МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЛІНІЙНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГУНА УДАРНОЇ ДІЇ МЕТОДОМ КІНЦЕВИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Анотація

У статті розглянуто розробку математичної моделі лінійного асинхронного двигуна ударної дії на основі методу кінцевих елементів. Актуальність дослідження обумовлена необхідністю створення сучасних електромеханічних систем для машин ударної дії, які застосовуються у будівництві, промисловості та транспортних технологіях. Використання лінійних асинхронних двигунів дозволяє забезпечити високу надійність, компактність конструкції, значне тягове зусилля та спрощення кінематичних схем у порівнянні з традиційними механічними й гідравлічними приводами.

У роботі проведено аналіз електромагнітних процесів у лінійному асинхронному двигуні з комбінованим ротором. Математична модель побудована на основі рівнянь Максвелла з використанням векторного магнітного потенціалу. Для опису електромагнітного поля застосовано метод кінцевих елементів, який дозволяє врахувати геометричні особливості конструкції, нелінійні магнітні властивості матеріалів та розподіл електромагнітних параметрів у просторі. У моделі враховано особливості повного екранування фазних обмоток, наявність омідненого шару вторинного елемента та нелінійну характеристику магнітної проникності сталі.

У результаті моделювання отримано розподіли магнітної індукції та векторного магнітного потенціалу, визначено струми індуктора і вторинного елемента, швидкість руху, координати переміщення, потокозчеплення фаз, електрорушійні сили та втрати потужності у масивних елементах конструкції. Проведений аналіз показав, що наявність омідненого шару забезпечує концентрацію магнітного поля в повітряному зазорі та сприяє збільшенню тягового зусилля на початковому етапі пуску. Встановлено, що вторинний елемент масою 13 кг здатний досягати швидкості 2,25 м/с за 400 мс, а тягове зусилля двигуна становить до 250 Н.

Особливу увагу приділено дослідженню перехідних та усталених режимів роботи двигуна, а також аналізу впливу конструктивних параметрів на електромеханічні характеристики системи. Отримані часові залежності струмів, швидкості та тягового зусилля дозволили оцінити динамічні властивості двигуна та ефективність його роботи у режимах ударної дії. Результати моделювання підтверджують доцільність використання запропонованої конструкції у високошвидкісних електромеханічних системах.

Отримані результати підтверджують ефективність використання методу скінченних елементів для дослідження лінійних асинхронних двигунів ударної дії та можуть бути використані при проєктуванні сучасних електромеханічних систем спеціального призначення.

Ключові слова: лінійний асинхронний двигун, метод скінченних елементів, математична модель, електромагнітне поле, векторний магнітний потенціал, комбінований ротор, електромеханічні процеси, тягове зусилля, ударна дія, електропривод.