電磁線圈的動(dòng)態(tài)電磁關(guān)系分析及應(yīng)用

電磁線圈的動(dòng)態(tài)電磁關(guān)系一方面可以保證磁力機(jī)械產(chǎn)品順利工作，另一方面又影響該類(lèi)機(jī)械產(chǎn)品的工作性能。鄭水英等在研究電磁阻尼器被動(dòng)減振時(shí)，考慮了動(dòng)態(tài)電磁關(guān)系產(chǎn)生的波動(dòng)電流對(duì)阻尼器減振特性的影響，得出理論值與。

中兄為電磁線圈的電阻；L為電磁線圈的電感。在電路中，對(duì)于直流勵(lì)磁電流來(lái)說(shuō)，電感不起阻抗作用；對(duì)于交變電流來(lái)說(shuō)，電感起到阻止電流變化的作用。下面分2種情況加以說(shuō)明：（1）當(dāng)線圈中的電流為交變電流時(shí)，電磁鐵的磁阻為：則電磁線圈的電感系數(shù)為：表明：當(dāng)電磁鐵結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時(shí)，線圈的電感系數(shù)是一個(gè)常數(shù)；而當(dāng)電磁鐵的間隙發(fā)生變化時(shí)，線圈的電感系數(shù)將隨之發(fā)生變化。

線圈中因交變勵(lì)磁電流而產(chǎn)生的感抗為：阻抗為：（2）當(dāng)線圈中的勵(lì)磁電流為穩(wěn)恒電流時(shí)，電磁線圈相當(dāng)于一條導(dǎo)線，而非電感元件。此時(shí)，線圈中的阻抗為R―R（13 3電路中的感應(yīng)電流線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：①閉合回路；②磁通發(fā)生變化。對(duì)于電磁線圈來(lái)說(shuō)，其滿足產(chǎn)生感應(yīng)電流的這2個(gè)基本條件。在計(jì)算感應(yīng)電流時(shí)，特作如下假設(shè)：①忽略感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和阻抗的相位差，即認(rèn)為二者同相位；②忽略感應(yīng)電流再次引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

下面根據(jù)磁通發(fā)生變化的不同情況來(lái)討論線圈中的感應(yīng)電流：（1）種情況：電流為交變電流，間隙為靜態(tài)間隙。根據(jù)式（4）和式（12）可得）第二種情況：電流為穩(wěn)恒電流，間隙為動(dòng)態(tài)間隙。根據(jù)式（6）和式（13）可得）第三種情況：電流為交變電流，間隙為動(dòng)態(tài)間隙。根據(jù)式（8）和式（12）可得5應(yīng)用實(shí)例電流y 4分析與討論下面分析各種情況下所得感應(yīng)電流表達(dá)式的合理性：（1）在種情況下，電磁線圈中只有因交變電流而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱(chēng)為電磁線圈的自感現(xiàn)象。自感現(xiàn)象是電磁感應(yīng)的特例，所以自感現(xiàn)象遵循所有的電磁感應(yīng)規(guī)律。自感電動(dòng)勢(shì)僅能減緩原電流的變化，不會(huì)阻止原電流的變化或逆轉(zhuǎn)原電流的變化趨勢(shì)；原電流終還是要增加到穩(wěn)定值或減小到零。由此可知，感應(yīng)電流在數(shù)值上應(yīng)小于原電流，即Ik<.假設(shè)交變電流7―尺<，D為電流幅值。將該交變電流對(duì)時(shí)間A進(jìn)行求導(dǎo)，帶入式（14），再進(jìn)行取模運(yùn)算，發(fā)）第二種情況反映了動(dòng)態(tài)間隙對(duì)穩(wěn)恒電流的影響。但此時(shí)存在這樣一個(gè)問(wèn)題，即對(duì)于穩(wěn)恒勵(lì)磁電流來(lái)說(shuō)，電感將不起作用，僅相當(dāng)于一條導(dǎo)線。因此，有人認(rèn)為直流電磁鐵的勵(lì)磁電流僅與線圈電阻有關(guān)，不因間隙的大小而改變。但是，由式（6）可知，隨著間隙的變化，磁路的磁通也發(fā)生變化，進(jìn)而在閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，即間隙的變化將影響勵(lì)磁電流的大小，這樣就產(chǎn)生了矛盾。事實(shí)上，由對(duì)電磁輔助支撐和電磁阻尼器的相關(guān)研究可知，間隙的變化將導(dǎo)致勵(lì)磁電流發(fā)生變化。為解決這一矛盾，可做一個(gè)關(guān)于動(dòng)態(tài)間隙影響穩(wěn)恒勵(lì)磁電流的。電流源是電磁支撐的控制源，控制電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度和電磁力，進(jìn)而控制電磁支撐裝置的支撐剛度參數(shù)。電磁鐵由2塊鐵芯共用1塊銜鐵，呈對(duì)稱(chēng)分布，是整個(gè)支撐系統(tǒng)的執(zhí)行部件。鐵芯與機(jī)架的初始間隙均為盡，并通入相同的勵(lì)磁電流以保證電磁支撐的電磁力與動(dòng)態(tài)間隙呈線性關(guān)系。機(jī)械彈性元件與機(jī)座相連，組成機(jī)械支撐裝置，可以保證整個(gè)支撐系統(tǒng)在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)工作。銜鐵為鐵磁性材料，由機(jī)械支撐裝置和電磁支撐裝置并聯(lián)組成的支撐系統(tǒng)支撐。

機(jī)座4電磁鐵M磁電流/機(jī)械系統(tǒng)變剛度電磁支撐裝置的結(jié)構(gòu)示意圖由可知，當(dāng)銜鐵沿X方向的位移為時(shí)，上下電磁鐵的間隙由g變?yōu)椋ūM+）和（g―），且磁支撐裝置的穩(wěn)定懸浮狀態(tài)被打破，電磁鐵將沿X方向表現(xiàn)出吸力特性。

如果考慮動(dòng)態(tài)電磁關(guān)系對(duì)磁路磁通的影響，電磁線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，分別記為kl和k2.此時(shí)，電磁支撐的電磁力為：其中，A是當(dāng)考慮間隙處磁通不均勻分布而產(chǎn)生誤差時(shí)加上的修正系數(shù)，A―（1+0.lag）―1，a―0k'L1―0k'L2―0處進(jìn)行泰勒展開(kāi)，略去高階小項(xiàng)可得由式（18）可知，如果忽略感應(yīng)電流的影響，電磁力僅僅是位移z的一次函數(shù)。此時(shí)可得電磁支撐裝置的支撐剛度參數(shù)為：當(dāng)電磁支撐裝置的勵(lì)磁電流為穩(wěn)恒電流時(shí)，根據(jù)式（15）可得把式（20）代入式（18），可得由此可知，當(dāng)考慮動(dòng)態(tài)間隙對(duì)電磁支撐裝置支撐特性的影響時(shí)，電磁支撐裝置在提供支撐剛度參數(shù)K的同時(shí)，還提供一個(gè)附加阻尼參數(shù)C'，這有利于整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定。

同理，當(dāng)勵(lì)磁電流為交變電流時(shí)，根據(jù)式（16）可得將式（23）代入式（18），可得此種情況下電磁支撐的電磁力表達(dá)式：其中：，=2由上可知，當(dāng)同時(shí)考慮交變電流和動(dòng)態(tài)間隙產(chǎn)生的電磁感應(yīng)時(shí)，電磁支撐裝置的支撐特性將發(fā)生明顯變化，同時(shí)產(chǎn)生附加支撐剛度和阻尼參數(shù)。附加支撐剛度和阻尼參數(shù)有利于整個(gè)支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定，這也在某種程度上使得電磁類(lèi)機(jī)械產(chǎn)品具有一定的穩(wěn)定性。

另外，通過(guò)搭建懸臂梁實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)電磁支撐裝置的支撐參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)識(shí)別，結(jié)果表明，當(dāng)考慮動(dòng)態(tài)間隙對(duì)電磁支撐裝置支撐特性的影響時(shí)，支撐系統(tǒng)中的確存在附加阻尼參數(shù)，從而解釋了電磁支撐裝置支撐參數(shù)理論識(shí)別值與實(shí)驗(yàn)識(shí)別值之間存在差異的現(xiàn)象，進(jìn)而有力地證明了電磁線圈的動(dòng)態(tài)關(guān)系對(duì)電磁類(lèi)機(jī)械產(chǎn)品工作性能的影響是不容忽視的。

6結(jié)語(yǔ)動(dòng)態(tài)電磁關(guān)系是磁力機(jī)械產(chǎn)品順利工作的前提和基礎(chǔ)。本文通過(guò)研究影響動(dòng)態(tài)電磁關(guān)系的電流和間隙參數(shù)，得到了表征動(dòng)態(tài)電磁特性的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)態(tài)阻抗。忽略二者的相位差，即認(rèn)為二者同相位，同時(shí)忽略感應(yīng)電流再次引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，得到了不同情況下感應(yīng)電流的表達(dá)式，并對(duì)其合理性進(jìn)行了分析。后將動(dòng)態(tài)電磁關(guān)系應(yīng)用到機(jī)械系統(tǒng)變剛度電磁支撐裝置中，得到了不同情況下電磁支撐裝置存在的附加支撐剛度參數(shù)和附加阻尼參數(shù)的表達(dá)式，合理解釋了電磁支撐裝置在實(shí)驗(yàn)中存在附加阻尼參數(shù)的現(xiàn)象，從而也為磁力機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作參數(shù)的合理確定提供了理論依據(jù)。

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