МАГНАБЕНД - ФУНДАМЕНТ ДИЗАЙН УЙЛАНУ
Төп магнит дизайны
Магнабенд машинасы чикләнгән дежур циклы булган көчле DC магниты итеп эшләнгән.
Машина 3 төп өлештән тора: -
Машина нигезен тәшкил иткән һәм электро-магнит кәтүген үз эченә алган магнит органы.
Магнит нигезенең полюслары арасында магнит агымы өчен юл бирүче кыскыч тактасы, һәм шуның белән шетметаль эш кисәген кысалар.
Магнит тәненең алгы читенә куелган һәм эш өлешенә бөкләү көчен куллану чарасы булган бөкләү нуры.
Магнит-тән конфигурациясе
Магнит тән өчен төрле конфигурацияләр мөмкин.
Магнабенд машиналары өчен икесе дә кулланылган:
Aboveгарыдагы рәсемнәрдә сызылган кызыл сызыклар магнит агымы юлларын күрсәтәләр.Игътибар итегез, "U-Type" дизайнында бер агым юлы бар (1 пар багана), ә "E-Type" дизайнында 2 агым юлы бар (2 пар багана).
Магнит конфигурациясе чагыштыру:
E тибындагы конфигурация U тибындагы конфигурациягә караганда эффективрак.
Ни өчен шулай икәнлеген аңлау өчен астагы ике рәсемгә игътибар итегез.
Сул якта U тибындагы магнитның кисемтәсе, уң ягында - E тибындагы магнит, ул бер үк U тибының 2сен берләштереп ясалган.Әгәр дә һәр магнит конфигурациясе бер үк ампер-борылышлы кәтүк белән йөртелсә, ачыкланган магнитның (E-тип) кысу көче икеләтә күбрәк булачак.Ул шулай ук корычтан икеләтә күбрәк куллана, ләкин кәтүк өчен чыбык юк диярлек!(Озын кәтүк дизайнын күзаллау).
.
Супер Магнабенд:
Тагын да көчлерәк магнит төзү өчен "E" концепциясен бу E-E конфигурациясе кебек киңәйтергә мөмкин:
3-D моделе:
Түбәндә U тибындагы магниттагы өлешләрнең төп аранжировкасын күрсәтүче 3-D рәсеме бар:
Бу дизайнда фронт һәм арткы баганалар аерым кисәкләр булып, үзәк кисәккә болтлар белән бәйләнгән.
Принципта, U тибындагы магнит тәнен бер корыч кисәгеннән эшкәртү мөмкин булса да, кәтүкне урнаштыру мөмкин булмас иде һәм шулай итеп кәтүк ситуада (эшкәртелгән магнит тәнендә) яраланырга тиеш иде. ).
Aитештерү ситуациясендә кәтүкләрне аерым җилләтеп җибәрү бик кирәкле (махсус элеккеге).Шулай итеп, U тибындагы дизайн ясалган конструкцияне эффектив рәвештә күрсәтә.
Икенче яктан, E тибындагы дизайн үзен бер корыч кисәгеннән эшләнгән магнит тәненә яхшы бирә, чөнки магнит организмы эшләнгәннән соң алдан ясалган кәтүк җиңел урнаштырыла ала.Бер кисәкле магнит организмы шулай ук магнитны яхшырак эшли, чөнки магнит агымын (һәм шунлыктан кысу көчен) бераз киметә торган төзелеш җитешсезлекләре юк.
(1990-нчы елдан соң ясалган күпчелек Магнабендлар E тибындагы дизайнны кулландылар).
Магнит төзелеше өчен материал сайлау
Магнит тәне һәм кыскыч ферромагнит (магнитизацияләнә торган) материалдан ясалырга тиеш.Корыч - иң арзан ферромагнит материал һәм ачык сайлау.Ләкин төрле махсус корычлар бар, алар каралырга мөмкин.
1) Кремний Корыч: resistanceгары каршылыклы корыч, гадәттә нечкә ламинатларда була һәм AC трансформаторларында, AC магнитларында, эстафеталарда һ.б. кулланыла.
2) Йомшак тимер: Бу материал түбән калдыклы магнитизмны күрсәтәчәк, бу Магнабенд машинасы өчен яхшы булыр иде, ләкин ул физик яктан йомшак, бу җиңел тешләнә һәм бозылачак;калдык магнитизм проблемасын башка юл белән чишү яхшырак.
3) Чуен тимер: әйләндерелгән корыч кебек җиңел магнитланмаган, ләкин каралырга мөмкин.
4) Датсыз корыч тибы 416: корыч кебек магнитлаштырып булмый һәм күпкә кыйммәтрәк (ләкин магнит тәнендәге нечкә саклагыч өслеге өчен файдалы булырга мөмкин).
5) Датсыз корыч тип 316: Бу корычның магнитсыз эремәсе, шуңа күрә бөтенләй яраксыз (өстә 4тән кала).
6) Урта углерод корыч, K1045 тибы: Бу материал магнит төзелешенә (һәм машинаның башка өлешләренә) бик яраклы.Тапшырылган шартларда бу бик авыр, ул шулай ук яхшы машиналар.
7) Урта углерод корыч тибы CS1020: Бу корыч K1045 кебек каты түгел, ләкин ул җиңелрәк, шуңа күрә Магнабенд машинасы төзелеше өчен иң практик сайлау булырга мөмкин.
Игътибар итегез, кирәкле мөһим сыйфатлар:
Sгары туендыру магнитизациясе.(Күпчелек корыч эретмәләр 2 Тесла тирәсендә туеналар),
Файдалы бүлек зурлыклары,
Очраклы зыянга каршы тору,
Машина мөмкинлеге, һәм
Акыллы бәя.
Урта углерод корыч бу таләпләргә бик туры килә.Түбән углерод корычны да кулланырга мөмкин, ләкин ул очраклы зыянга аз чыдам.Башка махсус эретмәләр дә бар, мәсәлән, супермендур, туендыру магнитизациясе зуррак, ләкин алар корыч белән чагыштырганда бик кыйммәт булганга саналырга тиеш түгел.
Урта углерод корыч кайбер калдыклы магнитизмны күрсәтә, бу борчылу өчен җитәрлек.(Калдык магнитизм бүлеген карагыз).
Көйлә
Индуктивлык кәтүге - электромагниттан магнитлаштыру агымын этәрә.Аның магнитлаштыру көче - борылышлар саны (N) һәм кәтүк токы (I) продукты.Шулай итеп:
N = борылыш саны
I = токларда ток.
Nгарыдагы формулада "N" күренеше гомуми ялгыш карашка китерә.
Борылышлар санын арттыру магнитлаштыру көчен арттырыр дип киң таралган, ләкин гадәттә бу булмый, чөнки өстәмә борылышлар токны киметәләр, I.
Туры көчәнеш белән тәэмин ителгән кәтүкне карап чыгыйк.Әгәр борылышлар саны икеләтә артса, әйләндергечләрнең каршылыгы да икеләтә артыр (озын кәтүктә) һәм шулай итеп ток ярты булыр.Чиста эффект NIда артмый.
НИны чыннан да билгели торган нәрсә - чираттагы каршылык.Шулай итеп, NI ны арттыру өчен чыбыкның калынлыгы артырга тиеш.Өстәмә борылышларның кыйммәте - алар токны киметәләр, шуңа күрә кәтүктә көчнең таралуы.
Дизайнер шуны истә тотарга тиеш: чыбык үлчәве кәтүкнең магнитлаштыру көчен чыннан да билгели.Бу кәтүк дизайнының иң мөһим параметры.
NI продукты еш кына кәтүкнең "ампер борылышлары" дип атала.
Күпме ампер борылышлары кирәк?
Корыч якынча 2 Тесла туендыру магнитизациясен күрсәтә һәм бу күпме кысу көчен алу өчен төп чик куя.
Aboveгарыдагы графиктан без 2 Тесланың агым тыгызлыгын алу өчен кирәк булган кыр көченең метрга якынча 20,000 ампер-борылыш булуын күрәбез.
Хәзер, гадәттәге Магнабенд дизайны өчен, корычтагы агым юлының озынлыгы метрның 1/5 тәшкил итә, шуңа күрә туендыру өчен (20,000 / 5) AT кирәк булачак, ягъни 4000 AT.
Моннан күбрәк ампер борылышлары булса яхшы булыр иде, шуңа күрә магнит булмаган бошлыклар (ягъни төсле эш кисәкләре) магнит схемасына кертелсә дә, туендыру магнитизациясе саклансын.Ләкин өстәмә ампер борылышлары электр энергиясен таркатуда яки бакыр чыбык бәясендә, яисә икесендә дә зур чыгымнар белән табылырга мөмкин.Шулай итеп, компромисс кирәк.
Типик Магнабенд конструкцияләрендә 3800 ампер борылыш җитештерүче кәтүк бар.
Игътибар итегез, бу сан машинаның озынлыгына бәйле түгел.Әгәр дә шул ук магнит дизайны машина озынлыгы диапазонында кулланылса, озын машиналарның калынрак чыбыклары азрак булачагын күрсәтә.Алар тулаем токны күбрәк тартырлар, ләкин ампс х борылышының бер үк продуктына ия булырлар һәм озынлык берәмлегенә бер үк кысу көче (һәм шул ук көч таркалуы) булырлар.
Бурыч циклы
Дежур циклы төшенчәсе электромагнит дизайнының бик мөһим ягы.Әгәр дә дизайн кирәк булганнан күбрәк дежур циклын тәэмин итә икән, бу оптималь түгел.Күбрәк дежур циклы табигый рәвештә күбрәк бакыр чыбык кирәк булачак (нәтиҗәдә югары бәя белән) һәм / яки кысу көче азрак булачак.
Искәрмә: dutyгары дежур цикл магнитының көче азрак таралачак, димәк, ул азрак энергия кулланачак һәм шулай итеп эшләү өчен арзанрак булачак.Ләкин, магнит кыска вакыт эчендә генә булганга, эшнең энергия бәясе гадәттә бик аз әһәмияткә ия.Шулай итеп, дизайн алымы - кәтүкнең кәрәзләрен артык кызытмаска мөмкин булганча, көчнең таралуы.(Бу ысул күпчелек электромагнит конструкцияләренә хас).
Магнабенд якынча 25% номиналь дежур циклы өчен эшләнгән.
Гадәттә бөкләнү өчен 2 яки 3 секунд кына кирәк.Шуннан соң магнит тагын 8-10 секундка сүнәчәк, эш кисәге үзгәртелә һәм киләсе бөкләнүгә әзерләнә.Әгәр дә 25% дежур циклдан артса, ахыр чиктә магнит бик эссе булыр һәм җылылык артык йөкләнер.Магнит бозылмас, ләкин кабат кулланылганчы 30 минут чамасы суынырга рөхсәт ителергә тиеш.
Кырдагы машиналар белән эш тәҗрибәсе күрсәткәнчә, 25% дежур циклы типик кулланучылар өчен шактый адекват.Чынлыкта, кайбер кулланучылар машинаның өстәмә югары көч версияләрен сорыйлар, алар азрак дежур циклы хисабына күбрәк кысу көченә ия.
Көймә киселеш өлкәсе
Индуктивлык кәтүге өчен кисемтәләр мәйданы бакыр чыбыкның максималь күләмен билгеләячәк. Мөмкин булган мәйдан кирәк булганнан артык булырга тиеш түгел, кирәкле ампер борылышларына һәм электр таралышына туры килә.Индуктивлык кәтүге өчен күбрәк урын бирү котылгысыз рәвештә магнитның зурлыгын арттырачак һәм корычта озынрак агым озынлыгына китерәчәк (бу гомуми агымны киметәчәк).
Шул ук аргумент дизайнда нинди генә кәтүк мәйданы бирелсә, ул һәрвакыт бакыр чыбык белән тулы булырга тиеш дигәнне аңлата.Әгәр дә ул тулы булмаса, димәк, магнит геометриясе яхшырак булыр иде.
Магнабенд кысу көче:
Түбәндәге график эксперименталь үлчәүләр белән алынган, ләкин ул теоретик исәпләүләр белән бик яхшы килешә.
Кысу көче математик яктан бу формуладан исәпләнә ала:
F = Ньютоннарда көч
В = Тесластагы магнит агым тыгызлыгы
А = м2 полюслар мәйданы
µ0 = магнит үткәрүчәнлеге даими, (4π x 10-7)
Мисал өчен без 2 Тесланың тыгызлыгы өчен кысу көчен исәпләячәкбез:
Шулай итеп F = ½ (2) 2 A / µ0
Берәмлек мәйданындагы көч (басым) өчен без "А" ны формулага төшерә алабыз.
Шулай итеп басым = 2 / µ0 = 2 / (4π x 10-7) N / m2.
Бу 1,590,000 N / m2 чыга.
Моны килограмм көченә әйләндерү өчен аны g (9.81) белән бүләргә мөмкин.
Шулай итеп: басым = 162,080 кг / м2 = 16,2 кг / см2.
Бу югарыдагы графикта күрсәтелгән нуль аермасы өчен үлчәнгән көч белән бик яхшы килешә.
Бу фигураны җиңел бирелгән машинаның гомуми кысу көченә әйләндереп була, аны машинаның баганасы өлкәсенә арттырып.1250E моделе өчен багана мәйданы 125 (1,4 + 3.0 + 1,5) = 735 см2.
Шулай итеп, гомуми, нуль-бушлык, көч (735 x 16.2) = 11,900 кг яки 11,9 тонна булыр;магнит озынлыгының метрына якынча 9,5 тонна.
Агым тыгызлыгы һәм кысу басымы турыдан-туры бәйле һәм түбәндә күрсәтелгән:
Практик кысу көче:
Гамәлдә бу югары кысу көче кирәк булмаганда (!), Нечкә корыч эш кисәкләрен бөкләгәндә генә тормышка ашырыла.Кара төсле эш кисәкләрен бөкләгәндә, көч өстә графикта күрсәтелгәнчә азрак булыр, һәм (бераз кызыксынып), калын корыч эшләнмәләрен бөкләгәндә дә азрак булыр.Чөнки кискен бөкләнү өчен кирәк булган кысу көче радиусның бөкләнүенә караганда күпкә югарырак.Шулай булгач, нәрсә була, иелү кыскычның алгы читен бераз күтәреп, эш кисәгенең радиусын булдырырга мөмкинлек бирә.
Формалашкан кечкенә һава аермасы кысу көченең бераз югалуына китерә, ләкин радиусның бөкләнүен формалаштыру өчен кирәк булган көч магнитның кысу көченә караганда кискен төште.Шулай итеп, тотрыклы ситуация килеп чыга һәм кыскыч юл җибәрми.
Aboveгарыда тасвирланган нәрсә - машина калынлык чикләренә якынлашканда бөкләү режимы.Әгәр дә тагын да калынрак эш кисәге сынап караса, әлбәттә, кыскыч тактасы күтәреләчәк.
Бу диаграмма шуны күрсәтә: әгәр кыскычның борын кыры кискен түгел, ә бераз радиусланган булса, калын бөкләнү өчен һава аермасы кимер иде.
Чыннан да, бу шулай һәм дөрес ясалган Магнабенд радиусланган кыры белән кыскычка ия булачак.(Радиусланган кыр шулай ук кискен кыр белән чагыштырганда очраклы зыянга азрак).
Бөкләнүнең маргиналь режимы:
Әгәр дә бик калын эш кисәгендә бөкләнергә тырышсалар, машина аны бөгеп бетермәячәк, чөнки кыскыч кына күтәреләчәк.(Бәхеткә, бу драматик рәвештә булмый; кыскыч тыныч кына бара).
Ләкин, бөкләү йөге магнитның бөкләү сыйдырышлыгыннан бераз зуррак булса, гадәттә нәрсә була, бөкләнү якынча 60 градус дип әйтәчәк, аннары кыскыч артка таба сикерә башлый.Бу уңышсызлык режимында магнит эш кисәге белән магнит караваты арасында сүрелү тудырып, бөкләнгән йөккә каршы тора ала.
Көтү аркасында уңышсызлык белән сикерү аркасында уңышсызлык арасындагы калынлык аермасы гадәттә бик күп түгел.
Лифтны сүндерү эш кисәгенең алгы читен өскә күтәрү аркасында.Кыскычның алгы читендәге кысу көче, нигездә, моңа каршы тора.Арткы кырда кысылу аз тәэсир итә, чөнки ул кыскыч тактасы урнашкан урынга якын.Чынлыкта, лифтка каршы торган гомуми кысу көченең яртысы гына.
Икенче яктан, сикерү гомуми кысу көче белән каршы тора, ләкин сүрелү аша гына була, шуңа күрә реаль каршылык эш кисәге белән магнит өслеге арасындагы сүрелү коэффициентына бәйле.
Чиста һәм коры корыч өчен сүрелү коэффициенты 0,8 кадәр булырга мөмкин, ә майлау булса, ул 0,2 кадәр түбән булырга мөмкин.Гадәттә, алар арасында каядыр була, бөкләнүнең маргиналь режимы гадәттә сикерү аркасында була, ләкин магнит өслегендә сүрелүчәнлекне арттыру омтылышы файдасыз дип табылды.
Калынлык сыйдырышлыгы:
Электрон типтагы магнит тән өчен 98 мм киңлектә һәм 48 мм тирәнлектә һәм 3800 ампер-борылыш кәтүге белән тулы озынлыктагы бөкләү көче 1,6 мм.Бу калынлык корычтан да, алюминийдан да кулланыла.Алюминий таблицасында кысылу азрак булыр, ләкин аны бөкләү өчен аз момент кирәк, шуңа күрә бу металлның ике төренә дә охшаш үлчәү сыйдырышлыгы бирә.
Билгеләнгән бөкләү сыйдырышлыгында кайбер саклыклар булырга тиеш: иң мөһиме - металлның уңыш җитештерүчәнлеге төрлечә булырга мөмкин.1,6 мм сыйдырышлык 250 MPa кадәр уңыш стрессына һәм 140 MPa кадәр уңыш стрессына ия булган алюминийга кагыла.
Датланмаган корычның калынлыгы 1,0 мм тирәсе.Бу сыйдырышлык башка металлларга караганда күпкә кимрәк, чөнки пасовкасыз корыч гадәттә магнитсыз, ләкин югары җитештерүчәнлек стрессына ия.
Тагын бер фактор - магнит температурасы.Әгәр дә магнит кайнар булырга рөхсәт ителсә, кәтүкнең каршылыгы югарырак булачак, һәм бу үз чиратында түбән ампер-борылыш һәм түбән кысу көче белән аз токны тартуга китерәчәк.(Бу эффект гадәттә шактый уртача һәм машинаның спецификацияләренә туры килмәве ихтимал).
Ниһаять, магнит кисемтәсе зуррак булса, калынрак сыйдырышлык Магнабендлар ясарга мөмкин.