Academic literature on the topic 'Розрахунок магнітного поля'

Запропоновано блок управління і методичне забезпечення випробувального стенду. Завданням стенду є імітація зміни магнітного поля Землі під час руху КА по орбіті для відпрацювання алгоритмів роботи системи кутової орієнтації і стабілізації космічного апарату. У статті наведено модель магнітного поля Землі, а також матриці переходу в оскулюючу систему координат. У статті описаний розрахунок керуючих струмів для підтримки потрібної кількості ампер-витків, алгоритм управління включає в себе 2 ПІД регулятора, а також описана структурна схема блоку управління. Блок управління має захист по перевищенню струму і напруги, а також захист від короткого замикання. Для підвищення точності підтримки потрібної напруженості магнітного поля реалізований алгоритм, який використовує датчики струму і трьохвісьовий магнітометр, який встановлюється в центр системи кілець Гельмгольца. Для управління реалізований стандартний інтерфейс USB, для підключення до персонального комп'ютера. Вихідні каскади блоку управління реалізовані за схемою Н-моста. Блок управління має шість незалежних каналу управління, які мають однакові технічні характеристики. Інтерфейс програмного забезпечення чисельно і графічно показує величину магнітного поля по трьох осях. Також інтерфейс показує величину струму в котушках і поправочні коефіцієнти ПІД-регулятора, а також вхідні значення напруженості поля моделі магнітного поля Землі, яку можна завантажити в програму клікнувши кнопку «завантажити модель». Програмне забезпечення дозволяє управляти блоком управління в ручному і в автоматичному режимі, використовуючи модель магнітного поля Землі, тим самим імітуючи магнітне поле з огляду на характер руху космічного апарату, що дозволяє більш точно визначити характеристики системи кутової орієнтації і стабілізації.

На основі чисельного моделювання течії електропровідної рідини в трубопроводі з місцевими опорами визначено залежності коефіцієнтів втрат тиску під час течії в раптовому розширенні та раптовому звуженні. Розрахунок здійснено на основі вирішення рівнянь Нав’є-Стоксу осереднених за Рейнольдсом із SST (ShearStressTransport) моделлю турбулентності. Верифікацію програмного продукту проведено шляхом порівняння результатів експериментів з результатами чисельного моделювання.Дія магнітного поля приводить до зниження середньої та максимальної швидкостей, до збільшення швидкості в прикордонному шарі для течії електропровідної рідини в раптовому розширенні. На відміну від раптового звуження, в раптовому розширенні можна спостерігати відмінність картин течії за дії поперечного магнітного поля. Як для раптового звуження, та і для раптового розширення залежності відносних втрат повного тиску від числа Гартмана мають квадратичну залежність.

У роботі розглянуто основні принципи проектування та вироблення матеріалів для екранування електромагнітних полів широко частотного діапазону. Призначення таких матеріалів - облицювання поверхонь великих площ. Сформульовано головні вимоги до таких матеріалів. Головними з них є: лицьова поверхня повинна мати електрофізичні властивості (діелектричну та магнітну проникності), мінімально можливі для забезпечення низьких коефіцієнтів відбиття електромагнітних хвиль. При цьому обов'язковим є одночасне забезпечення міцнісних характеристик, вогнестійкості, нетоксичності тощо. Вміст радіопоглинальної субстанції у прошарку шарової структури й закономірності зростання ефективної діелектричної (магнітної) проникності у бік підкладинки повинні забезпечувати широкосмуговість та ефективність матеріалу. Дисперсійна залежність повинна забезпечити рівномірне у заданому діапазоні частот поглинання електромагнітної енергії та її проходження від вхідної поверхні до підкладинки. Надано розрахунок необхідної товщини градієнтного матеріалу за заданого коефіцієнта відбиття, виходячи з максимальної та мінімальної довжин хвиль екранованого поля, магнітних проникності та товщин окремих шарів. Показано можливість виготовлення монолітного металополімерного екрана з поверхневим шаром з малою діелектричною проникністю за рахунок термооброблення поверхні матеріалу під час виготовлення. Показано можливість та надано технологічні рішення щодо створення монолітного металополімерного екрана з керованим градієнтом феромагнітної дрібнодисперсної субстанції у напрямку від лицьової поверхні до нижньої. Такий матеріал можливо застосовувати для керування співвідношень коефіцієнтів екранування високочастотних електромагнітних полів, електричних та магнітних полів наднизьких частот і супутнього екранування природного магнітного поля

Метою роботи є підвищення ефективності флотаційного доведення магнетитових концентратів шляхом дезінтеграції рудних флокулоутворень та очищення поверхні часток. Запропоновано застосовувати нелінійні ефекти поля високоенергетичного ультразвуку та дослідити особливості формування кавітаційних режимів у залізорудній пульпі для дезінтеграції рудних флокулоутворень та очищення поверхні часток рудної сировини. На основі узагальненої моделі динаміки руху повітряних бульбашок, представленої у вигляді рівняння Релея-Плессета, розраховано параметри ультразвукового впливу для формування і підтримання у залізорудній пульпі кавітаційних процесів і акустичних течій. На підставі дослідження закономірностей протікання кавітаційних процесів одержано залежності, які дозволяють визначити оптимальну частоту високоенергетичного ультразвуку для підтримання кавітаційних процесів у залізорудній пульпі у залежності від параметрів її складових. Для моделювання процесу поширення ультразвукового сигналу в рідкому середовищі в умовах зміни швидкості поширення звуку та зміни щільності використовують метод k-space першого й другого порядку, заснований на системі лінійних рівнянь першого порядку. Розрахунок потужності високоенергетичного ультразвуку, що дозволяє підтримувати кавітаційні режими у залізорудній пульпі, здійснювався на основі результатів дослідження поширення фронту ультразвукового імпульсу за допомогою комп’ютерного моделювання. На основі результатів моделювання встановлено, що для підвищення якості очищення часток руди перед флотацією доцільно здійснювати просторовий вплив на залізорудну пульпу, який включає комбінацію високоенергетичного ультразвуку з частотою 20 кГц в кавітаційному режимі, модульованого високочастотними імпульсами з частотою від 1 до 5 МГц та імпульсного магнітного поля спадної напруженості. При дослідженні процесу флокулоутворення та дефлокуляції враховано залежність величини магнітної сприйнятливості часток рудної сировини від тривалості намагнічування.Результати експериментальних досліджень використання пристрою розмагнічування часток залізорудної пульпи, одержані із застосуванням ультразвукового гранулометра «Пульсар».

Актуальність теми дослідження. Актуальним науково-практичним завданням є розробка автоматизованої системи управління сепаратора, з метою точного підтримання режимних параметрів. Постановка проблеми. Головна мета цієї роботи полягає в розробці методів контролю магнітних і режимних параметрів системи магнітної сепарації за фракціями наночастинок у ліпідних оболонках. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Для магнітного поділу магнітно-сприйнятливих частинок (молекул, колоїдних частинок) у потоці рідини застосовується технологія Mаgnеtiс Split-flоw thin Frасtiоnаtiоn (SPLITT) [9]. SPLITT – технологія магнітної сепарації в тонких каналах (<0,5 мм) з розсікачем потоків, орієнтованих перпендикулярно магнітному полю. Удосконалення технології поділу можливо шляхом заміни магнітної системи, традиційної для SPLITT, магнітною системою, яка використовується у ферогідростатичних сепараторах, з більшою областю однорідного градієнта в робочому проміжку. Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Виробництво нанопрепарату для цільової доставки лікарських засобів і візуалізації (діаметр магнітних наночастинок 20…80 нм) передбачає виділення із вихідного препарату наночастинок середньої фракції. Існуючі на сьогодні магнітні методи сепарації не дозволяють цього зробити. Одним із рішень є удосконалення магнітної системи Фарадея, з метою отримання великої області однорідного градієнта магнітного поля в робочому проміжку. Це дає можливість розмістити в зазначеній області сепараційний канал, конструкція якого дозволяє розділити вихідний препарат на три фракції. Розроблена магнітна система, яка створює в робочій області високоградієнтне магнітне поле, яке впливає на траєкторії руху магнітних наночастинок, що рухаються в потоці рідини в сепараційному каналі. Також розроблена конструкція сепараційного каналу, яка дозволяє розділяти потоки рідини, які несуть наночастинки різних фракцій. Запропонована система призначена розділяти вихідний нанопрепарат на наступні фракції: дрібні наночастинки з розміром магнітного ядра 20 нм і менше (у тому числі порожні ліпідні оболонки); середні наночастинки (діаметр ядра 20...80 нм); великі наночастинки (діаметр ядра 81…100 нм). На сьогодні завдання полягає у створенні методів розрахунку автоматизованої системи, що забезпечить необхідні магнітні й режимні параметри сепараційної системи. Мета дослідження. Метою цієї роботи є розробка методів моніторингу магнітних та режимних параметрів системи магнітної сепарації для фракцій наночастинок у ліпідних оболонках. Виклад основного матеріалу. Для поділу наночастинок фракціями необхідно, щоб частинки різних розмірів рухалися вздовж різних траєкторій під дією магнітних та гідродинамічних сил. На траєкторію частинок впливає її розмір, магнетизація та градієнт поля. Щоб максимізувати відхилення намагнічених частинок від спрямування потоку випарного продукту, конструкція системи розділення передбачає генерацію магнітної сили, напрямок якої перпендикулярний напрямку потоку відокремленого продукту. Для забезпечення необхідних експлуатаційних параметрів процесу поділу пропонується використовувати автоматизовану систему керування з використанням нейроконтролера. Висновки відповідно до статті. Розроблена система сепарації дозволяє розділяти фракції наночастинок у потоці рідини, що підтверджується чисельним моделюванням. Без застосування автоматизованої системи управління режимними параметрами процесу магнітної сепарації неможливо забезпечити поділ фракцій наночастинок, оскільки навіть незначне відхилення від розрахункових параметрів призведе до спотворення профілю швидкостей рідини. Одним із найбільш перспективних підходів реалізації автоматизованого управління є застосування нейроконтролера. Подальша робота в зазначеному напрямку буде полягати у формуванні алгоритму управління на базі нейроконтролера. Підтвердженням достовірності отриманих методів будуть результати експериментальних досліджень.

Підвищення ресурсу технічних систем, у тому числі й військових машин в сучасних умовах стає все більш актуальним. Це пов’язано з наявністю у складі ЗС України досить великої частки техніки, що вичерпала свій ресурс та, необхідністю підвищення ресурсу для перспективних зразків машин і тих, що нещодавно поставлені у війська. З метою розв'язання цих проблем визначені фактори, які суттєво впливають на функціонування систем живлення та змащування двигунів і взагалі на технічний стан військових машин та технічних систем. На основі визначених факторів запропоновані підходи щодо підвищення ресурсу військових машин за допомогою магнітних полів. На погляд авторів, найбільш доцільно застосовувати магнітні поля в системах змащування транспортних засобів військового призначення у відстійниках під час очищення змащувальних, охолоджувальних і робочих рідин (масла в гідроприводах). Це пояснюється порівняно невеликою кількістю рідин у відповідних системах військових транспортних машин та відповідно малими робочими об’ємами апаратів очищення (фільтри, циклони, відстійники), у яких є можливість вмонтувати джерело магнітного поля. Використовуючи останні здобутки у галузі досліджень процесів кінетики коагуляції феромагнітних частинок в магнітному полі, встановлені основні закономірності впливу магнітного поля на змащувальні та робочі матеріали запропоновано порядок розрахунку обґрунтування основних параметрів до проєктування електромагнітних фільтрів у системах живлення та змащування двигунів військових машин. Запропоновані моделі можуть бути використані для розробки технологій і технологічного обладнання очищення газів і рідини, що містять феромагнітні компоненти. У матеріалах статті встановлені основні закономірності впливу магнітного поля на змащувальні та робочі матеріали та визначені основні підходи (порядок розрахунку) для обґрунтування основних параметрів до проєктування електромагнітних фільтрів в системах живлення та змащування двигунів транспортних засобів військового призначення. Це дозволить надалі шляхом очищення робочої рідини в системах гідроприводу машин, мастила в системах змащування двигунів, повітря в системах живлення повітрям від феромагнітних частинок та забруднень, що значно зменшить знос поверхонь в трибосистемах транспортних засобів військового призначення і підвищить загальний ресурс приведених технічних засобів.

У статті розглянуті дослідження розподілу магнітного поляв міжполюсному проміжку відкритих вісесиметричних магнітних систем. Отримано рівняння з граничними умовами, рішення якого дозволяє скоротити обсяг подальших чисельних методів розрахунків.Для ряду нестійких завдань математичної фізики Р.Латтесом і Ж.Лионсом розроблений метод квазізвернення, який може бути застосований як для еволюційних завдань, так і стаціонарних. Основна ідея методу квазізвернення полягає в належній зміні диференціальних операторів, що входять в завдання. Ця зміна робиться введенням додаткових диференціальних членів. Застосування цього методу дозволяє ефективно використати чисельні методи розрахунку крайового завдання для відкритих осесиметричних систем.

Рівноважні властивості електронного газу в наноструктурах в основному визначаються електронним енергетичним спектром, який у свою чергу зумовлений геометрією системи. В роботі для металевого дроту з поперечним розміром порядку фермівської довжини хвилі показано, що розмірні залежності енергії Фермі мають немонотонний характер.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 – Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Об'єктом дослідження є індуктори обертового магнітного поля для технологічної обробки різних речовин. Предметом дослідження є електромагнітні параметри та характеристики індукторів обертового магнітного поля. Дисертація присвячена вирішенню актуального наукового завдання з удосконалення проєктного аналізу електромагнітних параметрів в режимі неробочого ходу і характеристик індукторів обертового магнітного поля для технологічної обробки різних речовин в режимі навантаження за наявністю феромагнітних елементів, що обертаються в його робочій камері, на основі чисельно-польових розрахунків. У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, показано зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, наведена наукова новизна та сформульоване практичне значення отриманих результатів. В першому розділі установлено, що існуючі методи проєктування індукторів обертового магнітного поля на базі статора трифазного асинхронного двигуна базуються на розрахунках магнітного поля в режимі ідеального неробочого хода і не використовують чисельних методів, які, як представлено в дисертації, дозволяють розраховувати характеристики індуктора в режимі навантаження за наявності феромагнітних елементів в його робочій камері, і дають істотний прогрес в можливостях проєктування та вдосконаленні їхньої конструкції. У другому розділі показано, що застосування квазі-тривимірної математичної моделі індуктора, заснованої на методі плоско-ортогональних розрахункових моделей, що поєднують магнітні поля поперечного та поздовжнього перерізів індуктора, дозволяє проаналізувати розподіли магнітної індукції у його поперечному і поздовжньому перерізах та проявити у достатньо повній мірі його тривимірний характер. Представлена методика на основі чисельно-польових розрахунків магнітного поля для проведення аналізу впливу скорочення обмотки статора індуктора на його електромагнітні параметри. Запропонована методика розрахунку потужності магнітних втрат на основі середньоквадратичного значення максимумів модуля магнітної індукції, яка виявилась універсальною з точки зору різних геометричних форм зубцево-пазової структури і ярма осердя статора, оскільки не вимагає спрощень геометрії розрахункових моделей цих частин конструкції. В третьому розділі вперше визначено, що кут навантаження індуктора відповідає куту повороту магнітного поля, але виявляється в два рази меншим, ніж кут фази струмів обмотки індуктора. Період моментної кутової характеристики виявляється в два рази меншим періоду струмів обмотки індуктора, що відповідає класичним уявленням про кутові функції реактивного моменту електричних машин. Це дозволяє віднести розглянутий індуктор, разом з анізотропним магнітним середовищем в робочій камері, до класу реактивних синхронних машин, а конкретно – двигунів. Запропоновано метод врахування магнітної анізотропії робочої камери індуктора залежно від концентрації феромагнітних елементів в ній. Це дозволило отримати математичну модель для визначення кількісних і фазових співвідношень його електромагнітних величин в режимі навантаження: магнітної індукції, магнітного потокозчеплення, ЕРС, струму, напруги обмотки статора, а також електромагнітний момент в його робочій камері. Представлена методика на основі чисельних розрахунків магнітних полів, яка дозволяє організувати ітераційний процес для розрахункового аналізу характеристик індуктора, що працює зі змінною навантаження при стабільному струмі або напрузі живлення його обмотки. Тестовими розрахунками виявлено, що на ділянці сталої роботи в енергетичному відношенні індуктор характеризується досить високим ККД і вельми низьким значенням коефіцієнта потужності. При порівнянні кутових характеристик індуктора виявлено, що більш раціональним для експлуатації індуктора є режим при стабілізації напруги, який в бажаному робочому діапазоні кута навантаження до 25° забезпечує кращі його електричні, магнітні, силові і енергетичні параметри. Запропонований струмовий метод контролю концентрації феромагнітних елементів у робочій камері індуктора в процесі його експлуатації. Практичні розрахунки показали, що такий метод є більш чутливим і не вимагає ускладнення конструкції індуктора у порівнянні з альтернативним методом контролю за допомогою вимірювальних витків. Спостереження за струмом обмотки індуктора дозволяє контролювати заповнення його робочої камери феромагнітними елементами, не перериваючи процесу експлуатації. Це дає можливість своєчасно поповнювати камеру такими елементами і, тим самим, підтримувати на заданому рівні технологічну обробку різних речовин, що пропускаються через цю камеру. У четвертому розділі представлені експериментальні дослідження фізичної моделі індуктора, які підтвердили результати математичного моделювання електромагнітних процесів індуктора в режимі неробочого ходу і в його робочому режимі.
The thesis is submitted to obtain a scientific degree of Doctor of Philosophy, specialty 141 – Electricity, electronics and electrical engineering – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2020. The object of research are inductors of rotating magnetic field for technological operation of various substances. The subject of research are electromagnetic parameters and characteristics of inductors of rotating magnetic field. The dissertation is dedicated to solve actual scientific task of the design analysis development of electromagnetic parameters and characteristics of rotating magnetic field inductors for various substances technological operation. The introduction substantiates the relevance of the research tasks, shows the relationship of the work with scientific programs, plans, themes, provides scientific novelty and the practical significance of the results was formulated. In the first section, it is established that the existing methods for designing rotating magnetic field inductors based on the stator of a three-phase asynchronous motor are based on calculations of the magnetic field in the ideal idle mode and do not use numerical methods, which, as presented in the thesis, allow calculating the characteristics of the inductor in the load mode at the presence of ferromagnetic elements in its working chamber and give significant progress in the possibilities of designing and improving their design. The second chapter shows that the application of the quasi-three-dimensional mathematical model of the inductor, that was based on the method of plane-orthogonal calculated models, that combines the magnetic fields of the transverse and longitudinal sections of the inductor, allows us to analyze the distributions of magnetic induction in the transverse and longitudinal sections and to show fully its three-dimensional character. Based on the numerical-field calculations of rotating magnetic field the calculation methodology was presented in order to analyze the effect of shortening the stator winding of the inductor on its electromagnetic parameters. The proposed calculation methodology of the magnetic loss power based on the RMS maximums value of the magnetic induction module, that turned out to be universal from the point of view various geometric shapes of the toothed-groove structure and the stator yoke, because it doesn't need require simplifications of the design models geometry of these parts of the construction design. The third chapter deals with the inductor load angle that corresponds to the angle of rotation of the magnetic field and it was defined for the first time, but turns out that the inductor load angle two times less than the phase angle of the inductor winding currents. It turns out that the period of the angular torque characteristic two times less than the period of the inductor winding currents, which corresponds to the classical ideas about the angular functions of the reactive torque of electrical machines. Eventually, it allows to classify the considered inductor, together with the anisotropic magnetic environment in the working chamber, to the class of reluctance synchronous machines, and specifically, motors. The accounting method of the magnetic anisotropy of the inductor working chamber in dependence to concentration of ferromagnetic elements in it was proposed. It allows to obtain a mathematical model for determining the quantitative and phase correlations of its electromagnetic values in the load mode: magnetic induction, magnetic flux linkage, EMF, current voltage of the stator winding, and the electromagnetic torque in the working chamber. The presented methodology which is based on numerical calculations of magnetic fields, allows organizing an iterative process for the computational analysis of the characteristics of the inductor, that operates with a variable load at a stable current or supply voltage of its winding. By the test calculations it was found, that in the area of constant operation in terms of energy, the inductor is characterized by a sufficiently high efficiency and a very low power factor. During the comparison of the inductor angular characteristics, it was found that the more rational for the inductor working is the voltage stabilization mode, which in the desired working range of the load angle up to 25° provides the best electrical, magnetic, power and energy parameters. The current method for monitoring the concentration of ferromagnetic elements in the working chamber of the inductor during its operation was proposed. The practical calculations have shown that this method is more sensitive and doesn't require a complication of the inductor design in comparison with the alternative monitoring method using measuring coils. Observing the winding current of the inductor allows us to control the filling with ferromagnetic elements of its working chamber without interrupting the working process. It allows to replenish the working chamber in time with such elements and thereby maintain the technological operation of various substances on a given level, which are passed through this chamber. In the fourth chapter experimental studies of the inductor physical model are presented and it confirmed the results of mathematical modeling of the electromagnetic processes of the inductor in the no-load mode and in the operate mode.