I.2.1. Состояния ЭМП и их параметризация

I.2.  Преобразование энергии в ЭМП аппаратов постоянного тока.

I.2.1. Состояния ЭМП и их параметризация

На протяжении описанного жизненного цикла ЭА его работа происходит при посто-янном взаимодействии трех основных составляющих ЭМП - электрической подсис-темыЭМП (ЭП), магнитной подсистемыЭМП (МП) и механизмов аппарата МА. В первой из указанных подсистем ЭМП под действием внешнего источника осу-ществляется протекание электрического тока, создающего рабочее магнитное поле в воз-душных зазорах ЭА (см. рис. 1.2). Вторая подсистема ЭМП аппарата осуществляет про-текание по конструктивным элементам ЭА формируемых первой подсистемой магнитных потоков[1]. Наконец, механизмы аппарата под действием магнитных потоков совершают полезную работу по перемещению якоря.

В предыдущем параграфе мы увидели, что при взаимодействии ЭМП аппарата с си-стемой внешнего источника возникает процесс, составляющий сущность рабочего цикла ЭА и представляющий собой последовательную (с течением времени ) смену со-стояний ЭМП, которые мы обозначим как . Изначально про эти состояния мы можем сказать только, что:

- возникновение этих состояний происходит только при взаимодействии «источника» с ЭМП;

- указанное взаимодействие имеет место только при обмене энергией между «источником» и ЭМП, т.е. переход ЭМП из одного состояния в другое происходит только при обмене энергией между ЭМП и «источником»; иначе говоря, сущность взаимодействия составляет обмен (изменение) энергиями (энергии) между вступающими во взаимодействие системами (подсистемами), или взаимодействие - это обмен энергией;

- энтропия

- всякое состояние  реально проявляет себя только в процессе его изменения, т.е. о любом состоянии  мы реально можем судить только при сравнении его с любым другим состоянием , где  либо .

Из сказанного следует, что информация о любом состоянии ЭМП получается только из сравнения его с любым другим состоянием. Но для сравнения необходимы критерии - параметры (величины), позволяющие количественно указанное сравнение осуществлять.

Из представления о том, что рабочий цикл - это непрерывный процесс смены состояний ЭМП, происходящей при взаимодействии ЭМП с «источником», взаимодействии, проявляющемся только в виде изменения энергии этих состояний, следует, что в качестве критерия для сравнения необходимо выбирать величину энергии ЭМП , изменяющейся с течением времени :

,

являющейся функцией состояния ЭМП:

,

оценивающей её способность вступать во взаимодействие с другими физическими системами.

Так как любое состояние  реально проявляется только в процессе его изменения, то при осуществлении сравнения состояний реальной количественной оценке может подлежать только величина изменения энергии состояний , происходящего при рассматриваемом взаимодействии за время . При этом, принимая гипотезу непрерывности процесса смены состояний, мы должны считать, что величина  может быть сделана сколь угодно малой.

ЭМП конструктивно состоит из двух подсистем - ЭП и МП. В конструктивно-функциональном смысле непосредственное взаимодействие с «источником» осуществляется напрямую с ЭП. В силу этого, а также в силу принципа суперпозиции всякое состояние ЭМП в момент времени  следует рассматривать как суперпозицию (наложение) состояний этих двух подсистем[2]:

                   ,             (1)

где  и  - соответственные состояния указанных подсистем ЭМП;

 ………

Для всех приведенных состояний справедливы положения представленные для состояний .

Из (1) следует, что вблизи любого момента времени  

              ,         (2)

где  - изменение энергии ЭП вблизи момента ,  - изменение энергии МП вблизи момента ,  - изменение энергии от взаимодействия ЭП и ЭМ вблизи момента .

В процессе работы аппарата процессы, переводящие его из одного состояния в другое, могут рассматриваться, как относительно быстро, так и относительно медленно протекающие. Так, пространственно-временное перераспределение зарядов в подсистеме «источник» - ЭП и установление «квазиравновесных» метастабильных состояний движущихся зарядов и соответствующего этому движению электрического поля, формирующееся под действием внешнего источника и под влиянием изменений в МП, происходит настолько быстро, что внутреннее равновесие в ЭП устанавливается значительно быстрее, чем происходит изменение таких интенсивных физических параметров, как напряжение, вырабатываемое источником и ток, протекающий по электрической цепи управления. Точно также, при изменениях значений тока, протекающего по цепи управления, пространственно-временные изменения состояний магнитного поля в МП и установление «квазиравновесных» состояний магнитного поля до момента соприкосновения контактов происходит также значительно быстрее, чем сколько-нибудь существенные изменения в пространственно-временном распределении значений магнитной индукции и скорости перемещения якоря.

Это служит основанием:

1.для рассмотрения состояний взаимосвязанных электрического и магнитного полей в конструкции аппарата как квазистационарных, т.е. в виде «установившихся» за времена, большие, чем времена развития процессов, приводящих к их изменениям;

2.для рассмотрения процессов изменения указанных состояний как квазистатических, т.е. процессов последовательной смены упомянутых квазистационарных состояний.

для описания состояний указанных полей, отклоняющихся от равновесных состояний вместо таких экстенсивных параметров полей, как энергия, энтропия и др., использовать интенсивные параметры - параметры, зависящие от величины пространственного объема, меняющегося в пределах конструкции[3]

В качестве моделей описания состояний этих двух подсистем принято использовать электрическую цепь управления (ЭЦУ) и магнитную цепь ЭА (МЦ).

Параметры Состояние цепей.

В связи со сказанным, всякое изменение состояний ЭМП аппарата

В течение жизненного цикла ЭА его ЭМП переходит из одного состояния в другое, каждое из которых характеризуется своей энергией. Изменения энергии состояний аппарата происходят при взаимодействии двух подсистем ЭМП - электрической (ЭП) и магнитной (МП).

В э.м. происходит преобразование электрической энергии, поступающей в механизм извне от внешнего источника тока в полезную работу.