Статья: Экспериментальное исследование магнитного поля в рабочем зазоре электромагнитной системы, выполненной в виде шайбы с вырезом в кольцевом полюсе

Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля

Кременчугский государственный политехнический университет

Экспериментальное исследование магнитного поля в рабочем зазоре электромагнитной системы, выполненной в виде шайбы с вырезом в кольцевом полюсе

Загирняк М.В., Подорожный С.В.,

Загирняк В.Е., Кузнецов Н.И.

В [1,2] была описана конструкция электромагнитного железоотделителя и произведен расчет потокораспределения в его извлекающей магнитной системе, выполненной в виде электромагнитной шайбы (ЭМШ) с немагнитной вставкой в кольцевом полюсе. Однако, основным параметром железоотделителя является его извлекающее усилие, а для данного железоотделителя важно еще и значение магнитного поля в зоне разгрузки его извлекающей магнитной системы. Расчет этих параметров трехмерного магнитного поля, создаваемого в воздушном зазоре электромагнитной системы, является весьма сложной задачей. Поэтому целесообразно исследовать магнитное поле ЭМШ на физической модели, выполненной в уменьшенном масштабе.

Цель работы. Исследовать магнитное поле, создаваемое извлекающей магнитной системой в ее рабочей зоне, и влияние выреза во внешнем кольцевом полюсе на значения напряженности магнитного поля и магнитной силы в зоне разгрузки с целью выявления эффективности наличия выреза.

Материал и результаты исследований. Для экспериментальных исследований была разработана и изготовлена физическая модель электромагнитной шайбы в масштабе линейных размеров 1:5. Детали магнитопровода модели изготавливались из магнитомягкой отожженной стали, близкой по магнитным свойствам литейной стали 15Л, используемой при промышленном изготовлении магнитопроводов железоотделителей. Поверхности взаимного прилегания сердечника, ярма и кольцевого полюса выполнялись с высокой степенью точности и чистоты поверхности для обеспечения минимальных зазоров между элементами магнитопровода.

Намагничивающая катушка физической модели изготавливалась без каркаса из провода марки ПЭВ-2 и изолировалась киперной лентой с пропиткой лаком и последующим запеканием. Для обеспечения необходимых намагничивающих сил во всех режимах магнитной нагрузки железоотделителя, катушка выполнялась сплошной до заполнения межполюсного окна.

Питание катушки физической модели осуществлялось от реостатного выпрямителя из комплекса измерительной баллистической установки БУ-3 с контролем намагничивающего тока по амперметру типа М1104 класса точности 0,2. магнитный поле напряженность полюс

Индукция магнитного поля в рабочей зоне измерялась теслаамперметром Ф4354/1 (класс точности 0,5) со щупом с поперечным сечением 40,8 мм. Измерения проводились над характерными точками центрального сечения, изображенными на рис. 1.

Рисунок 1. Расположение характерных точек

Точки 3 и 3* расположены на окружности диаметром , точки 4 и 4* - на окружности .

Измерения проводились при магнитодвижущей силе (МДС) F=9000 А.

Напряженность магнитного поля, соответствующая каждому полученному значению магнитной индукции, определялась по формуле:

(1)

где - магнитная проницаемость воздуха ( Гн/м).

В табл. 1 приведены результаты измерения магнитной индукции над характерными точками, изображенными на рис.1. В табл. 2 приведены вычисленные по (1) соответствующие им значения напряженности магнитного поля (где - расстояние от поверхности полюсов).

На рис. 2 изображены зависимости напряженности магнитного поля от расстояния y над характерными точками в рабочей зоне ЭМШ, на рис. 3 - графики распределения напряженности магнитного поля в рабочей зоне ЭМШ на различных расстояниях от поверхности ее полюсов.

Таблица 1. Значения магнитной индукции в рабочей зоне ЭМШ

Рисунок 2. Зависимости напряженности магнитного поля в рабочей зоне ЭМШ над характерными точками

Рисунок 3. Распределение напряженности магнитного поля в рабочей зоне ЭМШ над характерными точками

Расчет извлекающего усилия. Для оценки влияния выреза во внешнем кольцевом полюсе на извлекающую способность ЭМШ был произведен расчет параметра электромагнитной силы HgradH, который определяется конструкцией электромагнита и служит критерием создаваемого им извлекающего усилия. Расчет HgradH производился в направлении, в котором создается извлекающее усилие, т.е. перпендикулярно плоскости поверхности полюсов электромагнита.

(2)

Для вычисления HgradH применялись формулы численного дифференцирования [3]. Согласно [3], на результаты численного дифференцирования большое влияние оказывает "шум" эксперимента: даже небольшие ошибки в экспериментальных данных сильно искажают результаты численного дифференцирования. Поэтому необходимо сначала сгладить экспериментальные данные, а затем применять те или иные методы численного дифференцирования.

Сглаживание проводилось по формулам линейного сглаживания по пяти точкам [3]:

(3)

где - сглаженное значение функции в точке 0, - соответственно значения функции в последней (т.-1, т.1) и предпоследней (т.-2, т.2) сглаженных точках с одного и с другого края диапазона значений; - значение функции в точке сглаживания 0; - значения функции в точках, смежных с точкой со значением функции с одной и с другой стороны, по которым происходит сглаживание.

Дифференцирование сглаженных данных производилось по двум смежным точкам по формулам [3]:

(4)

для начальной и конечной точек применялись формулы соответственно:

(5)

(6)

где - производная функции в точке со значением функции ; - значение функций в точке, в которой производится дифференцирование; - значения функции в точках, смежных с точкой со значением функции , с одной и с другой стороны, по которым производилось дифференцирование; h - шаг дифференцирования. В данном случае шаг дифференцирования принимается равным интервалу расстояния измерения индукции в рабочем пространстве.

В табл. 3 приведены рассчитанные по (2) и с применением формул численного дифференцирования (4-6) значения параметра электромагнитной силы. На рис. 4 изображены графики распределения параметра электромагнитной силы в рабочей зоне электромагнитной шайбы, построенные по данным табл. 3. На рис. 4, а приведены графики для всех характерных точек, на рис. 4, б приведены графики для точек 3, 4, 3*, 4*, 5л, 5п. На рис. 5 приведено распределение параметра электромагнитной силы HgradH в рабочей зоне ЭМШ для различных значений расстояния от поверхности ее полюсов.

Таблица 2. Значения напряженности магнитного поля в рабочей зоне ЭМШ

Таблица 3. Значения параметра электромагнитной силы в рабочей зоне ЭМШ