О емкостных и индуктивных свойствах электромеханических преобразователей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

УДК 621.3.011.1

И.П. Попов, Ф.Н. Сарапулов, С.Ф. Сарапулов Курганский государственный университет

О ЕМКОСТНЫХ И ИНДУКТИВНЫХ СВОЙСТВАХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Аннотация. Электромеханический преобразователь, ключевым параметром которого является масса подвижного элемента, воспринимается цепью как электрическая емкость, а преобразователь с параметром коэффициент упругости воспринимается как индуктивность.

Ключевые слова: электромеханический преобразователь, масса, емкость, коэффициент упругости, индуктивность.

водников которых длиной I распределены в некоторой плоскости, и бегуна в виде постоянного магнита массой т, с индукцией В, между полюсами которого находится п проводников [1, 2]. По существу это упрощенная модель электрической машины [3]. Активное сопротивление, индуктивность и трение не учитываются.

I.P. Popov, F.N. Sarapulov, S.F. Sarapulov Kurgan State University

ABOUT CAPACITIVE AND INDUCTIVE PROPERTIES OF ELECTROMECHANICAL CONVERTERS

Annotation. Electromechanical transducer, the key parameter is a mass of moving element, is perceived by chain as electric capacity and the inverter with parameter coefficient of elasticity is perceived as the inductance.

Key words: electromechanical transducer, mass, capacity, elasticity coefficient, inductance.

Введение

Существуют устройства, на вход которых поступают неэлектрические сигналы, а с выхода снимают электрические. Таким образом, неэлектрические параметры, такие как давление, деформация, влажность, скорость потока жидкости и другие влияют на значения токов и напряжений в выходной электрической цепи. При этом вопрос о рассмотрении этих параметров в качестве параметров непосредственно электрических цепей не рассматривался.

С другой стороны, в схемах замещения (в которых рассматриваются не сами неэлектрические объекты, а их электрические аналоги), используются неэлектрические параметры, например, масса, коэффициент упругости, скольжение ротора асинхронной машины s = (пп - пр)/ пп (где пп - скорость вращения магнитного поля, пр - скорость вращения ротора).

В рамках настоящей работы неэлектрические параметры инертная масса m и коэффициент упругости k выносятся на рассмотрение в качестве параметров не схем замещения, а непосредственно электрических цепей.

1. Электромеханический преобразователь, ключевым параметром которого является масса подвижного элемента.

Упрощенная модель преобразователя представлена на рис. 1. Преобразователь состоит из последовательно соединенных проводящих рамок, активные части про-

Рис. 1. Модель преобразователя с массивным элементом

При подключении преобразователя к источнику синусоидального напряжения u = Usinwt его состояние описывается уравнениями в соответствии со вторыми законами Ньютона и Кирхгофа

d 2 х

m—— = Blni dt2

т,, dx TT .

Bln— = U sinrot dt

где x - перемещение массивного элемента (магнита), Blni - сила Ампера, Blndx/dt - ЭДС электромагнитной индукции.

B, l, n, - параметры, обусловливающие электромеханическое взаимодействие. Для компактности целесообразно ввести параметрический коэффициент

y = (Bln)2

Из второго уравнения

d 2 х

U го

Г cos rot

dt2 Jy

При подстановке в первое получается решение

Urom U . ( п

i =-cos rot =-sin I rot + —

y Xm l 2

гДе Xm =

y

- реактивное инертно-емкостное со-

противление. Ток опережает приложенное напряжение на угол р/2. Таким образом, рассматриваемый преобразователь имеет емкостный характер. При этом инертная

емкость

с _

Ст .

У

Таким образом, электромеханический преобразователь, ключевым параметром которого является масса подвижного элемента, воспринимается цепью как электрическая емкость [4].

2. Электромеханический преобразователь, ключевым параметром которого является коэффициент упругости.

102

ВЕСТНИК КГУ, 2011. №1

Такой преобразователь (рис. 2) отличается от рассмотренного выше тем, что его подвижная часть закреплена пружиной с коэффициентом упругости к. Масса, емкость и трение не учитываются.

Рис. 2. Модель преобразователя с упругим элементом

При подключении преобразователя к источнику напряжения u = Ucoswt его состояние описывается уравнениями в соответствии с законом Гука и вторым законом Кирхгофа:

kx = Blni,

dx rT

Bln— = U cos at, dt

Из второго уравнения

x t

J y0'5dx = J U cos a tdt,

0 0

U

y05ro

sin ГО t.

При подстановке в первое уравнение получается окончательное решение

Uk . U ( п i =— sin rot =— cos I rot —

yro

2 )'

- реактивное упругое сопротивление. Ток / отстает от приложенного напряжения на угол р/2. Это свидетельствует о том, что рассматриваемое устройство имеет индуктивный характер. Его индуктивность

^ - У

Таким образом, электромеханический преобразователь, ключевым параметром которого является коэффициент упругости, воспринимается цепью как индуктивность.

Заключение

Электромеханический преобразователь с ключевым параметром масса запасает кинетическую энергию бегуна, и поэтому его нельзя полностью отождествлять с электрическим емкостным устройством, которое запасает энергию электрического поля.

Электромеханический преобразователь с ключевым параметром коэффициент упругости запасает потенциальную энергию пружины, чем принципиально отличается от индуктивности, которая запасает энергию магнитного поля.

Реактивный характер электромеханических преобразователей с параметрами масса и коэффициент упругости следует учитывать при расчете электротехнологических установок [5], а также при проектировании линейных электрических машин с массивными бегунами [6-9] и пружинными возвратными механизмами [10].

Список литературы

1. Попов И.П. Реактивные элементы электрических цепей с «неэлектри-

ческими» параметрами //Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». - 2010. - №4(27). - С. 166-173.

2. Попов И.П. Реактивные элементы цепей, выполненные на основе

линейных электродинамических машин // Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона: Тр. Межгосударств. науч.-техн. конф. - Магнитогорск: МГМИ. - 1994. - С. 26-28.

3. Патент 2038680 RU, МПК6 Н 02 К 41/035. Электрическая машина/

И.П. Попов, Д.П. Попов (Россия). - № 93015412; заявл. 24.03.93; опубл. 27.06.95, Бюл. №18.

4. Патент 2086065 RU, МПК6 Н 02 К 7/02. Электрическое емкостное

устройство /И.П. Попов (Россия). - № 94010650; заявл. 28.03.1994; опубл. 27.07.1997, Бюл. № 21.

5. Сарапулов Ф.Н. Расчет параметров цепей электротехнологических

установок. Екатеринбург: УГТУ, 1999. - 83 с.

6. А.с. 1810963 SU, МПК5 Н 02 К 33/02. Электромагнитный двигатель /

Э.Ф. Маер, А.Г. Баталов, В.И. Мошкин, И.П. Попов (Россия). - № 4840826; заявл. 19.06.1990; опубл. 23.04.1993, Бюл. № 15.

7. Патент 2018652 RU, МПК5 Е 21 С 3/16. Электрический молот /

Э.Ф. Маер, В.И. Мошкин, И.П. Попов (Россия). - № 4712733; заявл. 03.07.1989; опубл. 30.08.1994, Бюл. № 16.

8. Патент 2025277 RU, МПК5 В 30 В 1/42, В 21 Л 7/30. Электромагнит-

ный пресс/Э.Ф. Маер, В.И. Мошкин, В.Ф. Мошкина, И.П. Попов (Россия). - № 4872907; заявл. 19.06.1990; опубл. 30.12.1994, Бюл. № 24.

9. Патент 2026792 RU, МПК6 В 30 В 1/42, В 21 Л 7/30. Электромагнит-

ный пресс/Э.Ф. Маер, А.Г. Баталов, В.И. Мошкин, И.П. Попов (Россия). - № 4872878; заявл. 19.06.1990; опубл. 20.01.1995, Бюл. № 2.

10. Маер Э.Ф., Попов И.П. Конструктивные схемы возвратных

механизмов линейных двигателей и выбор их параметров // Импульсные линейные электрические машины. - Новосибирск: ИГД СО АН СССР. - 1991. - С. 19-25.

УДК 631.362 В.И. Чарыков

Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева, И.И. Копытин

Курганский государственный университет, В.А. Ушаков

Курганская государственная

сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЖЕЛЕЗООТДЕЛИТЕЛИ СЕРИИ УСС: НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ

Аннотация. В статье рассматриваются вопросы нагрева и охлаждения электромагнитных железоотделите-лей серии УСС, разработанных в Курганской государственной сельскохозяйственной академии, определена постоянная нагрева.

Ключевые слова: электромагнитный железоотде-литель, нагрев, охлаждение, постоянная нагрева.

V.I. Charykov, I.I. Kopytin, V.A. Ushakov

ELECTROMAGNETIC IRONSEPARATERS SERIES УСС: HEATING AND COOLING

Abstract. The article considers the issues of heating and cooling of electromagnetic iron separators series USS developed in the Kurgan state agricultural academy, defined constant heating.

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6

103