Гистерезисные двигатели

Работа гистерезисного двигателя основана на действии гистерезисного момента. На рис.2.8 показаны два постоянных магнита, создающих поле статора.

Рис.2.8. Принцип действия гистерезисного двигателя

Между ними расположен цилиндр (ротор) из магнитно-твердого материала. Под действием внешнего магнитного поля ротор намагничивается. На стороне ротора, обращенной к северному полюсу постоянного магнита, возбуждается южный полюс, а на стороне ротора, обращенной к южному полюсу постоянного магнита, — северный полюс.

На ротор начинают действовать силы, направленные радиально к его поверхности. Если полюса постоянного магнита вращать вокруг ротора, то вследствие явления магнитного запаздывания (гистерезиса) активная часть ротора не будет перемагничиваться одновременно с изменением направления вращающегося магнитного поля и между осью поля ротора и осью внешнего поля появится угол γ.

Явление магнитного запаздывания заключается в том, что частицы ферромагнитного материала (помещенного во внешнее магнитное поле), представляющие собой элементарные магниты, стремятся ориентироваться в соответствии с направлением внешнего поля. Если внешнее поле изменит свое направление, то элементарные частицы меняют свою ориентацию. Однако повороту элементарных частиц препятствуют в магнитно-твердых материалах внутренние силы молекулярного трения. Для изменения направления этих частиц необходима определенная МДС, вследствие чего перемагничивание ротора несколько отстает от изменения направления внешнего поля. Это отставание (магнитное запаздывание) характеризуется углом гистерезисного сдвига γ между вектором магнитного потока ротора Ф и вектором магнитного потока обмотки статора Ф (рис. 2.8). Этот угол зависит исключительно от магнитных свойств материала ротора.

№ 32

Назначение, принцип действия, конструкция измерительных преобразователей давления

Измерение давления в неподвижной жидкости сводится к измерению силы F, действующей на поверхности S стенки, ограничивающей среду – объект измерения. Можно рассмотреть три случая: а) измерение с помощью приемника давления на стенке, состоящего обычно из отверстия, просверленного в стенке и соединенного с измерительным прибором; б) измерение деформации стенки, находящейся под действием давления; в) измерение посредством датчика давления, преобразующего входной сигнал (давление) в выходной электрический сигнал, несущий информацию о величине давления и его изменении во времени.

Приемник давления.

Если датчик расположен в близи приемника давления, то ошибка измерения, связанная с запаздыванием и присутствием измерительного прибора, невелика при условии, что объем канала и датчика мал по сравнению с полным объемом жидкости, давление или разрежение, в которой измеряются.

Непосредственное измерение давления.

Помещая на ограничивающей стенке, находящейся под давлением, измерительные тензоэлементы, можно измерить их деформацию в зависимости от приложенного давления.

Труба, в частности, может играть роль эффективного чувствительного элемента, деформирующегося под действием давления. Но она может подвергаться деформации также из-за изменения окружающих условий, вызывающих механические или термические напряжения, вследствие чего изменяются ее форма или свойства материала.

Если речь идет о системе трубопроводов, то предпочтительно установить параллельно исследуемому трубопроводу специальную манометрическую трубку. Такая трубка, выполнена из специально подобранного материала, может сочетать большую деформацию, позволяющую увеличить чувствительность, с требованиями точности, что связано с нагружением ниже предела текучести, малым коэффициентом линейного расширения и т.д.

Реализованная таким образом измерительная трубка по существу представляет собой датчик давления.

Датчики давления.

Чувствительным элементом датчика давления в большинстве случаев является динамометрический элемент, какой-либо, из параметров которого может изменяться под действием силы F=PS.

Если трубка закрыта с одного конца, то приложенное давление Р вызывает одновременно ее осевое удлинение и радиальное растяжение. Такая трубка снабжена средствами преобразования этих механических величин в электрический сигнал и передачи этого электрического сигнала, представляет собой основной элемент датчика.

Размеры трубки определяют в зависимости от максимально допустимого напряжения.

Свободный объем трубчатых датчиков может достигать нескольких кубических сантиментов, но он практически остается неизменным, т.к. деформация трубки очень мала. Датчики такого типа имеют хорошую чувствительность, поскольку форма прибора не реагирует на измеряемое давление и изменение объема во всем диапазоне измерений пренебрежимо мало.

В качестве чувствительного элемента можно использовать также мембрану. Разность давлений по обе ее стороны соответствует результирующей силе F, а деформацию можно характеризовать следующими величинами: в любой точке мембраны – радиальной и тангенциальной составляющими, в центре мембраны – ее прогибом.

При одном и том же давлении Р деформация мембраны тем больше, чем больше радиус R и чем меньше ее толщина е. Чувствительность измерений повышается с увеличением деформации, но при этом возрастают и внутренние напряжения, что вызывает опасность отклонения характеристики от линейности. Могут также возникать гистерезисные явления, связанные с неполной обратимостью деформации. Следует отметить, что с увеличением отношения R/e уменьшается собственная частота F₀. Поэтому величину отношения e/R нужно выбирать компромиссной, учитывая, что с одной стороны, допустимые напряжения, а с другой стороны – собственную частоту, которую желательно иметь как можно более высокой. Выбор величины оттого отношения зависит от характеристик материала мембраны.

Действие мембраны может сводиться к преобразованию давления в силу, и динамометрический элемент, находящийся на мембране, обеспечивает измерение этой силы. В зависимости от конкретных условий пользуется трубкой или кольцом, работающими на сжатии, либо тонкой пластинкой или скобой, работающими на изгиб. Мембрана, играющая, по существу, роль поршня, может в этом случае быть достаточно жесткой, а ее чувствительность обеспечивается гофрировкой.

В капсулах, образованных двумя гофрированными мембранами с загнутыми краями, с паяными по окружности может создаваться разряжение путем откачки воздуха (барометрические капсулы), либо, наоборот, они могут снабжаться отверстием для закачки жидкости под известным давлением Р₀ – давлением отсчета.

- уравнение деформации.

- тангенциальная деформация.

- прогиб.

- собственная частота.

№ 33