Исследование тепловых процессов в линейном импульсно-индукционном электромеханическом преобразователе циклического действия

• Veröffentlicht in: Електротехніка і електромеханіка
• Datum: 2017
• Hauptverfasser: Болюх, В.Ф, Щукин, И.С.
• Format: Artikel
• Sprache: Russisch
• Veröffentlicht: Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2017
• Schlagworte: Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка
• Online Zugang: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147586
• Назва журналу: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Zitieren: Исследование тепловых процессов в линейном импульсно-индукционном электромеханическом преобразователе циклического действия / В.Ф. Болюх, И.С. Щукин // Електротехніка і електромеханіка. — 2017. — № 5. — С. 14-22. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Разработана математическая модель линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя
 (ЛИИЭП) циклического действия, система уравнений которой учитывает комплекс взаимосвязанных электромагнитных, электромеханических и тепловых процессов. Решения этих уравнений представлены в рекуррентном виде.
 Исследованы процессы ЛИИЭП, протекающие при прямом ходе рабочего цикла. Показано, что к концу рабочего цикла
 значительная часть энергии сохраняется в емкостном накопителе энергии, а также преобразуется в тепловую энергию якоря и индуктора. При значительном числе рабочих циклов происходит недопустимый нагрев активных элементов ЛИИЭП. Для решения этой проблемы используется интенсивное охлаждение обмотки индуктора, подвижного якоря или их обоих, а также увеличение периода следования импульсов. Установлено, что при работе ЛИИЭП в
 циклическом режиме экспериментальные зависимости температуры нагрева обмотки индуктора с точностью до 6
 % совпадают с расчетными результатами. Разработана конструктивная схема ЛИИЭП циклического действия с
 интенсивным водяным охлаждением обмотки индуктора. Розроблена математична модель лінійного імпульсно-індукційного електромеханічного перетворювача (ЛІІЕП) циклічної дії, система рівнянь якої враховує комплекс взаємопов’язаних електромагнітних, електромеханічних та теплових процесів. Рішення цих рівнянь представлені в рекурентному вигляді. Досліджені процеси ЛІІЕП, що протікають
 при прямому ході робочого циклу. Показано, що в кінці робочого циклу значна частина енергії зберігається в ємнісному
 накопичувачі енергії, а також перетворюється в теплову енергію якоря та індуктора. При значному числі робочих
 циклів виникає недопустимий нагрів активних елементів ЛІІЕП. Для рішення цієї проблеми використовується інтенсивне охолодження обмотки індуктора, рухомого якоря або їх обох, а також збільшення періоду слідування імпульсів.
 Встановлено, що при роботі ЛІІЕП в циклічному режимі експериментальні залежності температури нагріву обмотки індуктора з точністю до 6 % співпадають з розрахунковими результатами. Розроблена конструктивна схема
 ЛІІЕП циклічної дії з інтенсивним водяним охолодженням обмотки індуктора. Purpose. Investigation of the influence of the intensity of cooling
 of active elements and the period of succession of power pulses
 on the thermal processes of linear pulse-induction electromechanical converter (LPIEC) operating in a cyclic mode. Methodology. The electromechanical and energy processes of
 LPIEC, which arise during the direct course of the working
 cycle, are investigated. It is shown that by the end of the operating cycle, a significant part of the energy is stored in the capacitive energy storage device, and is also converted into thermal
 energy of the armature and inductor. With a significant number
 of operating cycles, an unacceptably high temperature rise of
 LPIEC active elements occurs. To solve this problem, intensive
 cooling of the winding of the inductor, the movable armature or
 both of them, as well as an increase in the pulse repetition period are used. It has been experimentally established that when
 the LPIEC is operating in a cyclic mode, the inductor winding
 with a steel frame blown with air is heated more slowly than the
 winding with an insulating frame. The experimental dependences with an accuracy of 6 % coincide with the calculated
 results. A constructive scheme of the LPIEC of cyclic action with
 intensive cooling of the stationary winding of the inductor has
 been developed. Results. A mathematical model of the LPIEC of
 cyclic action is developed, taking into account a complex of
 interrelated electromechanical and thermal processes. The
 solutions of its equations are represented in a recurrent form.
 The electromechanical and energy processes of LPIEC, which
 arise during the direct course of the working cycle, are investigated. It is shown that for a considerable number of operating
 cycles, unacceptably high temperature excesses of active elements of the LPIEC are observed. It is shown that intensive
 cooling of the winding of the inductor, the movable armature or
 both of them, and also the increase in the pulse repetition period
 ensure the temperature stabilization of the LPIEC. Measurements of the temperature on the surface of the winding of the
 inductor LPIEC during cyclic operation are carried out. A
 constructive scheme of the LPIEC of cyclic action with intensive
 cooling of the stationary winding of the inductor has been developed. Originality. A mathematical model of the LPIEC of
 cyclic action is developed, taking into account a complex of
 interrelated electromechanical and thermal processes. The
 solutions of its equations are represented in a recurrent form. It
 is shown that by the end of the working cycle a significant part
 of the energy is converted into thermal energy of the armature
 and inductor. It is determined that for a significant number of
 operating cycles, unacceptably high temperature excesses of
 active elements of the LPIEC are observed. It is shown that
 intense cooling of active elements, as well as an increase in the
 pulse repetition period, ensure the temperature stabilization of
 the LPIEC. A design scheme of the LPIEC with intensive cooling
 of the stationary winding of the inductor has been developed.
 Practical value. It is shown that by thermal cooling of at least
 one of the active elements and by increasing the pulse repetition
 period, the temperature stabilization of the LPIEC is ensured. A
 constructive scheme of the LPIEC of cyclic action with intensive
 cooling of the stationary winding of the inductor has been developed.