiko permanentearen mekanismoaren ezaugarri dinamikoak ekuazio sistema honen adierazpena betetzen dute (1):

non i coil-en (A) ireki edo itxi duen korrontea den; u_C kargatutako kondensadorearen tensio hasiera (V); R coil-en ohmio balioko baldintza (Ω); C kargatutako kondensadorearen kapasitatea (F); ψ elektrizitate sistemaren fluxu totala (Wb); m mugitzen den piezan erreferentziatik hartutako masa (kg); x mugitzen den piezan desplazamendua (m); v mugitzen den piezan abiadura (m/s); F_x mugitzen den piezan jasotako indarra elektromagnetikoa (N); F_f mugitzen den piezan aurkako indarra (N). Ekuazio sistema hau ebaztean lortzen dira magnetiko permanentearen mekanismoaren ezaugarri dinamikoak.

3. Aurkako indarraren ekivalentzia

Errezko unitatearen interruptore nagusiak dituen aurkako indarrak arkuen ahuldatzeko kamaraaren kontaktu-indarra eta magnetiko permanentearen mekanismoaren irailearen indarra dira. Aurkako indarr hauek magnetiko permanentearen mekanismoaren mugitzen den piezara ekivalente egiten dira. Arkuen ahuldatzeko kamara 9.5 mm duten kontaktu-irekiera distantzia eta 2.5 mm dituen gain-irailea, guztira 12 mm duten mekanismoaren ibiltarte totala. Irailearen aurkako indarra eta kontaktu-indarra magnetiko permanentearen mekanismoaren ibiltarte mugimenduan neurtzen dira, eta datu zehatzetatik aurkako indarraren kurba marrazten da. Aurkako indarraren ekivalentzia puntuetan azalduko dira Taulan 1.

4 Simulazio-modeluaren sortzea

Zuzenean aktibatzen den magnetiko permanentearen mekanismoaren ezaugarri dinamikoak elementu finitu metodoa (FEM) erabiliz ebazten dira. FEMaren oinarrizko printzipioa da, emaitza jarraitua dominioko elementu finitu kopuru finitu batera deskribatzea. Elementu individualak analizatu ondoren, global kirola egin eta muga-baldintzak aplikatzen dira, eta azken emaitza ordenagailuaren bidez lortzen da. Azterketan Ansoft elementu finitu simulazio softwarea erabili da magnetiko permanentearen mekanismoaren simulazio-modelua sortzeko, eta osagaien material parametroak ezarri dira. Magnetiko permanentearen materiala NdFe35 bezala definitu da, eta yokearen materiala acero-1010 bezala.

Ondoren, coil-en parametroak esleitu dira: kondensadorearen kargatze tensioa 110 V, kapasitatea 0.047 F, DC resistenzia 5 Ω, biraka 500, eta induktzia 0.0143 H. Zuzenean aktibatzen den magnetiko permanentearen mekanismoa egoeraren estabilitate bakarrekoa delako, ireki operazioa irailearen indarren bidez aktibatzen da. Beraz, beharrezkoa da alderantzizko korronte txiki bat sortu alderantzizko fluxu magnetiko bat sortzeko, magnetiko permanenteak sortutako fluxua kendu ahal izateko, eta mekanismoa irailearen aurkako indarren bidez ireki ahal izateko. Alderantzizko fluxu magnetiko askotarako beharrezkoa dena gutxitzeko, simulazio eta proba anitz eginda, 5 Ω DC resistori bat seriean gehitu da ireki drive circuitan.

Azkenik, magnetiko permanentearen mekanismoaren gainazal eta solido modelatzeko eta meshing egiteko. Mugitzen den pieza, magnetiko end caps, yoke, eta magnetiko permanente bezalako magneko osagai nagusiarentzat mesh apur bat garrantzitsuagoa aplikatzen da, baita ez-magneko osagaietarako mesh urrunagoa.

5 Simulazio eta proba-emaitzen analisiak

Zuzenean aktibatzen den magnetiko permanentearen mekanismoaren elektriko eta mekaniko ezaugarriak Ansoft simulazioak eta produktu erreala proba-kombinatuz analizatzen dira, itxi eta ireki korrontea eta ibiltarte ezaugarrien araberan. Irudian 5-an agertzen da simulatutako itxi korrontearen kurba, 13.2 Ako puntu altuena. Irudian 6-an agertzen da osciloscope-measured itxi korrontea, 14.2 Ako neurtutako puntu altuena. Irudian 7an agertzen da simulatutako itxi ibiltartearen kurba, 0.8 m/sko ibiltarte-abiadura (kontaktu itxi aurretik azken 6 mm-ren bataz besteko abiadura). Irudian 8an agertzen da osciloscope-measured itxi abiadura, 0.75 m/s. Emaitzak adierazten dute diseinatutako zuzenean aktibatzen den magnetiko permanentearen mekanismoaren mekaniko ezaugarriak solido isolatutako errezko unitateen eskerrak betetzen dituela, eta simulazio eta proba-emaitzen arteko errorea diseinu eskerrak hartzen dituen tartean dagoela.

6 Amaitzeko hitzak

Artikulu honek solido isolatutako errezko unitateentzako zuzenean aktibatzen den magnetiko permanentearen mekanismo diseinatu du. Mekanismoaren itxi eta ireki korronteak eta mekaniko ibiltarte ezaugarriak ordenagailu simulazio eta produktu erreala proba-kombinatuz analizatu eta alderatzen dira. Emaitzak adierazten dute sortutako ezaugarri dinamikoaren simulazio-modelua praktikan magnetiko permanentearen mekanismoaren diseinu teoriko oinarria izan dezakeela. Zuzenean aktibatzen den magnetiko permanentearen mekanismoa solido isolatutako errezko unitateentzako oso egokia da, korronte aktibatzaile txikia eta itxi eta ireki abiadura bezalako mekaniko prestazio onak ditu, teknika eskerrak betetzen ditu. Garrantzitsu hautsunelektronikoen sakelarien garapenerako oinarri teknikoa ere ematen du.