सीधे कार्यरत शाश्वत चुंबकीय मेकेनिज़्म के डिज़ाइन और सिमुलेशन सॉलिड-इन्सुलेटेड RMUs के लिए

1. चुम्बकीय स्थायी तंत्र का डिज़ाइन

ठोस-अवरोधित रिंग मेन यूनिट (RMU) में छोटे आकार की उच्च मांग के कारण, पहले के तीन-पहलू एकीकृत चुम्बकीय स्थायी तंत्र उपकरण के विकास की समग्र छोटे आकार की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकते। इसलिए, इस संदर्भ में डिज़ाइन किया गया चुम्बकीय स्थायी तंत्र तीन-पहलू स्वतंत्र सीधे-कार्यकारी संरचना का उपयोग करता है। प्रत्येक पहलू की धूम्रपान निरोधक अंतरिक्ष इकाई RMU के ढालन शरीर के साथ एकीकृत रूप से ढाली जाती है और चुम्बकीय स्थायी तंत्र के साथ एक अवरोधक छड़ी के माध्यम से रेखीय रूप से जुड़ी होती है। प्रत्येक पहलू के चुम्बकीय स्थायी तंत्र के ड्राइव धुरी पर खुलने के विरोधी बल स्प्रिंग स्थित होती है। एक एकल सीधे-कार्यकारी चुम्बकीय स्थायी तंत्र की समग्र संरचना चित्र 1 में दिखाई गई है, और ठोस-अवरोधित RMU में इसका विन्यास चित्र 2 में दिखाया गया है।

2. चुम्बकीय स्थायी तंत्र ड्राइव सर्किट का गणितीय मॉडल

यहाँ डिज़ाइन किया गया सीधे-कार्यकारी चुम्बकीय स्थायी तंत्र एकल-स्थायी अवस्था चुम्बकीय स्थायी तंत्र के सिद्धांत पर आधारित है। इसमें एक चालित कैपेसिटर के डिस्चार्ज के माध्यम से चुम्बकीय स्थायी तंत्र को चालित करने की विधि का उपयोग किया जाता है। सर्किट आरेख चित्र 3 में दिखाया गया है, जिसमें C चुम्बकीय स्थायी तंत्र को चालित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कैपेसिटर को, R चुम्बकीय स्थायी तंत्र के कुंडली के तुल्य प्रतिरोध को, और L कुंडली के तुल्य इंडक्टेंस को दर्शाता है।

एकल-स्थायी चुम्बकीय स्थायी तंत्र की गतिक विशेषताएँ समीकरण (1) में दिखाए गए अवकल समीकरणों के प्रणाली को संतुष्ट करती हैं:

जहाँ i कुंडली के माध्यम से खुलने या बंद करने का विद्युत धारा (A) है; u_C चार्जिंग कैपेसिटर का प्रारंभिक वोल्टेज (V) है; R कुंडली का तुल्य प्रतिरोध (Ω) है; C चार्जिंग कैपेसिटर की क्षमता (F) है; ψ इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सिस्टम की कुल चुंबकीय फ्लक्स लिंकेज (Wb) है; m गतिशील भागों का तुल्य द्रव्यमान गतिशील कोर पर संदर्भित (kg) है; x गतिशील कोर का विस्थापन (m) है; v गतिशील कोर का वेग (m/s) है; F_x गतिशील कोर पर कार्यरत इलेक्ट्रोमैग्नेटिक बल (N) है; F_f गतिशील कोर पर विरोधी बल (N) है। इस समीकरण प्रणाली को हल करने से चुम्बकीय स्थायी तंत्र की गतिक विशेषताएँ प्राप्त होती हैं।

3. विरोधी बल की समतुल्यता

रिंग मेन यूनिट के सर्किट ब्रेकर में मुख्य विरोधी बलों में धूम्रपान निरोधक अंतरिक्ष का संपर्क दबाव और चुम्बकीय स्थायी तंत्र का खुलने का स्प्रिंग बल शामिल हैं। ये विरोधी बल चुम्बकीय स्थायी तंत्र के गतिशील कोर पर समतुल्य रूप से संदर्भित होते हैं। धूम्रपान अंतरिक्ष का संपर्क खुलने की दूरी 9.5 mm और ओवर-ट्रावल 2.5 mm है, और कुल तंत्र का स्ट्रोक 12 mm है। खुलने के स्प्रिंग और संपर्क स्प्रिंग के विरोधी बल चुम्बकीय स्थायी तंत्र के गतिशील स्ट्रोक के अनुसार मापे जाते हैं, और विशिष्ट डेटा के आधार पर विरोधी बल वक्र बनाया जाता है। विस्तृत विरोधी बल समतुल्यता बिंदु तालिका 1 में दिखाए गए हैं।

4 सिमुलेशन मॉडल की स्थापना

सीधे-कार्यकारी चुम्बकीय स्थायी तंत्र की गतिक विशेषताओं को सीमित तत्व विधि (FEM) का उपयोग करके हल किया जाता है। FEM का मूल सिद्धांत निरंतर समाधान क्षेत्र को सीमित संख्या में तत्वों में विभाजित करना है, जो नोड्स पर एक साथ जुड़े होते हैं। व्यक्तिगत तत्व विश्लेषण के बाद, एक वैश्विक संयोजन किया जाता है, और सीमावर्ती स्थितियाँ लगाई जाती हैं, जिसके बाद कंप्यूटर के माध्यम से अंतिम समाधान प्राप्त किया जाता है। इस अध्ययन में, Ansoft सीमित तत्व सिमुलेशन सॉफ्टवेयर का उपयोग किया गया है चुम्बकीय स्थायी तंत्र का सिमुलेशन मॉडल स्थापित करने के लिए, और इसके घटकों के सामग्री पैरामीटरों को सेट किया गया है। चुम्बकीय सामग्री NdFe35 और योक सामग्री स्टील-1010 के रूप में परिभाषित की गई है।

इसके बाद, कुंडली पैरामीटर आवंटित किए जाते हैं: कैपेसिटर का चार्जिंग वोल्टेज 110 V, क्षमता 0.047 F, कुंडली DC प्रतिरोध 5 Ω, चक्करों की संख्या 500, और इंडक्टेंस 0.0143 H। क्योंकि सीधे-कार्यकारी चुम्बकीय स्थायी तंत्र एकल-स्थायी प्रकार का है, खुलने की क्रिया खुलने के स्प्रिंग बल द्वारा चालित होती है। इसलिए, चुम्बकीय स्थायी तंत्र द्वारा उत्पन्न फ्लक्स को रद्द करने के लिए एक छोटी विपरीत धारा की आवश्यकता होती है, जिससे तंत्र स्प्रिंग के विरोधी बल के तहत खुल सके। आवश्यक विपरीत चुंबकीय फ्लक्स को कम करने के लिए, व्यापक सिमुलेशन और परीक्षणों के बाद, खुलने के ड्राइव सर्किट में 5 Ω DC प्रतिरोधक को श्रृंखला में जोड़ा गया है।

अंत में, चुम्बकीय स्थायी तंत्र पर सतह और ठोस मॉडलिंग और मेशिंग की जाती है। गतिशील कोर, चुंबकीय एंड कैप, योक, और चुंबक जैसे महत्वपूर्ण चुंबकीय घटकों पर एक अपेक्षाकृत घनी मेश लगाई जाती है, जबकि गैर-चुंबकीय भागों पर एक अधिक खुली मेश उपयोग की जाती है।

5 सिमुलेशन और प्रयोगशाला परिणामों का विश्लेषण

सीधे-कार्यकारी चुम्बकीय स्थायी तंत्र की विद्युत और यांत्रिक विशेषताओं का विश्लेषण Ansoft सिमुलेशन और वास्तविक उत्पाद परीक्षणों के संयोजन द्वारा किया गया है, जो बंद और खुलने की धारा और स्ट्रोक विशेषताओं पर केंद्रित है। चित्र 5 बंद करने की धारा वक्र दिखाता है, जिसकी चोटी धारा 13.2 A है। चित्र 6 ओसिलोस्कोप-मापी बंद करने की धारा दिखाता है, जिसकी मापी गई चोटी 14.2 A है। चित्र 7 बंद करने की स्ट्रोक वक्र दिखाता है, जिससे बंद करने की गति (संपर्क बंद होने से पहले के अंतिम 6 mm पर औसत गति) 0.8 m/s प्राप्त होती है। चित्र 8 ओसिलोस्कोप-मापी बंद करने की गति दिखाता है, जो 0.75 m/s है। परिणाम संकेत देते हैं कि ठोस-अवरोधित रिंग मेन यूनिट के लिए डिज़ाइन किए गए सीधे-कार्यकारी चुम्बकीय स्थायी तंत्र की बंद करने की यांत्रिक विशेषताएँ स्विचगियर की आवश्यकताओं को पूरा करती हैं, और सिमुलेशन और प्रयोगशाला परिणामों के बीच का त्रुटि स्वीकार्य डिज़ाइन सीमा के भीतर आता है।

6 निष्कर्ष

यह पेपर ठोस-अवरोधित रिंग मेन यूनिट के लिए एक सीधे-कार्यकारी चुम्बकीय स्थायी तंत्र का डिज़ाइन किया है। तंत्र की बंद और खुलने की धारा और यांत्रिक स्ट्रोक विशेषताओं का विश्लेषण और तुलना कंप्यूटर सिमुलेशन और वास्तविक उत्पाद परीक्षणों के माध्यम से किया गया है। परिणाम दर्शाते हैं कि स्थापित गतिक विशेषताओं का सिमुलेशन मॉडल व्यावहारिक चुम्बकीय स्थायी तंत्र डिज़ाइन के लिए सैद्धांतिक आधार के रूप में कार्य कर सकता है। सीधे-कार्यकारी चुम्बकीय स्थायी तंत्र ठोस-अवरोधित रिंग मेन यूनिट के लिए अच्छी तरह से उपयुक्त है, जिसमें कम चालित धारा और बंद और खुलने की गति जैसी अच्छी यांत्रिक प्रदर्शन शामिल है, जो पूरी तरह से तकनीकी आवश्यकताओं को पूरा करता है। यह उच्च-वोल्टेज सिंक्रोनाइज्ड फेज चयन स्विचों के भविष्य के विकास के लिए भी एक तकनीकी आधार प्रदान करता है।