Способ управления процессом движения дискретной вторичной частью в электромеханическом преобразователе
METHOD FOR CONTROLLING MOTION PROCESS OF DISCRETE SECONDARY PART IN ELECTROMECHANICAL CONVERTER

Изобретение относится к электромеханике, а именно – к способу управления процессом движения вторичной дискретной части в электромеханическом преобразователе с дискретной вторичной частью, который является относительно новым типом устройств с дискретной вторичной частью, сочетающий в себе свойства активаторов вихревого слоя и индукторных машин.
Электромеханический преобразователь с дискретной вторичной частью реализован на базе индукторной машины без ротора и тем самым обладает способностью к управлению коммутациями фаз, что обеспечивает возможность управления большой совокупностью ферромагнитных частиц по заранее спроектированной траектории движения.
Известен способ (Асташев М.Г. Панфилов Д.И. Буренков К.Э. Особенности построения преобразователей для вентильно- индукторных двигателей автомобильных систем. Электроника и электрооборудование транспорта. 2009. №5-6. С.14-18), включающий в себя уменьшение числа силовых полупроводниковых ключей, входящих в систему управления индукторной машины. С этой целью фазные обмотки индуктора соединяют по схеме «звезда». Однако в данном случае и без того сложное управление движением вторичной дискретной частью, усложняется тем, что в каждый момент времени ток протекает одновременно по нескольким электрически связанным друг с другом фазам.
Известен способ (RU 2 694 364 C1 H02P 25/08, H02P 25/083, H02P 25/092) управления индукторной машиной, применяемый на транспортных машинах и тракторах с электрической трансмиссией и в промышленных приводах. Техническим результатом данного изобретения является уменьшение пульсаций крутящего момента без использования дорогостоящего конвертера. Статор управляемой индукторной машины содержит q фазных обмоток, соединенных «звездой», причем конвертер индукторной машины состоит из одного общего полумоста с входом управления и q фазных полумостов с входами управления.
Недостатком данного способа, предполагающее невозможность применения способа для управления процессом движения электромеханическим преобразователем с дискретной вторичной частью является обязательное применение в указанном выше изобретении датчика положения ротора, создающего обратную связь и передающее угол положения ротора, относительно которого происходит коммутация соотетствующих фаз индуктора.
Известно, что в условиях отсутствия монолитного внутреннего магнитного сердечника, между ферромагнитным элементом и токовой областью, создающей электромагнитное поле, возникает большой немагнитный зазор, в наихудшем случае равный половине диаметра рабочей камеры. В результате значения магнитной индукции вдоль зубцов индуктора превышают аналогичный показатель в центральной части рабочей камеры в 3-4 раза.
Особенности распределения электромагнитного поля создают условия, когда значение магнитной индукции вдоль расточки индуктора существенно превышает аналогичный показатель в центральной области рабочей камеры, что неизбежно влечет за собой существенные проблемы при реализации процесса обработки сырья.
В процессе работы распределение ферромагнитных элементов, в соответствии с электромагнитным полем, также оказывается неоднородным. В результате, интенсивное движение рабочих элементов осуществляется только в достаточно узкой области пространства рабочей камеры, когда первая часть элементов «залипает» вдоль расточки индуктора, а вторая осуществляет движение, не проходя через центральную область. В работе подобные области с отсутствием механохимического воздействия со стороны ферромагнитных элементов на обрабатываемое сырье получили название «мертвых» зон. Таких зон в существующих устройствах с дискретной вторичной частью две. «Мертвая» зона 1-го порядка в области углов зубцов индуктора обусловлена залипанием ферромагнитных элементов ввиду больших значений магнитной индукции. «Мертвая» зона 2-го порядка появляется в основном по причине неоднородности распределения электромагнитного поля, когда значение магнитной индукции в центре индуктора столь мало, что не оказывает существенного влияния на рабочие элементы, значительно уступая прочим внешним воздействиям, в том числе гидродинамическим силам со стороны жидкого материала и центробежным силам.
Задача заключается в обеспечении энергетически эффективных работ устройств с дискретной вторичной частью.
Технический результат заключается в исключении «мертвых» зон 1-го и 2-го порядка, что повышает эффективность обработки жидких материалов, за счет увеличения единовременно обрабатываемого объема вещества.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет того, что по способу управления электромеханическим преобразователем с дискретной вторичной частью сначала возбуждают последовательно по направлению движения часовой стрелки две близлежащие фазы индуктора для осуществления движения ферромагнитных элементов по окружности вдоль рабочей камеры без залипания в области углов зубцов индуктора. Затем включают комбинации катушек, для осуществления движения ферромагнитных элементов через центр рабочей камеры, для этого возбуждают фазы 2,4,6 индуктора в момент нахождения элементов на стороне рабочей камеры, противоположной фазе 2, а в момент прохождения элементов через центральную ось рабочей камеры отключают данные фазы и возбуждают фазы 3,5,7; затем возбуждают фазы 3,4,5 и отключают фазы 7 для ускорения движения элементов при приближении к противоположной стороне индуктора.
На Фиг. представлено изменение порядка следования возбуждаемых фаз.
Продолжая проводить аналогию с индукторными машинами, можно предположить, что движение дискретной вторичной части в первую очередь будет зависеть от алгоритмов управления фазами. Для электромеханического преобразователя с дискретной вторичной частью необходимо определить два основных алгоритма коммутации, реализующих различные процессы движения ферромагнитных элементов.
Первый алгоритм - базовый, для обеспечения движения дискретной вторичной части по окружности вдоль расточки индуктора.
Второй - специальный, предполагающий включение комбинации нескольких различных фаз, для создания условий перемещения ферромагнитных элементов через центр рабочей камеры.
Для уменьшения негативного влияния «мертвой» зоны 1-го порядка, выбирается алгоритм коммутации фаз, при котором значение электромагнитного усилия вдоль оси OX принимает максимальное значение. При удалении от активного полюса, как в диаметральном, так и в хордовом направлении, максимальное значение электромагнитного усилия, действующего на единичный ферромагнитный элемент, соответствует парному алгоритму коммутации фаз, принимаемому базовым для исследуемого электромеханического преобразователя с дискретной вторичной частью. В результате при применении парного алгоритма коммутации, при котором одновременно включаются две ближайшие катушки, вероятность «залипания» в межзубцовой зоне существенно меньше за счет большего свободного пути, пройденного элементом до момента притяжения к активному полюсу.
Для устранения «мертвой» зоны 2-го порядка и создания условий перемещения элемента через центр рабочей камеры, необходимо обеспечить максимальное значение вдоль проекции оси OY, когда ферромагнитный элемент движется больше в вертикальном направлении, перемещаясь к центру рабочей камеры. В противном случае, ферромагнитный элемент притянется к ближайшему активному полюсу вдоль рабочей камеры.
Работает устройство следующим образом.
Индуктор электромеханического преобразователя с дискретной вторичной частью реализован на базе 10 полюсной индукторной машины. Сосредоточенная катушечная обмотка расположена на полюсах индуктора и подключена к блоку управления, осуществляющим возбуждение соответствующих катушек. Возбуждение катушек осуществляется по заранее разработанным алгоритмам, которые обеспечивают оптимальное движение большой совокупности ферромагнитных элементов по всему объему рабочей камеры, исключая наличие «мертвых» зон 1-го и 2-го порядка. Основной режим работы устройства реализуется с применением первого алгоритма коммутации, согласно которому возбуждаются последовательно по направлению движения часовой стрелки две близлежащие фазы индуктора (с 1 по 10 фазу), чтобы реализовывать процесс движения ферромагнитных элементов по окружности вдоль рабочей камеры без залипания в области углов зубцов индуктора. Для осуществления перемешивания содержимого рабочей камеры и устранения «мертвой» зоны 2-го порядка применяется второй алгоритм коммутации катушек индуктора, согласно которому при приближении элементов на противоположной фазе 2 стороне рабочей камеры одновременно возбуждают фазы 2,4,6. В момент прохождения элементов через центральную ось рабочей камеры отключают фазы 2,4,6 и одновременно возбуждают фазы 3,5,7, что позволяет поддерживать движение большой совокупности ферромагнитных элементов через центр рабочей камеры. Затем возбуждают фазы 3,4,5 и отключают фазы 7 для ускорения движения элементов при приближении к противоположной стороне индуктора. Дальнейшее движение ферромагнитных элементов осуществляют по первому алгоритму.