М В Загирняк, М Ю Бранспиз - Экспериментальная проверка на физической модели решения задачи оптимизации для руглой подъемной шайбы - страница 1

Страницы:
1 

УДК 621.318.3

 

 

Загирняк М.В., Бранспиз М.Ю.

 

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ДЛЯ РУГЛОЙ ПОДЪЕМНОЙ ШАЙБЫ

 

Описаны результаты экспериментальной проверки решения оптимизационной задачи для круглого подъемного электромагнита.

Ключевые слова: электромагнит, оптимизационная задача, экспериментальная проверка.

Постановка проблемы

Широкое распространение компьютерных программ, позволяющих осуществлять расчеты магнитных и тепловых полей является методологической базой в стремлении заменить вычислительным экспериментом эксперимент на натурных образцах и физических моделях. Не вдаваясь в возможности такой замены (ее анализ применительно к исследованию электромагнитных систем приведен в [1]), заметим, что проверка тех или иных математических моделей реальных объектов возможна лишь на самих этих объектах. Эта проверка может быть и косвенной (использование известных экспериментальных данных), и прямой (непосредственно в эксперименте). Если косвенная проверка не удовлетворяет исследователя, то он вынужденно должен прибегнуть к прямому подтверждению адекватности предлагаемой модели на основе соответствующих измерений на физической модели.

В этой связи заметим, что традиционно экспериментальная проверка математических моделей связана с проверкой определенных закономерностей между параметрами объекта, выведенных из рассмотрения его математической модели. Такой традиционный подход встречает определенные трудности в своей реализации, если требуется проверить решение оптимизационной задачи.

В самом деле, пусть математическая модель объекта с достаточной степенью точности дает некоторую закономерность между параметрами объекта. Однако, если использовать эту закономерность для поиска ее экстремума, то ошибка его определения может быть более допустимой из-за ошибки в соответствующих производных.

Учитывая это, актуальным представляется решение проблемы об экспериментальной проверке решений оптимизационных задач применительно к техническим объектам. В частности, актуальным является решение этой проблемы применительно к электромагнитам, которые находят широкое применение в промышленности и быту, и оптимизация которых является одной из важных задач, решаемых современной электротехникой в [2].

Анализ последних исследований и публикаций

Что касается собственно оптимизационных задач для электромагнитов, то их решению в последнее время уделяется особенное внимание [3]. Однако авторам данной работы не известны публикации, специально посвященные экспериментальной проверке таких решений. Следует указать на публикацию в

[4], в которой приведены результаты экспериментальной проверки решения одной частной оптимизационной задачи для электромагнитного шкива. Цель работы и постановка задачи


В работе рассматриваем электромагнитную систему круглого подъемного электромагнита (рис.1), для которой получено решение оптимизационной задачи определения параметров электромагнита, позволяющих достичь максимума подъемной силы в заданном габарите без перегрева обмотки. Целью работы является экспериментально проверить адекватность полученного решения. Эта цель определяет и задачу работы -обосновать и осуществить такую проверку на основе физической модели рассматриваемого электромагнита.

Описание физической модели и схемы эксперимента. Исследования проводились для модели (масштаб 1:5) круглого подъемного электромагнита типоразмера   М21   (наружный  диаметр   Dr = 785   мм,   наружная высота

Hr = 255 мм).

Предварительно для этого типоразмера по соотношениям, приведенным в [5], были определены расчетным путем геометрические размеры центрального полюса и обмоточного окна, а также параметры обмотки, позволяющие создать максимально возможную подъемную силу в режиме теплового равновесия (~ 9000 кг, что больше номинальной подъемной силы 6000 кг). В результате получили: da = 220 мм, d1 = 650 мм, b = 150 мм (заметим, что расчетные размеры обмоточного окна a х b = 215х 150 мм получились большими, чем у промышленных электромагнитов, для которых aхb = 190х 100 мм). Считая, что максимум силы соответствует максимуму возможной индукции магнитного поля на поверхности поля, можно предположить, что любое изменение расчетных размеров системы приведет к снижению указанной индукции, что и предполагалось проверить в эксперименте.

С этой целью была изготовлена модель электромагнита типоразмера М 21 (масштаб 1:5) с внутренними размерами, которые соответствовали расчетным размерам центрального полюса и обмоточного окна. Причем, длявозможности изменения этих расчетных размеров, были изготовлены (рис. 2) диск-накладка (изменяет аксиальный размер обмоточного окна) и дополнение брони (изменяет радиальный размер обмоточного окна). На рис. 3 представлены фотографии электромагнита-модели в сборе и детали его. Схема эксперимента (измерение потока с торцевой поверхности центрального полюса) представлена на рис 4.


 

 

Регулируемый источник постоянного тока


У


 

Веберметр

В процессе эксперимента изменяли: значение расчетного диаметра d1 в большую и меньшую сторону (дополнениями брони); диаметр центральногополюса (da = 44 мм, соответствующий в масштабе расчетному значению этого

диаметра, и da = 48 мм); размер обмоточного окна в аксиальном направлении в

сторону уменьшения (диском-накладкой толщиной 3 мм) от расчетного значения (30 мм).

Результаты эксперимента и их анализ. В табл. 1 представлены результаты соответствующих измерений, из которых следует, что: увеличение диаметра центрального полюса (по сравнению с расчетным значением) приводит к снижению магнитного потока с него; к снижению этого магнитного потока приводит и уменьшение (по сравнению с расчетным значением) высоты обмоточного окна; увеличение диаметра внешней расточки обмоточного окна также приводит к уменьшению магнитного потока с торцевой поверхности центрального полюса.

Что касается обнаруженного изменения магнитного потока с торцевой поверхности центрального полюса при изменении его диаметра и размера обмоточного окна в аксиальном направлении, то оно соответствует ожидаемому изменению. Что же касается монотонного роста измеряемого магнитного потока с ростом диаметра d1, то его можно объяснить относительным снижением тока


в обмотке. При строгом подходе, этот ток надо увеличивать пропорционально увеличению при этом поверхности охлаждения обмотки, что даст увеличение магнитного потока до тех пор, пока не наступит его снижение за счет насыщения железа магнитопровода.

Выводы:

1.  Решение оптимизационных задач для электромагнитов и других
элементов электрических аппаратов требует экспериментальной проверки
специального вида.

2.     В настоящее время отсутствует специальная методика
непосредственной экспериментальной проверки решений оптимизационных
задач для электромагнитов.

3.  Экспериментальную проверку решений оптимизационных задач для
электромагнитов можно осуществлять проверкой наличия экстремума
параметра, характеризующего функцию цели, при изменении геометрических
размеров электромагнита.

Литература

1. Бранспиз Ю.А. Особенности использования в исследованиях электромагнитных систем компьютерного вычислительного эксперимента / Ю.А. Бранспиз, А.Н. Пшеничный, М.Ю. Бранспиз // Технічна електродинаміка: Тем. Випуск: Проблеми сучасної електротехніки. Частина 7.- 2006.- С.20-22.

2. Макарычев Ю.М. Проектирование электромагнитов: этапы, методы, модели /
Ю.М. Макарычев, С.Ю. Рыжов, Т.П. Жидарева // Электричество.- 1994.- №2.- С. 46-51.

3.    Никитенко А.Г. Математическое моделирование и автоматизация
проектирования тяговых электрических аппаратов. / А.Г. Никитенко, В.Г. Щербаков, Б.Н.
Лобов, Л.С. Лобанова; Под ред. А.Г. Никитенко, В.Г. Щербакова.-М.: Высш. шк., 1996.-
530 с.

4. Zagirnyak M.V. Forces in pulley-type electromagnetic separators / M.V. Zagirnyak,
R.M. Pai, S.A. Nasar, Yu.A. Branspiz
// IEEE Transaction on Magnetics.- 1985.- Vol. 22.-
№1.-
P. 63-67.

5.    Загирняк М.В. Базовые уравнения задачи синтеза Ш-образного
электромагнита / М.В. Загирняк, М.Ю. Бранспиз //
Електротехніка і Електромеханіка. -
2008.- №1.- С. 21-25.

Загирняк М.В., Бранспиз М.Ю. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ДЛЯ КРУГЛОЙ ПОДЪЕМНОЙ ШАЙБЫ

Описано результати експериментальної перевірки розв'язання оптимізаційної задачі для круглого підйомного електромагніту

Ключові словаа: електромагніт, оптимізаційна задача експериментальна перевірка

 

 

 

Zagirnyak M.V., Branspiz M.Y. EXPERIMENTAL TESTING OF SOLUTION OF THE TASK OF OPTIMIZATION FOR A ROUND LIFTING WASHER BY THE PHYSICAL MODEL

The article describes the results of experimental testing of solution of the task of optimization for a round lifting electromagnet.

Keywords: electromagnet, task of optimization, experimental testing.

Загирняк Михаил Васильевич - член-корреспондент Академии педагогических наук Украины, доктор технических наук, профессор, ректор Кременчугского национального университета имени Михаила Остроградского.

Бранспиз Мария Юрьевна - кандидат технических наук, старший преподаватель Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля.

Страницы:
1 


Похожие статьи

М В Загирняк, М Ю Бранспиз - Экспериментальная проверка на физической модели решения задачи оптимизации для руглой подъемной шайбы

М В Загирняк, М Ю Бранспиз - Экспериментальная проверка на физической модели решения задачи оптимизации для руглой подъемной шайбы