Rezumat Teza Final_1

7/23/2019 Rezumat Teza Final_1

1/33

UNIVERSITATEA "POLITEHNICA" BUCURETIFacultatea de Inginerie Electrice!artaentul de Electr#te$nic

Ing. CTNESCU ALEXANDRU-LAURENIU

ACIONRI NECONVENIONALE UTILIZNDACTUATORI MAGNETOSTRICTIVI

UNCONVENTIONAL DRIVES USINGMAGNETOSTRICTIVE ACTUATORS

- REZUMATUL TEZEI -

Conductor tiiniicPr#%& r& Ing& CEZAR !LUERA"U

#ucur$ti%&'(


2/33

Cuprins:

') Introduc$r$ !ag& '(&(& )#ti*are !ag& '

(&+& Fundaentele %i,ice ale %en#enului de agnet#-tric.iune !ag& '(&'& E%ectele agnet#-tric.iunii !ag& /(&0& Ecua.iile c#n-tituti*e liniari,ate ale agnet#-tric.iunii !ag& /(&/& )ateriale agnet#-tricti*e 1i !r#!riet.ile l#r !ag& 2(&/&(& )ateriale agnet#-tricti*e 3)) 43iant )agnet#-tricti*e )aterial-5 !ag& 2(&2& O!tii,area !araetril#r agnet#-tricti*i !ag& 6

%) O*i$cti+$ !ag& 7

0& Si,t$-u. d$ /ctu/i$ / $.$-$ntu.ui -/0n$to,tricti+ !ag& (80&(& F#rularea !r#9leel#r !ag&

(80&+& i-tri9u.ia c:!ului agnetic ;n a&(& Structura ti!ic a actuat#rului 3)A 4actuat#r cu agnet#-tric.iune ridicat5 !ag&

(2>&+& Circuitul teric ec$i*alent cu !araetrii c#ncentra.i !ag&

(2

>&'& i-tri9u.ia te!eraturii ;n agnetul !eranent !ag& (6

4) Mod$./r$/ -/t$-/tic / -/t$ri/.$.or -/0n$to,tricti+$ !ag& (7

5) Vi*r/toru. -/0n$to,tricti+ d$ d$t$n,ion/r$ VMS 6 ' !ag& +87&&( e-crierea V)S = ( !ag&

+87&&+ Pr#iectarea? reali,area 1i ;ncercarea V)S @ ( !ag&

++7&+&(& )#del de calcul !entru e-tiarea V)S @ ( !ag& ++7&+&+& Calculul circuitului agnetic V)S @ ( !ag& ++

7&+&'& Calculul ;ncl,irii 9#9inei actuat#rului agnet#-tricti* !ag& +07&+&0& Pr#iectarea? reali,area 1i ;ncercarea -ur-ei de alientare V)S @ ( !ag& +0

+


3/33

7&+&/& Stand de -urare a !araetril#r electr#agnetici? ecanici 1i terici !ag& +/7&+&2& Re,ultate e

'&) Conc.u7ii !ag& '8

'') #i*.io0r/i$ !ag& '(

') Introduc$r$

(&(& )#ti*are

Ten-iunile ecanice din c#r!urile ela-tice -unt indu-e teric? etalurgic? ecanic?c$iic& #u dintre et#dele de %a9rica.ie a c#!#nentel#r ecanice cu ga9arit are?turnarea 1i -udura? !r#duc ten-iuni interne ce cau,ea, -c$i9ri de dien-iuni inacce!ta9ile&

)et#da cla-ic de deten-i#nare # c#n-tituie trataentul teric& Pr#ce-ul are l#c ;ncu!t#are ari? iar ;ncl,irea -e %ace cu c#9u-ti9ili %#-ili& Ace-tea i!lic un c#n-uenergetic are? !#luarea ediului 1i nu ;n ultiul r:nd? #di%icarea -tructurii etalice -u9in%luen.a te!eraturii&

O et#d alternati*? care -=a i!u- ;n ultiii d#u,eci de ani? # c#n-tituiedeten-i#narea !rin *i9ra.ii ecanice& Pie-a e-te *i9rat la %rec*en.a de re,#nan. ecanic

!r#!rie? cu # anuit a!litudine? !e # anuit durat de ti!? ;n %unc.ie de caracteri-ticileecanice ale !ie-ei& Prin *i9rare -e acti*ea, energia latent a c:!uril#r de %#r.e deterinatede ten-iunile interne? acceler:ndu=-e !r#ce-ele de rearanare a !lanel#r at#ice 1i de di-i!are aenergiei interne din aterial& Se -!une c are l#c # ;9tr:nire accelerat -au arti%icial a

aterialului& C#!arati* cu trataentul teric? et#da *i9ra.iil#r ecanice recla unc#n-u energetic ic? iar !#luarea ediului e-te redu- -en-i9il&Vi9rat#arele ecanice !#t %i ac.i#nate electric !rin #t#are 4a-incr#ne? de c&c&5? !rin

e%ect !ie,#electric -au !rin e%ect agnet#-tricti*& La ac.i#narea cu #t#are electricerandaentul e-te ic? a*ariile -unt de-e? iar d#eniul de %rec*en.e e-te liitat&

n !r#ce-ul de deten-i#nare? !reci,ia reglrii %rec*en.ei de *i9ra.ie e-te e-en.ial& acla ac.i#narea cu #t#are electrice !reci,ia e-te de +Hz ? la *i9rat#rul agnet#-tricti* @actuat#rul agnet#-tricti*? ;ntr=# denuire ai cu!rin,t#are = !reci,ia e-te de 8?'Hz & Ote$n#l#gie !#ten.ial *ia9il # c#n-tituie actua.ia !ie,#electric& Val#area ra!#rtului dintreden-itatea de *#lu a energiei agnetice 4 mw 5 1i a energiei electrice 4 ew 5? adic

+ + 0

8 8 (8m ew w B E = = 4!entru c:!uri te$nic utili,a9ile (B T= ? '8 E kV cm= 5 i!unete$n#l#gia agnet#-tricti*& Un alt a*anta a#r al ace-teia e-te c nu utili,ea, ten-iuni ari1i? deci nu ridic !r#9lee -!eciale de i,#la.ie? a1a cu -e ;nt:!l la te$n#l#gia

!ie,#electric&n cadrul unui !r#gra de cercetare c#un cu INCIE ICPE=CA Bucure1ti 1i IC)ET

Crai#*a -=a !r#iectat? %a9ricat 1i ;ncercat un *i9rat#r agnet#-tricti* de /88W? cu %rec*en.a delucru ;n d#eniul +8 /88Hz 1i cu # %#r. a


4/33

de%#rri ecanice 4e%ect agnet#-tricti* in*er- -au e%ect Villari5? a9ele cau,ate dede!enden.a reci!r#c dintre !eriti*itatea l#cal 1i -tarea de de%#ra.ie a c#r!ului&

E%ectul agnet#-tricti* direct e-te e

net& Cur9a ideal a *aria.iei lungiii -!eci%ice L L ;n %unc.ie de c:!ul agnetic a!licatHe-te dat ;n %ig& (&+&

Fig. 1.1. Deformaia mecanic funcie Fig. 1.2. Caraceri!ica "eformaie !#ecific $"e c%m#u& magneic a#&ica' ()*. c%m# magneic a#&ica' ()*.

Fundaentele %i,ice care e

-!#ntane #m ##!aralele la 8T += 4energia de -c$i9 ;ntr=un d#eniu e-te ini ;n ace-tca,5&Trecerea de la # #rientare a agneti,a.iei la alta -e %ace !rin ici r#ta.ii -ucce-i*e ale#entel#r agnetice care de-!art d#u d#enii Gei-- @ !eretele Bl#c$&

E

V

F f"V

= ,1.1-

Prin reducerea la ten-iuni? re,ult c Ftre9uie - %ie egal cu re,ultanta ten-iunil#r

care ac.i#nea, din e


5/33

+ +

' '

( ( (4 5 4 5

+ + +e m m mm m

f f E H

+ = = +

,1.)-

!riul e-te den-itatea *#luic a %#r.ei de electr#-tric.iune? iar cel de al d#ilea "en!iaea5o&umic a forei "e magneo!riciune&

n te#ria acr#-c#!ic a c#n-tantel#r de aterial -e arat c ;n ediile -la9 !#lari,ateagnetic te!#rar? -u-ce!ti*itatea agnetic m e-te !r#!#r.i#nal cu nurul de #lecule

din unitatea de *#lu? deci cu den-itatea de a- m a -u9-tan.ei? 8 m mC = ,1.6-

;n care C = c#n-tant& Acea-t rela.ie %en#en#l#gic !#ate %i c#n-iderat 1i ca # legee

8m m

m

=

,1.7-

iar? +' 8( (

4 5 4 5+ +

m mf H 0 B = = ,1.8-

(&'& E%ectele agnet#-tric.iunii

)agnet#-tric.iunea? ;n general? c#n-t ;n -c$i9ul re*er-i9il de energie ;ntre %#raecanic 1i %#ra agnetic? /? >? 6? 7? (0? (/& A9ilitatea c#n*er-iei unei cantit.i de energiedintr=# %#r ;n alta !erite utili,area aterialel#r agnet#-tricti*e la actua.ie 1i -en,#ri-tic&Fig& (&' arat !rinci!alele e%ecte agnet#-tricti*e 1i a!lica.iile c#re-!un,t#are&

Fig. 1.. Efece magneo!rici5e' (4' )*.

Cel ai cun#-cut e%ect legat de agnet#-tric.iune e-te e%ectul D#ule& Ace-ta c#n-t ;nalungirea 4agnet#-tric.iune !#,iti*5 -au ;n c#ntrac.ia 4agnet#-tric.iune negati*5 a unei

9are %er#agnetice !la-ate ;n c:! agnetic aH

T

9 "H

B " H

= +

= +,1.1:-

unde 1i -unt de%#ra.ia ecanic -!eci%ic? re-!ecti* e%#rtul ecanic unitar B 1i H

-unt induc.ia agnetic? re-!ecti* inten-itatea c:!ului agneticH

9 e-te c#!lian.a ela-tic;n c:! agnetic H c#n-tant T e-te !erea9ilitatea agnetic la ten-iune ecanic T

/


6/33

c#n-tant " 1i " -unt c#e%icien.i agnet#ecanici& Ace1ti d#i c#e%icien.i !#t %i deterina.ie

JT cD

"H

=

=

JH c"

H

=

=

,1.11-

e n#tat c la de%#ra.ii ici? c#e%icien.ii !#t %i c#n-idera.i egali 4Gang? +88>5&C#ut:nd !#,i.iile 1i ;n ecua.iile 4(&(85 -e #9.in ecua.iile

H

9

E eH

B e H

=

= ,1.12-

unde (H HE 9= e-te #dulul lui K#ung ;n c:! agnetic c#n-tant 9 T H"" 9 = e-te!erea9ilitatea la de%#ra.ie ecanic 9 c#n-tant c#e%icien.ii e 1i e !#t %i calcula.i curela.iile He E "= ? He E " = ,1.1-

C#e%icientul de cu!la al aterialului k? e-te de%init 4Gang? +88>5 !rin rela.ia

m0

m 0

k

= ,1.1-

unde + +Hm 9 = ?+ +T0 H = 1i +m0 " H = -unt den-itatea de *#lu a energiei

ecanice? a energiei agnetice? re-!ecti* a energiei utuale agnet#ela-tic& Intr#duc:ndace-te e

T H

"k

9= ,1.14-

(&/& )ateriale agnet#-tricti*e 1i !r#!riet.ile l#r

1.4.1. 0aeria&e magneo!rici5e ;00 ,;ian 0agneo!rici5e 0aeria&!-

e1i %en#enul de agnet#-tric.iune e-te cun#-cut de ai 9ine de un -ec#l 1i utate4;n (60+ D#ule de-c#!erea agnet#-tric.iunea la Ni5? a!lica.iile !e 9a,a ace-tuia au a!rut ultai t:r,iu? #dat cu de-c#!erirea ;n (72' a agnet#-tric.iunii gigant la T9 4Ter9iu5 1i 4-!r#-iu5 la te!eraturi #a-e? ;n- aterialele !re,entau unele inc#n*eniente&

Ace-t aterial ;00a %#-t de-c#!erit de A&E& ClarM 1i C#la9& de la Na*al Ord#nanceLa9#rat#r 1i a*ea ;n c#!#,i.ie T9 1i & Ace-t c#!u- a %#-t nuit Ter%en#l= 4Ter de later9iu? %e de la %ier? n#l de la Na*al Ord#nance La9#rat#r 1i de la d-!r#-iu5&

Ter%en#l= are ;n- 1i de,a*antae e-te un aterial -cu! 1i -en-i9il la c#r#,iune dincau,a !re,en.ei T9 1i ? dar e-te 1i %ragil din !unct de *edere ecanic& e aceea? !entru unelea!lica.ii -e !re%er utili,area un#r ateriale c#!#,ite !e 9a, de Ter%en#l=? care au

!r#!riet.i ecanice ult ai 9une 1i !re.uri de c#-t -en-i9il -c,ute&Pentru a #9.ine un aterial c#!#,it cu 9une !r#!riet.i agnet#-tricti*e tre9uie lua.i

;n c#n-iderare ai ul.i %act#ri

a5 C#e%icien.i de dilatare teric ai %a,el#r c#n-tituiente 4dac di%eren.ele ;ntre ace1tic#n-tituien.i -unt ari? atunci *#r %i indu-e ten-iuni interne ari ;n aterialul c#!#,it1i c$iar ru!turi a#re5

95 aterialul atricei tre9uie - %ie c#!ati9il din !unct de *edere c$iic cu cel al %a,el#r

di-!er-atec5 %a,ele c#n-tituiente tre9uie - ai9 #dule de ela-ticitate -iilare

2


7/33

d5 din !unct de *edere agnetic? tre9uie c#n-iderate interac.iile agnetice dintre %a,elec#n-tituiente dac aterialele care %#rea, c#!#,itul cu !erea9ilit.i agneticedi%erite? *a a!rea un %en#en de ecranare agnetic ;ntre c#n-tituien.i !re,en.a unei ad#ua %a,e cre1te den-itatea !ere.il#r de d#enii agnetice de %i? 6? 7&

Pr#!rietatea Val#are C#entarii

(& C#!#,i.ia n#inal (< < =T> D Fe 8?+> 8?'


8/33

Cldura -!eci%ic

C#nducti*itatea teric

8?'/ +/+3 +g + &a C o

('?/ +/W m + &a C o

/& Pr#!riet.i electrice

Re,i-ti*itatea 64/6 2'5 (8 m

2& Pr#!riet.i agnet#ecanice

Perea9ilitatea relati* 8T

Perea9ilitatea relati* 89

)agneti,a.ie de -atura.ie

C#e%icientul de cu!la ''k

C#e%icientul agnet#ecanic ''"

Fact#rul de calitateH

?

7 (+

' /

(T

8?2 8?6/

6 +8 nm .

' +8

La e%#rt ecanic c#n-tant

La de%#ra.ie ecanic c#n-tant

e!inde de a!lica.ie

e!inde de c:!ul agnetic

e!inde de a!lica.ie

(&2& O!tii,area !araetril#r agnet#-tricti*i

Pr#!riet.ile aterialului agnet#-tricti* *aria, ult la -c$i9area c#ndi.iil#r de#!erare& Pentru a -e #9.ine cu acurate.e !araetrii n#inali de %unc.i#nare? cu un 9un c#ntr#la-u!ra l#r? la # den-itate de energie ridicat -e i!un -uri adi.i#nale care #!tii,ea,

!er%#ran.ele c#n*ert#rului&

Preagneti,area care %i


9/33

Structurile ti!ice !entru actuat#rii agnet#-tricti*i 1i anali,a critic a l#r -unt indicate;n ta9elul (&'&

Ta9el (&'& Structurile ti!ice ale actuat#rului agnet#-tricti* 1i anali,a l#r? 2? 6? 7&

Structur ti!ic de actuat#r TC TC) T)C )TC

Preagneti,are cu B#9in ;n c&c&)agnet

!eranent= =

Ni*el de !reagneti,are )ic )ediu )ediu? ridicat Ridicat

F#r Ter%en#l= Bar Bar Bar Cilindru ca*

Structur Si!l )edie )edie C#!le


10/33

Un actuat#r agnet#-tricti* c#n-t dintr=# 9#9in de c:! ;n care e-te !la-at eleentulagnet#-tricti*& B#9ina e-te alientat de un a!li%icat#r de !utere c#andat de un generat#rde -enal& Frec*en.a 1i a!litudinea !#t %i c#ntr#late !rin *aria.ia %#rei -enalului& n %ig&0&( e-te -c$i.at et#da de actua.ie a unei 9are agnet#-tricti*e&

Fig. .1. 0eo"a "e acuaie a unei >are

magneo!rici5e' (1)*.

Si-teul de actua.ie %unc.i#nea, ;n d#eniul %rec*en.el#r ;nalte? cu a!litudini ari 1ie%icien. energetic 9un&

Pr#iectarea -i-teului de actua.ie i!lic 9#9ina de c:!? circuitul agnetic? -ur-a dealientare 1i generat#rul de -enal&

0&+& i-tri9u.ia c:!ului agnetic ;n a


11/33

Puterea c#n-uat de 9#9ina de actua.ie de!inde de i!edan.a 9#9inei& Se c#n-ider9#9ina cu lungiea c& ? ra,a interi#ar inr ? ra,a e

fL "& &

= + ,.1:-

;n care e-te !erea9ilitatea ie,ului&Curentul nece-ar i !entru a genera c:!ul agnetic H ;n 9#9in e-te

cH&

iN

= ,.11-

Puterea a!arent c#n-uat de 9#9ina de actua.ie -e calculea, cu %#rula

+ + + + + +

& & & &0

c c c a9 i f L= + + ,.12-

Puterea de!inde de ,ece !araetrii

(4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5c c w cu cu9 9 N & " " f H = % ,.1-

((


12/33

e n#tat c ;n 40&('5 nu a!are curentul i de#arece ace-ta a %#-t e

0&0& Pierderile !rin curen.i tur9i#nari ;n 9ara agnet#-tricti*

Caracteri-ticile 9#9inei de actua.ie %r ie, -e #di%ic !rin intr#ducerea ie,uluiagnet#-tricti*& C:!ul agnetic !r#du- de 9#9in? !entru # *al#are dat a curentului? e-teai ic c#!arati* cu c:!ul 9#9inei %r ie, de#arece ;n ie, a!ar !ierderi !r#du-e decuren.ii tur9i#nari&

Pierderile !rin curen.ii tur9i#nari ;n aterialele agnetice? cu di*er-e c#n%igura.iige#etrice -unt de-cri-e e

f#

f= +

+ rc

r

f"

= ,.14-

Paraetrul # re!re,int ra!#rtul dintre %rec*en.a de #!erare 1i %rec*en.a critic cf a

9arei agnet#-tricti*e cu diaetrul r" 1i re,i-ti*itatea electric r 4 28?2 (8 m !entru

Ter%en#l=5& Liita -u!eri#ar de -uare -e calculea, cu -u! / 0

# = + ,.1)-

Fact#rul de !ierderi !rin curen.i tur9i#nari are *al#ri ;ntre 8 1i (& Pentru # *al#are dat

? curentul nece-ar !r#ducerii unui c:! agnetic He-te cH&

iN

= ,.16-

Pentru calculul !uterii a!arente a9-#r9ite de 9#9ina cu ie,? rela.ia 40&((5 -e ;nl#cuie1tecu rela.ia 40&(>5& n %elul ace-ta ecua.ia 40&('5 de*ine

(4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5c c w cu cu9 9 N & " " f H = % ,.17-

() E.$-$nt$ d$ 1roi$ct/r$ / /ctu/toru.ui -/0n$to,tricti+

Se indic # !r#cedur de !r#iectare a actuat#rului agnet#-tricti* cu ge#etrie liniar

!lec:nd de la datele de !r#iectare de%#ra.ie ecanic 1i %#r.a de,*#ltat&/&(& ien-i#narea 9arei din Ter%en#l=

ien-iunile 9arei din Ter%en#l= re,ult din datele de !r#iectare !rintr=un calcul!araetric&

F#r.a c#re-!un,t#are de%#ra.iei agnet#-tricti*e a


13/33

;n care T= ten-iunea ecanic? H! = c#e%icientul de c#!lian.? " = c#e%icientul de cu!la&

/&+& Calculul circuitului agnetic

O c#n%igura.ie ti!ic !entru actuat#rul agnet#-tricti* cu -tructura TCM4(&2? Ta9el

(&'5 e-te indicat ;n %ig& /&(&Acea-t c#n%igura.ie include # ca1 din agnet !eranent !entru !reagneti,area

9arei din Ter%en#l=&

Fig. 4.1. Configuraia acuaoru&ui

magneo!rici5 cu !rucur TCM' (12*.

Un #del analitic -e #9.ine cu urt#arele i!#te,e de calcul

-e negliea, %lu8=

rB H ,4.)-

;n care rB = induc.ia reanent a agnetului !eranent? r = !erea9ilitatea relati* a 9arei&

in rela.iile 4/&'54/&25 1i din =m r& & -e #9.ine 8 4( A C A 5= +

+r r r m

NiH H

& ,4.6-

;n care c:!ul de !reagneti,are 8H are e

=+

r

r r m

BH

,4.7-

Pentru #!tii,area !araetril#r %unc.i#nali ai actuat#rului -e i!une -iulareaneliniar a ace-tuia !rintr=un -#%t +& )#delul de calcul e-te indicat ;n %ig& /&+&

Fig. 4.2. 0o"e& "e acuaor magneo!rici5

Gncor#ora Gn 5o&umu& "e aer ,!#aiu &i>er-'

(12*.

('


14/33

Calculul analitic !re,entat anteri#r c#n-tituie !riul !a- al -iulrii neliniare aactuat#rului& Val#rile r. ? r& 1i N -unt e-tiate din datele de !r#iectare 4 /&(5& Se alege*al#area i 4*al#rile u,uale nu de!1e-c (8 5 1i cu rela.ia 4/&>5 -e deterin N& Cun#-c:ndnurul de -!ire -e dien-i#nea, 9#9ina de e


15/33

e#arece ;n a


16/33

U,:nd de !rinci!iul -u!er!#,i.iei? -#lu.ia ecua.iei 42&('5 -e -crie a-t%el

++=n

nnn 5tnc#-4C5t4< ,).14-

;n care ++8

n

5n4

n+arctg

=

,).1)-

+(+

+

8

++

8

n

n Y5n+

4F5n

4(XAEML

LAEC

+

+

= ,).16-

Se #9-er* c #delul analitic !re,entat de-crie cu acurate.e *aria.ia %#rei 9uclei de$i-tere,i- 1i riea *:r% la *:r% a de%#ra.iil#r&

e%#ra.ia ao>ina "e

#remagneizare' 6 $ >ar magneo!rici5' 7 $

>&oc "e gi"are' 8 $ Auru> "e #reen!ionare' 1:

$ #&ac acuaor' (28*.

>&+& Circuitul teric ec$i*alent cu !araetrii c#ncentra.i

Sietria de r#ta.ie a c#n%igura.iei ge#etrice din %ig& >&( -i!li%ic -tudiul te#retic alregiului teric !rin utili,area et#dei circuitel#r terice cu !araetri c#ncentra.i& )#delulte#retic al tran-%erului de cldur e-te artat ;n %ig& >&+& n ace-t #del 9#9ina de e&'& Cu 9#9ina de e


17/33

tran-%erat ;n aer !rin carca-a cu re,i-ten.a teric c#nducti* C 1i !rin re,i-ten.a teric

c#n*ecti* . & 9T e-te te!eratura 9#9inei de e+ ' 'ln4r r 5 +r

+cic m#

L

+= ?

+ + 'ln+ 4r r 5

+coc m#

r

L

+= ?

' 0ln4r r 5

+>m# m#

L

= ? ( +ln4r C r 5

+C

C c

L

= ,6.4-

;n care ci = re,i-ten.a teric a ut.ii interi#are a 9#9inei? co = re,i-ten.a teric a

ut.ii e 1i C -unt c#nducti*it.ile terice ale 9#9inei de e cL L = lungiile a&05 c#nduce la e

8

' 8

(

+ m#

r L = ?

0

(

+.c .

r L

= ,6.)-

;n care 8 = re,i-ten.a teric c#n*ecti* dintre agnetul !eranent 1i %luidul -ta.i#nar

interi#r? . = re,i-ten.a teric c#n*ecti* dintre carca- 1i ediul a9iant&Anal#g legii lui O$ din circuitele electrice? !entru circuitul teric din %ig& >&' -e #9.in

rela.iile

84 5ci m # ; 9 ; T T+ + = ,6.6-4 5co C . . 9 . T T+ + = ,6.7-

(>


18/33

>&'& i-tri9u.ia te!eraturii ;n agnetul !eranent

Integrarea ecua.iei 4>&'5 c#nduce la -#lu.ia ( +lnc r c = + ,6.8-

C#n-tantele de integrare (c 1i +c -e deterin din c#ndi.iile de %r#ntier

'

'

J+

;m# r r

m#

""r r L

= = ,6.1:-

0 8J 4 5

m# r r f

" T T

"r

= = ,6.11-

;n care m#T = te!eratura agnetului !eranent? fT = te!eratura %luidului e-te necun#-cut&Re,ult e

( + 0

8 0

? 4 ln 5+ +

; ; >f

m# m# m# m#

c c r T L L r

= = + ,6.12-

a1a c di-tri9u.ia te!eraturii ;n agnetul !eranent m#T

e-te

0 8 0

4ln 5+

m#;m# f

m# m#

rT T

L r r

= + + ,6.1-

;n care fT e-te necun#-cut&

in rela.iile 4>&(5? 4>&+5? 4>&>5? 4>&65? 4>&('5 !rin eliinarea !araetril#r . ? 9T ? fT

re,ult e

0

+ +

8 0

4 5 4 5

4 5 4 5co C . ; . T

;

ci m# co C . ; . T f

i r r L C

r r L C

+ + =

+ + + + + +,6.1-

+ +

0 0 8 0

( ( 4ln 5 + 4 5

m#

m# ; .

m# m# T ; .

rT T

L r r C r r L

= + + +

,6.14-

Rela.ia 4>&(/5 d di-tri9u.ia te!eraturii ;n agnetul !eranent& )ai tre9uie !reci,atee

Nu & = care -e calculea, cu # ecua.ie criterialPentru %luidul -ta.i#nar din -!a.iul inelar ce ;nc#n#ar 9ara agnet#-tricti* -e a!lic

ecua.ia criterial Sieder=Tate 4*ala9il !entru *al#ri ici ale nurului Ren#ld-5? +7&

(' 8?(0(?624 5 4 5

ef rf f

w

/Nu

e "

= ,6.1)-

;n care ef = nurul Ren#ld- c#re-!un,t#r te!eraturii edii a %luidului? rf/ = nurul

Prandtl c#re-!un,t#r te!eraturii edii a %luidului? f = *:-c#,itatea dinaic a %luidului la

te!eratura edie? w = *:-c#,itatea dinaic a %luidului la te!eratura %e.ei interi#are a9#9inei de !reagneti,are&

Pentru c#n*ec.ie li9er ;n -!a.iul neliitat din urul carca-ei -e a!lic ecua.ia criterialn m

r rNu C; /= ,6.16-

;n care C= c#n-tant? r; = nurul lui 3ra-$#%%? n 1i m = c#e%icien.i&

4) Mod$./r$/ -/t$-/tic / -/t$ri/.$.or -/0n$to,tricti+$

(6


19/33

Pr#ce-ele energetice din aterialele agnet#-tricti*e -e !#t reduce la d#u ti!uri de!r#ce-e eleentare re*er-i9ile electric [ agnetic 1i agnetic [ ecanic& iagraacu!lael#r dintre !r#ce-e e-te indicat -intetic ;n Fig& 6&(&

Fig. 7.1. Diagrama cu#&ae&or energeice "in

maeria&u& magneo!rici5' (18' 2:*.

Ecua.iile c#n-tituti*e liniari,ate ale agnet#-tric.iunii anali,ate ;n (&0 au e

H ? =c#!lian.a ela-tic = de%#ra.ia ecanic -!eci%ic[ 9 = e%#rtul ecanic unitar[T&

F#ra ecua.iil#r c#n-tituti*e de*ineH9 T " H = + ,7.1-

TB " T H= + ,7.2-

)#delarea i!lic urt#rii !a1i

Se adite c !araetrii H 1i T -unt c#n-tan.i H 1i T & C#n-ider:ndu=-e #delul de calcul unidien-i#nal? adic riile de c:! *aria,

nuai du! direc.ia @< ? de%#ra.ia -!eci%ic 9e-teu

9? +6

Reluctan.a 9arei agnet#-tricti*e

6(?( (8 TT

T T

& W>

= =

,8.6-

Reluctan.a %lan1ei'+ (

ln4r r 52?' (8

+FF F

W>&

= = ,8.7-

Reluctan.a agnetului !eranent 4ALNICO5>2?/ (8 0

0

0 0

& W>

= = ,8.1:-

Reluctan.a de -c!ri6

+ +

8 + (

+?/ (8 4r r 5

09

& W>

= =

,8.11-

;n care T& ? 0& = lungiea edie a liniei de c:! din 9ara agnet#-tricti*? re-!ecti* din

agnetul !eranent? T ? 0 = aria -ec.iunil#r tran-*er-ale? F& = gr#-iea %lan1ei? +r ? (r= ra,aeo>inei

"e magneizare' (21' 22*.

Caracteri-ticile 9#9inei -unt

( +

+

( (

'888 >?/ (/?/ + (>6

+?( ((?7&

N !#ire a mm a mm > mm

a >

a a

= = = =

= = = = ,8.12-

B#9ina are '888!#ire ? cu !ri,e la (888!#ire 1i +888!#ire &

Induc.ia ;n centrul 9#9inei -e calculea, cu rela.ia( (

(

( ( F 8?8(0

+ 4 (5

T

N B !C !C T

a

= =

,8.1-

+'


24/33

U,:nd de !rinci!iul -u!er!#,i.iei 4%lu 8?26

-=a c#n-iderat (8rT = 4c#n%#r Ane


25/33

Sur- de ten-iune c#ntinu? de / ccV+ Bl#c -e!arat#r? inter%a. #!tic C#ntr#ller=ul RV(8(T de %#re de und PG) ri*er=ul etaului %inal? 9u%%erul I3BT

Etaul %inal de !utere? reali,at cu d#u tran,i-t#are I3BT? IR30PH08P9F Sur- e

!enzor "e for Ai #oziie-

Gn !eciune ran!5er!a& #enru m!urori "e

#erforman' (16*.

Actuat#rul e-te ec$i!at cu un -en,#r de %#r. 4-en,#r !ie,#electric? de e


26/33

Fig. 8.11. 9an"u& "e m!urare a Fig. 8.12. 9i!emu& "e moniorizare a 5i>raii&or

"e#&a!ri&or acuaoru&ui magneo!rici5' (22*. acuaoru&ui magneo!rici5' (21' 22*.

Fig& 7&('& 9ur!a !#ecific "e aci5are a

acuaoru&ui magneo!rici5' (22*.

7&+&2& Re,ultate e

n c#ntinuare -unt !re,entate re,ultatele re!re,entati*e ale V)S @ (

Caracteri-ticile de!la-are=%#r. de !reten-i#nare la %rec*en.a (8Hz 1i !entru di%erite*al#ri ale ten-iunii de alientare 4%ig& 7&(07&(/5&

Fig. 8.1. Caraceri!ica "e#&a!areIfor "e #reen!ionare &a JK2V Ai frec5ena 1:Hz

,#riz >o>in 1I2-.

Fig. 8.14. Caraceri!ica "e#&a!areIfor "e #reen!ionare &a JK7V Ai frec5ena 1:Hz,#riz >o>in 1I2-.

+2


27/33

Caracteri-tica curent=%rec*en. la ten-iune c#n-tant e-te redat ;n %ig& 7&(2&

Fig. 8.1). Caraceri!ica curenIfrec5en &aen!iune con!an ,JKV-' (21*.

e rearcat? !entru a9ele ti!uri de caracteri-tici? c#nc#rdan.a dintre *al#rile -urate1i *al#rile calculate&

)#nit#ri,area accelera.iei *i9ra.iei %unc.ie de de %rec*en.? ten-iunii ;n %unc.ie de%rec*en.? curentului ;n %unc.ie de %rec*en.? !uterii ;n %unc.ie de %rec*en. a5 gra%iculcu r#1u @ !ie-a ;nainte de deten-i#nare 95 gra%icul cu *erde = !ie-a deten-i#nat 4*e,i

%ig& 7&(>7&+85&

Fig. 8.16. Caraceri!ica "e moniorizare a acce&eraiei 5i>raiei Gn funcie "e frec5en

&a en!iune con!an' (21*.

Fig. 8.17. Caraceri!ica "e moniorizare a en!iunii "e a&imenare

a 5i>raoru&ui magneo!rici5 Gn funcie "e frec5en' (21*.

+>


28/33

Fig. 8.18. Caraceri!ica "e moniorizare a curenu&ui Gn funcie "e frec5en

&a en!iune con!an' (21*.

Fig. 8.2:. 9u#ra#unerea caraceri!ici&or "e frec5en a&e #uerii a>!or>ie "e acuaoru&

magneo!rici5 &a en!iune conan' (21*.

e rearcat dac accelera.iile de *i9ra.ie di%er -en-i9il la !ria caracteri-tic?celelalte caracteri-tici? !ractic -e -u!ra!un&

In%luen.a %act#rului de u!lere

Se c#n-ider alientarea V)S @ ( cu # ten-iune cu %#ra de und dre!tung$iular&F#ra de und 4%ig& 7&+(5 e-te caracteri,at de %act#rul de u!lere k de%init a-t%el

kT

= 47&(25

unde m! = durata i!ul-ului? iar FT m! = !eri#ada -enalului&

Fig. 8.21. 9emna&u& #erio"ic "re#ungiu&ar "e

&a inrarea generaoru&ui "e funcii i# +

1:' (22*.

+6


29/33

Studiul !ri*ind in%luen.a %act#rului de u!lere a-u!ra !araetril#r V)S @ ( e-tere,uat ;n ta9elul 7&'&

Ta9el 7&'& In%luen.a %act#rului de u!lere a-u!ra !araetril#r V)S @ (? ++&

Re,ultatele-tudiului arat c !entru d#eniul (8 /8k= ? in%luen.a %act#rului de u!lere e-te-eni%icati*& iagraele din %ig& 7&++ 1i 7&'( c#n%ir re,ultatele din ta9elul 7&'&

Fig. 8.28. Forma "e un" a en!iunii a#&ica Fig. 8.2. Forma "e un" a en!iunii a#&ica

acuaoru&ui' cu facor "e um#&ere kK 1:M' (22*. acuaoru&ui' cu facor "e um#&ere kK 4:M' (22*.

Pr#%ilul teric al actuat#rului agnet#-tricti*? reali,at ;n urul ie,ului !entru un %act#rde u!lere al ten-iunii 4 (8 Tk= 5? *ine - c#n%ire re,ultatele e

carca-ei ;n ,#na %antel#r de rcire aunge la te!eratura de '2 Co 4%ig& 7&+/5&Ec$i!aentul cu care -=a reali,at !r#%ilul teric al actuat#rului agnet#-tricti* e-te #caera de ter#*i,iune in in%rar#1u? FluMe Ti +8&

Fig. 8.2. /rofi&u& ermic a& acuaoru&ui Gn

zona miezu&ui magneo!rici5' (22*.

UV %H, M FN IAI d Pri,a 9#9ina

+0V (8H, (8 (88N 8?>(>A 8?8( (=+

+0V (8H, (/ (88N 8?6+A 8?8(0 (=+

+0V (8H, +8 (88N 8?76/A 8?8(7 (=+

+0V (8H, +/ (88N (?8/+A 8?8+/ (=+

+0V (8H, '8 (88N (?(86A 8?8'8 (=+

+0V (8H, 08 (88N (?(/7A 8?8'2 (=+

+0V (8H, /8 (88N (?(2>A 8?80' (=+

+7


30/33

Fig. 8.. Dea&iu a& #rofi&u&ui ermic Fig. 8.. /rofi&u& ermic a& acuaoru&ui magneo!rici5

a& miezu&ui "e erfeno&' (22*. Gn zona fane&or "e rcire' (22*.

'&) Conc.u7ii

Te,a e-te a

)ircea Ignat? I#an Pu%lea?A.$9/ndru6L/ur$niu Ctn$,cu

? Adrian Vintil? ê-ign a-!ect-#n t$e *i9rati#n agnet#-tricti*e actuat#r-? _I_ Internati#nal C#n%erence #n Electrical)ac$ine- @ ICE) +8(8? Ital? R#e? IEEE Catal#g Nu9er CFP(878B=CR? Li9rar #%C#ngre-- +88778(2/(? RF=88>20( !!& (=/? ISBN 7>6=(=0+00=0(>/=0&

Ctn$,cu A.$9/ndru6L/ur$niu? Actuat#ri agnet#-tricti*i? te,a de di,erta.ie ;n)agneti- Te$nic A!licat? UPB? Facultatea de Inginerie Electric? Bucure1ti? +887&

A.$9/ndru6L/ur$niu Ctn$,cu? I#an Pu%lea? )ircea Ignat? Adrian Vintil? ^T$e de-igna-!ect- #n t$e agnet#-tricti*e actuat#r-? ( -tInternati#nal G#rM-$#! ÎNNOVATION ANEVOLUTION 9 R` @ S)E- STRATE3IC PARTNERSHIP? Buc$are-t? RO)ANIA?Se!te9er (8t$=(+t$? +887&

A.$9/ndru6L/ur$niu Ctn$,cu? I#an Pu%lea? )ircea Ignat? Adrian Vintil? Ê

ÎNNOVATION AN EVOLUTION 9 R` @ S)E- STRATE3IC PARTNERSHIP?Buc$are-t? RO)ANIA? Se!te9er (8t$=(+t$? +887&

'8


31/33

)ircea I3NAT? A.$9/ndru6L/ur$ntiu CATANESCU? I#an PUFLEA? ^A!!licati#n- #% t$e)agnet#-tricti*e Actuat#r- in t$e Aer#-!ace Structure-? Internati#nal C#n%erence #%Aer#-!ace Science- AEROSPATIAL +8(8: Buc$are-t? +8=+( Oct#9er? +8(8? Pr#ceeding-?Secti#n 0& )aterial- and Structure-? ISSN +82>=62++? !!&(=2&

Ctn$,cu A.$9/ndru6L/ur$niu? ^e-ign a-!ect- %#r agnet#-tricti*e icr#actuat#r-?

)E)S and NE)S S!#-iu #% Duni#r Re-earc$er? edicated t# (8 ear- INCIE ICPE=CAand 78 ear- Electrical Engineering Facult? INCIE ICPE=CA? Buc$are-t? +2=+> a +8((& )ircea Ignat? I#an Cri-tinel Hrgu.? Pu%lea I#an? Ctn$,cu A.$9/ndru6L/ur$niu?

^)icr#ec$anical a-!ect- 9etZeen t$e agnet#-tricti#n *i9rat#r actuati#n and t$e icr#!#re- #% #il gangli#n- #% #9ili,ati#n #% re-idual #il? V#l& IV? Nr& (=+? ISBN +827=(/8/?Buc$are-t? Se!te9rie +8('&

Cercetarea de %a. -e ;n-crie ;n ariile teatice ec#n#ice !ri#ritare ale R#:niei ca .are9r UE& A c#n-tituit #9iectul !r#iectului de cercetare n cadrul contractului 21-059/2007 intitulat Cecetri privind realizarea de tehnologiiecologice pe baza vibraiilor induse magnetostrictiv n vederea

reducerii consumurilor energetice ce au ca efect nclzireafnan

.at

de Ministerul Educa.iei 1i Cercetrii tiin.i%ice cruia ;i ultue-c !e acea-t !entru-!riinul #%erit&

Se !r#!une c#ntinuarea lucrrii ;n urt#arele direc.ii

A!lica.ii ale actuat#ril#r agnet#-tricti*i ;n d#eniul te$n#l#giil#r electr#te$nice @;!reun cu In,titutu. N/ion/. d$ C$rc$t/r$: D$7+o.t/r$ i T$,t/r$ ;n In0in$ri$E.$ctric ICMET Cr/io+/&

E

1i 2&+ 3& )#i-il? Fi,ica !entru ingineri? *#l& I? Editura Te$nic? Bucure1ti? (726&' F& Clae--en? N& L$eret? R& Le Lett? Cedrat Rec$erc$e? Qir-t? F'6+02 )elan Cede


32/33

(( R& ell#g? A& Flatau? Aer#-!ace Eng& ` Eng&? )ec$anic-? I#Za State Uni*er-it? IA/88((? Bl#cMed%#rce in*e-tigati#n #% a Ter%en#l= tran-ducer?(777 SPIEW- S!#-iu #n Sart Structure- and)aterial-? !a!er '226=(7&(+ S& arunanid$i? )& Singa!erual? e-ign? anal-i- and -iulati#n #% agnet#-tricti*e actuat#rand it- a!!licati#n t# $ig$ dnaic -er*# *al*e? Sen-#r- and Actuat#r- A P$-ical? V#lue (/>? I--ue+?Fe9ruar +8(8? !!& (6/@(7>&(' C&H& D#-$i? Energen Inc& Billericia )A USA? C#!act )agnet#-tricti*e Actuat#r- and Linear)#t#r-?C#n%erence Actuat#r +888? Breen? 3eran Dune +888? C#n%erence !a!er&(0 C& )acGillia? e-ign #% a )agnet#-tricti*e Actuat#r? Sc$##l O% Engineering and Indu-triale-ign? Uni*er-it #% Ge-tern Sdne? )arc$ +880? T$e-i-? !!&(=62&(/ K& Kaa#t#? T#Mai Uni*er-it Hirat-uMa? Da!an T&)aMin#? Hir# )at-ui? In-titute #% Ad*ancedTec$n#l#g? )#rite< C#r!#rati#n? K#M#$aa? Da!an )icr# P#-iti#ning and Actuati#n e*ice- U-ing3iant )agnet#-tricti#n )aterial-? C#n%erence? +888 IEEE Internati#nal C#n%erence #n R#9#tic- andAut#ati#n? San Franci-c# CA USA +888? C#n%erence !a!er !!& '2'/='208&(2 Rag$a*endra Angara? Hig$ %rebuenc $ig$ a!litude agnetic %ield dri*ing --te %#ragnet#-tricti*e actuat#r-? Pr#ue-t? U)I i--ertati#n Pu9li-$ing 4Se!te9er ((? +8((5? ISBN=(8(+008+/6+6&

(> A& 3runZald? A& 3& Ola9i? e-ign #% a agnet#-tricti*e 4)S5 actuat#r? Sen-#r- and Actuat#r- AP$-ical?V#lue (00? I--ue (?+6 )a +886? !!& (2(@(>/&(6 SaraZate NN? a!in# )D 4+8865? A dnaic actuati#n #del %#r agnet#-tricti*e aterial-?Sart )ater Struct (>82/8('&(7 )& Bail#ni? K&Gei? L& N#ru? )at$eatical )#delling and Siulati#n #% )agnet#-tricti*e)aterial- 9 C#-#l )ulti!$-ic-? CO)SOL C#n%ernce 8/((+886? Hann#*er? !!& (=/&+8 D#nat$an 3&Benatar? Fe i!leentati#n- #% )agnet#-tricti*e=Ba-ed a!!licati#n-? Uni*er-it #%)arland? USA? +88/&+( )ircea Ignat? I#an Pu%lea? A.$9/ndru6L/ur$niu Ctn$,cu? Adrian Vintil? ê-ign a-!ect- #nt$e *i9rati#n agnet#-tricti*e actuat#r-? _I_ Internati#nal C#n%erence #n Electrical )ac$ine- @ICE) +8(8? Ital? R#e? IEEE Catal#g Nu9er CFP(878B=CR? Li9rar #% C#ngre-- +88778(2/(?RF=88>20( !!& (=/? ISBN 7>6=(=0+00=0(>/=0&

++ Ctn$,cu A.$9/ndru6L/ur$niu? Actuat#ri agnet#-tricti*i? te,a de di,erta.ie ;n )agneti-Te$nic A!licat? UPB? Facultatea de Inginerie Electric? Bucure1ti? +887&+' 3$e#rg$e H#rt#!an? ^Pr#9lee de a!arate electrice? Editura idactic 1i Pedag#gic? Bucure1ti?(76+&+0 A.$9/ndru6L/ur$niu Ctn$,cu? I#an Pu%lea? )ircea Ignat? Adrian Vintil? ^T$e de-ign a-!ect-#n t$e agnet#-tricti*e actuat#r-? (-tInternati#nal G#rM-$#! ÎNNOVATION AN EVOLUTION 9R` @ S)E- STRATE3IC PARTNERSHIP? Buc$are-t? RO)ANIA? Se!te9er (8t$=(+t$? +887&+/ A.$9/ndru6L/ur$niu Ctn$,cu? I#an Pu%lea? )ircea Ignat? Adrian Vintil? Ê=62++? !!&(=2&+> Ctn$,cu A.$9/ndru6L/ur$niu? ê-ign a-!ect- %#r agnet#-tricti*e icr#actuat#r-? )E)Sand NE)S S!#-iu #% Duni#r Re-earc$er? edicated t# (8 ear- INCIE ICPE=CA and 78 ear-Electrical Engineering Facult? INCIE ICPE=CA? Buc$are-t? +2=+> a +8((&+6 )ircea Ignat? I#an Cri-tinel Hrgu.? Pu%lea I#an? Ctn$,cu A.$9/ndru6L/ur$niu?^)icr#ec$anical a-!ect- 9etZeen t$e agnet#-tricti#n *i9rat#r actuati#n and t$e icr# !#re- #% #ilgangli#n- #% #9ili,ati#n #% re-idual #il? V#l& IV? Nr& (=+? ISBN +827=(/8/? Buc$are-t? Se!te9rie+8('&+7 Kuc$uan Q$u? Liang Di? T$e#retical and e@(>6&

'+
http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247/157/2http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247/157/2http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247/157/2http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247/144/1http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247/144/1http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247/157/2http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247/157/2http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247/144/1


33/33

'8 C Dile-? T$e#r #% t$e agnet#ec$anical e%%ect? D#urnal #% P$-ic- A!!lied P$-ic- ?V#l&+6?!& (/'>&
http://iopscience.iop.org/0022-3727http://iopscience.iop.org/0022-3727/28http://iopscience.iop.org/0022-3727/28http://iopscience.iop.org/0022-3727/28http://iopscience.iop.org/0022-3727http://iopscience.iop.org/0022-3727/28http://iopscience.iop.org/0022-3727/28

Rezumat Teza Final_1

Documents

Transcript of Rezumat Teza Final_1