RU203182U1

RU203182U1 - POWER ELECTROMAGNET OF PULSE NON-EXPLOSIVE SEISMIC SOURCE

Info

Publication number: RU203182U1
Application number: RU2020141716U
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Толкачев; Артур Петрович Тиссен; Владимир Алексеевич Детков; Олег Иванович Новокрещенов; Александр Георгиевич Приступ
Original assignee: Публичное акционерное общество "ГЕОТЕК Сейсморазведка"
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2021-03-25

Abstract

Полезная модель относится к сейсмической разведке полезных ископаемых с невзрывными источниками и может быть использована для создания сейсмических сигналов с поверхности грунта. Заявлен силовой электромагнит импульсного невзрывного сейсмоисточника, содержащий магнитопровод якоря и отделенный от него зазором магнитопровод индуктора с пазами, обмотку возбуждения с катушками, одна из которых расположена в пазах индуктора. В магнитопроводе якоря выполнены пазы, расположенные относительно зазора напротив пазов индуктора, при этом вторая катушка обмотки расположена в пазах магнитопровода якоря, при этом катушки обмоток возбуждения выполнены с возможностью формирования в противоположно расположенных относительно зазора пазах одинаковых по величине суммарных токов. Силовой электромагнит может быть выполнен многосекционным и содержать в этом случае дополнительные обмотки возбуждения, каждая из которых состоит из двух катушек, в магнитопроводах якоря и индуктора выполнены дополнительные пазы, количество которых кратно числу катушек, дополнительные пазы расположены напротив пазов индуктора относительно зазора, при этом одни из катушек каждой обмотки расположены в дополнительных пазах магнитопровода индуктора, а другие - в дополнительных пазах магнитопровода якоря, причем катушки выполнены с возможностью формирования в противоположно расположенных относительно зазора пазах одинаковых по величине суммарных токов. Технический результат - увеличение тягового усилия при улучшении охлаждения обмотки возбуждения. 4 ил.The utility model relates to seismic exploration of mineral resources with non-explosive sources and can be used to generate seismic signals from the ground surface. A power electromagnet of a pulsed non-explosive seismic source is declared, containing an armature magnetic circuit and a slotted inductor magnetic circuit separated from it by a gap, an excitation winding with coils, one of which is located in the inductor slots. In the magnetic core of the armature, there are grooves located relative to the gap opposite the grooves of the inductor, while the second coil of the winding is located in the grooves of the magnetic core of the armature, while the coils of the excitation windings are made with the possibility of forming in the grooves opposite to the gap of the same total currents in magnitude. The power electromagnet can be made multi-section and contain, in this case, additional excitation windings, each of which consists of two coils, additional grooves are made in the magnetic cores of the armature and the inductor, the number of which is a multiple of the number of coils, additional grooves are located opposite the grooves of the inductor relative to the gap, while one of the coils of each winding are located in additional slots of the magnetic circuit of the inductor, and the others are located in additional slots of the armature magnetic circuit, and the coils are made with the possibility of forming in slots oppositely located relative to the gap of the same total currents. The technical result is an increase in tractive effort while improving cooling of the excitation winding. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к сейсмической разведке полезных ископаемых с невзрывными источниками и может быть использована для создания сейсмических сигналов с поверхности грунта.The utility model relates to seismic exploration of mineral resources with non-explosive sources and can be used to generate seismic signals from the ground surface.

Известен силовой электромагнит импульсного невзрывного сейсмоисточника (см. патент РФ № 2242027 по кл. МПК G01V1/155, опуб. 10.12.2004), состоящий из якоря и индуктора с обмоткой возбуждения. Индуктор электромагнита закреплён на пригрузе. Обмотка возбуждения размещена в пазах магнитопровода индуктора, к обмотке присоединена схема ее электропитания. Якорь электромагнита отделен от индуктора зазором δ₁, а от стоек - зазором δ₂, в который помещен упругий элемент, имеющий высоту Н, с возможностью его сжатия при движении якоря в направлении уменьшения зазора δ₂.Known power electromagnet of a pulsed non-explosive seismic source (see RF patent No. 2242027 according to class IPC G01V1 / 155, publ. 10.12.2004), consisting of an armature and an inductor with an excitation winding. The electromagnet inductor is fixed to the surcharge. The excitation winding is located in the grooves of the magnetic circuit of the inductor; its power supply circuit is connected to the winding. The armature of the electromagnet is separated from the inductor by a gap δ ₁ , and from the posts - by a gap δ ₂ , in which an elastic element having a height H is placed, with the possibility of compressing it when the armature moves in the direction of decreasing the gap δ ₂ .

Недостатком предлагаемого силового электромагнита является ограничение на развиваемое электромагнитное усилие, обусловленное насыщением материала магнитопровода повышенными потоками рассеяния и недостаточно эффективным распределением магнитного поля в рабочем зазоре электромагнита. The disadvantage of the proposed power electromagnet is the limitation on the developed electromagnetic force due to saturation of the magnetic core material with increased leakage fluxes and insufficiently effective distribution of the magnetic field in the working gap of the electromagnet.

Известен также силовой электромагнит невзрывного источника возбуждения сейсмических волн (см. патент РФ № 2242771 по кл. МПК G01V1/02, опуб. 20.12.2004), содержащий магнитопровод индуктора с обмоткой возбуждения постоянного тока и магнитопровод якоря, разделенные зазором. Магнитопровод индуктора установлен с возможностью перемещения в вертикальном направлении между не менее чем двумя парами демпферных распорных элементов. Импульсы давления, которые передаются якорем непосредственно через жестко соединенный с ним корпус излучающего устройства на исследуемую среду, создают за счет преобразования электрической энергии в виде мощных импульсов тока, которые подают на обмотку индуктора электромагнита, в механическую энергию, реализуемую в виде импульсов силы, при этом перемещение под действием электромагнитных сил якоря с корпусом обеспечивают тем, что создают сопротивление перемещению индуктора в сторону якоря.Also known is a power electromagnet of a non-explosive source of excitation of seismic waves (see RF patent No. 2242771 according to class IPC G01V1 / 02, publ. 20.12.2004), containing an inductor magnetic circuit with a direct current excitation winding and an armature magnetic circuit, separated by a gap. The magnetic core of the inductor is installed with the ability to move in the vertical direction between at least two pairs of damper spacers. Pressure pulses, which are transmitted by the armature directly through the body of the emitting device rigidly connected to it, to the medium under study, are created by converting electrical energy in the form of powerful current pulses, which are fed to the winding of the electromagnet inductor, into mechanical energy, realized in the form of force pulses, while the movement under the action of electromagnetic forces of the armature with the body is provided by the fact that they create resistance to the movement of the inductor towards the armature.

Недостатком предлагаемого силового электромагнита является ограничение на развиваемое электромагнитное усилие, обусловленное насыщением материала магнитопровода повышенными потоками рассеяния, недостаточно эффективное распределение магнитного поля в рабочем зазоре электромагнита, увеличенные вес и габариты.The disadvantage of the proposed power electromagnet is the limitation on the developed electromagnetic force due to saturation of the magnetic core material with increased leakage fluxes, insufficiently effective distribution of the magnetic field in the working gap of the electromagnet, increased weight and dimensions.

Наиболее близким к заявляемому является силовой электромагнит импульсного невзрывного сейсмоисточника (см. патент РФ № 2172497 по кл. МПК G01V1/04, опуб. 20.08.2001), содержащий магнитопровод якоря, отделенный зазором от магнитопровода индуктора, который выполнен с тремя зубцами на обращенной к зазору поверхности. Сечения зубцов расширяются от вершин к основаниям для обеспечения возможности увеличения индукции магнитного поля в рабочих частях зазора над вершинами зубцов. Для увеличения развиваемой электромагнитом силы применена двухсекционная конструктивная схема магнитопровода электромагнита с двухкатушечной обмоткой возбуждения.Closest to the claimed is a power electromagnet of a pulsed non-explosive seismic source (see RF patent No. 2172497 according to class IPC G01V1 / 04, publ. 20.08.2001), containing an armature magnetic circuit, separated by a gap from the inductor magnetic circuit, which is made with three teeth on the side facing surface clearance. The sections of the teeth expand from the tops to the bases to provide the possibility of increasing the magnetic induction in the working parts of the gap above the tops of the teeth. To increase the force developed by the electromagnet, a two-section structural diagram of the magnetic circuit of the electromagnet with a two-coil excitation winding is used.

Недостатком такого силового электромагнита недостаточное использование энергии возбуждаемого магнитного поля, обусловленное потоками рассеяния в пазах индуктора и пространстве воздушного зазора над ними.The disadvantage of such a power electromagnet is the insufficient use of the energy of the excited magnetic field, due to the leakage fluxes in the slots of the inductor and the air gap above them.

Технической проблемой заявляемой полезной модели является создание силового электромагнита, позволяющего максимально использовать энергию возбуждаемого магнитного поля для эффективной работы невзрывного сейсмоисточника.The technical problem of the claimed utility model is the creation of a power electromagnet that allows maximum use of the energy of the excited magnetic field for the efficient operation of a non-explosive seismic source.

Техническим результатом является увеличение тягового усилия при улучшении охлаждения обмотки возбуждения.The technical result is to increase the tractive effort while improving the cooling of the excitation winding.

Разделение обмотки возбуждения на две части и размещение ее в пазах индуктора и якоря позволяет уменьшить потоки рассеяния, улучшить распределение магнитного поля в воздушном зазоре электромагнита, что увеличивает рабочий магнитный поток и тяговое усилие электромагнита. Дополнительно расположение частей обмотки на двух магнитопроводах улучшает отведение тепла от проводников обмотки к сердечникам магнитопроводов, что снижает нагрев обмотки и увеличивает ресурс работы электромагнита.Dividing the field winding into two parts and placing it in the slots of the inductor and the armature makes it possible to reduce leakage fluxes, improve the distribution of the magnetic field in the air gap of the electromagnet, which increases the working magnetic flux and traction force of the electromagnet. In addition, the arrangement of the winding parts on two magnetic circuits improves heat transfer from the winding conductors to the cores of the magnetic circuits, which reduces the heating of the winding and increases the service life of the electromagnet.

Технический результат достигается тем, что в силовом электромагните импульсного невзрывного сейсмоисточника, содержащем магнитопровод якоря и отделенный от него зазором магнитопровод индуктора с пазами, обмотку возбуждения с катушками, одна из которых расположена в пазах индуктора, согласно полезной модели, в магнитопроводе якоря выполнены пазы, расположенные относительно зазора напротив пазов индуктора, при этом вторая катушка обмотки расположена в пазах магнитопровода якоря, при этом катушки обмоток возбуждения выполнены с возможностью формирования в противоположно расположенных относительно зазора пазах одинаковых по величине суммарных токов.The technical result is achieved by the fact that in a power electromagnet of a pulsed non-explosive seismic source containing an armature magnetic circuit and a magnetic circuit of an inductor separated from it by a gap with slots, an excitation winding with coils, one of which is located in the slots of the inductor, according to the utility model, grooves are made in the armature magnetic circuit located relative to the gap opposite the slots of the inductor, while the second coil of the winding is located in the slots of the armature magnetic circuit, while the coils of the excitation windings are made with the possibility of forming in oppositely located relative to the gap slots of the same total currents in magnitude.

Силовой электромагнит может быть выполнен многосекционным и содержать в этом случае дополнительные обмотки возбуждения, каждая из которых состоит из двух катушек, в магнитопроводах якоря и индуктора выполнены дополнительные пазы, количество которых кратно числу катушек, дополнительные пазы расположены напротив пазов индуктора относительно зазора, при этом одни из катушек каждой обмотки расположены в дополнительных пазах магнитопровода индуктора, а другие - в дополнительных пазах магнитопровода якоря, причем катушки выполнены с возможностью формирования в противоположно расположенных относительно зазора пазах одинаковых по величине суммарных токов. The power electromagnet can be made multi-section and contain, in this case, additional excitation windings, each of which consists of two coils, additional grooves are made in the magnetic cores of the armature and the inductor, the number of which is a multiple of the number of coils, additional grooves are located opposite the grooves of the inductor relative to the gap, while one of the coils of each winding are located in additional slots of the magnetic circuit of the inductor, and the others are located in additional slots of the armature magnetic circuit, and the coils are made with the possibility of forming in slots oppositely located relative to the gap of the same total currents.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где изображены:The utility model is illustrated by drawings, which show:

- на фиг. 1 – поперечный разрез электромагнита с обмоткой возбуждения из двух катушек;- in Fig. 1 is a cross-section of an electromagnet with an excitation winding of two coils;

- на фиг. 2 – поперечный разрез двухсекционного варианта электромагнита;- in Fig. 2 - cross section of a two-section electromagnet version;

- на фиг. 3 – распределение силовых линий магнитного поля в воздушном зазоре электромагнита в районе расположения паза магнитопровода без разделения обмотки возбуждения на две катушки;- in Fig. 3 - distribution of the magnetic field lines in the air gap of the electromagnet in the area of the magnetic circuit groove without dividing the excitation winding into two coils;

- на фиг. 4 – распределение силовых линий магнитного поля в воздушном зазоре электромагнита в районе расположения пазов магнитопровода при разделении обмотки возбуждения на две катушки.- in Fig. 4 - the distribution of the magnetic field lines in the air gap of the electromagnet in the area of the magnetic circuit grooves when the excitation winding is divided into two coils.

На чертежах позициями обозначено:In the drawings, the numbers indicate:

1 – магнитопровод якоря электромагнита,1 - magnetic core of the electromagnet armature,

2 – магнитопровод индуктора электромагнита,2 - the magnetic core of the electromagnet inductor,

3 – зазор,3 - clearance,

4, 6 – 1-я катушка обмоток,4, 6 - 1st coil of windings,

5, 7 – 2-я катушка обмоток,5, 7 - 2nd coil of windings,

8 – магнитный поток,8 - magnetic flux,

9 и 10 – потоки рассеяния.9 and 10 - scattering fluxes.

Силовой электромагнит содержит магнитопровод якоря 1 и магнитопровод индуктора 2, разделенные между собой зазором 3. На обращенных к зазору 3 поверхностях индуктора и якоря выполнены пазы, расположенные напротив друг друга. В пазах расположены катушки 4 и 5 обмотки возбуждения, выполненные таким образом, что токи в противоположно расположенных относительно зазора 3 пазах являются однонаправленными. В случае двухсекционного варианта выполнения электромагнита (см. фиг.2) в пазах расположены катушки 6 и 7.The power electromagnet contains an armature magnetic circuit 1 and an inductor magnetic circuit 2, separated by a gap 3. On the surfaces of the inductor and the armature facing the gap 3, grooves are made, located opposite each other. The coils 4 and 5 of the field winding are located in the grooves, made in such a way that the currents in the grooves opposite to the gap 3 are unidirectional. In the case of a two-section embodiment of an electromagnet (see Fig. 2), coils 6 and 7 are located in the grooves.

Предлагаемый силовой электромагнит работает следующим образом.The proposed power electromagnet operates as follows.

При пропускании по обмоткам возбуждения импульсного тока необходимой величины и длительности создается магнитный поток, замыкающийся через зазор 3 и магнитопроводы якоря 1 и индуктора 2 (Фиг 3,4). Электромагнитное усилие создается за счет магнитного потока 8, проходящего через зазор 3 и замыкающегося через оба магнитопровода 1 и 2. Потоки рассеяния 9 и 10 не проходят через зазор 3, замыкаясь только через один из магнитопроводов, и поэтому не создают электромагнитную силу.When passing through the excitation windings of a pulse current of the required value and duration, a magnetic flux is created, which is closed through the gap 3 and the magnetic cores of the armature 1 and the inductor 2 (Fig. 3.4). The electromagnetic force is created due to the magnetic flux 8 passing through the gap 3 and closing through both magnetic circuits 1 and 2. Leakage fluxes 9 and 10 do not pass through the gap 3, closing only through one of the magnetic circuits, and therefore do not create an electromagnetic force.

Двухсторонне расположение катушек обмотки на противолежащих поверхностях якоря и индуктора уменьшает потоки рассеяния, что приводит к увеличению магнитной индукции в зазоре, увеличивая тяговое усилие по сравнению с односторонним расположением катушек обмотки возбуждения. The two-sided arrangement of the winding coils on the opposite surfaces of the armature and the inductor reduces the leakage fluxes, which leads to an increase in the magnetic induction in the gap, increasing the tractive effort in comparison with the one-sided arrangement of the field winding coils.

Катушки обмотки возбуждения в противоположно расположенных относительно зазора пазах магнитопроводов могут иметь одинаковое или различное количество проводников. The field winding coils in the slots of the magnetic circuits opposite to the gap may have the same or different number of conductors.

Если в катушках будет одинаковое количество проводников, по ним будут протекать одинаковые токи (т.е. суммарные токи в пазах одинаковы). В этом случае обе катушки можно соединить либо последовательно, либо запитать от разных источников, поддерживающих эти токи равными.If the coils have the same number of conductors, the same currents will flow through them (i.e., the total currents in the slots are the same). In this case, both coils can be connected either in series or powered from different sources that maintain these currents equal.

Если в противоположно расположенных пазах будет находиться разное количество проводников обмоток, то в них необходимо поддерживать такие токи, чтобы суммарные токи в противоположно расположенных пазах были одинаковые.If in oppositely located grooves there will be a different number of winding conductors, then such currents must be maintained in them so that the total currents in oppositely located grooves are the same.

Кроме того, распределение катушек обмотки между индуктором и якорем вызывает улучшение охлаждения. Эффект обусловлен тем, что при расположении обмотки возбуждения только на одном магнитопроводе тепло от обмотки передается этому магнитопроводу, который рассеивает его в окружающей среде. Передача же тепла ко второму магнитопроводу (якорю) затруднена в силу наличия воздушного (рабочего) зазора. При размещении обмотки на двух магнитопроводах, во-первых, на каждый из них приходится меньшее тепловыделение (т.к. расположена только часть обмотки), а во-вторых в теплоотводе начинает эффективно участвовать второй магнитопровод (якорь).In addition, the distribution of the winding coils between the inductor and the armature results in improved cooling. The effect is due to the fact that when the excitation winding is located on only one magnetic circuit, the heat from the winding is transferred to this magnetic circuit, which dissipates it in the environment. The transfer of heat to the second magnetic circuit (armature) is difficult due to the presence of an air (working) gap. When placing the winding on two magnetic circuits, firstly, each of them has less heat generation (since only part of the winding is located), and secondly, the second magnetic circuit (armature) begins to effectively participate in the heat sink.

Электромагнит с конфигурацией заявляемой магнитной системы и обмотки возбуждения по фиг. 2 был разработан для экспериментального сейсмоисточника, развивающего усилие 750⋅10³Н и длительностью импульсов силы 8 мс.An electromagnet with the configuration of the inventive magnetic system and the field winding according to FIG. 2 was developed for an experimental seismic source developing a force of 750⋅10 ³ N and a force pulse duration of 8 ms.

Claims

1. Power electromagnet of a pulsed non-explosive seismic source, containing an armature magnetic circuit and a magnetic circuit of an inductor with slots separated from it by a gap, an excitation winding with coils, one of which is located in the slots of the inductor, characterized in that grooves are made in the armature magnetic circuit, located relative to the gap opposite the slots of the inductor , while the second coil of the winding is located in the slots of the armature magnetic circuit, while the coils of the excitation windings are made with the possibility of forming in oppositely located relative to the gap slots of the same total currents in magnitude.

2. Power electromagnet according to claim 1, characterized in that it contains additional field windings, each of which consists of two coils, additional grooves are made in the magnetic cores of the armature and the inductor, the number of which is a multiple of the number of coils, additional grooves are located opposite the inductor grooves relative to the gap , while some of the coils of each winding are located in additional slots of the magnetic circuit of the inductor, and others - in additional slots of the armature magnetic circuit, and the coils are made with the possibility of forming in oppositely located relative to the gap slots of the same total currents.