Teremtés és szimuláció közvetlen hatású állandómágneses mechanizmusokra szilárd elszigetelt RMU-khoz

1. Állandó mágneses mechanizmus tervezése

A kis méretű szilárdul elszigetelt gyűrűalakú fővonalas csomópontok (RMU) magas igénye miatt a hagyományos egyfázisú állandó mágneses mechanizmusok, amelyek háromfázisú összekötéssel rendelkeznek, nem felelnek meg a berendezés teljes kis méretűsítési követelményeinek. Ezért ebben a kontextusban tervezett állandó mágneses mechanizmus háromfázisú független közvetlen hatású szerkezetet alkalmaz. Minden fázis patakelsöpörő egysége integráltan van öntve az RMU öntött testjével, és lineáris konfigurációban van csatlakoztatva az állandó mágneses mechanizmushoz izoláló rúddal. A nyitási ellenállóér-örgő minden fázis állandó mágneses mechanizmusának meghajtó tengelyén helyezkedik el. Egyetlen közvetlen hatású állandó mágneses mechanizmus teljes szerkezete látható az 1. ábrán, és az RMU belső szerelési séma rajzán az 2. ábrán.

2. Az állandó mágneses mechanizmus meghajtó köré matematikai modellje

A tervezett közvetlen hatású állandó mágneses mechanizmus egy egy stabil állapotú állandó mágneses mechanizmus alapelvein alapul. Meghajtása során egy töltött kondenzátor feloldódik, így meghajtja az állandó mágneses mechanizmust. A körábra látható a 3. ábrán, ahol C a kondenzátort jelenti, R pedig a mágneses mechanizmus tekercsének ekvivalens ellenállását, L pedig a tekercs ekvivalens induktív tehetetlenségét.

Az egy stabil állapotú állandó mágneses mechanizmus dinamikai jellemzői kielégítik az (1) egyenletrendszerben mutatott differenciálegyenleteket:

ahol i a tekercsen áthaladó záró vagy nyitó áram (A); u_C a feltöltött kondenzátor kezdeti feszültsége (V); R a tekercs ekvivalens ellenállása (Ω); C a feltöltött kondenzátor kapacitása (F); ψ az elektromos rendszer teljes mágneses folyamkapcsolata (Wb); m a mozgó részek ekvivalens tömege, a mozgó magra vonatkoztatva (kg); x a mozgó mag elmozdulása (m); v a mozgó mag sebessége (m/s); F_x a mozgó magra ható elektromos erő (N); F_f a mozgó magra ható ellenállóerő (N). Ennek az egyenletrendszernek a megoldása adja az állandó mágneses mechanizmus dinamikai jellemzőit.

3. Az ellenállóerők egyenértékűsége

A gyűrűalakú fővonalas csomópont kiindulókapcsolójának fő ellenállóerei a patakelsöpörő kamara érintkezési nyomása és az állandó mágneses mechanizmus nyitási ellenállóér-örgő ereje. Ezek az ellenállóerők egyenértékűen vannak hivatkozva az állandó mágneses mechanizmus mozgó magjára. A patakelsöpörő kamara érintkezési távolsága 9,5 mm, túltávolsága 2,5 mm, a mechanizmus teljes útja pedig 12 mm. Az ellenállóér-örgő és a kapcsolóörgő ellenállóerei a mágneses mechanizmus mozgásútjának megfelelően vannak mérve, és az ellenállóerő-görbe specifikus adatok alapján lett kirajzolva. A részletes ellenállóerő egyenértékű pontok a 1. táblázatban láthatók.

4 Szimulációs modell kialakítása

A közvetlen hatású állandó mágneses mechanizmus dinamikai jellemzői véges elem módszerrel (FEM) kerülnek megoldásra. A FEM alapelve, hogy a folytonos megoldási tartományt véges számú elemre bontja, amelyek csomópontokban vannak összekapcsolva. Az egyes elemek elemzése után globális összeszerelést végeznek, alkalmazzák a peremfeltételeket, és a végső megoldást számítógépes számítással nyerik. Ebben a tanulmányban az Ansoft véges elem szimulációs szoftvert használták a mágneses mechanizmus szimulációs modelljének kialakításához, és beállították annak alkatrészeinek anyagparamétereit. A mágneses anyagot NdFe35-ként, a yoke anyagát pedig acél-1010-ként definiálták.

Ezután a tekercs paraméterei lettek beállítva: a kondenzátor feltöltési feszültsége 110 V, a kapacitása 0,047 F, a tekercs DC ellenállása 5 Ω, a fordulatszáma 500, és az induktív tehetetlensége 0,0143 H. Mivel a közvetlen hatású állandó mágneses mechanizmus egy stabil típusú, a nyitási műveletet az ellenállóér-örgő ereje hajtja. Ezért csak kis irányított áramra van szükség, hogy fordított mágneses folyamot generáljon, ami ellensúlyozza a mágneses folyamot, amit az állandó mágnes hoz létre, lehetővé téve a mechanizmus nyitását az ellenállóér-örgő ereje alatt. A szükséges fordított mágneses folyam csökkentéséhez széles körű szimulációk és tesztek után 5 Ω DC ellenállást adtak sorba a nyitási meghajtó körbe.

Végül a mágneses mechanizmus felületi és térbeli modellezését és rácsolását végezték. Relatíve sűrű rácsolást alkalmaztak a kulcsfontosságú mágneses alkatrészekre, mint például a mozgó mag, a mágneses végdízelők, a yoke és az állandó mágnes, míg a nem mágneses részekre ritkább rácsolást használtak.

5 Szimulációs és kísérleti eredmények elemzése

A közvetlen hatású állandó mágneses mechanizmus elektromos és mechanikai jellemzőit kombinálták Ansoft szimulációkkal és valós terméktesztekkel, kifejezetten a záró és nyitó áram, valamint az út jellemzőire összpontosítva. Az 5. ábra a szimulált záró áram görbesorát mutatja, ahol a csúcsponton áthaladó áram 13,2 A. A 6. ábra a szemléleti mérés által meghatározott záró áramot mutatja, ahol a mérési csúcspont 14,2 A. A 7. ábra a szimulált záró út görbesorát mutatja, amely 0,8 m/s záró sebességet (az utolsó 6 mm átlagos sebessége a kapcsoló bezárása előtt) ad. A 8. ábra a szemléleti mérés által meghatározott záró sebességet mutatja, ami 0,75 m/s. Az eredmények azt mutatják, hogy a tervezett közvetlen hatású állandó mágneses mechanizmus záró mechanikai jellemzői megfelelnek a szilárdul elszigetelt gyűrűalakú fővonalas csomópont kapcsoló berendezések követelményeinek, és a szimulációs és kísérleti eredmények közötti eltérés elfogadható tervezési tartományon belül marad.

6 Következtetés

Ez a cikk egy közvetlen hatású állandó mágneses mechanizmust tervezett szilárdul elszigetelt gyűrűalakú fővonalas csomópontok számára. A mechanizmus záró és nyitó áramai, valamint a mechanikai út jellemzői számítógépes szimulációk és valós terméktesztek segítségével lettek elemzve és összehasonlítva. Az eredmények azt mutatják, hogy a kialakított dinamikai jellemzők szimulációs modellje szolgálhat elméleti alapnak a gyakorlati mágneses mechanizmus tervezéséhez. A közvetlen hatású állandó mágneses mechanizmus jól alkalmas a szilárdul elszigetelt gyűrűalakú fővonalas csomópontok használatához, kis meghajtó árammal, és kiváló mechanikai teljesítménnyel, mint például a záró és nyitó sebességek, teljes mértékben kielégítve a technikai követelményeket. Emellett alapja a jövőbeni magfeszültségi szinkron fáziskiválasztó kapcsolók fejlesztésének is.