В практике конструктора зачастую встаёт проблема моделирования сложных электромагнитных узлов. Это может быть интегрированный магнитный узел преобразователя, трансформатор сварочного аппарата Буденного, электромагнитная "нашлёпка" контролирующая состояние сердечника трансформатора и многое другое. Некоторые симуляторы, такие как SIMPLORER, позволяют непосредственное моделирование магнитных цепей. Для этого в библиотеке симулятора есть
соответствующие элементы, такие как источник магнитодвижущей силы (MMF), источник магнитного потока (FLUX), магниторезистор (RMAG), обмотка (ELTOMAG) и т. д.
И все же, если вам понадобилось создать модель сложного трансформатора или дросселя, то можете пока не торопиться с покупкой и изучением достаточно дорогого и сложного симулятора. С таким же успехом подобное моделирование можно произвести и в понравившемся нам LTspice. Для создания реалистичной модели разветвленного магнитопровода нам будет достаточно всего лишь его модели нелинейного индуктора.
Чтобы это можно было осуществить, мною, на основе теории двойственности магнитных и электрических цепей, была разработана соответствующая методика моделирования, которая подробна расписана в статье Моделирование сложных электромагнитных компонентов при помощи spice-симулятора LTspice/SwCAD III. Эта методика используется мною более 2-х лет и показала хорошие результаты. Здесь на форуме они представлены в темах про сварочный аппарат Буденного, продвинутый сварочник, а также контроль насыщения. Реальный образец продвинутого сварочника был изготовлен основываясь только на результатах моделирования. При этом реальный прототип очень хорошо соответствуе модельному.
Однако, к большому сожалению, предложенная методика не обладает большой наглядностью и поэтому у многих форумчан вызывает сомнения. Предлагаю в данной теме высказывать и рассеивать сомнения, связанные с данной методикой. Большая просьба предварительно очень внимательно изучить вышеуказанную статью.
Вкратце популярно излагаю общие принципы, согласно которых сложный разветвлённый сердечник можно моделировать схемой, состоящей из отдельных независимых катушек с сердечником. Для этого модель должна обеспечивать неразрывность потока для последовательных участков и равенство магнитных напряжений для параллельных.
1. Для обеспечения неразрывности потока, последовательные участки магнитной цепи имитируются параллельным включением соответствующих катушек. При этом обмотки имеют даже те участки, которые в реальности обмоток не имеют. В этом случае, согласно закону Фарадея, во всех независимых сердечниках будет протекать один и тот же поток.
Вопрос: Как можно воспользоваться всем этим нагромождением независимых катушек?
Ответ: Очень просто! В данной модели мы, например, можем находить участки последовательной магнитной цепи, которые будут насыщаться ранее других. При этом набор катушек будет вести себя абсолютно так, как последовательная магнитная цепь. Т.е. через каждую катушку будет протекать ток, соответствующий состоянию намагниченности конкретного участка. Электрически все эти токи параллельны, суммируются и вся группа независимых сердечников будет потреблять тот же ток, что последовательная магнитная цепь. Ведь для магнитной цепи электрический ток ассоциируется с напряженностью и магнитным напряжением, а электрическое напряжение с магнитным потоком и индукцией. Поэтому в реалии магнитные напряжения складываются последовательно. А чтобы получить этот же эффект в модели, мы токи, вызывающие эти напряжения, складываем параллельным включением.
2. Для обеспечения одинакового магнитного напряжения на параллельных магнитных цепях мы модели этих цепей включаем последовательно. При этом по обмоткам модельных сердечников протекает равный ток, что гарантирует равное напряжение WI на моделируемых участка.
Вопрос: Как можно этим воспользоваться?
Ответ: Очень просто! С помощью модели мы можем имитировать распределение магнитных потоков в параллельных магнитных цепях, находящихся под одинаковым магнитным напряжением. При этом наша модель для внешних цепей будет вести себя абсолютно также, как моделируемый прототип.
Выводы: Т.к. модели последовательных и параллельных магнитных цепей ведут себя также как соответствующие прототипы, то данный способ можно использовать для моделирования последовательных, параллельных и смешанных магнитных цепей. При этом модель каждого участка должна моделировать свой участок, т.е. иметь материал, длину, сечение и зазор, соответствующие конкретному участку!
|
