Исследование пропорционального модулятора давления на основе линейного двигателя электромагнитного типа

Проведено исследование рабочего процесса пропорционального модулятора давления с линейным электродвигателем электромагнитного типа (ЛЭДЭТ). Для определения рабочих характеристик ЛЭДЭТ составлена принципиальная схема, состоящая из системы питания и управления. Система питания представляет собой автономный полумостовой инвертор. На вход преобразователя подается постоянное напряжение 12 В. Фаза двигателя питается от инвертора, в состав которого входят транзисторные ключи и диоды. Система управления автономным инвертором состоит из двух каналов – канала ограничения тока и канала линейного перемещения. Исследование основано на результатах численного и имитационного моделирования рабочих процессов ЛЭДЭТ. Численное моделирование выполнено и исследовано методом конечных элементов в среде FEMM. Геометрия модели ЛЭДЭТ заключена в область воздуха с электромагнитной проницаемостью, равной 1. Начальный радиус генерации сетки для области рабочего зазора составляет 0,5 мм, а для других областей установлен адаптивный метод генерации. Для определения непрерывной степенной функции в любой точке интервала варьирования тока i и перемещения x функции потокосцепления и электромагнитной силы аппроксимированы полиномами при помощи приложения Curve Fitting. Имитационная модель ЛЭДЭТ пропорционального модулятора построена в среде MatLab Simulink. Для решения математической модели в системе MatLab Simulink выбран неявный метод Рунге – Кутта, использующий формулы обратного дифференцирования 2-го порядка с переменным шагом. Уравнение электрической цепи фазы индукторного двигателя составлено согласно второму закону Кирхгофа. Тяговые характеристики ЛЭДЭТ получены путем перемещения запорно-регулирующего элемента (ЗРЭ) от 0 до 6 мм с шагом 1 мм при изменении магнито-движущей силы (МДС) в обмотке от 0 до 2 А с шагом 0,1 А. Установлено, что для перемещения ЗРЭ на 6 мм при скорости 40 мм/с с дискретностью 0,15 мм максимальное значение силы тока в обмотке ЛЭДЭТ равно 2,5 А. При этом значение электромагнитной силы равно 120 Н. Это позволяет повысить точность регулирования давления в тормозном приводе на 12,3 %. Предложены решения, повышающие быстродействие ЛЭДЭТ. Описаны характеристики двигателя и определены численные параметры ЛЭДЭТ. Разработанная имитационная модель позволяет исследовать функциональные свойства и динамические характеристики пропорционального модулятора с относительной погрешностью 4,07 %.

1. Рыжих, Л. А. Особенности электронно-пневматической тормозной системы транспортных средств / Л. А. Рыжих, Д. Н. Леонтьев // Автомобильный транспорт: сб. науч. трудов. Харьков: Харьковский национальный автомобильно-дорожный ун-т, 2011. № 29. С. 68–70.

2. Анализ и выбор принципов управления электропневматическими модуляторами рабочей тормозной системы автомобилей / Д. Н. Леонтьев [и др.] // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Сер. Автомобілета тракторобудування. 2012. № 60. С. 67–72.

3. Єріцян, Б. Х. Моделювання комбінованої системи нахилу кузову швидкісного рухомого складу залізничного транспорту / Б. Х. Єріцян, Б. Г. Любарський, Д. І. Якунін // Східно-Європейський журнал передових технологій. 2016. Т. 80, № 9. С. 4–17.

4. Математична модель роботи електропривода стрілочного переводу на базі лінійного двигуна / С. Г. Буряковский [и др.] // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспортi. 2015. № 3 С. 59–65.

5. Thoms, E. K. The Human Aspect in the Design of Footbrake Valve / Е. К. Thoms // Braking of Road Vehicle: Conf. Proc. London, 1983. Р. 59–64.

6. Реализация интеллектуальных функций в электроннопневматическом тормозном управлении транспортных средств / А. Н. Туренко [и др.]. Харьков: ХНАДУ, 2015. 450 с.

7. Системы автоматического регулирования и практическая реализация алгоритма управления их исполнительными механизмами / С. И. Ломака [и др.] // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Сер. Транспортное машиностроение. 2009. № 47. С. 9–18.

8. Черных, И. В. Моделирование электротехнических устройств в MatLab, SimPowerSystem и Simulink / И. В. Черных. М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. 288 с.

9. Уайт, Д. Электромеханическое преобразование энергии / Д. Уайт, Г. Вудсон. М.: Энергия, 1964. 528 с.

10. Information on http://femm.berlios.de.

11. Имитационное моделирование электропривода на базе линейного шагового привода / Б. Г. Любарский [и др.] // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Сер. Транспортное машиностроение. 2010. № 38. С. 62–71.

12. Meeker, D. Finite Element Method Magnetics [Electronic resource] / D. Meeker. 2013. Magnetics Tutorial. Available at: http://www.femm.info/wiki/MagneticsTutorial.

13. Sylvester, P. P. Finite Elements for Electrical Engineers / Р. Р. Sylvester. Cambridge University Press, 1990.

14. ДСТУ 3649–97: Засоби транспортні дорожні. Експлуатаційні вимоги безпеки до технічного стану та методи контролю. Киев: Держстандарт України, 1998. 13 с. (Національний стандарт України).