電磁線圈的動態電磁關系分析及應用

電磁線圈的動態電磁關系分析及應用

電磁線圈的動態電磁關系一方面可以保證磁力機械產品順利工作，另一方面又影響該類機械產品的工作性能。鄭水英等在研究電磁阻尼器被動減振時，考慮了動態電磁關系產生的波動電流對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，對于直流勵磁電流來說，電感不起阻抗作用；對于交變電流來說，電感起到阻止電流變化的作用。下面分2種情況加以說明：（1）當線圈中的電流為交變電流時，電磁鐵的磁阻為：則電磁線圈的電感系數為：表明：當電磁鐵結構參數一定時，線圈的電感系數是一個常數；而當電磁鐵的間隙發生變化時，線圈的電感系數將隨之發生變化。

線圈中因交變勵磁電流而產生的感抗為：阻抗為：（2）當線圈中的勵磁電流為穩恒電流時，電磁線圈相當于一條導線，而非電感元件。此時，線圈中的阻抗為R―R（13 3電路中的感應電流線圈中產生感應電流的條件是：①閉合回路；②磁通發生變化。對于電磁線圈來說，其滿足產生感應電流的這2個基本條件。在計算感應電流時，特作如下假設：①忽略感應電動勢和阻抗的相位差，即認為二者同相位；②忽略感應電流再次引起的電磁感應現象。

下面根據磁通發生變化的不同情況來討論線圈中的感應電流：（1）種情況：電流為交變電流，間隙為靜態間隙。根據式（4）和式（12）可得）第二種情況：電流為穩恒電流，間隙為動態間隙。根據式（6）和式（13）可得）第三種情況：電流為交變電流，間隙為動態間隙。根據式（8）和式（12）可得5應用實例電流y 4分析與討論下面分析各種情況下所得感應電流表達式的合理性：（1）在種情況下，電磁線圈中只有因交變電流而產生的感應電動勢，稱為電磁線圈的自感現象。自感現象是電磁感應的特例，所以自感現象遵循所有的電磁感應規律。自感電動勢僅能減緩原電流的變化，不會阻止原電流的變化或逆轉原電流的變化趨勢；原電流終還是要增加到穩定值或減小到零。由此可知，感應電流在數值上應小于原電流，即Ik<.假設交變電流7―尺<，D為電流幅值。將該交變電流對時間A進行求導，帶入式（14），再進行取模運算，發）第二種情況反映了動態間隙對穩恒電流的影響。但此時存在這樣一個問題，即對于穩恒勵磁電流來說，電感將不起作用，僅相當于一條導線。因此，有人認為直流電磁鐵的勵磁電流僅與線圈電阻有關，不因間隙的大小而改變。但是，由式（6）可知，隨著間隙的變化，磁路的磁通也發生變化，進而在閉合電路中產生感應電流，即間隙的變化將影響勵磁電流的大小，這樣就產生了矛盾。事實上，由對電磁輔助支撐和電磁阻尼器的相關研究可知，間隙的變化將導致勵磁電流發生變化。為解決這一矛盾，可做一個關于動態間隙影響穩恒勵磁電流的。電流源是電磁支撐的控制源，控制電磁鐵的磁場強度和電磁力，進而控制電磁支撐裝置的支撐剛度參數。電磁鐵由2塊鐵芯共用1塊銜鐵，呈對稱分布，是整個支撐系統的執行部件。鐵芯與機架的初始間隙均為盡，并通入相同的勵磁電流以保證電磁支撐的電磁力與動態間隙呈線性關系。機械彈性元件與機座相連，組成機械支撐裝置，可以保證整個支撐系統在穩定區域內工作。銜鐵為鐵磁性材料，由機械支撐裝置和電磁支撐裝置并聯組成的支撐系統支撐。

機座4電磁鐵M磁電流/機械系統變剛度電磁支撐裝置的結構示意圖由可知，當銜鐵沿X方向的位移為時，上下電磁鐵的間隙由g變為（盡+）和（g―），且磁支撐裝置的穩定懸浮狀態被打破，電磁鐵將沿X方向表現出吸力特性。

如果考慮動態電磁關系對磁路磁通的影響，電磁線圈中會產生感應電流，分別記為kl和k2.此時，電磁支撐的電磁力為：其中，A是當考慮間隙處磁通不均勻分布而產生誤差時加上的修正系數，A―（1+0.lag）―1，a―0k'L1―0k'L2―0處進行泰勒展開，略去高階小項可得由式（18）可知，如果忽略感應電流的影響，電磁力僅僅是位移z的一次函數。此時可得電磁支撐裝置的支撐剛度參數為：當電磁支撐裝置的勵磁電流為穩恒電流時，根據式（15）可得把式（20）代入式（18），可得由此可知，當考慮動態間隙對電磁支撐裝置支撐特性的影響時，電磁支撐裝置在提供支撐剛度參數K的同時，還提供一個附加阻尼參數C'，這有利于整個機械系統的穩定。

同理，當勵磁電流為交變電流時，根據式（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式：其中：，=2由上可知，當同時考慮交變電流和動態間隙產生的電磁感應時，電磁支撐裝置的支撐特性將發生明顯變化，同時產生附加支撐剛度和阻尼參數。附加支撐剛度和阻尼參數有利于整個支撐系統的穩定，這也在某種程度上使得電磁類機械產品具有一定的穩定性。

另外，通過搭建懸臂梁實驗裝置對電磁支撐裝置的支撐參數進行實驗識別，結果表明，當考慮動態間隙對電磁支撐裝置支撐特性的影響時，支撐系統中的確存在附加阻尼參數，從而解釋了電磁支撐裝置支撐參數理論識別值與實驗識別值之間存在差異的現象，進而有力地證明了電磁線圈的動態關系對電磁類機械產品工作性能的影響是不容忽視的。

6結語動態電磁關系是磁力機械產品順利工作的前提和基礎。本文通過研究影響動態電磁關系的電流和間隙參數，得到了表征動態電磁特性的感應電動勢和動態阻抗。忽略二者的相位差，即認為二者同相位，同時忽略感應電流再次引起的電磁感應現象，得到了不同情況下感應電流的表達式，并對其合理性進行了分析。后將動態電磁關系應用到機械系統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和附加阻尼參數的表達式，合理解釋了電磁支撐裝置在實驗中存在附加阻尼參數的現象，從而也為磁力機械產品的結構設計和工作參數的合理確定提供了理論依據。

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