Науковий вісник НГУ

Вплив імпульсного збудження на електромеханічні показники лінійного імпульсного перетворювача електродинамічного типу

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №3 2020

Останнє оновлення: 15 липня 2020

Опубліковано: 15 липня 2020

Перегляди: 1782

Authors:

В. Ф. Болюх, доктор технічних наук, професор, професор кафедри загальної електротехніки, orcid.org/0000-0001-9115-7828, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Ю. В. Кашанський, аспірант кафедри загальної електротехніки, orcid.org/0000-0002-1532-9613, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

І. С. Щукін, кандидат технічних наук, доцент, доцент кафедри електричних машин, orcid.org/0000-0001-7982-8633, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

 повний текст / full article

Abstract:

Мета. Дослідження впливу імпульсного збудження обмоток індуктора та якоря, сформованого електронною схемою джерела живлення з ємнісним накопичувачем енергії (ЄНЕ), на швидкісні й силові показники лінійного імпульсного перетворювача електродинамічного типу (ЛІПЕТ).

Методика. На базі розробленої математичної моделі досліджено вплив імпульсного збудження – коливально-загасаючого, однонапівперіодного, аперіодичного та аперіодичного з підживленням, на характеристики й показники роботи ЛІПЕТ. Математична модель ЛІПЕТ, використовуючи зосереджені параметри обмотки індуктора та обмотки якоря, ураховує взаємозалежні електромагнітні, механічні та теплові процеси, представляючи їх рішення в рекурентному вигляді.

Результати. Встановлено, що імпульсне збудження ЛІПЕТ незначною мірою впливає на максимальну швидкість, імпульс електродинамічних зусиль (ЕДЗ) і перевищення температури обмотки індуктора. Найбільші значення максимальної швидкості та імпульсу ЕДЗ виникають при збудженні коливально-загасаючим імпульсом струму, а найменші значення – при збудженні аперіодичним імпульсом. Збудження ЛІПЕТ аперіодичним імпульсом з підживленням дозволяє використовувати для підживлювального ЄНЕ знижену напругу заряду. Зі зменшенням цієї напруги та при збереженні енергії ЄНЕ амплітуда ЕДЗ зменшується на 31,5 %, однак за рахунок затягування електромагнітних процесів імпульс ЕДЗ зростає на 3 %, а ККД підвищується на 8,2 %.

Наукова новизна. Уведено комплексний критерій ефективності ЛІПЕТ, що враховує у відносному вигляді амплітуду струму збудження, масу обмоток, перевищення температури обмотки індуктора, величину імпульсу ЕДЗ, ККД і максимальну швидкість при заданому коефіцієнті надійності. За допомогою цього критерію встановлено, що по силовому впливу й по швидкісним показниками найбільш ефективним є перетворювач, що збуджується аперіодичним імпульсом струму з підживленням, а за якістю роботи найбільш ефективним є перетворювач, що збуджується аперіодичним імпульсом.

Практична значимість. Встановлено вплив ширини мідної шини і відповідних їй висот обмоток індуктора та якоря на швидкісні й силові показники ЛІПЕТ при використанні коливально-загасаючого, однонапівперіодного, аперіодичного та аперіодичного з підживленням імпульсів збудження.

References.

1. Zhang, T., Guo, W., Lin, F., Cao, B., Dong, Z., Ren, R., …, & Su, Z. (2013). Experimental results from a 4-stage synchronous induction coil gun. IEEE Transactions on plasma science, 41(5), 1084-1088. https://doi.org/10.1109/TPS.2013.2249116.

2. Go, B.-S., Le, D.-V., Song, M.-G., Park, M., & Yu, I.-K. (2019). Design and electromagnetic analysis of an induction-type coilgun system with a pulse power module. IEEE Transactions on plasma science, 47(1), 971-976. https://doi.org/10.1109/TPS.2018.2874955.

3. Gorodzha, K. A., Podoltsev, O. D., & Troshchynskyi, B. A. (2019). Electromagnetic processes in pulse electrodynamic emitter for exciting elastic oscillations in concrete structures. Technical Electrodynamics, (3), 23-28. https://doi.org/10.15407/techned2019.03.023.

4. Angquist, L., Baudoin, A., Norrga, S., Nee, S., & Modeer, T. (2018). Low-cost ultra-fast DC circuit-breaker: Power electronics integrated with mechanical switchgear. IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), Lyon, (pp. 1708-1713). https://doi.org/10.1109/ICIT.2018.8352439.

5. Vilchis-Rodriguez, D. S., Shuttleworth, R., Smith, A. C., & Barne, M. (2018). A comparison of damping techniques for the soft-stop of ultra-fast linear actuators for HVDC breaker applications. The 9 ^th International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD), Liverpool, UK, (pp. 1-6). Retrieved from https://www.research.manchester.ac.uk/portal/files/68110674/Soft_stop_techniques_full_paper_Final.pdf.

6. Vilchis-Rodriguez, D. S., Shuttleworth, R., & Barnes, M. (2017). Modelling thomson coils with axis-symmetric problems: practical accuracy considerations. IEEE Transactions on Energy Conversion, 32(2), 629-639. https://doi.org/10.1109/TEC.2017.2651979.

7. Kondratiuk, M., & Ambroziak, L. (2016). Concept of the magnetic launcher for medium class unmanned aerial vehicles designed on the basis of numerical calculations. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 54(1), 163-177. https://doi.org/10.15632/jtam-pl.54.1.163.

8. Bissal, A., Magnusson, J., & Engdahl, G. (2012). Comparison of two ultra-fast actuator concept. IEEE Transactions on Magnetics, 48(11), 3315-3318. https://doi.org/10.1109/tmag.2012.2198447.

9. Bolyukh, V. F., Kashanskij, Y. V., & Schukin, I. S. (2019). Influence of geometrical parameters of the inductor and armature on the indicators of a linear pulse electromechanical converter of an electrodynamic type. Electrical engineering & electromechanics, (3), 11-17. https://doi.org/10.20998/2074-272X.2019.3.02.

10. Fan, G., Wang, Y., Xu, Q., Nie, X., & Zhongming, Y. (2019). Design and analysis of a novel three-coil reconnection electromagnetic launcher. IEEE transactions on plasma science, 47(1), 814-820. https://doi.org/10.1109/TPS.2018.2874287.

11. Bolyukh, V. F., & Katkov, I. I. (2013). Cryogenic cooling system “Krioblast” increased efficiency and lowered the operation time of protective electrical induction-induced devices. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Proceedings IMECE 2013, 8 B, San Diego, CA; US, code105847. https://doi.org/10.1115/IMECE2013-62383.

12. Niu, X., Li, W., & Feng, J. (2019). Nonparametric modeling and parameter optimization of multistage synchronous induction coilgun. IEEE Transactions on plasma science, 47(7), 3246-3255. https://doi.org/10.1109/TPS.2019.2918157.

13. Bolyukh, V. F., & Shchukin, I. S. (2012). The thermal state of an electromechanical induction converter with impact action in the cyclic operation mode. Russian Electrical Engineering,  83(10), 571-576. https://doi.org/10.3103/S1068371212100045.

14. Liu, X., Yu, X., Ban, R., & Li, Z. (2017). Analysis of the capacitor-aided meat grinder circuits for an inductive pulsed power supply. IEEE Transactions on plasma science, 45(7), 1339-1346. https://doi.org/10.1109/TPS.2017.2705179.

15. Zhou, Y., Huang, Y., Wen, W., Lu, J., Cheng, T., & Gao, S. (2019). Research on a novel drive unit of fast mechanical switch with modular double capacitors. Journal of Engineering, (17), 4345-4348. https://doi.org/10.1049/joe.2018.8148.

• < Попередня
• Наступна >