автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.06, диссертация на тему:Разработка методов анализа и проектирования магнитоэлектрических устройств для возбуждения низкочастотных гидроакустических излучателей

На правах рукописи

Дмитриев Дмитрий Олегович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АНАЛИЗА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

Специальность 05.09.06 - "Электрические аппараты

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1998

Работа выполнена на кафедре Электрических и злектронных аппаратов Московскою энергетического института (Техническою университета).

заседании диссертационного Сонета Д 053.16.05 Московскою энергетическою института (Технического университета).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, Москва Н-250, ул. Красноказарменная 14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке института.

11аучный руководитель - доктор технических наук,

профессор Куроаюн II Л

Официальные оппонент м - доктор технических наук,

профессор Иванов Г.М., - камдидт технических наук, профессор Куль 0.1>.

Псдушее предприятие - Лкуоичсский инспнуг имени академика

11.11. Андреева

За щи I а состоится «

час. на

Ученый секретарь диссертационного Совета Д 053.16.05

К т II.. доцент

Соколова К.М.

В настоящее время выполняются исследования по программе международного научно-технического сотрудничества в рамках ЮНЕСКО по созданию системы глобального экологического мониторинга Мирового океана. Значительное внимание в этой программе уделено акустическим методам контроля загрязнения гидросферы. Представленные в диссертации материалы направлены на решение этой актуальной проблемы в части создания новых типов приводов излучающих гидроакустических систем. Результаты работы имеют важные приложения также для широкого круга технологических и бытовых устройств.

Цель и задачи диссертационной работы

- разработка уточненных математических моделей и программного обеспечения для анализа электромеханических систем с магнитоэлектрическими устройствами;

- разработка методики проектирования магнитоэлектрических устройств для возбуждения низкочастотных гидроакустических излучателей;

- разработка и внедрение конструкций магнитоэлектрических устройств для возбуждения излучающих цилиндрических гидроакустических систем с податливыми стенками.

Методы исследования

Теоретические исследования и моделирование электромагнитных процессов в магнитных системах магнитоэлектрических устройств выполнены на основе классической теории электромагнитного поля и методов макромоделирования технических систем. При реализации алгоритмов расчета использованы методы вычислительной математики. Экспериментальные данные получены при испытаниях магнитоэлектрических устройств в Акустическом институте имени академика Андреева Н.Н. в лабораторных и натурных условиях.

Научная новизна

В работе создана новая методика и разработано программное обеспечение для проектирования магнитоэлектрических устройств для возбуждения низкочастотных акустических излучателей, что представляет собой решение важной научно-технической проблемы.

Предлагаемая методика включает:

1. Математические макромодели магнитоэлектрических устройств, параметра которых определяются на основе подробного анализа электромагнитных по лей с учетом полей рассеивания, вихревых токов, нелинейных свойств маг нитных материалов и т.д.

2. Алгоритм оценочного расчета для нахождения начального приближения кон структивных параметров и параметров эквивалентных схем магнитоэлекгр^

ческих устройств для возбуждения низкочастотных акустических излуча1е-лей.

3. Метод анализа динамики движения рабочего органа привода на основе совместного решения уравнений механики, уравнений электрической цепи и пошагового расчета нестационарного электромагнитного поля с учетом возникающих вихревых токов.

4. Получены новые данные о возможных причинах возникновения нелинейных искажений выходного сигнала гидроакустического излучателя и предложены способы их устранения.

Практическая ценность

Созданы новые более эффективные программные средства проектирования магнитоэлектрических устройств для возбуждения низкочастотных гидроакустических излучателей и других технических устройств, повышающих надежность проектирования и технико-экономические показатели конструкций.

Спроектированы, изготовлены и испытаны уникальные по своим параметрам магнитоэлектрические вибрационные устройства (МЭВУ) для возбуждения низкочастотных цилиндрических гидроакустических излучателей с податливыми стенками, с резонансными частотами 20 и 70 Гц.

Применение разработанной методики при изготовлении МЭВУ для возбуждения гидроакустических излучателей для глобального мониторинга мирового океана подтвердило правильность и достоверность всех теоретических выводов, приведенных в работе.

Реализация работы

Разработанные конструкции МЭВУ внедрены в Акустическом институте имени академика H.H. Андреева. Методики и программное обеспечение используются для проектирования мигнитоэлекпрических устройств в МЭИ, ГМНПП «ЭНКРГ'ОМАГ» и Акустическом институте имени академика 11.11. Андреева.

11а защиту выносится:

- макромодели для анализа прецизионных МЭВУ для возбуждения низкочастотных акустических излучателей;

- методика проведения оценочного расчета и выбора начального приближения

KOiicipyKiHiiiiMx параметров МЭВУ;

- методика проведения расчета параметров макромодслей МЭВУ на основе численною анализа электромагнитного поля;

- методика проведения анализа переходных и устанониншихся режимов работы

МЭВУ и причин возникновения нелинейных искажений по упрощенным моделям;

- алгоритм пошагового анализа динамики работы МЭВУ с учетом влияния вих-

ревых токов и нелинейных магнитных свойств материалов;

- конструкции МЭВУ для возбуждения низкочастотных акустических излучателей, спроектированные по разработанной методике.

Апробация результатов работы

Результаты работы обсуждались на научных семинарах на кафедре Электрических и Электронных аппаратов, Акустическом институте имени академика Андрееве H.H., на Московской студенческой научно-технической конференции «Радиоэлектроника и Электротехника в народном хозяйстве» (Москва, 1997 г.), XII - Международная конференция по постоянным магнитам (Суздаль, 1997 г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано четыре печатные работы.

Объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения. Работа содержит: 114 страниц машинописного текста, 107 рисунков, 70 наименований библиографии.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы. Изложены цели и задачи диссертационной работы, методы исследования поставленных задач, основные научные результаты. Отражена практическая ценность и реализация полученных результатов работы. Формулируются основные положения, выносимые на защиту.

В первом главе на основе литературных и патентных источников проведен анализ современного состояния в области создания устройств возвратно-поступательного действия и рассмотрены проблемы проектирования магнитоэлектрических устройств возбуждения мощных низкочастотных гидроакустических излучателей. На рис. 1 представлена конструкция низкочастотного гидроизлучателя на основе излучающей системы с податливыми стенками, предназначенного для глобального мониторинга мирового океана.

Рассмотрены различные варианты вибрационных устройств, использующихся для возбуждения гидроакустических излучателей. Приводятся примеры конкретных устройств, и анализируется возможность их использования на частотах 10-100 Гц и мощностью до 30 кВт.

Рис I Конструкция низкочастотного акустического гндроизлучателя, излучающая система - I, центрирующие кольца - 2. соединительный фланец - 3. МЭВУ - 4. узел подвески излучателя -5

Обоснован вывод о перспективности применения для возбуждения низкочастотных гидроакустических излучателей МЭВУ на основе постоянных магнитов с большой коэрцитивной силой, способных работать в полях до 250-300 кА/м (в первую очередь на основе Ыс1-Ре-В).

Схематичное изображение магнитных систем спроектированных МЭВУ с резонансными частотами 20 и 70 Г» представлены на рис. 2.

а) б)

Рис. 2. Магнитная система МЭВУ. а)- с резонансной частотой 70 Гц, б)- с резонансной частотой 20 Гц, 1 - магнитопровод подвижной части, 2- постоянные магниты, 3- сердечник электромагнита, 4- кольцевая катушка.

Подвижная часть МЭВУ представляет собой кольцевой магнитопровод из магнитомягкого материала, на котором с внутренней стороны закреплены постоянные магниты с чередующейся радиальной намагниченностью. Внутри подвижной части установлен неподвижный электромагнит с кольцевым сердечником П-образного сечения из магнитомягкого материала, в пазу которого размещена катушка, подключаемая к источнику переменного напряжения.

При пропускании электрического тока по катушке электромагнита создаются магнитные потоки, которые замыкаются по магнитопроводу неподвижной

части, зазору, постоянным магнитам и внешнему магнитопроводу. Взаимодействие магнитного потока электромагнита с постоянными магнитами вызывает осевое механическое усилие. При пропускании по катушке переменного электрического тока силовые взаимодействия также будут периодически изменяться.

Основными преимуществами МЭВУ являются:

- двусторонностъ перемещения устройства;

- жесткие, линейные рабочие характеристики;

- высокая удельная мощность и КПД;

- значительное вынуждающие усилие при большой амплитуде;

- возможность создания свободно водообтекаемых устройств, способных работать на значительной глубине (до 3 км).

Широкое применение МЭВУ сдерживается сложностью проектирования прецизионных устройств, имеющих большие магнитные потоки рассеяния. Высокая цена современных высококоэрцитивных постоянных магнитов требует точной оптимизации конструкции. Применяемые ранее средства моделирования подобных устройств не обеспечивали требуемой точности при их анализе и проектировании.

Для выполнения требований предъявляемых к прецизионным МЭВУ возбуждения низкочастотных гидроакустических излучателей необходимы более точные математические модели, позволяющие осуществлять оптимизационное проектирование при жестких ограничениях на технические параметры.

Во второй главе рассматриваются эквивалентные схемы МЭВУ для возбуждения низкочастотных гидроакустических излучателей и предлагаются три математические модели, различающиеся исходными допущениями, определяющими точность расчетов:

- линейная модель;

- нелинейная модель без учета вихревых токов;

- нелинейная модель с учетом вихревых токов.

Применение конкретной модели при анализе МЭВУ определяется из условия поставленной задачи на данном этапе проектирования. Описывается методика выбора нулевого приближения и проведения оценочного расчета. Обосновывается необходимость использования численных методов полевого анализа и проводится обзор современных программ анализа магнитного поля. В данной работе в качестве базовых используются программные комплексы анализа стационарных магнитных полей LOMAN и нестационарных электромагнитных полей CLARK, созданные на кафедре Электрических и электронных аппаратов Московского энергетического института.

Для расчетов стационарного магнитного поля применена математическая модель, базирующаяся на пространственных интегральных уравнениях для распределений векторов намагниченности в объемах ферромагнитных деталей. Модель составляют уравнения для векторов напряженности в областях с неиз-

вестной намагниченностью. В магнитной системе, содержащей катушки с током объемом Г„ и намагниченные летали o(Vi>cmom Г„ с площадью нонерхн.кмей

S,, :

H

I

4л

VA/r

JV

(«M Y

JS

(I)

где //, Л/ - вектора напряженности и намагниченности; 3 - вектор плотности тока в кадушках; г - ралиус-вскюр, соединяющий тчки наблюдения и шпори-рования; п - единичная нормаль к поверхности интегрирования.

Замкнутая система уравнений получается при доопределении линейных для нама1 тшчснносш инторальных уравнений заданными млгшпными характеристиками используемых материалов Л/ = /(я).

Численное решение составленной нелинейной системы уравнений производится сведением интегральных онера юрой к алгебраическим путем прострлна-венной аппроксимации искомого распределения намагниченности.

Помимо ооронних токои в катушке электромагнита и намагничешюсш ферромагнитных деталей источниками переменного электромагнитного поля будут также наведенные вихревые токи в объеме проводящих деталей конструкции и поверхностные электрические заряды. Из уравнения для вектора напряженности электрического поля: А" = - Уу,,

в которое входят полная производная по времени векторного магнитного потенциала/4 и градиент скалярного электрического потенциала <р,, следует уравнение для плотности вихревого тока:

J = г Е = -у-М!<* -у-У<р„ (2)

где

4-лг

>. г ? г > г

(3)

Г*-. (4)

4ле„ i г

где а - плотность поверхностных электрических зарядов.

Уравнение для плотности о следует из граничного условия пЕ = 0- равенстве нулю нормальной компоненты напряженности электрического поля внутри у поверхности проводника:

пЕ - -п(?А/гУ + Vçi,). (5)

Распределение векторов намагниченности в деталях из ферромагнитных материалов рассчитывается как и в стационарном поле, но под J понимают плотность как стороннего так и вихревого тока. Для численного решения системы интегральных уравнений применяется пространственная аппроксимация источников поля.

Для расчетов силовых взаимодействий в магнитном поле используется формула Максвелла:

где И - напряженность поля на поверхности, разделяющей группы взаимодействующих деталей, п-единичный вектор нормали к этой поверхности.

Эквивалентные схемы магнитоэлектрического устройства представлены на рис. 3.

В схему электрической подсистемы включены последовательно соединенные: источник синусоидального напряжения и =1/тш(р>-г), активное сопротивление провода катушек Я и результирующая противо-ЭДС е(г), возбуждаемая

Рис. 3 Эквивалентные схемы магнитоэлектрического устройства, а)- электрической полсистемы. б)- механической подсистемы

ижом и ктуиткс электромагнита и Движущимися постоянными магнитами. Схема механической подсистемы включает вынуждающее усилие взаимодействия постоянных магнитов с электромагнитом - /'„, массу подвижной части МЭ-ВУ с приводным механизмом - М\, массу неподвижной части МЭВУ с излучающей системой - М2, потери на трение - К„, упругий элемент с жесткостью -, и механическая нагрузка - /'„ .

В линейной модели приняты следующие допущения:

постоянство относительной магнитной проницаемости сердечника и магнит опровола;

неизменность намагниченности постоянных магнитов;

отсутствие вихревых токов в проводящих элементах конструкции и

магнитною гистерезиса;

Эти допущения позволяют использовать принцип наложения для определения параметров моделей. Потокосцспление в катушке электромагнита представляется суммой двух составляющих: Т, -- Ч/пи(х), где - создается током в катушке и линейно зависит от значения тока для каждого положения х подвижной части устройства, Т„м(г) - создается постоянными магнитами и не зависит от значения тока в катушке, а определяется только положением подвижной части.

(6)

Результирующая противо-ЭДС представляется в виде суммы напряжения на эквивалентной индуктивности и ЭДС', пропорциональной скорости движения подвижной масти:

,'(/) </Т, ill - <ЛН, (г,/) di -JVmí (.«■) di -

- (i/Ч1, (r,i)di)di di ■ —(сЛР,„, (v) dx)ck di l(x)di di (', (r>', (7)

где /.(v)- (ЛнДг,/) di = УДх,/)'/ - эквивалентная индуктивность катушки, (•»^««МЛ - коэффициент связи по ЭДС, г dr di - скорость движения постоянных магнитов.

Результирующая сила взаимодействия электромагнита и подвижной части раскладывается на две составляющие: /'=/'„„ (г) +/'(х,;), где /'„„(г) - сила взаимодействия постоянных магнитов на подвижной части с сердечником электромагнита при отсутствии тока в катушке, Р(х,/) - сила взаимодействия ноля постоянных магнитов с магнитным полем электромагнита, определенным при отсутствии постоянных магнитов. Как первая, так и вторая составляющие результирующей силы зависят от положения подвижной части и от значения тока в катушке, причем при принятых допущениях для МЭВУ линейную зависимость имеет только вторая составляющая силы. Поэтому можно записать уравнение для силы в виде:

/'=/'IB,(r)+r((r).í. W

Приведенные выше представления сил и ЭДС позволяют на основе предварительно проведенного численного анализа магнитного поля получить простые уравнения аппроксимирующих функций для /(г). 'V(v), (',(»•), l'm,(r).

Микромодели, составленные с учеюм описанных выше допущений, мримуч

вид:

di Jl (llm sin (ni l) Id (\ (x) v) /.(x).

Л',ч// (/'„„(*)»<•,(*)■ i A'./', /',)'".

Jl\ di K,vtl

dx d! - v„ .

На рис. 4-6 представлены рабочие характеристики МЭВУ, рассчиташ'ые с использованием линейной модели.

На рис. 4 приведены зависимости активной составляющей механической мощности от активного импеданса механической нагрузки. Компенсация реактивной мощности позволяет повысить механическую мощность МЭВУ до 15 кВт при поминальной нагрузке 12 ООО Нс/м.

На рис. 5 представлены нагрузочные характеристики модуля колебательной скорости. Применение компенсации реактивной мощности позволяет добиться более стабильного значения в ожидаемом диапазоне нафузок.

На рис.6, приведены зависимости электромеханического коэффициента полезного действия трех вибрационных устройств: МЭВУ с резонансными частотами 20, 70 Гц и известного по публикациям прототипа конструкции магнию-

электрического устройства МЭ1. Электромеханический КПД МЭНУ с резонансной частотой 20 Гц при номинальной нагрузки 12 ООО Нс/м достигает 90 %, КПД МЭВУ с резонансной частотой 70 Гц и МЭ1 при номинальной нагрузки 6 ООО Нс/м достигав! 76 % и 62 % соответственно. Максимальное значение КПД МЭВУ достигает при малых активных механических нагрузках Ям < 2 ООО Нс/м.

Проектирование конкурентоспособных МЭВУ требует обоснованной экономии магнитных материалов. Сердечники электромагнитов рассчитываются на нормальное состояние, близкое к магнитному насыщению, а постоянные магниты на работу вблизи максимума энергии. Спроектированные таким образом магнитные системы обладают резко нелинейными магнитными свойствами, поэтому использование указанных выше допущений может привести к значительным погрешностям моделирования.

Для увеличения точности модели электромеханической системы МЭВУ в условиях нелинейных магнитных характеристик материалов взаимосвязь электрической и механической подсистем определяется результирующей противо-ЭДС и результирующей силой как функции трех параметров: тока, перемещения и скорости. В этом случае предлагается использовать алгоритм пошагового во времени анализа динамики работы электромеханической системы МЭВУ с расчетом на каждом шаге текущих значений противо-ЭДС и силы взаимодействия с помощью численного анализа стационарного магнитного поля.

Гш Щ

Рис. 4 Зависимость активной составляющей механической мощности /V от активного импеданса механической нагрузки

Противо-ЭДС с(/) представляется в виде полной производной суммарного потокосцепления с катушкой электромагнита:

е(/)= -с/У,/<Л - Л • И;(л-,/) <>)<> Я

= -Л(г,»)-Л/Л-С•,(*./) V, (9)

где Л (г,/) и Г,(г./) - частные производные результирующею потокосцспления по юку и перемещению.

Система уравнений математической модели электромеханической системы

принимает вид:

di ¡di = (l/. sin (а ■ l) - Ri - С. (x,/) v)¡L(x, i), dv/dl = (/>(*■,/) - /^v, - Pr )jm, dl'Jdl = Afrv„ <be/dt = v„.

Алгоритм решения включает определение на каждом шаге по времени текущих значений параметров С.(х,/), /.(*,/) и суммарной силы Р(х,/) на основе численно-

Рис. 5. Зависимость колебательной скорости У от активного импеданса механической нагрузки

ч

- -

—'

- —

— — - -ШЛЯ -•-КПД 70 -»-ГПЛМ">| J - 1--1-

О 92 0« Ов 06 1 12 к »« 16 а 'НИ*

Рис. 6. Зависимость электромеханического коэффициента полезного действия Т) от активного импеданса механической нагрузки

го анализа стационарного магнитного поля. После выполнения почленного интегрирования в интервале времени д< = <„-<,_,, где к - номер шага численного решения дифференциальных уравнений, получаем уравнение для потокосцеп-ления в виде:

Ч», =^,-/фЛ-^У>п(й>/)Л. (Ю)

Л( л*

После замены интеграла от тока конечной суммой, последнее уравнение выражает линейную связь между потокосцеплением и током на *гом шаге расчета. При заданном токе и положения подвижной части потокосцепление может быть определено расчетом магнитного поля. Для нахождения искомых потокос-цепления и тока необходимо минимизировать функцию невязки между зависимостями потокосцепления от тока из уравнения цени и из полевого расчета.

В наиболее точной третьей модели применен пошаговый во времени расчет переходных режимов МЭВУ с учетом влияния вихревых токов и динамики движения частей МЭВУ. Расчет проводится по следующему алгоритму:

- по заданным начальным условиям положения и скорости подвижной части, напряжению питания и противо-ЭДС в МЭВУ с помощью программы ана-

лиза нестационарных магнитных полей рассчитываются текущие значения тока в катушке электромагнита и вынуждающее усилие МЭВУ;

- расчет текущего значения противо-ЭДС, которое находится решением системы уравнений, описывающих зависимость тока в катушке от значений противо-ЭДС полученных расчетным путем и микромоделированием электромагнитного поля в МС МЭВУ на ЭВМ;

- по найденному значению противо-ЭДС рассчитывается текущее значение тока в катушке электромагнита;

- проведя полевой анализ магнитной системы устройства, с учетом найденного значения тока, рассчитывается значение вынуждающего усилия МЭВУ;

- решая систему дифференциальных уравнений движения находим текущие значения положения и скорости подвижной части МЭВУ;

- производится запись полученных значений параметров эквивалентных схем устройства;

- рассчитывается новое значение времени и повторяется расчет следующего шага.

Характерные данные практического использования предлагаемых методов моделирования приведены на рис. 5, 6 для МЭВУ, работающего в составе гидроакустического поршневого излучателя с активной механической нагруз-

Рис. 3. Временная зависимость колебательной скорости поршня. I - без учета вихревых токов, 2-е учетом вихревых токов, 3 - по линейной модели

кой =12000 Нс/м. Сопоставлены временные зависимости колебательной скорости поршня и тока электромагнита, рассчитанные по описанным выше моделям.

Модель, не учитывающая нелинейные свойства магнитных материалов и возникающие вихревые токи, дает минимальное значение потребляемого тока и максимальную колебательную скорость. В модели без вихревых токов, но с учетом реальных магнитных свойств электротехнической стали и постоянных магнитов из сплава ШРеВ, получаем, по сравнению с первым вариантом,

большее на 10% значение тока и меньшее на 25 % значение скорости. И наиболее ючиой модели, учитывающей нелинейные сиойоиа машишых маюрии-

Л I

Рис. 6 Временная зависимость тока в катушке МЭВУ.

1 - без учета вихревых токов, 2-е учетом вихревых токов, 3 - но линейной модели

лов и влияние вихревых токов в постоянных магнитах, отличие от первого варианта достигает 50 % по току и 40 % по скорости. Полученные результаты свидетельствуют о значительных погрешностях в определении основных характеристик МЭВУ в упрошенных моделях, которые могут достигать 200 % по полезной механической мощности.

В третьей главе приведены результаты моделирования переходных и установившихся процессов МЭВУ с резонансными частотами 20 и 70 Гц и устройства МЭ1 с компенсацией и без компенсации реактивной мощности. Результат ы анализа влияние механических упоров на рабочие характеристики. Рассматриваются вопросы динамической и статической устойчивости МЭВУ при вариациях механических нагрузок.

На рис. 6-9 представлены характерные зависимости потребляемого тока, перемещения и скорости движения подвижной части МЭВУ.

На рис. 6 приведены графики переходного режима при включении устройства с резонансной частотой 70 Гц в случае использования электрической компенсации реактивной мощности и без нее. При использовании компенсации реактивной мощности резко увеличивается амплитуда и скорость колебаний подвижной части МЭВУ. Применение компенсации реактивной мощности позволяет избежать возникновения ударных токов, которые могут превышать номинальный в 2-3 раза.

При использовании компенсации реактивной мощности и введении в систему упоров искажается форма выходного сигнала и потребляемого тока, см. рис. 7. Принудительное ограничение амплитуды - 10 мм. вызвано конструктивными особенностями устройства.

Рис. 7. Рабочие характеристики МЭВУ с компенсацией и упорами 10 мм

Рис. 8. Рабочие характеристики МЭВУ при силе трення 1300 Н

к.

Н Р

Рис 7 Расчетная и экспериментальная тятовая характеристика МЭВУ с резонансной частотой 201 н

Введение в математическую модель МЭВУ сухого фения при условии полной компенсации реактивной мощности на резонансной частоте вызывает неустойчивость работы при силе зрения более 1300 Н. см. рис. 8.

Рис 8 Учел крепления МЭНУ I - корпус уша крепления. 2 - поршень с ребрами жеакости. 3 - центрирующий шток, А - подшипники скольжения, 5 - статор мапншплектрическото устройства. (> - ротор магнитоэлектрическою устройства. 7 - опора подшипника скольжения, 8 -блок пружин

В четвертой главе рассматриваются изготовленные конструкции МЭВУ для возбуждения низкочастотных гидроакустических излучателей и результаты их испытаний, проводившихся в гидроакустическом бассейне Акустического института имени академика Андреева НИ. и в акватории Института приклад-нон акустики I. Дубна.

Испытания подтвердили эффективность и надежность методики проектирования МЭВУ для возбуждения низкочастотных гидроакустических преобразователей. Статические и стендовые испытания показали, что расхождение

расчетных и экспериментальных тяговых характеристик МЭВУ не превысило 5%, см. рис. 7.

По результатам испытаний и с учетом анализа причин возникновения нелинейных искажений спроектирована улучшенная конструкция узла крепления МЭВУ, позволяющая максимально уменьшить амплитуду высших и субгармонических составляющих сигнала, путем применения шарикоподшипников, см. рис. 8.

Технические характеристики разработанных МЭВУ с резонансными частотами 20 и 70 Гц и конструкции МЭ1, приведены в таблице 1.

Технические характеристики магнитоэлектрических устройств Таблица 1

Параметры МЭ20 МЭ70 МЭ1

Диаметр устройства, мм 572 572 500

Механическая мощность, Вт 3 ООО 3 000 3 000

Электромеханический КПД, % 90 76 62

Номинальная нагрузка, Нс/м 12 000 6 000 6 000

Масса подвижной части устройства, кг 70 50 30

Глубина погружения, км 3 3 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложены и обоснованы математические модели МЭВУ для возбуждения низкочастотных гидроакустических излучателей.

2. Разработан алгоритм оценочного расчета параметров математических моделей и основных конструктивных параметров МЭВУ.

3. Разработана методика математического моделирования электромеханических систем МЭВУ промышленных и бытовых устройств различного назначения, использующая численный анализ электромагнитных полей на основе интегральных уравнений для точного определения параметров макромоделей.

4. Разработаны алгоритмы и пакеты программ математического моделирования МЭВУ для возбуждения низкочастотных гидроакустических излучателей, учитывающие нелинейные электрофизические свойства материалов и механических узлов, а также динамику движения конструкции.

5. На основе созданных методик спроектированы и изготовлены МЭВУ с резонансными частотами 20 и 70 Гц и механической мощностью 3 кВт.

6. Выполнен подробный анализ установившихся и переходных режимов работы МЭВУ для возбуждения низкочастотных гидроакустических излучателей большой мощности, предложены способы подавления нелинейных искажений выходного сигнала.

7. Экспериментальные исследования гидроакустических излучателей с разработанными МЭВУ подтвердили эффективность разработанных методик и достоверность результатов теоретических расчетов.

Основное содержание наложено в следующих паботх:

1. Дмитриев Д О., Курбатов П.А., Рябинин С Б., Терехов Ю.Н., Фролов МП

Магнитоэлектрические вибрационные приводы. Применение и проектирование.// Электротехника. - 1995г. - № 6 - с. 28 - 31.

2. Дмитриев Д О., Кулаев Ю.В., Курбатов П.А. Метод анализа влияния вихре-

вых токов на динамические параметры электромеханических преобразователей//ХН-ая Международная конференция по постоянным магнитам. Тезисы докладов. 22-26 сентября 1997г. -Суздаль, 1997г. - с. 184.

3. Дмитриев Д О., Курбатов П.А. Методы анализа динамических характери-

стик магнитоэлектрических линейных приводов.// Электротехника. -1998г.-№ I - с. 13-17.

4. Дмитриев Д.О., Курбатов П.А. Тяговые характеристики магнитоэлектриче-

ских приводов // Московской студенческой научно- 1е.\нической конференции Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве. Тезисы докладов. 26-27 февраля 1997г. - Москва. 1997г.-с. 120-121.

Г1с" •'■ Щ

Тираж {СО Заказ //<?

Типография МЭМ, Красноказарменная, 13.