Динамическая модель линейного электромагнитного двигателя лабораторного шейкера

  • Павел Андреевич Дергачев
  • Антон Олегович Сидоров
  • Михаил Сергеевич Венцерев
  • Александр Сергеевич Иванов
DOI: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2023-2-69-76
Ключевые слова: линейный индукторный двигатель, тяговое усилие, динамические характеристики,, метод конечных элементов

Аннотация

Для обеспечения линейного перемещения (поступательного или возвратно-поступательного) с заданной частотой часто применяют реечные, винтовые либо более сложные передачи. Наличие дополнительного кинематического звена приводит к увеличению потерь, снижению надежности, повышению шума, ухудшению массогабаритных показателей. Альтернативным вариантом является применение линейного электромеханического преобразователя. В статье приведены результаты численного моделирования линейного электромагнитного (индукторного) двигателя на основе метода конечных элементов. Линейный индукторный двигатель предназначен для привода лабораторного шейкера (встряхивателя), применяемого в медицине. Представлена математическая модель физических процессов его работы. В уравнение движения внесено слагаемое, учитывающее силу вязкого трения, позволяющее повысить точность расчетов. Рассмотрены трехмерные модели линейного индукторного двигателя: односторонняя (при действии односторонней электромагнитной силы) и двусторонняя (при поочередном действии противоположно направленных электромагнитных сил). Проанализированы варианты конструкций, на основе чего предложена наиболее подходящая. Получены временные динамические характеристики модели линейного индукторного двигателя при работе в области резонансных и внерезонансных частот, выполнен их анализ, приведены рекомендации по дальнейшему усовершенствованию конструкции. Качественно оценена возможность применения рассматриваемого двигателя для привода лабораторного шейкера.

Биографии авторов

Павел Андреевич Дергачев

кандидат техн. наук, доцент, доцент кафедры «Электромеханика, электрические и электронные аппараты», Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва, Россия.

Антон Олегович Сидоров

кандидат техн. наук, старший преподаватель кафедры «Электромеханика, электрические и электронные аппараты», Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва, Россия.

Михаил Сергеевич Венцерев

магистрант кафедры «Электромеханика, электрические и электронные аппараты», Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва, Россия.

Александр Сергеевич Иванов

кандидат техн. наук, доцент, доцент кафедры «Электромеханика, электрические и электронные аппараты», Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва, Россия

Литература

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1988, 640 с.
2. Медведев В.Т. и др. Вибрации и шум электрических машин, трансформаторов и реакторов. М.: Изд-во МЭИ, 2018, 426 с.
3. Штурман Г.И., Аронов Р.Л. «Краевой эффект» в индукционных машинах с разомкнутым магнитопроводом. – Электричество, 1947, № 2, с. 54–29.
4. Мошкин В.И., Нейман В.Ю., Угаров Г.Г. Импульсные линейные электромагнитные двигатели. Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2010, 220 с.
5. Akita S. et al. Design Analysis of a Line-Start Permanent Magnet Linear Synchronous Motor. – 11th International Symposium on Linear Drives for Industry Applications, 2017, DOI:10.23919/LDIA.2017.8097257.
6. Тодарев В.В., Логвин В.В., Грачев С.А. Линейный асинхронный электродвигатель многовекторного движения. – Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого, 2016, т. 1, № 3 (66), с. 32–36.
7. Исмагилов Ф.Р. и др. Генераторы возвратно-поступательного движения для автономных систем электроснабжения маломощных потребителей. Уфа: УГАТУ, 2014, 125 с.
8. Иванов А.С. и др. Численное моделирование динамического режима работы линейного электромагнитного двигателя лабораторного шейкера. – Электричество, 2020, № 5, с. 54–60.
9. Старостин А.Г. Методы проектирования электромагнитных механизмов постоянного тока с заданными динамическими параметрами: автореф. дис. … канд. техн. наук. Новочеркасск, 2006, 234 с.
10. Парфенов А.Г. Колебания и волны, 2010 [Электрон. ресурс], URL: https://koi.tspu.ru/waves/ (дата обращения 29.09.2022).
11. Программное обеспечение COMSOL Multiphysics [Электрон. ресурс], URL: https://www.comsol.ru/comsol-multiphysics (дата обращения 29.09.2022).
12. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Часть 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. М.: Химия, 1995 , 400 с.
13. ООО «ЭКРОСХИМ»: Шейкеры лабораторные [Электрон. ресурс], URL: https://ecohim.ru/catalog/laboratornoe-oborudovanie-i-pribory/sheykery-laboratornye- (дата обращения 28.07.2022).
14. US-1350L Шейкер лабораторный возвратно-поступательный [Электрон. ресурс], URL: https://ulabrus.ru/katalog_tovarov1/obwelaboratornoe_oborudovanie/shejkery_laboratornye/us1350l_shejker_laboratornyj_vozvratnopostupatelnyj (дата обращения 02.09.2022).
15. Каримов И. Теоретическая механика. [Электрон. ресурс], URL: http://www.teoretmeh.ru/ (дата обращения 29.08.2022).
#
1. Artobolevskiy I.I. Teoriya mekhanizmov i mashin (Theory of Mechanisms and Machines). М.: Nauka, 1988, 640 p.
2. Medvedev V.Т. et al. Vibratsii i shum elektricheskih mashin, transformatorov i reaktorov (Vibrations and Noise of Electrical Machines, Transformers and Reactors). М.: Izd-vo MEI, 2018, 426 p.
3. Shturman G.I., Aronov R.L. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1947, No. 2, pp. 54–29.
4. Moshkin V.I., Neyman V.Yu., Ugarov G.G. Impul'snye lineynye elektromagnitnye dvigateli (Pulsed Linear Electromagnetic Motors). Kurgan: Izd-vo Kurganskogo gos. un-ta, 2010, 220 p.
5. Akita S. et al. Design Analysis of a Line-Start Permanent Magnet Linear Synchronous Motor. – 11th International Symposium on Linear Drives for Industry Applications, 2017, DOI:10.23919/LDIA.2017.8097257.
6. Todarev V.V., Logvin V.V., Grachev S.А. Vestnik Gomel'skogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. P.O. Suhogo – in Russ. (Bulletin of the Gomel State Technical University n.a. P.O. Sukhoi), 2016, vol. 1, No. 3 (66), pp. 32–36.
7. Ismagilov F.R. et al. Generatory vozvratno-postupatel'nogo dvizheniya dlya avtonomnyh sistem elektrosnabzheniya malomoshchnyh potrebiteley (Reciprocating Motion Generators for Autonomous Power Supply Systems for Low-Power Consumers). Ufа: UGАGU, 2014, 125 p.
8. Ivanov А.S. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 5, pp. 54–60.
9. Starostin A.G. Metody proektirovaniya elektromagnitnyh mekhanizmov postoyannogo toka s zadannymi dinamicheskimi parametrami: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk (Methods of Designing DC Electromagnetic Mechanisms with Specified Dynamic Parameters: Abstract. Dis. ... Cand. Sci. (Eng.)). Novocherkassk, 2006, 234 p.
10. Parfenov A.G. Kolebaniya i volny (Vibrations and Waves), 2010 [Electron. resource], URL: https://koi.tspu.ru/waves/ (Date of appeal 29.09.2022).
11. COMSOL Multiphysics [Electron. resource], URL: https://www.comsol.ru/comsol-multiphysics (Date of appeal 29.09.2022).
12. Dytnerskiy Yu.I. Protsessy i apparaty himicheskoy tekhnologii: Chast' 1. Teoreticheskie osnovy protsessov himicheskoy tekhnologii. Gidromekhanicheskie i teplovye protsessy i apparaty (Processes and devices of chemical technology: Part 1. Theoretical foundations of chemical technology processes. Hydromechanical and thermal processes and apparatuses). М.: Himiya, 1995, 400 p.
13. OOO «EKROSKHIM»: Sheykery laboratornye (EKROSCHEM LLC: Laboratory Shakers) [Electron. resource], URL: https://ecohim.ru/catalog/laboratornoe-oborudovanie-i-pribory/sheykery-laboratornye- (Date of appeal 28.07.2022).
14. US-1350L Sheyker laboratornyy vozvratno-postupatel'nyy (Laboratory Reciprocating Shaker) [Electron. resource], URL: https://ulabrus.ru/katalog_tovarov1/obwelaboratornoe_oborudovanie/shejkery_laboratornye/us1350l_shejker_laboratornyj_vozvratnopostu-patelnyj (Date of appeal 02.09.2022).
15. Karimov I. Teoreticheskaya mekhanika (Theoretical Mecha-nics). [Electron. resource], URL: http://www.teoretmeh.ru/ (Date of appeal 29.08.2022).
Опубликован
2022-12-19
Выпуск
№ 2 (2023): Выпуск № 2
Раздел
Статьи