电磁铁的动态特性的仿真与分析

u = iR + L ( x )
图4 直流电源作用下的位移波形和电流波形
动铁的机械运动方程为
d v ( x) ( 5) 。 dt 式中 : m 为动铁的质量 ,kg ; Fl 为弹簧合力 ,N 。
Fe - Fl = m
由式 ( 4) 和式 ( 5) 并考虑到位移 x 与速度 v 的关 系 ,可以得到电磁铁的运行方程为 :
MAT LAB/ Simulink 仿真软件 , 可以在磁路分析法的
磁阻计算公式 : R i = l i / μiA i 。
( 1)
式中 : R i 为第 i 个磁阻 ,H - 1 ; l i 为第 i 个磁阻磁路的 等效长度 ,m ; A i 为第 i 个磁阻磁路的截面积 ,m2 ; μi 为第 i 个磁阻磁路材料的磁导率 ,H/ m 。 由图 1 等效磁路和式 ( 1) 即可算出磁路的总磁 阻 R ( x ) ,继而求得电磁铁的电感 ( 不计磁饱和) 。 L ( x ) = N 2 / R ( x ) 。 变化的计算结果 。
设计制造和应用都具有重要的参考价值 。 关键词 : 电磁铁 ; 动态特性 ; 仿真 中图分类号 : TM154. 1 文献标识码 : A
Abstract : In this paper , the electromagnetic dynamic simulation model for matlab/ simulink is obtained based on the equivalent magnetic circuit method results. The dynamic simulation model has very high referring value for designing electromagnetic actuators. Key Words : electromagnetic actuator ; daraetvistic ; simulation dynamic
i =1
支路号
1 2 ,3 4 ,5
ρ ( m i , ni ) 2 ,其中 k 为量测总数 。迭代只需 3 次即
k
可收敛 ,时间少于 0. 01 s , 量测值与准确值之差为
0. 222 793 ,估计值与准确值之差为 0. 036 781 。结果
表2 支路 - 节点关联信息 支路号
1 2 3 4 5
i = x =
1
L ( x)
t
∫u 0
e
t
iR - vi
dL ( x) dt dx
( 6)
vd t ∫ 1 (F v = m∫
0
t
来自百度文库
0
- Fl ) d t
图5 工频交流电源经全波整流作用下的位移波形和电流波形
由式 ( 6 ) 可得出用 MAT LAB/ Simulink[2 ] 仿真电 磁铁的动态特性的框图 ,如图 3 所示 。
图3 电磁铁的动态特性仿真框图
图6 工频交流电源作用下的位移波形和电流波形
3 电磁铁的仿真计算
电磁铁的动态特性不仅与自身的参数有关 , 也 与负载特性和电源的种类有关 。图 4～图 6 为不同 电源激励下的某电磁铁的动态工作过程 。通过对
4 结束语
本文给出了用磁路分析法计算电磁铁的参数 , 用 MAT LAB/ Simulink 对电磁铁的动态特性进行仿真 的计算方法 ,可为设计制造和实际工 ( 下转第 204 页)
第 3 期 白志红等 : 电磁铁的动态特性的仿真与分析 201 电磁铁的动态特性分析 , 可以预示电磁铁往复振动 的最高频率 、 工作行程等重要特性 , 对电磁铁的设 计制造和实际应用具有一定的参考价值 。
图2 电感 L ( x) 随位移 x 变化曲线
始端节点号
0 1 1 3 3
末端节点号
1 2 3 4 5
表明该算法收敛快速可靠 , 计算精度高 , 可满足实 际需要 。
5 结束语
本文按照面向对象技术实现了基于支路功率 的状态估计算法 ,经测试证明 ,具有编程简单 、 收敛 可靠 、 快速等特点 ,有很好的在线应用前景 。 参考文献 :
[1 ] 孙宏斌 ,张伯明 ,相年德 1 基于支路功率的配电状态估
3 基于面向对象技术的配电状态估计
a 1 按照上述方法进行网络分层 。 b1 初始化 。形成量测雅格比矩阵 H′ ′ P 和 H Q ,
计算法 [J ]1 电力系统自动化 ,1998 ,22 (8) :12～161
[2 ] IEEE Distribution Planning Working Group Report. Radial Distribution Test Feeders. IEEE Trans on Power Systems , 1991 ,6 (3) :975～9851 [3 ] 于尔铿 1 电力系统状态估计 [M]1 北京 : 水利电力出版
e1 由 [ P l k) , Q l k) ] T ,从根节点出发 ,顺序访问
( (
图1 6 节点线路网络拓扑
层链表中的各个层 ( 即从第 1 层开始) ,通过回推计 算得到每层中各支路末节点电压 V ( k) 。
f 1 顺序访问节点链表中的各个节点 , 计算得相
首先确定根节点 0 的位置 ,然后从根节点开始 网络分层 。根节点由出线开关 ( 断路器 ) 的状态决 定 ,如果出线开关闭合 ,则其末节点就作为根节点 , 建立相应的节点对象添加进节点链表之后 , 建立第
形成信息矩阵 G′ ′ P 和 G Q 并进行因子分解 ( 采用三 角分解) 。初始化节点电压 , 其电压幅值取根节点 电压量测值 ,支路首端功率的初值赋为零 。
c1 由状态量 、 节点电压和量测量进行量测变换 ( 具体见文献 [ 1 ] ) 。
社 ,19851
[ 责任编辑 : 王 琨]
( 上接第 201 页) 程应用该类电磁铁的工作人员参考 。
2004 年 第 19 卷 第 3 期 Vol . 19 No. 3 2004 电 力 学 报 ( 总第 68 期) JOURNAL OF ELECTRIC POWER ( Sum. 68)
文章编号 : 1005 - 6548 (2004) 03 - 0200 - 02
电磁铁的动态特性的仿真与分析
白志红1 , 周玉虎1
( 11 太原理工大学电力与动力工程学院 ,山西 太原 030024)
Ξ
Dynamic Simulation and Analysis of Electromagnetic Sctuator
( 11 Electrical and Power Engineering College Taiyuan University of Technology ,Taiyuan 030024 ,China)
电磁铁是利用电磁吸力做机械功从而将电能 转换为机械能的电器 。它广泛用于远距离操纵各 类机械装置 , 开启或关闭各类气压和液压阀门等 。 此外 ,电磁铁也是很多电磁电器的基本组成部件 , 例如 : 继电器 、 接触器 、 电磁离合器等 。 分析描述电磁铁的动态特性是设计出高性能 电磁铁的 1 个重要环节 。分析电磁铁特性的文献 有很多 ,大都采用求解磁场的方法 , 这些方法虽能 达到很高的计算精度 ,但计算复杂 、 工作量大 ,在实 际工程应用中存在很多困难 。而磁路分析法简单 易行 、 计 算 工 作 量 很 小 , 适 于 工 程 上 采 用 。采 用
2004 年 电 力 学 报 204 不再介绍 。下面以图 1 为例介绍支路分层方法 。 d1 逆序访问支路链表中的各个支路 , 按式 ( 1) 估计得支路首端功率 [ P (l k) , Q (l k) ] T 。
1 层类对象 ,加入层链表 ,以根节点 0 作为首端的支
邻 2 次迭代电压差模分量的最大值 max| ΔV i | , 如 比收敛标准 ε小则退出 ,否则转 d1 继续迭代 。
路称为第 1 层支路 ,分别建立支路对象加入第 1 层 的支路链表 ,同时添加进支路各自的首末节点的支 路链表中 , 支路的末节点类对象分别加入节点链 表 。从第 1 层支路的末节点引出的所有支路称为 第 2 层支路 ,分别建立支路对象加入第 2 层的支路 链表 ,其余同第 1 层情况 , 以此类推 。分层后形成 的层 - 支路 ,支路 - 节点关联信息如表 1 、 2 所示 。
( 2)
图 2 给出了某电磁铁电感 L ( x ) 随动铁位移 x
基础上 ,对电磁铁的动态特性进行适当的仿真 。
Ξ 收稿日期 : 2004 - 06 - 01 作者简介 : 白志红 (1980 - ) ,女 ,山西运城人 ,太原理工大学在读硕士 ,从事特种电机研究 ; 周玉虎 (1979 - ) ,男 ,山西运城人 ,太原理工大学在读硕士 ,从事特种电机研究 。
图1 电磁铁的磁路分布和等效磁路
- 1 图 1 中 R g0 、 R g1 ( x ) 、 R g2 ( x ) 为气隙磁阻 , H ;
x 为动铁的位移 ,m ; Rm0 、 Rm1 为铁心磁阻 , H
- 1
; F
为激磁线圈的磁动势 ,A , F = Ni ( N 为激磁线圈的
)。 匝数 ; i 为线圈中的电流 ,A 。
BAI Zhi2hong1 , ZHOU Yu2hu1
摘 要: 在磁路分析法的基础上建立了电磁铁的
simulink 动态仿真模型 , 该模型对于该类电磁铁的
1 电磁铁的磁路分析
电磁铁的基本结构和磁路分布如图 1 所示 。 由于气隙较小 , 通常可用磁路分析法进行参数计 算 [1 ] 。根据磁通路径可画出其等效磁路 ,见图 1 。
表1 层 - 支路关联信息 层 号
1 2 3
4 算例测试
本文用 Visual C + + 实现了基于支路功率的状 态估计算法 。为测试软件的性能 , 利用 IEEE34 节 点系统 [2 ] 。测试中 ,量测值采用潮流计算值加上量 测误差生成 , 量测误差是均值为 0 的随机误差 , 量 测权系数由程序自动取值为量测误差的方差的倒 数 [3 ] 。为说明状态估计的效果 ,分别计算量测值与 准确值之差 、 估计值与准确值之差 , 以量测值与准 确值之差为例说明算法 , 设第 i 个量测值为 m i , 对 应准确 值 为 ni , 则 量 测 值 与 准 确 值 之 差 定 义 为
电磁力的计算公式为 : Fe =
1 2 dL ( x) i 。 2 dx ( 3)
可见电磁力是电流 i 和位移 x 的函数 。
2 电磁铁的仿真模型的建立
设线圈 2 端的电压为 u ,则电磁铁电压方程为
di dL ( x) ( 4) + vi 。 dt dx 式中 : v 为动铁运动速度 ,m/ s ; R 为线圈电阻 ,Ω。
参考文献 :
[1 ] 冯慈璋 ,马西奎 1 工程电磁场导论 [M] 1 北京 : 高等教育
出版社 ,20001 [2 ] 陈怀琛 1matlab 在电子信息课程中的应用 [M] 1 北京 : 电 子工业出版社 ,20011
[ 责任编辑 : 王 琨]