Оганесян А.Т., Енокян К.Р.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕВОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ С СИСТЕМОЙ «ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ-АСИММЕТРИЧНЫЙ ГЕРКОН» *
Аннотация:
в работе рассмотрен из электрических аппаратов путевой выключатель (ПВ), состоящий из цилиндрического постоянного магнита (ПМ) и асимметричного геркона, реализующего автоматизацию и управление в производственно-технологических процессах. Представлены графоаналитическая методика определения функциональных параметров (координаты срабатывания и отпускания, дифференциал хода, зона срабатывания) и математический аппарат расчётов. Функциональные параметры ПВ определяются с помощью графического построения, взяв за основу величины индукции срабатывания и отпускания геркона, используя соответствующие магнитодвижущие силы. Математический аппарат включает в себя выражения для расчётов: основные магнитные параметры ПМ, индукции магнитного поля на оси симметрии за пределами магнита, функциональные индукция асимметричного геркона в обмотке. Исследования проводились с использованием двух видов асимметричного герконов в ПВ. Причём один из герконов - широко используемый асимметрично-переключающий КЭМ-3А. Сравнение и анализ теоретических и экспериментальных результатов подтверждают достаточную точность и простоту применения предлагаемой методики и аппарата математических расчетов. Они применимы в процессах проектирования и исследования ПВ.
Ключевые слова:
путевой выключатель, постоянный магнит, асимметричный геркон, срабатывание, отпускание, координата, зона срабатывания
DOI 10.24412/2712-8849-2024-675-1580-1590
Автоматизация и управление производственно-технологическими процессами осуществляются с помощью электрических аппаратов. Для этой цели широко применяются герконовые аппарати, и в частности путевые выключатели (ПВ) с герконом, отличающиеся разнообразием управления, например, постоянным магнитом (ПМ), ферромагнитным экраном, ферромагнитным шунтом и т.п. [1-9].Расчет функциональных параметров (координаты срабатывания Xср и отпускания Xот, ?X дифференциал хода) герконового ПВ, управляемого ПМ, несмотря на простоту конструкции, затруднен из-за отсутствие магнитопроводов (открытая магнитная система).С помощью графоаналитической методики и математического аппарата расчета, с разработанной нами, системой «Постоянный магнит-симметричный геркон» [10], была предпринята попытка определения функциональных параметров ПВ с применением асимметричного геркона (АГ). В настоящей работе приведены методика определения функциональных параметров (Xср, Xот, ?X) и математический аппарат ПВ с цилиндрической ПМ-АГ, а также результаты исследований ПВ. В основу методики определения функциональных параметров положена логика результатов моделирования магнитных полей. То есть ферромагнитная система геркона одинаково влияет на ту составляющую магнитного поля обмотки и ПМ, благодаря которой геркон срабатывает [10-13]. Функциональные параметры симметричных и асимметричных герконов, в частности магнитодвижущие силы (МДС) срабатывания Fсраб и отпускания Fот, рабочий ресурс и т.п. определяются испытаниями на заводе-изготовителе в стандартной обмотке, размещая геркон 1 в обмотке 2 с совпадающими осями симметрии. Однако особенностью асимметричного геркона является то, что центр перекрытия a контактных-деталей (КД) 3 и 4 геркона отклонен на ? от оси симметрии (рис. 1). На рисунке ?об - длина обмотки, а ?с.об - средний радиус.Рис. 1. Размещённый в обмотке асимметричный герконИз-за разницы в длине КД асимметричного геркона расстояние Х центра перекрытия а КД от полюса ПМ в ПВ разные. Это может повлиять на функциональные параметры ПВ (рис. 2).а. б.Рис. 2. ПВ с разными позициями КД в системе ПМ-АГПредставленные задачи1. Разработать графоаналитическую методику определения функциональных параметров системы ПМ-АГ и соответствующий математический аппарат для расчета.2. Подтвердить точность, применимость и доступность методики и математического аппарата путем экспериментального исследования.Математические выражения расчёта ПВ с системой ПМ-АГФункциональные значения индукции магнитного поля ? в обмотке на расстояние ? от оси симметрии в точке а (рис. 1) (при отсутствии АГ) обусловлены соответствующими значениями МДС ?АГ геркона и определяются известным выражением:?=?0?АГ2?об?об2?с.об2+(?об2?)2+?об2+?с.об2+(?об2+?)2. (1)Из справочника выписываются следующие параметры ПМ по типу: коэрцитивная сила по индукции HcB, остаточная индукция Br, произведение по максимальной энергии (BH)m.Коэффициент выпуклости материала ПМ определяется в виде:(вып=2 ? .Коэффициент проницаемости ?п формы ПМ в случае значений цилиндрического ПМ в диапазоне 0,1?10 при отношении ?ПМ?ПМ, определяется следующим выражением?п=2,46?ПМ?ПМ?1,32,а при соотношении ?ПМ?ПМ=1, принимаем ?п=3, где ?ПМ - длина ПМ, ?ПМ - диаметр.Магнитная индукция и напряженность магнитного поля ПМ в нейтральном сечении 00 определяются следующим образом:?0=?0 ?0 2? 4?0 (вып?п?2(вып, ?0= ?0?0?П,где ?0 =(Br+?0?пHcB).Величина магнитной индукции BN в полюсе ПМ определяется в виде?=(?0?0+?0)?ПМ4?ПМ2+?ПМ2 .Величина индукции Ba на расстоянии X от полюса ПМ в точке а, определяется (при отсутствии АГ)?=(?0?0+?)?ПМ+?4(?ПМ+?)2+?ПМ2?4?2+?ПМ2. (2)Инструменты исследования и подготовкаДля исследования выбрана ПМ маркой N38, размеры: ?ПM=10мм, dПM=30мм. Параметры: HcB=836•103А/м, Br=1,22Tл, (BH)m=279•103Дж/м3 [12, 14].При определении значений Х использовались цифровой штангенциркуль марки HARDENED и миллиметровая бумага.Результаты исследованийПараметры асимметричного геркона (марка неизвестна): длина КД1 - 47мм, длина КД2 - 36мм, ?4мм.Параметры обмотки: ?об =54мм, w=3160 (количество витков). ?с.об=9мм.Путём исследований были определены функциональные параметры АГ в обмотке: Fср=231А, Fот=171А, Кв=0,74 (коэффициент возврата).Согласно выражению (1) и соответственно Fср и Fот были расчитаны индукции магнитного поля в точке a: Ba.ср=5,08мТл, Ba.от=3,76мТл.Согласно выражению (2) было рассчитано магнитное поле вдоль X и построен график ?=?(?). По значениям Ba.ср и Ba.от были получены Xср?54,8мм, Xот?61,7мм, ?X=Xот–Xср=6,9мм (рис. 3).Рис. 3. График ?=?(?) и определение функциональных параметров ПВПо данным экспериментального исследования ПВ были получены следующие результаты: в случае рис. 2.а - Xср?59мм, Xот?67мм, ?X=8мм, в случае рис. 2.б - Xср?55мм, Xот?63мм, ?X=8мм.Относительное максимальное отклонение результатов Xср и Xот, полученных с помощью графоаналитического метода и экспериментальных измерений, в случае рис. 2.а - не превышает 9%, а в случае варианта рис. 2.б - 3%. В обоих случаях разность ?X увеличилась примерно на 15%.Положение АГ в ПВ по КД оказывает определенное влияние на функциональные параметры Xср и Xот. Максимальное относительное отклонение составляет около 11%.2. Геркон марки КЭМ-3А, характер: асимметрично-переключающий, паспортные данные Fср=(42?66)А, Кв=0,3?0,9 [6]. В результате измерений ?3,5мм (рис. 4).Параметры обмотки: ?об=12,8мм, w=10000, Rс.об=7мм.Рис. 4. Геркон КЭМ-3А в обмоткеСогласно выражению (1) диапазон индукции срабатывания магнитного поля геркона КЭМ-3А следующий: Bа.ср=(2,54?4,02)мТл. По графику ?=?(?) были определены пределы зоны срабатывания ПВ: Xср?(60?71)мм (рис. 5).Рис. 5. Зона срабатывания и функциональные параметры геркона КЭМ-3А в ПВДля экспериментального исследования случайным образом были выбраны четыре геркона. Расчетные и измеренные данные были проанализированы для всех. Логика и вывод полученных результатов те же, поэтому приводим только данные геркона №1: Fср=53,7А, Fот=29А, Кв=0,53.Индукции магнитного поля по выражению (1): Ba.ср=3,16мТл, Ba.от=1,7мТл. Их соответствуют Xср?65,6мм, Xот?82мм, ?X=16,4мм (рис. 5).а. б.Рис. 6. Геркон КЭМ-3А в ПВ с разными расположениями КДЭкспериментальные функциональные параметры ПВ следующие: в варианте рис. 6.а - Xср?72мм, Xот?88мм, ?X=16мм, в варианте рис. 6.б - Xср?76мм, Xот?90мм, ?X=14мм.Относительное максимальное отклонение результатов Xср и Xот, полученных с помощью графоаналитического метода и экспериментальных измерений, в случае варианта показаного на рис. 6.а, не превышает 10%, а в случае варианта рис. 6.б - 16%. В случае варианта рис. 6.б ?X уменьшается примерно на 17%.Положение АГ в ПВ по КД оказывает определенное влияние на функциональные параметры Xср и Xот. Максимальное относительное отклонение не более 6%. Изменение ?X составляет около 14%.Относительное максимальное отклонение Xср по зону срабатывания, полученное экспериментальными измерениями, составляет около 7%.Заключение1. Из результатов экспериментальных исследований следует, что влияние асимметрия геркона имеет определенное влияние на функциональные параметры, связанные с положением КД по отношению к ПМ в ПВ.2. Предложенная методика и математический аппарат расчета, с учетом открытости магнитной системы, обеспечивают достаточную точность, просты с точки зрения применения и доступны в процессах исследования и проектирования ПВ с системой ПМ-АГ.БлагодарностьРабота проводилась в базовой научной лаборатории «Автоматизация и электромагнитные системы», финансируемой Министерством образования, науки, культуры и спорта Республики Армения.
Номер журнала Вестник науки №6 (75) том 3
Ссылка для цитирования:
Оганесян А.Т., Енокян К.Р. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕВОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ С СИСТЕМОЙ «ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ-АСИММЕТРИЧНЫЙ ГЕРКОН» // Вестник науки №6 (75) том 3. С. 1580 - 1590. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/16103 (дата обращения: 15.12.2025 г.)
Вестник науки © 2024. 16+