Suoratoimisten sähköisen magnetin mekanismien suunnittelu ja simulaatio tiivisteleville RMU-ohjainyksiköille
1. Pyöreän magneetin mekanismin suunnittelu
Koska tiivistettyihin suljetun eristuksen rengaspääteyksiköihin (RMU) on suuri kysyntä pienentymisestä, perinteiset yksiphasuiset pyöreät magneettimekanismit kolmifaseisella lukituksella eivät pysty täyttämään laitteen yleisiä pienennysvaatimuksia. Tässä suunnittelemassa pyöreässä magneettimekanismissa käytetään kolmifaseista itsenäistä suoratoimivaa rakennetta. Jokaisen fasin sähkökaariharjaamoyksikkö on yhdessä RMU:n valmistusrungon kanssa ja yhdistetty suorana rakenneena pyöreään magneettimekanismiin eristävällä sauvalle. Aukaisujen vastakappalejä on asennettu jokaisen fasin pyöreän magneettimekanismin ajavaksi assaksi. Yhden suoratoimivan pyöreän magneettimekanismin kokonaisrakenne on näkyvissä kuvassa 1, ja sen asennusskeema tiivistettyyn suljetun eristuksen RMU:ssa on näkyvissä kuvassa 2.
2. Pyöreän magneettimekanismin ajastusrutiinin matemaattinen malli
Tässä suunnitellussa suoratoimivassa pyöreässä magneettimekanismissa käytetään yhden vakion tilan periaatetta. Se käyttää ajastustapaa, jossa varautunut kondensaattori vapauttaa sähköä aktivoimaan pyöreän magneettimekanismin. Piirikaavio on näkyvissä kuvassa 3, jossa C edustaa kondensaattoria, jota käytetään pyöreän magneettimekanismin ajastukseen, R edustaa pyöreän magneettimekanismin kierroksen ekvivalenttiresistanssia, ja L edustaa kierroksen ekvivalenttiinduktanssia.
Yhden vakion tilan pyöreän magneettimekanismin dynaamiset ominaisuudet toteuttavat differentiaaliyhtälöryhmän, joka on näkyvissä yhtälössä (1):
missä i on kierroksen läpi kulkeva avaus- tai sulkemisvirta (A); uC on latauskondensaattorin alkuperäinen jännite (V); R on kierroksen ekvivalenttiresistanssi (Ω); C on latauskondensaattorin kapasitanssi (F); ψ on sähkömagneettisen järjestelmän yhteinen magneettinen fluxlinkitus (Wb); m on liikkuvien osien ekvivalenttimassa viitattuna liikkuvaan ydinosaan (kg); x on liikkuvan ydinosan siirtymä (m); v on liikkuvan ydinosan nopeus (m/s); Fx on liikkuvan ydinosan vaikutuksesta aiheutuva sähkömagneettinen voima (N); Ff on liikkuvan ydinosan vastavoima (N). Tämän yhtälöryhmän ratkaiseminen antaa pyöreän magneettimekanismin dynaamiset ominaisuudet.
3. Vastavoiman yhtäpitävyys
Päävastavoimat rengaspääteyksikön kytkentäpistoruksessa ovat sähkökaariharjaamon kosketuspaine ja pyöreän magneettimekanismin aukaisukappale. Nämä vastavoimat on yhtäpitävästi viitattu pyöreän magneettimekanismin liikkuvaan ydinosaan. Sähkökaariharjaamolla on kosketuksen avaamatila 9,5 mm ja ylilasku 2,5 mm, ja mekanismin kokonaismatka on 12 mm. Aukaisukappaleen ja kosketuskappaleen vastavoimat mitataan pyöreän magneettimekanismin liikemäärän mukaan, ja vastavoiman käyrä piirretään tiettyjen tietojen perusteella. Yksityiskohtaiset vastavoiman yhtäpitävyyden pisteet näkyvät taulukossa 1.
4. Simulaatiomallin luominen
Suoratoimivan pyöreän magneettimekanismin dynaamiset ominaisuudet ratkaistaan elementtimenetelmällä (FEM). FEM:n perusperiaate on jakaa jatkuva ratkaisualue äärelliseksi määräksi yhtenäisesti yhteydessä olevia elementtejä. Yksittäisten elementtianalyysien jälkeen tehdään globaali yhdistelmä, ja rajaoletukset otetaan huomioon, lopullinen ratkaisu saadaan tietokoneen laskennalla. Tässä tutkimuksessa Ansoft-elementtisimulaatiotarkistusohjelmaa käytetään pyöreän magneettimekanismin simulaatiomallin luomiseen, ja sen komponenttien materiaaliparametrit asetetaan. Pyöreän magneettimateriaalin määritellään NdFe35, ja työkalumateriaalina teräs-1010.
Seuraavaksi määritellään kierrosparametrit: kondensaattorin latausjännite on 110 V, kapasitanssi on 0,047 F, kierroksen DC-resistanssi on 5 Ω, kierrosten määrä on 500, ja induktanssi on 0,0143 H. Koska suoratoimiva pyöreä magneettimekanismi on yhden vakion tilan, avausoperaatio ajastetaan avauskappaleen voimalla. Siksi vain pieni käänteisvirta tarvitaan käänteisen magneettifluxin luomiseen, joka peruuttaa pyöreän magneetin tuottaman fluxin, mikä mahdollistaa mekanismin avaamisen kappaleen vastavoiman ansiosta. Käänteisen magneettifluxin vähentämiseksi laajasti simuloinnilla ja testauksella, 5 Ω DC-vastus lisätään sarjatiedostoon avausajastusrutiiniin.
Lopuksi suoritetaan pintamalli ja massamalli sekä verkkoluokitus pyöreälle magneettimekanismille. Suhteellisen tiheä verkko sovelletaan tärkeisiin magneettikomponentteihin, kuten liikkuvaan ydinosaan, magneettisiin päihin, työkaluun ja pyöreään magneettiin, kun taas epämagneettisille osille käytetään hienompaa verkkoa.
5. Simulointi- ja kokeiden tulosten analyysi
Suoratoimivan pyöreän magneettimekanismin sähköiset ja mekaaniset ominaisuudet analysoidaan yhdistämällä Ansoft-simuloinnit todellisiin tuotetestauksiin, keskittyen sulkemis- ja avausvirtaan sekä matka-ominaisuuksiin. Kuva 5 näyttää simuloidun sulkemisvirran käyrän, jonka huippuvirta on 13,2 A. Kuva 6 näyttää osiloskopilla mitatun sulkemisvirran, jonka mitattu huippuvirta on 14,2 A. Kuva 7 esittää simuloidun sulkemismatkan käyrän, josta saadaan sulkemisnopeus (keskinopeus viimeisillä 6 mm ennen kosketuksen sulkemista) 0,8 m/s. Kuva 8 näyttää osiloskopilla mitatun sulkemisnopeuden, joka on 0,75 m/s. Tulokset osoittavat, että suunnitellun suoratoimivan pyöreän magneettimekanismin sulkemisme
