ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

УДК 621.317.39.531.767

В.Б.Нерсисян

Расчет токов в проводящем немагнитном листе при его движении
методом сеток

(Представлено академиком Г.Л. Арешяном 16/XI 2001)

   Определение параметров движущегося проводящего немагнитного листа с помощью электромагнитных преобразователей связано с расчетом токов в листе на основании решений уравнений электромагнитного поля при соответствующих заданных граничных условиях [1]. Однако известные методы сложны с точки зрения практического применения и не обеспечивают достаточной наглядности контуров прохождения токов в листе. Последнее обстоятельство очень важно при разработке высокочувствительных электромагнитных преобразователей толщины и скорости движущегося листа.
   Целью настоящей работы являлся поиск упрощенного метода расчета токов в листе и контуров их замыкания для математической обработки электромагнитных преобразователей, доступный для инженеров-проектировщиков. При этом полученное решение лишь немного отличалось от точного.

Рис. 1

   Одним из методов расчета токов в проводящем листе, движущемся со скоростью V, является сеточный метод. Суть его состоит в том, что область проводящего изотропного листа, расположенного в воздушном зазоре преобразователя, представляется в виде прямоугольника = {0 Ј x Ј M,  0 Ј y Ј N}. Разобьем отрезки [O, M] и [O, N] соответственно на N1 и N2 части (рис.1). Пусть hx = [M/(N1)] hy = [N/(N2)].
   Через точки деления проведем прямые, параллельные соответствующим осям. В результате пересечения этих прямых получим узлы (xi,yi), которые и образуют сетку. Расстояние между соседними узлами xi - xi-1 = hx = [1/(N1)] и yi - yi-1 = hy = [1/(N2)] назовем шагами сетки по направлениям x и y соответственно. Так как зона контроля преобразователя имеет квадратную площадь, то целесообразно применять постоянный шаг по каждому из направлений, т. е. равномерную сетку.
   Каждая сетка является схемой замещения проводящего листа с идентичной площадью. Поэтому ветви схемы замещения одинаковы и содержат последовательно соединенные активные сопротивление и индуктивность. В схеме замещения емкостный элемент отсутствует, так как токи смещения в проводящем листе в расчет не берутся.

Рис. 2

   Выбранная схема замещения обоснована экспериментально путем измерения вносимых сопротивлений эталонных образцов листов различной толщины. Осуществим расчет токов в ветвях сетки при OM = ON = 3a, N1 = N2 = 12, hx = hy = [3a/12], при этом ветви сетки представлены как равные комплексные сопротивления.
   В результате получим сетку, показанную на рис.2, которая состоит из 144 контуров. С целью упрощения схемы комплексные сопротивления ветвей не показаны. Приведенная сетка, кроме рабочей площади 2a×2a, находящейся под полюсным наконечником преобразoвателя, содержит участок, со всех сторон расширенный на величину [a/2]. Это делается для уточнения контуров замыкания токов в проводящем листе при его движении со скоростью V.
   Предполагается, что индукция под полюсным наконечником площадью 2a×2a однородна и изменяется по синусоидальному закону, а в расширенном участке отсутствует. Эти допущения делаются исходя из конструктивных особенностей электромагнитного преобразователя броневой конструкции [2].
   При перемещении сетки, показанной на рис.2, со скоростью V происходит изменение потокосцепления и в сетке возникает два вида ЭДС: трансформаторная и движения . Для определения ЭДС трансформации воспользуемся уравнением электромагнитной индукции = -[(dF)/dt] Максвелла для шести замкнутных контуров с центром O (рис.2). Результаты расчетов приведены в таблице.

Номера контуров от
центра   O
1 2 3 4 5 6
ЭДС контуров
Величина ЭДС контура в
относительных единицах
1 - j1 4 - j4 9 - j9 16 - j16 16 - j16 16 - j16
Величина ЭДС ветвей
контура в относительных
единицах
0,125 -j0,125 0,25 -j0,25 0,375 -j0,375 0,5 -
j0,5
0,4 -
j0,4
0,333333 -
j0,333333

   Направление ЭДС выбирается исходя из правила проходного винта. В ветвях сеток, находящихся под полюсными наконечниками (площадь 2a×2a), поперечеными направлению движения V, возникают ЭДС движения , в то время как в ветвях, продольных направлению движения, они не возникают. Так как длины ветвей сеток одинаковы, а магнитная индукция в рассматриваемом участке однородна, то   этих ветвей равны между собой. Их направление выбирается на основании правила правой руки. Здесь принято = 1 в относительных единицах. При составлении схемы замещения сетки, показанной на рис.2, учтены направления  и .
   Определим токи в ветвях сетки на основании метода наложения.

Рис. 3

Вначале найдем токи в ветвях сетки от ЭДС . Расчетную схему получим из рис. 2, учитывая, что = 0. Комплексные сопротивления отдельных ветвей сетки одинаковы и принимаются равными Z0 = r0 + jwL0 = l + jl относительных единиц.
   Для полученной схемы из 144 контуров составлены уравнения по контурным токам. Совместное их решение позволило получить токи в ветвях и закономерности распределения токов трансформаторного составляющего   контуров от центра к краям рассматриваемого участка k[a/4] (где k = 1, 2, 3, 4, 5, 6 номера контуров рис. 3а, в).
   Теперь определим составляющие токов в ветвях сетки, обусловленныe . Расчетную схему также получим из рис. 2, учитывая, что = 0. Комплексные сопротивления ветвей исходной схемы заменяются активными сопротивлениями и приняты равными Z0 = r0 = 1 относительных единиц.

Рис. 4

   Для полученной схемы из 144 контуров составлены уравнения по контурным токам. Совместное их решение позволило получить токи в ветвях, направления которых показаны на рис.4.
   Определена магнитная индукция как для отдельных составляющих токов, так и для их алгебраической суммы. Установлена результирующая индукция в воздушном зазоре преобразователя.

     Государственный инженерный университет Армении

Литература

     1. Шимони К.  Теоретическая электротехника. М. Мир. 1964. 773 с.
     2. Патент РФ N 1249313 Нерсисиян В. Б. - Открытия. Изобретения. 1986. N 20.