Исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора
На основе разработанной цепной математической модели получены рекуррентные соотношения для расчета взаимосвязанных электромагнитных, механических и тепловых параметров линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя (ЛИИЭП). Показано, что электромеханические показатели ЛИИЭП с...
Saved in:
| Published in: | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Date: | 2018 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147632 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора / В.Ф. Болюх, А.И. Кочерга, И.С. Щукин // Електротехніка і електромеханіка. — 2018. — № 1. — С. 21-28. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859895592775319552 |
|---|---|
| author | Болюх, В.Ф. Кочерга, А.И. Щукин, И.С. |
| author_facet | Болюх, В.Ф. Кочерга, А.И. Щукин, И.С. |
| citation_txt | Исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора / В.Ф. Болюх, А.И. Кочерга, И.С. Щукин // Електротехніка і електромеханіка. — 2018. — № 1. — С. 21-28. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Електротехніка і електромеханіка |
| description | На основе разработанной цепной математической модели получены рекуррентные соотношения для расчета взаимосвязанных электромагнитных, механических и тепловых параметров линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя (ЛИИЭП). Показано, что электромеханические показатели ЛИИЭП со схемой питания индуктора, формирующей апериодический токовый импульс возбуждения, лучше, чем у ЛИИЭП с возбуждением
индуктора однополярным токовым импульсом, но хуже, чем у ЛИИЭП с возбуждением индуктора колебательнозатухающим токовым импульсом. В данном преобразователе в процессе работы наиболее сильно нагревается индуктор и наименее нагревается якорь. Показано, что в ЛИИЭП со схемой питания индуктора, формирующей апериодический токовый импульс возбуждения с подключением добавочного емкостного накопителя энергии, все электромеханические показатели выше по сравнению с ЛИИЭП со схемой питания индуктора, формирующей колебательнозатухающий токовый импульс возбуждения. Однако в этом ЛИИЭП возрастают превышения температур активных
элементов, особенно сильно – индуктора и снижается КПД
На основі розробленої ланцюгової математичної моделі отримані рекурентні співвідношення для розрахунку взаємопов’язаних електромагнітних, механічних та теплових параметрів лінійного імпульсно-індукційного електромеханічного перетворювача (ЛІІЕП). Показано, що електромеханічні показники ЛІІЕП зі схемою живлення індуктора, яка
формує аперіодичний струмовий імпульс збудження, краще, ніж у ЛІІЕП зі збудженням індуктора однополярним
струмовим імпульсом, але гірше, ніж у ЛІІЕП зі збудженням індуктора коливально-загасаючим струмовим імпульсом.
В цьому перетворювачі у процесі роботи найбільш сильно нагрівається індуктор та найменше нагрівається якір.
Показано, що у ЛІІЕП зі схемою живлення індуктора, яка формує аперіодичний струмовий імпульс збудження із підключенням додаткового ємнісного накопичувача, всі електромеханічні показники вище у порівнянні з ЛІІЕП зі схемою
живлення індуктора, яка формує коливально-загасаючий струмовий імпульс збудження. Однак в цьому ЛІІЕП збільшуються перевищення температур активних елементів, особливо сильно індуктора та відбувається зниження ККД
Purpose. The goal of the paper is to investigate the influence of the
power circuits of the linear pulse-induction electromechanical
converters (LPIEC), which form the current pulse of excitation of
the inductor from the capacitive energy storage (CES), to its electromechanical parameters. Methodology. A circuit mathematical
model of LPIEC was developed, on the basis of which recurrence
relations were obtained for calculating the interrelated electromagnetic, mechanical, and thermal parameters of the LPIEC. This
model makes it possible to calculate the LPIEC parameters for
various power circuits, the inductor of which is excited by the CES.
Results. It is established that electromechanical LPEC parameters
with power circuit forming an aperiodic current excitation pulse of
an inductor are better than in LPIEC with excitation of an inductor
by an unipolar current pulse, but worse than in LPIEC with excitation of an inductor by a vibrationally damped current pulse. In this
converter, during operation, the inductor is heated most, and the
armature is heated least. It is established that in LPIEC with power
circuit that forms an aperiodic current pulse of excitation of an
inductor with the connection of an additional CES, all electromechanical parameters are higher in comparison with the LPIEC with
a power circuit that forms a vibrationally damped current excitation
pulse of the inductor. However, in this LPIEC the excess of the
temperatures of the active elements increases, especially strongly in
the inductor, and the efficiency of the converter decreases. Originality. For the first time, the LPIEC has been investigated using the
power circuit that forms an aperiodic current pulse of excitation of
an inductor with the connection of an additional CES. It is established that in this LPIEC all electromechanical parameters are
higher than for LPIEC with power circuits forming an unipolar or
oscillating-damped current excitation pulse of the inductor. Practical value. In the LPIEC with power circuit that forms an aperiodic
current pulse of excitation of the inductor with the connection of an
additional CES, the electromechanical LPIEC parameters increase.
This increases the temperature rise of the inductor, and the temperature rise of the armature decreases. The effectiveness of this
LPIEC is also reduced.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:54:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1 21
© В.Ф. Болюх, А.И. Кочерга, И.С. Щукин
УДК 621.313:536.2.24:539.2 doi: 10.20998/2074-272X.2018.1.03
В.Ф. Болюх, А.И. Кочерга, И.С. Щукин
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОГО ИМПУЛЬСНО-ИНДУКЦИОННОГО
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СХЕМАХ
ПИТАНИЯ ИНДУКТОРА
На основі розробленої ланцюгової математичної моделі отримані рекурентні співвідношення для розрахунку взаємо-
пов’язаних електромагнітних, механічних та теплових параметрів лінійного імпульсно-індукційного електромехані-
чного перетворювача (ЛІІЕП). Показано, що електромеханічні показники ЛІІЕП зі схемою живлення індуктора, яка
формує аперіодичний струмовий імпульс збудження, краще, ніж у ЛІІЕП зі збудженням індуктора однополярним
струмовим імпульсом, але гірше, ніж у ЛІІЕП зі збудженням індуктора коливально-загасаючим струмовим імпульсом.
В цьому перетворювачі у процесі роботи найбільш сильно нагрівається індуктор та найменше нагрівається якір.
Показано, що у ЛІІЕП зі схемою живлення індуктора, яка формує аперіодичний струмовий імпульс збудження із під-
ключенням додаткового ємнісного накопичувача, всі електромеханічні показники вище у порівнянні з ЛІІЕП зі схемою
живлення індуктора, яка формує коливально-загасаючий струмовий імпульс збудження. Однак в цьому ЛІІЕП збіль-
шуються перевищення температур активних елементів, особливо сильно індуктора та відбувається зниження ККД.
Бібл. 12, рис. 7.
Ключові слова: лінійний імпульсно-індукційний електромеханічний перетворювач, ланцюгова математична модель,
рекурентні співвідношення, схеми живлення індуктора, ємнісний накопичувач енергії, струмовий імпульс збудження
індуктора.
На основе разработанной цепной математической модели получены рекуррентные соотношения для расчета взаимо-
связанных электромагнитных, механических и тепловых параметров линейного импульсно-индукционного электро-
механического преобразователя (ЛИИЭП). Показано, что электромеханические показатели ЛИИЭП со схемой пита-
ния индуктора, формирующей апериодический токовый импульс возбуждения, лучше, чем у ЛИИЭП с возбуждением
индуктора однополярным токовым импульсом, но хуже, чем у ЛИИЭП с возбуждением индуктора колебательно-
затухающим токовым импульсом. В данном преобразователе в процессе работы наиболее сильно нагревается индук-
тор и наименее нагревается якорь. Показано, что в ЛИИЭП со схемой питания индуктора, формирующей апериоди-
ческий токовый импульс возбуждения с подключением добавочного емкостного накопителя энергии, все электроме-
ханические показатели выше по сравнению с ЛИИЭП со схемой питания индуктора, формирующей колебательно-
затухающий токовый импульс возбуждения. Однако в этом ЛИИЭП возрастают превышения температур активных
элементов, особенно сильно – индуктора и снижается КПД. Библ. 12, рис. 7.
Ключевые слова: линейный импульсно-индукционный электромеханический преобразователь, цепная математиче-
ская модель, рекуррентные соотношения, схемы питания индуктора, емкостной накопитель энергии, токовый им-
пульс возбуждения индуктора.
Введение. Линейные электродвигатели традици-
онного типа (синхронные, асинхронные и постоянного
тока) не позволяют обеспечить значительные ускоре-
ния и ударные нагрузки при ограниченных удельных
показателях. Это привело к появлению специальных
линейных импульсных электромеханических преобра-
зователей, которые обеспечивают высокую скорость
исполнительного элемента (ИЭ) на коротком активном
участке, и/или создают мощные силовые импульсы
при незначительном его перемещении [1-4]. Такие
преобразователи используются во многих отраслях
науки и техники в качестве электромеханических ус-
корителей и ударно-силовых устройств [5-7]. Они
характеризуются [8]:
пульсирующим, возвратно-поступательным,
циклическим или одноразовым режимом работы;
прерывистым характером преобразования энер-
гии за счет наличия обратного хода, а часто и дли-
тельной паузы в течение рабочего цикла;
большой длительностью накопления энергии от
емкостного накопителя энергии (ЕНЭ) по отношению
к длительности рабочего периода;
интенсивными электромагнитными нагрузками,
значительно превышающими аналогичные показатели
традиционных линейных электродвигателей.
Наиболее широко применяются линейные им-
пульсно-индукционные электромеханические преоб-
разователи (ЛИИЭП) коаксиальной конфигурации, в
которых ускоряемый якорь бесконтактно взаимодей-
ствует с неподвижным индуктором [1, 2, 9]. При воз-
буждении индуктора от ЕНЭ в электропроводящем
якоре индуцируются вихревые токи. Вследствие этого
на якорь действуют электродинамические усилия
(ЭДУ), вызывающие его аксиальное перемещение
(рис. 1,а).
Однако при работе в динамическом режиме с
быстрым изменением электромагнитных, механиче-
ских и тепловых параметров эффективность ЛИИЭП
недостаточно высока, что требует новых подходов по
улучшению его электромеханических показателей.
Одним из путей повышения указанных показателей
является формирование необходимых токовых им-
пульсов индуктора за счет схем питания, которые
располагаются между ЕНЭ и индуктором. Однако до
настоящего времени не проведено целенаправленных
исследований по определению влияния различных
схем питания индуктора на электромеханические
показатели ЛИИЭП.
Целью статьи является исследование влияния
различных схем питания индуктора, формирующих
его токовые импульсы, на электромеханические пока-
затели ЛИИЭП.
22 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1
Математическая модель. Рассмотрим матема-
тическую цепную модель ЛИИЭП, в которой исполь-
зуются сосредоточенные параметры индуктора и яко-
ря (рис. 1,б).
а б
Рис. 1. Конструктивная (а) и электрическая (б) схемы
ЛИИЭП со свободным разрядом ЕНЭ на индуктор:
1 – индуктор; 2 – якорь; 3 – ИЭ; 4 – возвратная пружина
В представленной на рис. 1,б электрической схе-
ме после замыкания ключа Q происходит свободный
разряд ЕНЭ на индуктор. Электрические процессы в
ЛИИЭП можно описать системой уравнений [9]:
dt
di
zMdti
Cdt
di
LiTR
t
2
12
0
1
0
1
1111 )(
1
)(
0)( 12
2
dz
dM
itvz , 0
0
1
0
1
Udti
C
t
, (1)
0)()()( 12
1
1
21
2
2222
dz
dM
tvi
dt
di
zM
dt
di
LiTR , (2)
где n = 1, 2 – индексы индуктора и якоря соответст-
венно; Rn, Ln, Tn, in – активное сопротивление, индук-
тивность, температура и ток n-го элемента соответст-
венно; С0 – емкость ЕНЭ, заряженного до напряжения
U0; M12(z) – взаимная индуктивность между индукто-
ром и якорем, перемещаемым вдоль оси z со скоро-
стью vz.
Обозначим
)( );( );( );( 1212222111 tvvzMMTRRTRR zz .
Система уравнений (1, 2) после ряда преобразо-
ваний приводится к уравнению:
010
1
12
1
2
23
1
3
3 ia
dt
di
a
dt
id
a
dt
id
a , (3)
где
;2 ; 12
23 dz
dM
Mvaa z
2
122
0
2
211
dz
dM
v
C
L
RRa z ;
0
2
0 C
R
a ; 2121
2
1221 ; RLLRMLL .
Характеристическое уравнение дифференциаль-
ного уравнения (3) представляется в каноническом
виде
0**
2
*
3 txsxrx , (4)
где 32* aar ; 31* aas ; 30* aat .
Используя замену 3*rxy , уравнение (4)
приводится к виду
0**
3 qypy , (5)
где 32
*** rsp ; ***
3
** 332 tsrrq .
Корни уравнения (5) находятся с использованием
формулы Кардано:
**1 vuy ; *2*12 vuy ; *1*23 vuy , (6)
где 3
*
5,0
* 5,0 qDu ; 3
*
5,0
* 5,0 qDv ;
315,02,1 j ; 2*
3
* 23 qpD – дискри-
минант уравнения (5).
Если D0, то кубическое уравнение (5) имеет три
действительных корня:
1
3
2
272
arccos
3
1
cos272
3
*
*6 3
* p
p
q
pyp , (7)
где р = 1, 2, 3.
Решение системы уравнений (1) – (2) находится в
виде:
;
expexpexp)(
12
1
2
3132121111
dz
dM
R
i
v
txAtxAtxAti
z
(8)
,
expexpexp)(
12
2
1
3232221212
dz
dM
R
i
v
txAtxAtxAti
z
(9)
где А11,…, А23 – постоянные, определяемые в момент
времени tk.
После нахождения постоянных А11,…, А23, выра-
жения для токов индуктора и якоря представляются в
рекуррентном виде:
2
12
21
2
1
1
)(
)()(
dz
dM
RR
vti
titi zkm
knkn
321
12
213312321
dz
dM
R
v
n
mz
n
321
12
213312
dz
dM
R
v
n
mz
n
12
12
21
2
1
dz
dM
RR
vz , (10)
где n = 1, 2 при m = 2, 1;
233231311221 ;
)exp( 1231 t ; )exp( 2312 t ;
)exp( 3123 t ;
32
5,0
31
2
2 3/3/12cos32 aapaaap
;
3 ,2 ,1p ;
2
30
3
2321
5,1
31
2
2 5,135,43arccos aaaaaaaaa ;
dz
dM
R
vB
B
n
zm
nn
12 ;
dz
dM
R
vE
E
n
zm
nn
12 ;
12221 ; ML ;
;)(
)()(
12
12
12
1
kckzmm
kmmnzknn
tu
dz
dM
vLMR
tiLR
dz
dM
vMtiB
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1 23
;2)(
2)(
2)(
12
1221
2
2
2
122
2
12
212
2
212
122
12222
2
122
1221
2
21
12
122
12
21
2
12211
2
1
dz
dM
VMLRLMRtu
dz
dM
LMV
RM
dz
dM
MRLvti
dz
dM
MLLv
LR
dz
dM
MvLCLRMRRtiE
kc
zkz
zk
,)(
2)(
22)(
12
122
1221
2
1222
12
21
12
2112
2
12
2
12122
2
12
121
212
1
2
1211
1
121
2
2
M
dz
dM
MLLvtu
dz
dM
vM
LL
dz
dM
RLvMLRMRRti
dz
dM
MLv
dz
dM
LMRvRCMtiE
zkcz
zk
zzk
где )( kc tu – напряжение ЕНЭ в момент времени tk.
Если дискриминант D0 характеристического
уравнения (5), то один его корень действительный
x1 = d, а два других – комплексно сопряженные
x2,3 = fjg. Решение системы уравнений (1) – (2) нахо-
дится в виде:
;
sincosexpexp)(
12
1
2
1312111
dz
dM
R
i
v
gtBgtBftdtBti
z
(11)
;
sincosexpexp)(
12
2
1
2322212
dz
dM
R
i
v
gtBgtBftdtBti
z
(12)
где В11,…, В23 – постоянные, определяемые в момент
времени tk.
В окончательном виде токи индуктора и якоря
можно представить в виде рекуррентных соотношений:
2
12
21
2
12
1 1)(
dz
dM
RR
v
dz
dM
R
v
ti z
n
zm
nkn
, (13)
где
;22)cos(
)sin()exp(
2)exp(
22222
221221
nnnn
nn
nnnn
ffddtggdf
fdgfdgfdtgtf
ffgtdgdfgg
dz
dM
R
tiv
ti
n
kmz
knn
12)(
)( .
Механические процессы ЛИИЭП можно опи-
сать уравнением:
),(125,0
)()()()(
22
2
221
tvD
tvKtzK
dt
dv
mm
dz
dM
titi
zmaa
zTP
z
a
(14)
где m2, ma – масса якоря и ИЭ соответственно; KP –
коэффициент упругости возвратной пружины; z(t) –
величина перемещения якоря с ИЭ; KT – коэффициент
динамического трения; a – плотность среды переме-
щения; a – коэффициент аэродинамического сопро-
тивления; D2m – наружный диаметр ИЭ.
Эффективность аксиального силового воздействия
на якорь будем оценивать величиной импульса ЭДУ:
dttzfF zz ),( , (15)
где fz(z,t) – мгновенное значение аксиальных ЭДУ,
действующих на якорь.
На основании уравнения (14) величину переме-
щения якоря с ИЭ можно представить в виде рекур-
рентного соотношения:
2
2
1 )()()( mmtttvtztz akzkk , (16)
где 21 )()( mmttvtv akzkz – скорость яко-
ря с ИЭ вдоль ос z;
).(125,0
)()()()()(
22
2
21
kzmaa
kzTkPkk
tvD
tvKtzKz
dz
dM
titi
Тепловые процессы. При отсутствии переме-
щения якоря, что происходит либо до начала прямого
хода, либо после обратного хода, между активными
элементами существует тепловой контакт через изо-
ляционную прокладку. Температуры n-ых активных
элементов ЛИИЭП при этом можно описать рекур-
рентным соотношением [10]:
,)(
25,0)()(25,0
)()(1)()(
11
1
0
1221
1
aa
nenTnaakmTnnen
inennnknknkn
dT
HDdTtTHDT
DDTRtitTtT
(17)
где
na
a
Tnen
nnn Hd
T
D
Tc
t )(
25,0
)(
exp ;
a(T) – коэффициент теплопроводности изоляционной
прокладки; da - толщина прокладки; Den, Din – внеш-
ний и внутренний диаметры активных элементов
соответственно; αTn – коэффициент теплоотдачи n-ого
активного элемента; cn – теплоемкость n-ого активно-
го элемента
Температуры n-ых активных элементов при пе-
ремещении якоря и отсутствии теплового контакта
между якорем и индуктором можно описать рекур-
рентным соотношением:
,
)()(41)()(
12211
12
01
inennen
Tnnnknknkn
DDHD
TRtiTtTtT
(18)
где 11 )(25,0exp nnnTnen TctD .
Начальные условия системы уравнений (1) – (18):
Tn(0)=T0 – температура n-ого активного элемента;
in(0)=0 – ток n-ого активного элемента; z(0)= z0 –
исходное осевое расстояние между якорем и обмот-
кой индуктора; uc(0)=U0 – напряжение ЕНЭ; vz(0)=0 –
скорость якоря вдоль оси z.
КПД ЛИИЭП будем оценивать соотношением:
2
00
22
2100
UC
zKvmm Pze
%. (19)
Основные параметры ЛИИЭП. Рассмотрим
ЛИИЭП коаксиальной конфигурации, у которого
якорь выполнен в форме плоского диска, одна из сто-
рон которого обращена к индуктору, а вторая взаимо-
действует с ИЭ. Основные параметры ЛИИЭП:
Индуктор: внешний диаметр Dex1=100 мм, внут-
ренний диаметр Din1=10 мм, высота H1 = 10 мм, сече-
ние медной шины a×b = 1,8×4,8 мм2, количество вит-
ков шины N = 46 шт. Индуктор выполнен в виде двух-
слойной обмотки с внешними электрическими выво-
дами.
24 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1
Якорь: внешний диаметр Dex2=100 мм, внутрен-
ний диаметр Din2 = 6 мм, высота H2 = 2,5 мм. Якорь
выполнен из технической меди.
ЕНЭ: емкость C0 = 1 мФ, напряжение U0 = 1 кВ.
Начальное расстояние между индуктором и яко-
рем Δz0 = 1 мм. Коэффициент упругости возвратной
пружины KP = 25 кН/м. Масса ИЭ me = 0,25 кг;
Полагаем, что в схемах питания индуктора
ЛИИЭП сопротивления диодов и тиристора в прямом
направлении пренебрежимо мало, а в обратном на-
правлении их проводимость столь же мала.
Схема питания индуктора ЛИИЭП, форми-
рующая однополярный токовый импульс возбуж-
дения. Наиболее простой является схема питания
индуктора ЛИИЭП, формирующая однополярный
токовый импульс возбуждения, в которой использует-
ся лишь пусковой тиристор VS (рис. 2).
а
б
Рис. 2. Электрическая схема ЛИИЭП, формирующая одно-
полярный токовый импульс индуктора, (а) и электромеха-
нические характеристики этого ЛИИЭП (б)
Импульс тока в индукторе имеет относительно
небольшую длительность переднего фронта и более
продолжительную длительность заднего фронта. Та-
кая форма токового импульса индуктора обусловлена
индукционным воздействием тока якоря, смещающим
максимум к началу процесса возбуждения. Заметим,
что при отсутствии якоря импульс тока индуктора
близок в полусинусоиде. Максимальные значения
тока якоря и индуктора из-за магнитной связи возни-
кают практически в один и тот же момент времени.
Индуцированный ток в якоре через 0,5 мс меняет
полярность, что обуславливает возникновение незна-
чительных тормозных ЭДУ, которые действуют до
окончания протекания токового импульса в индукто-
ре. Максимальные значения плотности тока состав-
ляют: в индукторе j1m = 538,7 А/мм2, в якоре –
j2m = 1218,5 А/мм2. В момент максимума плотностей
токов возникает и максимум ЭДУ, достигающий ве-
личины fzm = 39,8 кН. Рассматриваемый ЛИИЭП соз-
дает импульс силы Fz = 7,6 Нс, под действием которо-
го якорь вместе с ИЭ достигает скорости vz = 17,9 м/с.
К концу рабочего цикла превышение температуры
индуктора составляет θ1 = 0,5 ºС, а превышение тем-
пературы якоря – θ2 = 2 ºС. КПД данного ЛИИЭП
составляет η = 16,66%.
Схема питания индуктора ЛИИЭП, форми-
рующая колебательно-затухающий токовый им-
пульс возбуждения. Схема питания индуктора
ЛИИЭП, формирующая колебательно-затухающий
токовый импульс возбуждения, реализуется при шун-
тировании пускового тиристора VS обратным диодом
VD1 (рис. 3).
а
б
Рис. 3. Электрическая схема ЛИИЭП, формирующая коле-
бательно-затухающий токовый импульс индуктора, (а)
и электромеханические характеристики этого ЛИИЭП (б)
Возбуждение индуктора ЛИИЭП колебательно-
затухающим токовым импульсом приводит к сущест-
венному изменению его электромеханических харак-
теристик. Из-за несинхронного изменения полярно-
стей токов индуктора и якоря между ними возникают
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1 25
как ЭДУ отталкивания, перемещающие якорь с ИЭ
вдоль оси z, так и ЭДУ притяжения, тормозящие
якорь. Можно отметить наличие основных (до 0,5 мс)
и дополнительных (в интервале 0,7-1,3 мс) ЭДУ от-
талкивания. Дополнительные ЭДУ отталкивания зна-
чительно меньше основных усилий, прежде всего из-
за ослабленной магнитной связи между индуктором и
удаленным от него якорем.
В схеме питания индуктора ЛИИЭП, форми-
рующей колебательно-затухающий токовый импульс
возбуждения, на якорь действует увеличенный им-
пульс ЭДУ Fz = 9,46 Нс, вследствие чего он вместе с
ИЭ достигает скорости vz = 22,3 м/с. К концу рабочего
цикла превышение температуры индуктора составля-
ет θ1=1 ºС, а превышение температуры якоря –
θ2=2,4 ºС. КПД этого ЛИИЭП повышается до величи-
ны η = 24,88 %.
Однако в схемах питания индуктора, форми-
рующих однополярный и колебательно-затухающий
токовые импульсы возбуждения, напряжение ЕНЭ uc
меняет полярность, что требует использования специ-
альных неполярных конденсаторов.
Схема питания индуктора ЛИИЭП, форми-
рующая апериодический токовый импульс возбуж-
дения. Схема питания индуктора ЛИИЭП, формирую-
щая апериодический токовый импульс возбуждения,
реализуется при шунтировании индуктора обратным
диодом VD0. Данная схема позволяет использовать
электролитические конденсаторы с повышенными
удельными энергетическими показателями (рис. 4).
До момента, когда напряжение на ЕНЭ становит-
ся равным нулю, токи в индукторе и якоре описыва-
ются соотношениями (10) и (13). В последующем
токи описываются системой уравнений [11]:
0)()()()()(
dz
dM
tvti
dt
di
zM
dt
di
LtiTR nm
zm
m
nm
n
nnnn ,(20)
где m = 1, 2 при n = 2, 1.
После ряда преобразований эта система приво-
дится к уравнению:
021 12121
1
21212
1
2
2
12 i
dt
di
dt
id
K ,(21)
где
5,012
)(
)(
;
)(
;
)(
;
mn
nmnm
n
z
n
n
nm
n
n
n
n
LL
zM
K
dz
dM
L
tv
L
zM
L
R
.
Характеристическое уравнение дифференциаль-
ного уравнения (21) имеет два действительных корня
.1
5,05,0
1
1
5,0
2121
2
12
2
212121212
12
2,1
K
K
x
(22)
Выражения для токов в окончательном виде опи-
сываются рекуррентными соотношениями:
.)()(
1
expexp
expexp)(
1
)(
2
12
21
1221
21
1
nnmkmnmnkn
knkn
titi
K
txtx
txxtxxti
xx
ti
(23)
а
б
Рис. 4. Электрическая схема ЛИИЭП, формирующая апе-
риодический токовый импульс индуктора, (а) и электроме-
ханические характеристики этого ЛИИЭП (б)
При апериодическом токовом импульсе индук-
тора ЛИИЭП сохраняются как полярность напряже-
ние ЕНЭ uc, так и полярности токов индуктора и яко-
ря (рис. 4). После достижения напряжения ЕНЭ uc = 0
ток в индукторе начинает протекать через обратный
диод VD0. Из-за сохранения полярности токов на
якорь действуют только ЭДУ отталкивания, величина
импульса которых составляет Fz = 8,85 Нс. Якорь
вместе с ИЭ достигает скорости vz = 20,8 м/с. К концу
рабочего цикла превышение температуры индуктора
θ1 составляет 1,1 ºС, а превышение температуры якоря
θ2 – 1,7 ºС. КПД ЛИИЭП η составляет 22,23 %.
Электромеханические показатели ЛИИЭП с апе-
риодическим токовым импульсом индуктора лучше, чем
у ЛИИЭП с возбуждением индуктора однополярным
токовым импульсом, но хуже, чем у ЛИИЭП с возбуж-
дением индуктора колебательно-затухающим токовым
импульсом. В преобразователе с апериодическим токо-
вым импульсом индуктора наблюдается повышенный
нагрев индуктора и пониженный нагрев якоря.
Схема питания индуктора ЛИИЭП, форми-
рующая апериодический токовый импульс возбу-
ждения с подключением добавочного ЕНЭ. Сохра-
нение полярности напряжения uc в схеме питания
индуктора ЛИИЭП, формирующей апериодический
токовый импульс возбуждения, открывает перспекти-
вы по усовершенствованию данной схемы, например,
26 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1
за счет подключения добавочного ЕНЭ-1 в процессе
разряда исходного ЕНЭ-0 с параметрами C0 и U0 [12].
Добавочный ЕНЭ-1 емкостью C1 предварительно
заряжается до напряжения U1, которое меньше на-
пряжения U0 исходного ЕНЭ-0 (рис. 5). В процессе
разряда ЕНЭ-0, когда напряжение uc<U1, через диод
VD1 подключается ЕНЭ-1, увеличивая разрядную
емкость до величины C0+C1.
Рис. 5. Электрическая схема ЛИИЭП, формирующая апе-
риодический токовый импульс индуктора с подключением
добавочного ЕНЭ-1
Поскольку данная схема практически не иссле-
дована, рассмотрим влияние параметров добавочного
ЕНЭ-1 на электромеханические показатели ЛИИЭП.
Вначале рассмотрим влияние величины напряжения
U1 добавочного ЕНЭ-1 на показатели ЛИИЭП, по-
скольку его величина определяет момент подключе-
ния к исходному ЕНЭ-0. Рассмотрим три варианта
подключения добавочного ЕНЭ-1: до (U1=0,7U0), в
момент (U1=0,6U0) и после (U1=0,5U0) достижения
максимума ЭДУ, действующих на якорь. Будем ис-
пользовать добавочный ЕНЭ-1, у которого C1 = C0.
КПД ЛИИЭП с данной схемой питания индукто-
ра будем оценивать соотношением
2
11
2
00
22
2100
UCUC
zKvmm Pe
%. (24)
В момент подключения добавочного ЕНЭ-1 до
достижения максимума ЭДУ (U1=0,7U0) на переднем
фронте токовых импульсов индуктора и якоря наблю-
даются возмущения (рис. 6,а). При этом возникает
соответствующее возмущение и на переднем фронте
кривой ЭДУ. После подключения добавочного ЕНЭ-1
напряжение uc начинает снижаться более медленно.
По сравнению с вариантом использования только
исходного ЕНЭ-0 максимальные значения плотностей
тока повысились: в индукторе – до 603,6 А/мм2, в якоре
– до 1324,6 А/мм2. Это привело к увеличению макси-
мума ЭДУ до 47,2 кН, импульса ЭДУ – до 11,5 Нс, а
скорости якоря с ИЭ – до 27,1 м/с. Однако за счет
энергии добавочного ЕНЭ-1 КПД ЛИИЭП снижается
до 18,8 %. Кроме того, при работе ЛИИЭП с данной
схемой питания индуктора наблюдаются более высо-
кие превышения температур (θn = Tn – T0) индуктора
θ1 = 2,1ºС и якоря θ2 = 2,2 ºС, по сравнению с рас-
смотренными ранее схемами.
При подключении добавочного ЕНЭ-1 в момент
возникновения максимума ЭДУ (U1 = 0,6U0) наблю-
дается локальный рост величин токовых импульсов
индуктора и якоря (рис. 6,б).
а
б
в
Рис. 6. Электромеханические характеристики ЛИИЭП
при подключении добавочного ЕНЭ-1, заряженного
до напряжения U1: 0,7U0 (а); 0,6U0 (б); 0,5U0 (в)
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1 27
В этот момент происходит и соответствующее
увеличение ЭДУ. Несмотря на определенное измене-
ние электромеханических характеристик, в целом
показатели ЛИИЭП практически остались неизмен-
ными по сравнению с предыдущим вариантом
(U1 = 0,7U0). При подключении ЕНЭ-1 после момента
возникновения максимума ЭДУ (U1 = 0,5U0) наблю-
дается локальный рост величин токовых импульсов
индуктора и якоря на их заднем фронте (рис. 6,в).
После подключения ЕНЭ-1 ток в индукторе на-
чинает медленнее спадать до момента uc = 0.
Таким образом, добавочные ЕНЭ-1 и с малым и с
высоким значениями напряжений U1, которые под-
ключаются, соответственно на заднем и переднем
фронтах ЭДУ, позволяют повысить электромеханиче-
ские показатели ЛИИЭП. Так, при подключении
ЕНЭ-1 с малым напряжением (U1 = 0,15U0) скорость
якоря возрастает на 27 %, величина импульса ЭДУ
возрастает на 27 %, а КПД снижается на 25 %. При
подключении ЕНЭ-1 с высоким напряжением
(U1 = 0,75U0) скорость якоря возрастает на 29,7 %,
величина импульса ЭДУ возрастает на 29,6 %, а КПД
снижается на 18,7 %.
При данной схеме питания все электромеханиче-
ские показатели ЛИИЭП выше по сравнению с
ЛИИЭП со схемой питания индуктора, формирующей
колебательно-затухающий токовый импульс возбуж-
дения. Так, при использовании ЕНЭ-1 с напряжением
U1 = 0,6U0 максимальная величина ЭДУ fzm повыша-
ется на 20 %, а величина импульса ЭДУ Fz и скорость
якоря vz – на 21,6 %. При этом возрастает превышение
температуры индуктора θ1 в 2,12 раз, а превышение
температуры якоря θ2 уменьшается на 11,3 %. КПД
ЛИИЭП η снижается на 32,2 %.
Заметим, что электромеханические показатели
ЛИИЭП, использующего добавочный ЕНЭ-1 с напря-
жением U1 = 0,6U0, выше, чем в ЛИИЭП со схемой
питания, формирующей апериодический токовый
импульс возбуждения индуктора с исходной емко-
стью С0 = 2 мФ.
Показатели ЛИИЭП зависят также от емкости С1
добавочного ЕНЭ-1 (рис. 7).
Рис. 7. Зависимость электромеханических показателей
ЛИИЭП от емкости С1 при U1 = 0,6U0
С увеличением указанной емкости возрастают
все основные электромеханические показатели
ЛИИЭП. Так при увеличении емкости С1 от нуля до
2 мФ максимальная величина плотности тока индук-
тора j1m увеличивается на 24,3 %, тока якоря j2m – на
12,8 %, максимальная величина ЭДУ fzm – на 27,6 %,
величина импульса ЭДУ Fz и скорость якоря vz – на
43,6 %. Однако при этом возрастают превышения
температур индуктора θ1 в 2,7 раз, якоря θ2 – на
40,7 %. КПД ЛИИЭП η снижается на 45,2 %.
Таким образом, ЛИИЭП со схемой питания ин-
дуктора, формирующей апериодический токовый
импульс возбуждения с подключением добавочного
ЕНЭ-1, обеспечивает повышенные электромеханиче-
ские показатели. Однако при этом необходимо иметь
в виду, что добавочный ЕНЭ-1 приводит к повышен-
ному нагреву индуктора и якоря, а также к уменьше-
нию КПД ЛИИЭП.
Выводы.
1. С использованием разработанной цепной мате-
матической модели получены рекуррентные соотно-
шения для расчета взаимосвязанных электромагнит-
ных, механических и тепловых параметров ЛИИЭП
при различных схемах питания индуктора.
2. Установлено, что электромеханические показатели
ЛИИЭП со схемой питания индуктора, формирующей
апериодический токовый импульс возбуждения, лучше,
чем у ЛИИЭП с возбуждением индуктора однополяр-
ным токовым импульсом, но хуже, чем у ЛИИЭП с
возбуждением индуктора колебательно-затухающим
токовым импульсом. В преобразователе с апериодиче-
ским токовым импульсом возбуждения наиболее сильно
нагревается индуктор, а наименее сильно – якорь.
3. Установлено, что в ЛИИЭП со схемой питания
индуктора, формирующей апериодический токовый
импульс возбуждения с подключением добавочного
ЕНЭ, все электромеханические показатели выше по
сравнению с ЛИИЭП со схемой питания, формирую-
щей колебательно-затухающий токовый импульс
возбуждения индуктора. Однако в этом ЛИИЭП на-
блюдается повышенный нагрев активных элементов,
особенно – индуктора, и происходит снижение КПД.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Balikci A., Zabar Z., Birenbaum L., Czarkowski D. Im-
proved performance of linear induction launchers // IEEE
Transactions on Magnetics. – 2005. – vol.41. – no.1. – pp. 171-
175. doi: 10.1109/tmag.2004.839283.
2. D.-K. Lim, D.-K. Woo, I.-W. Kim, D.-K. Shin, J.-S. Ro, T.-K.
Chung, H.-K. Jung. Characteristic Analysis and Design of a
Thomson Coil Actuator Using an Analytic Method and a Numeri-
cal Method // IEEE Transactions on Magnetics. – 2013. – vol.49.
– no.12. – pp. 5749-5755. doi: 10.1109/tmag.2013.2272561.
3. Томашевский Д.Н., Кошкин А.Н. Моделирование ли-
нейных электродвигателей импульсного действия // Элек-
тротехника. – 2006. – №1. – С. 24-27.
4. Болюх В.Ф., Олексенко С.В., Щукин И.С. Сравнитель-
ный анализ линейных импульсных электромеханических
преобразователей электромагнитного и индукционного
типов // Технічна електродинаміка. – 2016. – №5. – С. 46-48.
5. Bissal A., Magnusson J., Engdahl G. Comparison of two
ultra-fast actuator concept // IEEE Transactions on Magnetics. –
2012. – vol.48. – no.11. – pp. 3315-3318. doi:
10.1109/tmag.2012.2198447.
6. Young-woo Jeong, Seok-won Lee, Young-geun Kim, Hyun-
wook Lee. High-speed AC circuit breaker and high-speed OCD
28 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1
// 22nd International Conference and Exhibition on Electricity
Distribution (CIRED 2013). – 2013, 10-13 June, Stockholm. –
Paper 608. doi: 10.1049/cp.2013.0834.
7. Li W., Koh C.S. Parametric analysis of Thomson-coil actua-
tor using adaptive equivalent circuit method // Digests of the
2010 14th Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field
Computation. – May 2010. – pp. 1-9. doi:
10.1109/cefc.2010.5481673.
8. Bolyukh V.F., Oleksenko S.V., Katkov I.I. The use of fast
cryogenic cooling and ferromagnetic core greatly increases effi-
ciency of a linear induction-dynamic converter // Proceedings of the
13th cryogenics 2014 IIR international conference. – Praha, Czech
Republic. – 7-11 April, 2014. – Paper ID: 012. – pp. 268-275.
9. Болюх В.Ф., Щукин И.С. Линейные индукционно-
динамические преобразователи. Saarbrucken, Germany: LAP
Lambert Academic Publishing, 2014. – 496 с.
10. Болюх В.Ф., Марков А.М., Лучук В.Ф., Щукин И.С.
Энергетические процессы и эффективность индукционно-
динамического преобразователя ударного действия //
Електротехніка і електромеханіка. – 2009. – №2.– С. 9-14.
doi: 10.20998/2074-272X.2009.2.02.
11. Болюх В.Ф., Марков А.М., Лучук В.Ф., Щукин И.С.
Теоретические и экспериментальные исследования индук-
ционно-динамического двигателя, возбуждаемого от поляр-
ного емкостного накопителя // Технічна електродинаміка.
Тематичний випуск «Проблеми сучасної електротехніки». −
2006. – Ч.2. – С. 65-70.
12. Патент РФ № 2485614. МПК H01F7/06, G01V1/04. Ин-
дукционно-динамический привод / Ивашин В.В., Иванников
Н.А. – Заявл. 03.08.2011. – Опубл. 20.06.2013, Бюл. №17.
REFERENCES
1. Balikci A., Zabar Z., Birenbaum L., Czarkowski D. Im-
proved performance of linear induction launchers. IEEE Trans-
actions on Magnetics, 2005, vol.41, no.1, pp. 171-175. doi:
10.1109/tmag.2004.839283.
2. D.-K. Lim, D.-K. Woo, I.-W. Kim, D.-K. Shin, J.-S. Ro, T.-K.
Chung, H.-K. Jung. Characteristic Analysis and Design of a
Thomson Coil Actuator Using an Analytic Method and a Numeri-
cal Method. IEEE Transactions on Magnetics, 2013, vol.49,
no.12, pp. 5749-5755. doi: 10.1109/tmag.2013.2272561.
3. Tomashevsky D.N., Koshkin A.N. Modeling of linear im-
pulse electric motors. Russian Electrical Engineering, 2006,
no.1, pp. 24-27. (Rus).
4. Вolyukh V.F., Oleksenko S.V., Shchukin I.S. Comparative
analysis of linear pulse electromechanical converters electro-
magnetic and induction types. Technical Electrodynamics, 2016,
no.5, pp. 46-48. (Rus).
5. Bissal A., Magnusson J., Engdahl G. Comparison of two ultra-
fast actuator concept. IEEE Transactions on Magnetics, 2012,
vol.48, no.11, pp. 3315-3318. doi: 10.1109/tmag.2012.2198447.
6. Young-woo Jeong, Seok-won Lee, Young-geun Kim, Hyun-
wook Lee. High-speed AC circuit breaker and high-speed OCD.
22nd International Conference and Exhibition on Electricity
Distribution (CIRED 2013), 2013, 10-13 June, Stockholm,
Paper 608. doi: 10.1049/cp.2013.0834.
7. Li W., Koh C.S. Parametric analysis of Thomson-coil actua-
tor using adaptive equivalent circuit method. Digests of the 2010
14th Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Com-
putation, May 2010, pp. 1-9. doi: 10.1109/cefc.2010.5481673.
8. Bolyukh V.F., Oleksenko S.V., Katkov I.I. The use of fast
cryogenic cooling and ferromagnetic core greatly increases effi-
ciency of a linear induction-dynamic converter. Proceedings of
the 13th cryogenics 2014 IIR int. conf. Praha, Czech Republic, 7-
11 April, 2014, Paper ID: 012, pp. 268-275.
9. Bolyukh V.F., Shchukin I.S. Lineinye induktsionno-
dinamicheskie preobrazovateli [Linear induction-dynamic con-
verters]. Saarbrucken, Germany, LAP Lambert Academic Publ.,
2014. 496 p. (Rus).
10. Bolyukh V.F., Markov A.M., Luchuk V.F., Shchukin I.S..
Energy processes and efficiency of a dynamic induction percus-
sion converter. Electrical engineering and electromechanics,
2009, no.2, pp. 9-14. (Rus). doi: 10.20998/2074-
272X.2009.2.02.
11. Bolyukh V.F., Markov A.M., Luchuk V.F., Shchukin I.S.
Theoretical and experimental studies of an induction-dynamic
motor excited from a polar capacitive reservoir. Technical
electrodynamics. Thematic issue «Problems of modern electrical
engineering». 2006, part 2, pp. 65-70. (Rus).
12. Ivashin V.V., Ivannikov N.A. Induktsionno-dinamicheskiy
privod [Induction-dynamic drive]. Patent Russian Federation,
no. 2485614, 2013. (Rus).
Поступила (received) 10.11.2017
Болюх Владимир Федорович1, д.т.н., проф.,
Кочерга Александр Иванович1, аспирант,
Щукин Игорь Сергеевич1,2, к.т.н., доц.,
1 Национальный технический университет
«Харьковский политехнический институт»,
61002, Харьков, ул. Кирпичева, 2,
тел/phone +38 057 7076427, e-mail: vfbolyukh@gmail.com
2 ООО Фирма «ТЭТРА, Ltd»,
61002, Харьков, ул. Кирпичева, 2,
тел/phone +38 057 7076427, e-mail: tech@tetra.kharkiv.com.ua
V.F. Bolyukh1, A.I. Kocherga1, I.S. Schukin1,2
1 National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute»,
2, Kyrpychova Str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
2 Firm Tetra, LTD,
2, Kyrpychova Str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
Investigation of a linear pulse-induction electromechanical
converter with different inductor power supply circuits.
Purpose. The goal of the paper is to investigate the influence of the
power circuits of the linear pulse-induction electromechanical
converters (LPIEC), which form the current pulse of excitation of
the inductor from the capacitive energy storage (CES), to its elec-
tromechanical parameters. Methodology. A circuit mathematical
model of LPIEC was developed, on the basis of which recurrence
relations were obtained for calculating the interrelated electromag-
netic, mechanical, and thermal parameters of the LPIEC. This
model makes it possible to calculate the LPIEC parameters for
various power circuits, the inductor of which is excited by the CES.
Results. It is established that electromechanical LPEC parameters
with power circuit forming an aperiodic current excitation pulse of
an inductor are better than in LPIEC with excitation of an inductor
by an unipolar current pulse, but worse than in LPIEC with excita-
tion of an inductor by a vibrationally damped current pulse. In this
converter, during operation, the inductor is heated most, and the
armature is heated least. It is established that in LPIEC with power
circuit that forms an aperiodic current pulse of excitation of an
inductor with the connection of an additional CES, all electrome-
chanical parameters are higher in comparison with the LPIEC with
a power circuit that forms a vibrationally damped current excitation
pulse of the inductor. However, in this LPIEC the excess of the
temperatures of the active elements increases, especially strongly in
the inductor, and the efficiency of the converter decreases. Original-
ity. For the first time, the LPIEC has been investigated using the
power circuit that forms an aperiodic current pulse of excitation of
an inductor with the connection of an additional CES. It is estab-
lished that in this LPIEC all electromechanical parameters are
higher than for LPIEC with power circuits forming an unipolar or
oscillating-damped current excitation pulse of the inductor. Practi-
cal value. In the LPIEC with power circuit that forms an aperiodic
current pulse of excitation of the inductor with the connection of an
additional CES, the electromechanical LPIEC parameters increase.
This increases the temperature rise of the inductor, and the tem-
perature rise of the armature decreases. The effectiveness of this
LPIEC is also reduced. References 12, figures 7.
Key words: linear pulse-induction electromechanical con-
verters, circuit mathematical model, recurrence relations,
inductor feed circuits, capacitive energy storage, chain
mathematical model, current excitation pulse of inductor.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-147632 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2074-272X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:54:54Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Болюх, В.Ф. Кочерга, А.И. Щукин, И.С. 2019-02-15T11:05:07Z 2019-02-15T11:05:07Z 2018 Исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора / В.Ф. Болюх, А.И. Кочерга, И.С. Щукин // Електротехніка і електромеханіка. — 2018. — № 1. — С. 21-28. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2018.1.03 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147632 621.313:536.2.24:539.2 На основе разработанной цепной математической модели получены рекуррентные соотношения для расчета взаимосвязанных электромагнитных, механических и тепловых параметров линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя (ЛИИЭП). Показано, что электромеханические показатели ЛИИЭП со схемой питания индуктора, формирующей апериодический токовый импульс возбуждения, лучше, чем у ЛИИЭП с возбуждением индуктора однополярным токовым импульсом, но хуже, чем у ЛИИЭП с возбуждением индуктора колебательнозатухающим токовым импульсом. В данном преобразователе в процессе работы наиболее сильно нагревается индуктор и наименее нагревается якорь. Показано, что в ЛИИЭП со схемой питания индуктора, формирующей апериодический токовый импульс возбуждения с подключением добавочного емкостного накопителя энергии, все электромеханические показатели выше по сравнению с ЛИИЭП со схемой питания индуктора, формирующей колебательнозатухающий токовый импульс возбуждения. Однако в этом ЛИИЭП возрастают превышения температур активных элементов, особенно сильно – индуктора и снижается КПД На основі розробленої ланцюгової математичної моделі отримані рекурентні співвідношення для розрахунку взаємопов’язаних електромагнітних, механічних та теплових параметрів лінійного імпульсно-індукційного електромеханічного перетворювача (ЛІІЕП). Показано, що електромеханічні показники ЛІІЕП зі схемою живлення індуктора, яка формує аперіодичний струмовий імпульс збудження, краще, ніж у ЛІІЕП зі збудженням індуктора однополярним струмовим імпульсом, але гірше, ніж у ЛІІЕП зі збудженням індуктора коливально-загасаючим струмовим імпульсом. В цьому перетворювачі у процесі роботи найбільш сильно нагрівається індуктор та найменше нагрівається якір. Показано, що у ЛІІЕП зі схемою живлення індуктора, яка формує аперіодичний струмовий імпульс збудження із підключенням додаткового ємнісного накопичувача, всі електромеханічні показники вище у порівнянні з ЛІІЕП зі схемою живлення індуктора, яка формує коливально-загасаючий струмовий імпульс збудження. Однак в цьому ЛІІЕП збільшуються перевищення температур активних елементів, особливо сильно індуктора та відбувається зниження ККД Purpose. The goal of the paper is to investigate the influence of the power circuits of the linear pulse-induction electromechanical converters (LPIEC), which form the current pulse of excitation of the inductor from the capacitive energy storage (CES), to its electromechanical parameters. Methodology. A circuit mathematical model of LPIEC was developed, on the basis of which recurrence relations were obtained for calculating the interrelated electromagnetic, mechanical, and thermal parameters of the LPIEC. This model makes it possible to calculate the LPIEC parameters for various power circuits, the inductor of which is excited by the CES. Results. It is established that electromechanical LPEC parameters with power circuit forming an aperiodic current excitation pulse of an inductor are better than in LPIEC with excitation of an inductor by an unipolar current pulse, but worse than in LPIEC with excitation of an inductor by a vibrationally damped current pulse. In this converter, during operation, the inductor is heated most, and the armature is heated least. It is established that in LPIEC with power circuit that forms an aperiodic current pulse of excitation of an inductor with the connection of an additional CES, all electromechanical parameters are higher in comparison with the LPIEC with a power circuit that forms a vibrationally damped current excitation pulse of the inductor. However, in this LPIEC the excess of the temperatures of the active elements increases, especially strongly in the inductor, and the efficiency of the converter decreases. Originality. For the first time, the LPIEC has been investigated using the power circuit that forms an aperiodic current pulse of excitation of an inductor with the connection of an additional CES. It is established that in this LPIEC all electromechanical parameters are higher than for LPIEC with power circuits forming an unipolar or oscillating-damped current excitation pulse of the inductor. Practical value. In the LPIEC with power circuit that forms an aperiodic current pulse of excitation of the inductor with the connection of an additional CES, the electromechanical LPIEC parameters increase. This increases the temperature rise of the inductor, and the temperature rise of the armature decreases. The effectiveness of this LPIEC is also reduced. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора Investigation of a linear pulse-induction electromechanical converter with different inductor power supply circuits Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора Болюх, В.Ф. Кочерга, А.И. Щукин, И.С. Електричні машини та апарати |
| title | Исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора |
| title_alt | Investigation of a linear pulse-induction electromechanical converter with different inductor power supply circuits |
| title_full | Исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора |
| title_fullStr | Исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора |
| title_full_unstemmed | Исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора |
| title_short | Исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора |
| title_sort | исследование линейного импульсно-индукционного электромеханического преобразователя при различных схемах питания индуктора |
| topic | Електричні машини та апарати |
| topic_facet | Електричні машини та апарати |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147632 |
| work_keys_str_mv | AT bolûhvf issledovanielineinogoimpulʹsnoindukcionnogoélektromehaničeskogopreobrazovatelâprirazličnyhshemahpitaniâinduktora AT kočergaai issledovanielineinogoimpulʹsnoindukcionnogoélektromehaničeskogopreobrazovatelâprirazličnyhshemahpitaniâinduktora AT ŝukinis issledovanielineinogoimpulʹsnoindukcionnogoélektromehaničeskogopreobrazovatelâprirazličnyhshemahpitaniâinduktora AT bolûhvf investigationofalinearpulseinductionelectromechanicalconverterwithdifferentinductorpowersupplycircuits AT kočergaai investigationofalinearpulseinductionelectromechanicalconverterwithdifferentinductorpowersupplycircuits AT ŝukinis investigationofalinearpulseinductionelectromechanicalconverterwithdifferentinductorpowersupplycircuits |