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直线电机动子动力学特性分析

更新时间:2009-03-28

通常情况下,家用的制冷压缩机是通过电动机在旋转模式之下带动活塞做往复震荡来进行工作的。而旋转式电动机无法直接做活塞运动,需要依靠转换机构将旋转式电动机的旋转运动转变成活塞运动。本文就是通过对这种类型的制冷压缩机动力学方面的特征进行分析,发现曲柄连杆机构主要受到三种力——摩擦力、气体力(负载)和惯性力。旋转式电动机直接带来能量损失的项目是由曲柄发生不平衡旋转而产生离心惯性力以及旋转摩擦力等等,对质量带来一定的影响。而往复摩擦功率的损失,主要则是因为曲柄带动活塞运动时受到了径向力而引起的。总而言之,传统的家用制冷压缩机使用过程当中有很多缺点和问题,比如说传动效率低,噪声比较大,而且使用时机器所占的体积也比较大,对磨损的严重程度也会加深,造成机器使用寿命更短。对于这些问题,只有对活塞式制冷压缩机进行不断的改进和发展研究,才能够提高活塞式制冷压缩机的使用效率。

在实际的实验过程当中,对家用冰箱当中的封闭式压缩机进行了研究,发现在实际的研究当中的压缩机实际功率只有输入功率的1/3,远远达不到输入功率的标准。而在商用制冷设备中,其有效功率也仅占1/3至1/2之间。

纵观全世界,活塞式压缩机历史悠久,经长期发展已经变得越来越高效。目前,这些发展累计的成果已经在各领域得到了广泛的应用。但是,活塞式压缩机在中小冷量范围内应用相当广泛。采用直线电动机驱动的新一代制冷压缩机具有结构紧凑,体积小、效率高、寿命长、可以轻松实现高速驱动的特点。

1 直线电机驱动优势

家用制冷压缩机因为节能方式的不同,种类也各不相同。其中有变频压缩机,双转子压缩机,节能差压阀法等等多种形式,在这些不同的种类的压缩机当中,变频压缩机的应用最为广泛。因为变频压缩机采用的是变频技术,变频技术已经在节能领域得到了广泛的应用。变频压缩机进行节能以及使用过程当中,仍然存在着一些问题,比如说在转速比较低的运行状况时,会出现振动问题,在正常的使用过程当中,润滑油的供给问题也很突出。而高转速运转时,轴承的摩擦问题以及超负荷运转问题也需要进行解决,所以只有对压缩机的工作过程当中存在问题进行不断的改进,才能够提高制冷压缩机的节能效果和使用寿命。在对压缩机的性能改进过程当中,系统也相对应的变得更加复杂,所以采用直线电机驱动活塞式压缩机可以更好的达到节能目的。下面就对直线电机驱动的优点进行介绍。

直线电机具有如下的优点:

首先就是结构简单,因为直线电机通过直接传动,使机器设备总体结构变得更加简化,使得体积得到缩小。而且直线电机的反应速度快,随动性好,主要就是因为直线电机采用无刷无接触运行模式运行,使得动子在运动中毫无机械阻力,具有传统驱动装置无法比拟的优点。同时直线电机容易密封,适用性强。经过适当的浸渍、涂封,直线电机便能在各种特殊环境中使用。最后,直线电机稳定可靠,使用寿命长。直线电机采用直接传动,无需接触传递力,机械损耗低,故障少,不怕震动和冲击,因此运行时稳定可靠,整体的寿命更长。

2 线性压缩机用动磁式直线电动机设计研究

2.1 动磁式直线电机工作原理

(2)为了使动磁式直线电机电磁力进行一定的优化,能够更高效的去进行一定的运转,所以对其进行了一定的电磁场分布的预测,通过建立起一定模型的方式对其进行预测。经过实验的结果研究表明,动力学分析的模型能够对直线电机的有关内容去进行一定的指引。

2.2 直线电机磁路分析

为了方便测量后能够对其进行一定的移动。要让其在机床上去进行一定的测试,还要在机床上装设一定的百分表来用于记录和换算单位。为了能够研究动磁式直线电机的静态力特征,使用固定型号的测力计进行测量。

由于生产的智能工程机械设备,技术含量高,一旦设备发生故障,客户最看重的是厂家排除故障的速度。为此,山河智能在全国各地设立了20个售后服务网点,配备了100多台服务车。“过去高速公路路网不发达时,不敢承诺客户排除故障的时间。如今,高速公路路网发达了,公司承诺客户市内3小时之内排除故障,省内4小时内排除故障。”李伟伟说道。

2.3 直线电机动力学设计

部分学生进入大学后变得较松懈、不爱学习,有得过且过、混文凭的思想。特别是文科生,学习压力相对较小,容易滋生部分学生的懒惰。长期以来,学校的奖助学金政策主要针对贫困生,对学生学习的激励作用较弱,“奖学”功能缺失。学风方面,按专业大类从好到差排序依次是:医学类、理工类、文科类。总体上,学生的自主学习状况不容乐观,学风建设亟待加强。

 

式中各项参数的具体含义是:v0(t) 为输入电压,i为励磁电路电流,R励磁电路电阻,Ψ为磁链(Ψ=Nφ),M为往复运动部分的质量,K为机械刚度(Ke)和压缩腔气体刚度(Kg)的和,D为振子运动阻尼为压缩腔当量气体阻尼(Dg)和机械阻尼(De)的和,ffld(x,i)为电气推力。

2.4 设计中要考虑的其它因素

通过选用性能更好的永磁材料和导磁材料以及选用更好的支撑材料和工艺,尽量减小电机的电负荷以及选用导电率更高的材料。同时还要进行合理的热设计。通过加大电动机的电磁负荷,但不增加发热。

3 动磁直线电动机的电磁场分析

(4)使用直线电动机驱动的新一代制冷压缩机比传统的制冷压缩机结构比其更为的紧密,而且它的重量也比原先的轻了许多,可以实现高效的运转。

3.1 电机电磁场有限元分析方法

根据偏微分方程边值问题会得到一个关于电动机电磁场问题,该问题能够设计出能量的函数积分表达式。在这个函数积分表达式当中,对边界条件上进行极致的选取,从而构成了条件变分问题。然后对场的求解域剖分成有限个单元,并在单元中构造出合适的插值函数。最后,将能量泛函离散化为多元函数。

3.2电机电磁场数学模型

测试的直线电机永磁体采用高性能的NdFe35永磁材料。其定子长65mm,外径为125mm,质量为2.00Kg。其动子长85mm,外径为74mm,质量为0.43Kg。

1)主成分分析法:主成分分析是一种能够保持原指标大多数信息的同时将多个评价指标简化为少数几个综合指标的统计方法[6]。该方法强调了评价的客观性,具备实用性强和全面性、可比性的特点。其缺点为,当对多个主成分指标进行加权综合分析时,其评价函数的有效度将会降低,同时该方法还容易受到指标间的信息重叠的影响。

  

图1 动磁式直线电动机数学模型

  

图2 电机电磁场网格剖分图

4 动磁式直线电机样机及静态性能

电磁场的经典描述是麦克斯韦方程组,电机电磁分析一般采用位函数表示,位函数比场量本身更容易建立边界条件。

为了能够让线性压缩机进行正常的运作,就必须让电机在进行运作的过程当中,给予与之的相当的推力。在进行实验的过程中,我们要观察它的静态力和位移等方面一定的特征。但同时也应该注意此电流对它的影响,如果磁电流方向发生改变的情况下,它的一些情况特征也会发生一定的改变。

见公式:

在假设不存在漏磁通的基础上,将分布的气隙和磁轭磁阻参数等价为集总参数,忽略麦克斯韦方程中的位移电流项。磁路的分析能够得到电磁力和绕组电流以及永磁体性能和电机几何尺寸之间存在的各种联系,忽略非线性选项当中,电磁力还与动子的相对位移存在关联。电磁力在动子平衡位置时的力量比较大,而在振幅顶端移动过程当中会慢慢变小。

实验一共有五个步骤组成,第一个步骤是指利用的模具将电机进行固定,然后让电极的动子与轴进行一定的连接。第二步是将电机进行通电。要注意为其充电的是直流电。第三个步骤是使其进行稳定,然后为其进行仔细的记录。经过一定的换算,可以得到动子的相关的信息。第四步要对其进行一定的电流调整通过电流方面的一些特征来观察它的特性曲线。第五步要对已经推算出的数据进行一定的换算,得出实验结果。

5 结论

(1)动磁式直线电机动子质量较小,推力较大,电磁场分布相当合理,符合直线压缩机的需求。

动磁式直线往复电动机采用螺钉联接轻质金属制成的活塞与电机动子形成整体后,再与柔性弹簧相连。首先对电磁式直线电机的工作原理进行介绍,径向的充磁永磁体会在由内外磁扼所构成的体系中受到变化的电磁力影响而产生推动力,推动电动机进行往复运动。电动机的往复运动会与弹簧形成一个系统,称为谐振系统。然后压缩机会进入排气阀,布置在机座的顶部,气体则通过进气阀进入到压缩腔当中,被压缩腔压缩之后,再由排气阀排出。

(3)经过大量的实验和研究。展示了直线电机有关电磁式的电流和力的特征方面的相关内容。

采用集总参数模型对动磁直线电机磁路进行分析。为了对设计出的永磁直线电动机的各项性能进行更好的改进和优化,就需要对漏磁以及涡流等影响进行充分的考虑,这样才能够更加高效的对电动机的各项要求进行更加深入的分析。

参考文献:

预算绩效管理过程即预算绩效目标编制、预算绩效运行监控、预算绩效评价和绩效评价结果应用等流程可依据“管理制度化,制度流程化,流程岗位化,岗位标准化,标准表单化,表单信息化”的标准构建内控落地机制,并通过外部法律法规分解,内部制度流程构建,信息系统平台实现落地,在此基础上构建总体框架(如图2)。

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[3]于明湖,张玉秋,叶云岳,刘晓,卢琴芬.双定子直线振荡电机谐振特性分析[J].电机与控制学报,2010(8).

近年来,水资源对经济社会发展的约束作用不断增强,水污染、水纠纷、供水水质、干旱洪涝、水源破坏等问题频出,社会各界对于水安全问题的关注也越来越高。因此,有必要对水安全的若干基本问题进行一个系统的梳理。

[4]闫辉,祁影霞,张华.我国斯特林制冷机的研究进展及发展趋势[C].走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集,2011.

根据上面系统需求分析,笔者确定该系统的实现软件为客户机/服务器模型,又称为Client/Server体系结构。服务器Server通常采用高性能的工作站或PC小型机,并采用Client/Server架构数据库系统,如Sybase Oracle或SQL Server,负责供多个用户共享其信息和功能。客户端Client部分通常负责执行前台功能,如与用户交互,数据处理等。这种架构由多台计算机构成,它们有机地组合在一起,协同完成整个应用,并达到使系统中的软件、硬件资源得到最大限度的利用。

According to Stokes’ law, the resistance f of the phosphor particles during the settling time can be expressed as:where η is the mixing viscosity coefficient of silica gel and ν is the settling velocity of the phosphor solid particles.

 
胡望波
《黄冈职业技术学院学报》2018年第02期文献

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