بخشی از مقاله
خلاصه
بیشتر پژوهشهای انجامشده در راستای مطالعه و ساخت پرتابکنندههای الکتریکی، علیرغم بازدهی پایین انواع القایی این ادوات، بر روی این دسته معطوف بوده است. پژوهش پیش روی بر روی طراحی، ساخت و بهینهسازی نوع خاصی از پرتابکننده به نام رلوکتانسی چندمرحلهای تمرکز دارد که مزایای متعددی نسبت به نوع القایی از جمله عدم تماس مستقیم پرتابه با سیستم پرتاب، را میتوان برای آن برشمرد.
در این پژوهش، ابتدا نکات طراحی و سپس ملاحظات عملی با استفاده از آزمونهای متعدد انجامشده بر روی نمونه ساختهشده، انجامشده است. در پایان، در راستای افزایش بازده تجهیز، روش جدیدی مبتنی بر تحلیل المان-محدود با استفاده از نرمافزار Quickfield , FEM ANSYS به نام اثر یوغ پیشنهادشده که نتایج نظری همراه با آزمونهای عملی در راستای بررسی صحت عملکرد روش، ارائهشده است. در ادامه برای بررسی عملکرد ایمن تجهیز ساختهشده، مطالعات طراحی مدار محافظ مبتنی بر الکترونیک صنعتی، با استفاده از نرمافزار Matlab ارائهشده و نمونه نهایی روی تجهیز ساختهشده مورداستفاده قرارگرفته است.
.1 مقدمه
مسئله تبدیل انرژی الکتریکی به سایر انرژیها از جمله انرژی مکانیکی از ابتدای ظهور برق در صنعت مورد توجه واقع شده است. یکی از پرکاربردترین این موارد، مسئله حرکت و پرتاب اجسام در کاربردهایی نظیر حمل و نقل، امور نظامی و امور آزمایشگاهی فضایی است. زیرا استفاده از پرتابکنندههای برقی به دلیل مزایایی مثل هزینه کمتر، وزن کمتر، قابل اطمینان بیشتر و دسترسی آسان یکی از بهترین گزینهها در این باب به شمار میآید.
پرتاب کنندههای برقی در انواع متعددی تا ابه امروز معرفی و ساخته شدهاند که می توان آنها را در دو دسته عمده پرتابکننده سیمپیچی - coilgun - و پرتابکننده ریلی - railgun - تقسیم کرد که هریک از این دو دسته دارای مزایا و معایبی نسبت به هم هستند. به عنوان مثال از مزایای پرتابکننده ریلی نسبت به نوع سیمپیچی آن می توان به کنترل جریان آسانتر، دسترسی به سرعتهای بیشتر، پرتاب پرتابههای سنگینتر و حساسیت کمتر دمایی اشاره کرد. اما از طرف دیگر از مزایای پرتاکننده سیمپیچی نسبت به حالت ریلی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- عدم اتصال مستقیم بین اقسام کنترلی و پرتابه
تقسیم متعادل فشار بین همه اجزای سیستم که موجبات کاهش تنش مکانیکی را فراهم میآورد. نیاز کمتر به جریان تزریقی به دلیل امکان وجود مراحل متعدد سیمیچی تعمیر و نگهداری آسانتر به دلیل اجزای جداشدنی اما از اعضای گروه سیمپیچ دار میتوان به نوع القایی، رلوکتانسی، دیسکی، حلقه تامسونی و حلزونی اشاره کرد که هر یک در کاربردهای خاص خود معرفی و استفاده شدهاند.
نوع القایی بخش اعظمی از مطالعات از این دست را به خود اختصاص دادهاست.[3-1] اما نوع خاصی از این خانواده که هنوز قابلیت پژوهشی بالایی دارد، نوع رلوکتانس است که زمینه بسیاری از مطالعات از جمله [6-4] است. زیرا در این نوع پرتابکننده هیچ اتصالی بین پرتابه و سایر اجزا وجود ندارد و این امکان پدید میآید که بتوان هر پرتابه را در آن مورد بهرهبرداری قرار داد.
از کاربردهای خانواده پرتابگرهای سیمپیچدار میتوان به مطالعات 7]و[8 و به طور خاص نوع القایی و حلزونی در مراجع 9]و[10و[11] اشاره کرد. یکی از مشکلات جدی این پرتابکنندهها، بازده پایین آنها با توجه به تلفات قابلتوجه آنها است که در این زمینه مطالعاتی نظیر 12]و[13 انجام شده است. ملاحظات عملی هم بخش مهمی از طراحی این ادوات را به خود اختصاص می دهد که مراجعی مثل 14]و[15 اقداماتی در این زمینه انجام دادهاند.
در این مقاله، نوع رلوکتانسی پرتابکننده سیمپیچ دار با دو واحد سیمپیچی منفرد برای تغذیه سیستم و متعاقب آن شتابدهی به پرتابه با استفاده از لوله هدایت از جنس غیر مغناطیسی، مورد بررسی واقع شده است. در این آزمون پرتابه از جنس آهن و به وزن 50 گرم آزمون شده است. شکل 1 وضعیت قرار گیری این اجزا را به نمایش میگذارد.
.2 ساختار فیزیکی و اجزای پرتابکننده
می توان نمونه عملی ساخته شده را به چند بخش تقسیم کرد که هر یک وظیفه خاصی را به عهده دارند. بخشهای نمونه ساخته شده در شکل 2 نمایش داده شده است. بخش سیمپیچ مهمترین بخش سیستم است و وظیفه آن این است که توان ذخیره شده در بخش خازنی و متعاقب آن منتقلشده به بخش کلیدها را با تبدیل به انرژی مغناطیسی و سپس تبدیل به انرژی مکانیکی حرکتی، صرف شتابدهی به پرتابه کند. وظیفه بخش کنترل، تعیین زمان دقیق کلیدزنی و صدور فرمان به کلیدها، در راستای اجرای بهینه فرایند تبدیل انرژی است.
در انتخاب کلیدها برای این تجهیز انتخابهای متعددی وجود دارد که برای داشتن انتخاب بهینه، مطالعات انجامشده منجر به ارائه جدول 1 شدند . با مشاهده این جدول میتوان بهترین گزینه را با توجه مقادیر طراحی شده و مورد استفاده که در جدول 2 ذکر شدهاند را کلید IGBT دانست. کنترل مرحله ابتدایی بسیار سادهتر از سایر مراحل پرتابگر امکانپذیر است. زیرا در مرحله ابتدایی، پرتابه از حالت سکون شروع به حرکت میکند و به سادگی اعمال فرمان آتش به کلیدها در آن امکانپذیر است.
