О сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя

На основi Фур’є-сингуларисного розкладення несинусоїдальних функцiй виводиться формула тягового зусилля у двотактному електромагнiтному вiбровозбуджувачi. The formula for the tractive effort of a two-stroke electromagnetic vibroexciter is obtained. This formula is based on a Fourier-singularisnal ex...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2009
Автор: Божко, А.Е.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2009
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18698
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:О сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя / А.Е. Божко // Доп. НАН України. — 2009. — № 9. — С. 92-96. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860218343627161600
author Божко, А.Е.
author_facet Божко, А.Е.
citation_txt О сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя / А.Е. Божко // Доп. НАН України. — 2009. — № 9. — С. 92-96. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
collection DSpace DC
description На основi Фур’є-сингуларисного розкладення несинусоїдальних функцiй виводиться формула тягового зусилля у двотактному електромагнiтному вiбровозбуджувачi. The formula for the tractive effort of a two-stroke electromagnetic vibroexciter is obtained. This formula is based on a Fourier-singularisnal expansion of nonsinusoidal functions.
first_indexed 2025-12-07T18:17:08Z
format Article
fulltext оповiдi НАЦIОНАЛЬНОЇ АКАДЕМIЇ НАУК УКРАЇНИ 9 • 2009 ЕНЕРГЕТИКА УДК 621.318.001.2 © 2009 Член-корреспондент НАН Украины А.Е. Божко О сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя На основi Фур’є-сингуларисного розкладення несинусоїдальних функцiй виводиться фор- мула тягового зусилля у двотактному електромагнiтному вiбровозбуджувачi. Известно [1], что в двухтактных электромагнитных вибровозбудителях (ЭМВ) на каждую электрическую обмотку, расположенную на соответствующем магнитопроводе, подается однополупериодное полусинусоидальное напряжение. Причем полупериоды этих напряже- ний на обмотках разные, т. е. напряжения противополярные. Вид таких напряжений изо- бражен на рис. 1, где U1, U2 — электрические напряжения; t — время. Напряжения U1, U2 создают в обмотках О1 и О2 соответственно электрические токи i1 и i2, которые, по закону полного тока [2], наводят в своих магнитопроводах (М1, М2) и об- щем якоре (Я) магнитные потоки Φ1 и Φ2 соответственно. Эти магнитные потоки в свою очередь создают соответствующие тяговые усилия F1, F2 в якоре, которые в соответству- ющий полупериод притягивают якорь к полюсам М1 или М2 и таким образом формируют колебания якоря. Следовательно, тяговые усилия F1, F2 являются основополагающими для возбуждения колебаний якоря в ДЭМВ. Для определения F1, F2 необходимо последовательно рассмотреть процессы, происхо- дящие в ДЭМВ. Электромагнитомеханическая схема ДЭМВ изображена на рис. 2, где D1, D2 — диоды; Пр — пружины; δ — воздушный зазор; остальные обозначения были пред- ставлены ранее. Рис. 1 92 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №9 Рис. 2 Как видно из рис. 2, ДЭМВ состоит из электрической, магнитной и механической частей. Известно [1], что тяговое усилие в ЭМВ определяется по формуле F = dWe dδ , (1) где We = Li2/2 — электромагнитная энергия; L — индуктивность электрической обмотки; I — электрический ток в обмотке. Ток i определяется в результате решения дифференциального уравнения U = ri + L di dt , (2) где r — активное сопротивление обмотки. Напряжения U1, U2, графики которых изображены на рис. 1, соответствуют напряже- нию U из (2) и являются несинусоидальными величинами. Аналитически такое напряжение представляется в виде следующего ряда Фурье [2]: U(t) = 2Ua π ( 1 2 + π 4 cos ωt + 1 1 · 3 cos 2ωt − 1 3 · 5 cos 4ωt + 1 5 · 7 cos 6ωt − · · · ) , (3) где Ua — амплитуда U(t) = Ua sin ωt; ω — круговая частота. В выражении (3) имеется постоянная составляющая Ua/π, которая в виде входного на- пряжения в электроцепи (2) является скачкообразной, математически интерпретируемой в виде скачкообразной функции (Ua/π)1(t), где 1(t) = { 1 при t > 0 0 при t < 0 } . Согласно рабо- те [3], Ua π 1(t) = Ua π ( 1 − e−αt + e−αt n ∑ k=1 Uak cos ωkt ) . (4) Здесь α — коэффициент затухания; Ua1 = 1/π, k = ωk/ω1, Uak = Ua1/k, n ≈ 12, n ∑ k=1 Uak = 1, т. е. (Ua/π)1(t) разлагается в сингуларисный ряд. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №9 93 Тогда с учетом (4) напряжение (3) приобретает вид U(t) = Ua π ( 1 − e−αt + e−αt n ∑ k=1 Uak cos ωkt ) + + 2Ua π ( π 4 cos ωt + 1 1 · 3 cos 2ωt − 1 3 · 5 cos 4ωt + 1 5 · 7 cos 6ωt − · · · ) (5) и уравнение (2) с учетом (5) записывается в следующей форме: U(t) = Ua π ( 1 − e−αt + e−αt n ∑ k=1 Uak cos ωkt ) + 2Ua π ( π 4 cos ωt + 1 3 cos 2ωt ) = = ri(t) + L di(t) dt . (6) В (6) не включены слагаемые 2Ua π ( − 1 3 · 5 cos 4ωt + 1 5 · 7 cos 6ωt − · · · ) из-за их малых значений относительно первых двух слагаемых. Ток i(t) определяем методом операционного исчисления Карсона [4]. В операционном виде (6) имеет вид U(p) = Ua π [ α p + α + n ∑ k=1 Uakp(p + α) (p + α)2 + ω2 k ] + 2Ua π ( π 4 p2 p2 + ω2 + 1 1 · 3 p2 p2 + 4ω2 ) = + I(p)L(p + ε), (7) где p = d/dt — оператор; U(p) — изображение Карсона оригинала U(t); I(p) — изображение Карсона оригинала i(t); ε = r/L — коэффициент затухания в rL входной цепи одного ЭМВ. Используя таблицы 13, 35 и 36 из работы [4], с учетом (7) получаем выражение пере- ходного процесса тока i(t) i(t) = i0(t) + i1(t) + i2(t) + i3(t), (8) где i0 = Ua πLε = Ua πr ; i1(t) = Ua πL e−αt { 1 α − ε + n ∑ k=1 Uak (α − ε)2 + ω2 k [ωk sin ωkt − (α − ε) cos ωkt] } ; i2(t) = Ua πL e−εt { − α ε(α−ε) + [ (α−ε) n ∑ k=1 Uak (α−ε)2 + ω2 k ] − 2ε [ π 4(ε2+ω2) + 1 3(ε2+4ω2) ] } ; i3(t) = 2Ua πL [ π 4(ε2 + ω2) (ε cos ωt + ω sin ωt) + 1 3(ε2 + 4ω2) (ε cos 2ωt + 2ω sin 2ωt) ] . 94 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №9 Заметим, что (8) относится к току i(t), идущему по входной цепи обмотки одного магнито- провода М1, например, в положительный полупериод входного напряжения U(t) = Ua sinωt. Для тока входной цепи обмотки другого магнитопровода М2 в отрицательный полупериод U(t) в аналитическом выражении, подобном (8), необходимо в аргументах слагаемых изме- нить t на t − π/ω. Тогда в этом выражении будут e−α(t − π/ω), cos(ωkt − π), cos(ωt − π), cos(2ωt−π), sin(ωkt−π), sin(ωt−π), sin(2ωt−π), т. е. в обмотке магнитопровода М1 ток будет записан в виде i(t), а в обмотке магнитопровода М2 — i(t − π/ω). В каждый полупериод, согласно (1), токи i(t), i(t − π/ω) создают соответствующие тяговые усилия [5] F (t) = µ0S ( w 2δ )2 i2(t), F ( t − π ω ) = µ0S ( w 2δ )2 i2 ( t − π ω ) , (9) где µ0 — магнитная проницаемость воздуха; S — площадь поперечного сечения полюса ма- гнитопровода М1 или М2 у воздушного зазора δ; w — число витков электрических обмоток О1, О2. Будем считать, что Ua, L, ε для цепей О1 и О2 одинаковые. Тогда с учетом того, что |F (t) = F (t−π/ω)| и F (t) противоположно по знаку F (t−π/ω), постоянные составляющие в F (t) и F (t − π/ω) компенсируют друг друга, а колебания якоря обусловливают i1(t) + + i2(t) + i3(t) и i1(t − π/ω) + i2(t − π/ω) + i3(t − π/ω). Включая (8) в (9), получаем выражение тяговых усилий в виде F (t) = a [ 3 ∑ l=0 il(t) ]2 , F ( t − π ω ) = a [ 3 ∑ l=0 il ( t − π ω ) ]2 , (10) где a = µ0S(w/(2δ))2. Представим в развернутом виде выражения из (10) в следующей форме: F (t) = a 〈[ 3 ∑ l=0 i2 l (t) ] + 2 {[ i0 3 ∑ l=1 il(t) ] + [ i1(t) 3 ∑ l=2 il(t) ] + i2(t)i3(t) }〉 , (11) F ( t − π ω ) = a 〈[ 3 ∑ l=0 i2l ( t − π ω ) ] + 2 {[ i0 3 ∑ l=1 il ( t − π ω ) ] + + [ i1 ( t − π ω ) 3 ∑ l=2 il ( t − π ω ) ] + i2 ( t − π ω ) i3 ( t − π ω ) }〉 . (12) Заметим, что составляющие токов в i1(t), i1(t − π/ω) в переходном процессе убывают очень быстро, так как α → ∞. Составляющие токов в i2(t), i2(t − π/ω) убывают в зави- симости от ε = r/L. Обычно в ЭМВ индуктивное сопротивление ωL ≫ r. А это значит, что ε → 0. Тогда i2(t), i2(t − π/ω) вместе с i3(t), i3(t − π/ω) обусловливают вынужденные процессы в i(t), i(t − π/ω). Для быстрого затухания i2(t), i2(t − π/ω) необходимо, чтобы в ДЭМВ U(t) = Ua sinωt было направлено от источника тока, когда r + ru ≫ ωL, где rU — активное сопротивление источника тока. Но в этом случае теряется входная энергия, превращаясь в тепло. Таким образом, с учетом (8), (11) и (12) сингуларисная формула тягового усилия двухта- ктного электромагнитного вибровозбудителя записывается в виде F (t, t−π/w) = (11)+(12). ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №9 95 Если учесть тригонометрические преобразования [6] sin x sin y = 1 2 [cos(x − y) − cos(x + y)], cos x cos y = 1 2 [cos(x − y) + cos(x + y)], sin x cos y = 1 2 [sin(x − y) + sin(x + y)], sin2 x = 1 2 (1 − cos 2x), cos2 x = 1 2 (1 + cos 2x) и др., то видно, что в формулу FΣ(t, t − π/ω) входят гармонические составляющие с мно- жеством частот, кроме ω. Такой вывод является дополнением к прежним суждениям [1] о том, что ДЭМВ вос- производит только гармонику с частотой задающего напряжения U(t). 1. Вибрации в технике: В 6-ти т. / Под ред. Э.Э. Лавендела. – Москва: Машиностроение, 1981. – Т. 4. – 510 с. 2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. – Москва: Высш. шк., 1978. – 528 с. 3. Божко А. Е. О сингуларисном разложении скачкообразной функции // Доп. НАН України. – 2008. – № 2. – С. 42–47. 4. Гинзбург С. Г. Методы решения задач по переходным процессам в электрических цепях. – Москва: Сов. радио, 1959. – 404 с. 5. Божко А.Е., Личкатый Е.А., Мягкохлеб К.Б. О двухтактном электромагнитном вибровозбудите- ле // Доп. НАН України. – 2006. – № 5. – С. 90–93. 6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. – Москва: ГИТТЛ, 1956. – 608 с. Поступило в редакцию 20.05.2008Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины, Харьков Corresponding Member of the NAS of Ukraine A.E. Bozhko On the singularisnal formula for the tractive effort of a two-stroke electromagnetic vibroexciter The formula for the tractive effort of a two-stroke electromagnetic vibroexciter is obtained. This formula is based on a Fourier-singularisnal expansion of nonsinusoidal functions. 96 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №9
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-18698
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1025-6415
language Russian
last_indexed 2025-12-07T18:17:08Z
publishDate 2009
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
record_format dspace
spelling Божко, А.Е.
2011-04-07T20:23:34Z
2011-04-07T20:23:34Z
2009
О сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя / А.Е. Божко // Доп. НАН України. — 2009. — № 9. — С. 92-96. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
1025-6415
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18698
621.318.001.2
На основi Фур’є-сингуларисного розкладення несинусоїдальних функцiй виводиться формула тягового зусилля у двотактному електромагнiтному вiбровозбуджувачi.
The formula for the tractive effort of a two-stroke electromagnetic vibroexciter is obtained. This formula is based on a Fourier-singularisnal expansion of nonsinusoidal functions.
ru
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
Енергетика
О сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя
On the singularisnal formula for the tractive effort of a two-stroke electromagnetic vibroexciter
Article
published earlier
spellingShingle О сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя
Божко, А.Е.
Енергетика
title О сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя
title_alt On the singularisnal formula for the tractive effort of a two-stroke electromagnetic vibroexciter
title_full О сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя
title_fullStr О сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя
title_full_unstemmed О сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя
title_short О сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя
title_sort о сингуларисной формуле тягового усилия двухтактного электромагнитного вибровозбудителя
topic Енергетика
topic_facet Енергетика
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18698
work_keys_str_mv AT božkoae osingularisnoiformuletâgovogousiliâdvuhtaktnogoélektromagnitnogovibrovozbuditelâ
AT božkoae onthesingularisnalformulaforthetractiveeffortofatwostrokeelectromagneticvibroexciter