Проектирование ИДМ с учётом собственных параметров ЕНЭ

Из табл.3.3 и табл.3.4 видно, что ёмкость конденсаторов, применяемых в ЕНЭ при проектировании ИДМ с исходными данными из и. 3.5., меняется в широких пределах — от 300 до 2300 мкФ, напряжение заряда UcO — от 300 до 800 В. Теперь может быть подобран тип конденсатора, подходящий для ЕНЭ.

Для указанных диапазонов ёмкостей и напряжений подходящими являются конденсаторы типа DC 85-С (см. п. 1.11.). На рис. 1.41,а приведена схема замещения конденсаторов, а на рис. 1.41,6 — справочные данные по последовательному сопротивлению и последовательной индуктивности конденсаторов. Эти данные аппроксимированы, и могут использоваться при оптимизационных расчётах.

Так как в оптимизационных расчётах до сих пор паразитные параметры — последовательное сопротивление и последовательная индуктивность конденсаторов — не учитывались, то в пп Parameter_IDM строка с вызовом пп C_serialRL была закомментирована, и имела вид:

1 CALL C_serialRL (emk, CRs, CLs, nn).

Для учёта паразитных параметров конденсаторов типа DC 85-С знак комментария в этой строке должен быть удалён.

Все шаги по поиску минимальной энергии и параметров оптимального ИДМ без учёта (см. п. 3.5.1.). и с учётом и паразитных параметров кондснсаторов — идентичны. Поэтому здесь без детального обсуждения приведены результаты оптимизационных расчётов с учётом паразитных параметров конденсаторов.

В табл.3.5 представлены оптимальная ёмкость и оптимальные параметры ИДМ для различных напряжений заряда ЕНЭ. Учтены паразитные параметры конденсаторов DC 85-С. При сравнении с результатами из табл.3.3, там паразитные параметры конденсаторов не учитывались, видно, что для обеспечения того же времени срабатывания ИДМ tsrZad=2/vic ёмкость ЕНЭ (соответственно и энергия) должна быть увеличена.

Таблица 3.5

Так, рост ёмкости (энергии) ЕНЭ при напряжении Uc0=300 В составляет 1.2%, и при увеличении напряжения равномерно спадает до 0.5% при Uc0=800 В. Т. е. чем выше напряжение, тем менее сказывается на результаты отсутствие учёта паразитных параметров конденсаторов.

Параметры ИДМ при этом остаются практически такими же, как и в табл.3.3. Заметим также, что, но сравнению с табл.3.3 погрешность расчётов времени срабатывания оптимального ИДМ, полученного по 2-х контурной схеме замещения (с сосредоточенными параметрами (столбец 8)), по отношению к времени срабатывания, полученному при решении полевой задачи с распределёнными параметрами (столбец 9), выросла примерно на 0.2%. При решении полевой задачи паразитные параметры конденсаторов также учитывались.

Зависимости параметров ИДМ (из столбцов 2−6 табл.3.5) в функции напряжения UcO имеют вид, аналогичный зависимостям на рис. 3.6.

Разработчик ИДМ может получить оптимальные параметры ЕНЭ и ИДМ, более точно обеспечивающие заданное время срабатывания tsrZad=2MC, чем время из столбца 9 табл.3.5. В этом случае, следуя схеме поиска оптимального варианта из п. З.5.1., следует изменить время tsrZad для оптимизации, и затем, решая в динамике полевую задачу, уточнить время срабатывания ИДМ.

В табл.3.6 в столбце 8 (с учётом времени срабатывания из столбца 9 табл.3.5) указано новое заданное время срабатывания tsrZad для оптимизации. Результаты оптимизации — в столбцах 2−7 табл.3.6. Таблица 3.6 — аналог табл.3.4, результаты которой получены без учёта паразитных параметров конденсаторов.

Таблица 3.6

Из сопоставления этих таблиц следует, что паразитные параметры конденсаторов увеличивают ёмкость (энергию) ЕНЭ на 1−2%. Параметры ИДМ остаются практически теми же.

Зависимости параметров ИДМ (из столбцов 2−6 табл.3.6) в функции напряжения UcO имеют вид, аналогичный зависимостям на рис. 3.7.

Вернёмся к исходным данным для проектирования ИДМ (см. п. 3.5,). По этим данным для напряжения ЕНЭ Uc0=300B получен вариант оптимального механизма (см. табл.3.6, строка 1), у которого:

twKz=10MM; rKvn=10MM; rDvn=5MM; hDisk=6MM; С =2310,2мкФ; nwK= 49; rDnar= 56,8 мм; twKr=0,8756 мм; tsr=1,983c.

Если попытаться изготовить ИДМ с указанными параметрами, то сразу возникает вопрос о толщине ленты.

В сортаменте |Л8] имеется медная лента шириной 10 мм (в исходных данных была задана как twKz=10MM), но лента с такой шириной и толщиной 0,8756 мм отсутствует. Ближайшим размером является 0.9 мм.

Теперь следует задать twKr=0,9 MM и отключить оптимизацию по этому параметру.

Массив OPTPAR в файле MAIN. DAT должен иметь вид: OPTPAR=t, 3*f, t, 2*f.

Оптимизации подлежат только число витков катушки nwK и наружный радиус диска rDnar.

Ориентируясь на данные из табл.3.6 (строка 1), в файле DATA2. DAT устанавливаем tsrZad=1.85.

Результаты оптимизации по 2-х контурной схеме замещения сведены в табл.3.7. По данным оптимизации (столбцы 2−7) выполнен расчёт по уточнённой модели ИДМ с распределёнными параметрами. Время срабатывания ИДМ составило 2.019 мс (столбец 10), что отличается от требуемых 2 мс на 19 мкс (на 0.95%).

Таблица 3.7.

Если этот результат не удовлетворяет разработчика, то можно повторить поиск минимальной ёмкости (энергии) ЕНЭ и оптимизацию ИДМ, уменьшив tsrZad на 19 мкс. В этом случае в файле DATA2. DAT устанавливаем tsrZad=1.831, и вновь оптимизируем. Результаты новой оптимизации представлены в табл.3.8.

Таблица 3.8

Получены ёмкость ЕНЭ (С=2303,2 мкФ) и параметры ИДМ, которые удовлетворяют исходным данным (п. 3.5.) для проектирования. Осталось подобрать конденсаторы, которые следует использовать в ЕНЭ.

Для подбора ёмкости воспользуемся данными табл.1.7 (см. п. 1.11.).

Например, если паралельно соединить четыре конденсатора ёмкостью 430 мкФ и один 570 мкФ, то результирующая ёмкость составит 2290 мкФ, и будет близка к найденной 2303,2 мкФ (табл.3.8, столбец 2). Ёмкость 2290 мкФ меньше найденной 2303,2 мкФ. Но это и не плохо, так как меньшая энергия ЕНЭ обеспечит бОльшее, чем 1,994 мс (табл.3.8, столбец 10) время срабатывания ИДМ и, возможно, приблизит его к заданному в исходных данных tsrZad=2 мс.

Для подобранной ёмкости ЕНЭ 2290 мкФ решена полевая задача в динамике. В результате решения полевой задачи получен эскиз ИДМ и его динамические характеристики (рис. 3.8). Из рис. 3.8 видно, что время срабатывания оптимального ИДМ равно точно 2 мс.

Рис. 3.8.

Надо учитывать, что при проектировании ИДМ ёмкость ЕНЭ подобранна из конденсаторов по их номинальной ёмкости. Реальная ёмкость у конденсаторов типа DC 85-С по справочным данным может отклоняться от номинальной на +0% ч- -15%.

Эскиз ИДМ программа поместила в файл image_IDM.bmp (рис. 3.9).

Таким образом, в результате проектирования получен ИДМ (рис. 3.9) со следующими данными (пояснения к данным см. п. 2.10.1.): twKz=10MM; rKvn=10wwv; rDvn=5MM; hDisk=6MM; Uc0=300B; С=2290мкФ; nwK=50; rDnar=58,94 MM; twKr=0,9 MM; tsr=2MC; tlzwwr=0.lMM; udSoprK=1.7−10 ⁸Omm; s0=0.2mm; udSoprD=2.410⁸OMM; YdPID=2800Kr/M^J; roProv=1.7−10 ⁸Om;

DiamPr=3ivnv; TizPr=lMM; DIProv=0.5M; LTiristor=1.2110 ⁷Гн; RTiristor=2.33MOM.

Рис. 3.9.

Ёмкостный накопитель энергии ИДМ составлен из конденсаторов типа DC 85-С: четырёх штук ёмкостью 430 мкФ и одного ёмкостью 570 мкФ.

В качестве коммутатора применяется тиристор типа Т161−160.

Максимальный ток в катушке — 1.389 кЛ; в диске — 52.83 кА; максимальная скорость диска — 5.181 м/с; максимальная электормагнитная сила отталкивания, действующая на диск — 7.205 кН, притяжения 63.39 Н; время срабатывания — 2 мс.

ИДМ удовлетворяет следующим данным: напряжение питания ЕНЭ Uc0=300 В; время срабатывания tsrZad=2Mc; перемещаемая (присоединённая к диску) масса Amas=0.5 кГ; полный ход присоединённой массы xkon=8 мм; механическая характеристика присоединённого к диску механизма (вид характеристики см. на рис. 1.7) для которой: Fm0=30H; Fml=70H; х1=4мм; xkon=8 мм; zl=5000 Н/м; z2=10 000 Н/м.