Дисертації з теми "Електромеханічні перетворювачі"

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.01 – електричні машини й апарати. Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2015. Дисертація присвячена розробці нового підходу до моделювання і проектування електромеханічних перетворювачів енергії (ЕМПЕ), який базується на основних поняттях об'єктно-орієнтованого проектування. Розроблена здобувачем об'єктно-орієнтована класифікація видової різноманітності ЕМПЕ має уніфікований єдиний шаблон для усіх ЕМПЕ і поєднує функції організації представлення ЕМПЕ з паралельним математичним відображенням. Здобувачем розроблені моделі класифікації ЕМПЕ, що включають не лише структуроутворення, але і паралельний синтез математичних моделей і програм проектування. Уперше запропоновано використовувати єдиний класовий шаблон для структурної і системної організації ЕМПЕ, інваріантний до їх видового різноманіття. Обґрунтована застосовність об'єктно-орієнтованого підходу в оптимальному проектуванні ЕМПЕ з використанням сучасних алгоритмів оптимізації і автоматичної генерації технічної документації. Здобувачем виконані проектний синтез і програмна реалізація об'єктно-орієнтованого проектування двохмодульного шнекового ЕМПЕ із зовнішнім масивним ротором, безщіткового збудника синхронного турбогенератора, асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Отримані результати мають високу збіжність з даними, отриманими експериментально.
The dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of technical sciences on specialty 05.09.01 – electrical machines and apparatus. National technical university "Kharkiv polytechnic institute", Kharkiv, 2015. Dissertation is devoted to development of the new way of design and modelling of electromechanical converter of energy (EMCE), which is based on the basic concepts of the object-oriented analysis. The object-oriented classification of specific variety of EMCE that has a compatible single template for all EMCE and combines the functions of EMCE organization with a parallel mathematical reflection is worked out by a competitor. A competitor is work out EMCE classifications models, included not only structure development but also parallel synthesis of mathematical models and design programs. For the first time is suggested to use a single class template for structural and system organization of EMCE, invariant to their specific variety. Applicability of the object-oriented way in the EMCE optimal design with the use of modern optimization algorithms and technical documentation automatic generation is grounded. A competitor executes a project synthesis and programmatic realization of the object-oriented design of double-stator screw EMCE with an external solid rotor, brushless turbogenerator exciter and induction motor with squirrel cage rotor. Obtained results have high correlation with data, got experimentally.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 "Електричні машини й апарати" (14 – Електрична інженерія) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2020 р. Дисертаційна робота присвячена удосконаленню лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів силового та швидкісного призначення за рахунок використання декількох якорів, що взаємодіють з обмоткою індуктора. В дисертаційній роботі проведено аналіз конструкцій та сфер використання лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів індукційного, електромагнітного та електродинамічного типів в якості ударно-силових та прискорювальних пристроїв. Реалізовано в програмному середовищі COMSOL Multiphysics математичну модель лінійного імпульсного електромеханічного перетворювача мультиякірної конфігурації, яка враховує взаємопов’язані електричні, магнітні, механічні і теплові процеси, нелінійні магнітні та теплофізичні залежності. Розроблено класифікацію електромеханічних перетворювачів, які включають феромагнітний, котушковий та суцільний електропровідний якоря. Встановлено особливості протікання електромагнітних процесів та визначені електричні, магнітні та силові показники електромеханічних мультиякірних конфігурацій. Запропоновано комплексний критерій оцінювання ефективності, за допомогою якого проведено порівняльний аналіз перетворювачів мультиякірних конфігурацій з перетворювачами, що мають один якір. Встановлено вплив форми струму збудження на ефективність перетворювачів мультиякірних конфігурацій. Проведено експериментальні дослідження електромеханічних перетворювачів силового та швидкісного призначення з одночасним вимірюванням електричних, магнітних механічних та теплових параметрів. На базі електромеханічних перетворювачів мультиякірних конфігурацій розроблено оригінальні конструкції та випробувано моделі електромагнітної катапульти для БПЛА, магнітно-імпульсного пресу для керамічних порошкових матеріалів, електромеханічного пристрою для скидання ожеледних і снігових відкладень з проводу лінії електропередачі та пристрою для знищення інформації на твердотільному цифровому SSD накопичувачі.
The dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences in the specialty 05.09.01 “Electric machines and apparatus” (14 - Electrical Engineering) - National Technical University “Kharkov Polytechnic Institute”, Kharkov, 2020. The dissertation is devoted to the improvement of linear pulsed electromechanical converters due to multi-dia configurations. In the dissertation work the analysis of designs and spheres of use of linear pulse electromechanical converters of induction, electromagnetic and electrodynamic type as shock-power and accelerating devices is carried out. Developed and implemented in the COMSOL Multiphysics software environment, a mathematical model of linear pulse electromechanical converters multi-core configuration, which takes into account the interconnected electrical, magnetic, mechanical and thermal processes, nonlinear magnetic and thermophysical dependences. The classification of electromechanical converters which includes ferromagnetic, coil and massive electrically conductive anchors is developed. The peculiarities of the course of electromagnetic processes are established and the electrical, magnetic and power indicators of electromechanical converters of multi-core configurations are determined. A complex criterion for evaluating the efficiency is proposed, by means of which a comparative analysis of electromechanical converters of multicore configurations with electromechanical converters having one anchor is carried out. The influence of the form of excitation current on the efficiency of electromechanical converters of multicore configurations is established. The method is developed and experimental researches of electromechanical converters of power and speed appointment with simultaneous measurement of electric, mechanical and thermal parameters are carried out. On the basis of electromechanical converters multi-core configurations, original designs of electromagnetic catapult models for UAVs, magnetic-pulse press for ceramic powder materials and electromechanical device for discharge of ice and snow deposits from the power line wire were developed and tested.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 "Електричні машини й апарати" (14 – Електрична інженерія) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2020 р. Дисертаційна робота присвячена удосконаленню лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів за рахунок мультиякірних конфігурацій. Для досягнення цієї мети були поставлені задачі: – провести аналіз конструкцій та сфер використання лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів індукційного, електродинамічного і електромагнітного типів в якості ударно-силових та прискорювальних пристроїв; – реалізувати в програмному середовищі COMSOL Multiphysics математичну модель лінійного імпульсного електромеханічного перетворювача мультиякірної конфігурації, яка враховує взаємопов’язані електричні, магнітні, механічні і теплові процеси та нелінійні магнітні і теплофізичні залежності; – провести аналіз електромеханічних характеристик лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів мультиякірних конфігурацій та за допомогою комплексного критерію оцінити їх ефективність; – встановити вплив форми струму збудження на ефективність лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів мультиякірних конфігурацій; – провести експериментальні дослідження лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів, запропонувати та випробувати моделі електромагнітної катапульти для безпілотного літального апарату, магнітно-імпульсного пресу для керамічних порошкових матеріалів, електромеханічного пристрою для скидання ожеледних та снігових відкладень з проводу лінії електропередачі та пристрою для знищення інформації на SSD накопичувачі. Об’єкт дослідження – електромеханічні процеси та показники лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів мультиякірних конфігурацій. Предмет дослідження – лінійні імпульсні електромеханічні перетворювачі мультиякірних конфігурацій силового та швидкісного призначення. Методи дослідження. При розв’язанні поставлених задач використовувалось математичне моделювання електромагнітних, механічних та теплофізичних процесів в лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачах імпульсної дії для проведення аналізу електромеханічних характеристик та встановлення впливу форми струму збудження на ефективність перетворювачів. Експериментальні дослідження лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів мультиякірної конфігурації проводились на експериментальних стендах, що дозволило випробувати моделі пристроїв. В роботі отримані такі наукові результати: – отримала подальший розвиток класифікація лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів мультиякірних конфігурацій, які включають феромагнітний, котушковий та суцільний електропровідний якоря; – удосконалено математичну модель лінійного імпульсного електромеханічного перетворювача за рахунок включення феромагнітного, котушкового та суцільного електропровідного якорів, які взаємодіють з рухомим якорем. Математична модель, яка реалізована в програмному середовищі COMSOL Multiphysics, містить взаємопов’язані електричні, магнітні, механічні та теплові процеси і враховує магнітні та теплофізичні нелінійні залежності; – вперше встановлено особливості протікання електромагнітних процесів та визначено електричні, магнітні та силові показники лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів мультиякірних конфігурацій силового призначення. Показано що практично всі перетворювачі мультиякірних конфігурацій забезпечують збільшення амплітуди та величини імпульсу електродинамічних зусиль у порівнянні з перетворювачем, що має один суцільний електропровідний якір; – вперше встановлено вплив геометричних параметрів рухомого і нерухомого електропровідних якорів, які взаємодіють з рухомим індуктором, що дозволило підвищити швидкісні показники лінійного імпульсного електромеханічного перетворювача; – вперше встановлено, що при збуджені коливально-загасаючою, аперіодичною та аперіодичною з підживленням формами струму в перетворювачах мультиякірних конфігурацій величина імпульсу електродинамічних зусиль збільшується у порівнянні з перетворювачем, що має один суцільний електропровідний якір. Дисертаційна робота виконана в НТУ "ХПІ" і є частиною науково-дослідних робіт кафедри загальної електротехніки. Робота виконувалися за держбюджетними темами "Розробка засобів підвищення ефективності лінійних ударних електромеханічних прискорювачів та силових пристроїв" (ДР № 0115U000522) і "Удосконалення технічних систем та пристроїв за рахунок імпульсних електромеханічних перетворювачів та електрофізичних технологій" (ДР № 0117U004881), госпдоговірної теми № 15812 "Розробка та дослідження високошвидкісного електродинамічного приводу" і ініціативної теми "Сучасні проблеми та перспективи розвитку електротехнічних пристроїв та систем" (ДР № 0119U002551), де автор був співвиконавцем.
Dissertation for Candidate of Science Degree in Specialty 05.09.01 "Electrical Machines and Apparatuses" (14 – Electrical Engineering) – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2020. The dissertation work is devoted to the improvement of linear pulse electromechanical converters due to multi - core configurations. To achieve this goal, the following tasks were set: – to analyze the structures and areas of use of linear pulse electromechanical converters of induction, electrodynamics and electromagnetic types as shockpower and accelerating devices; – to implement in the COMSOL Multiphysics software environment a mathematical model of a linear pulse electromechanical converter of multi-core configuration, which takes into account the interconnected electrical, magnetic, mechanical and thermal processes and nonlinear magnetic and thermophysical dependences; – to analyze the electromechanical characteristics of linear pulse electromechanical converters of multicore configurations and to evaluate their efficiency with the help of a complex criterion; – to establish the influence of the shape of the excitation current on the efficiency of linear pulse electromechanical transducers of multicore configurations; – to conduct experimental studies of linear pulse electromechanical transducers, to propose and test models of electromagnetic catapult for unmanned aerial vehicle, magnetic pulse press for ceramic powder materials, electromechanical device for discharging ice and snow deposits from the transmission line wire and transmission line. Object of research – electromechanical processes and indicators of linear pulse electromechanical converters of multicore configurations. Subject of research – linear pulse electromechanical converters of multicore configurations of power and speed purpose. Research methods. Mathematical modeling of electromagnetic, mechanical and thermophysical processes in linear pulse electromechanical converters of pulse action was used to solve the tasks to analyze the electromechanical characteristics and establish the influence of the shape of the excitation current on the efficiency of the converters. Experimental studies of linear pulse electromechanical transducers of multicore configuration were performed on experimental stands, which allowed to test device models. The following scientific results are obtained in the work: – the classification of linear pulse electromechanical converters of multicore configurations, which include ferromagnetic, coil and continuous conductive armature, was further developed; – the mathematical model of the linear pulse electromechanical converter due to inclusion of the ferromagnetic, coil and continuous electrically conductive anchors which interact with a mobile anchor is improved. The mathematical model, which is implemented in the COMSOL Multiphysics software environment, contains interconnected electrical, magnetic, mechanical and thermal processes and takes into account magnetic and thermophysical nonlinear dependencies; – for the first time the peculiarities of the course of electromagnetic processes are established and the electrical, magnetic and power indicators of linear pulse electromechanical converters of multi-core configurations of power purpose are determined. It is shown that almost all converters of multi-arc configurations provide an increase in the amplitude and magnitude of the pulse of electrodynamics forces in comparison with the converter, which has one continuous conductive armature; – for the first time the influence of geometrical parameters of movable and fixed electrically conductive armatures that interact with the movable inductor was established, which allowed to increase the speed indicators of the linear pulse electromechanical converter; – for the first time it is established that when excited by oscillatingattenuating, aperiodic and aperiodic with feeding forms of current in converters of multicore configurations the magnitude of the electrodynamics force pulse increases in comparison with the converter having one continuous electrically conductive armature. The dissertation work was performed at the National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and is part of the research work of the Department of General Electrical Engineering. The work was carried out on the basis of financing by state budget topics: "Development of means of increasing the efficiency of linear shock electromechanical accelerators and power devices" (DR №0115U000522), "Improvement of technical systems and devices by means of impulse electromechanical converters. (DR № 0117U004881), the contractual theme "Development and research of high-speed electrodynamics actuator" (at the expense of LLC "TETRA, Ltd", Kharkiv), and the initiative theme "Modern problems and prospects for the development of electrotechnical devices and systems" (DR №0119U002551) where the author was a co-author.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 – електричні машини та апарати. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016. Дисертацію присвячено розробці комплексу науково-технічних рішень, спрямованих на оцінку показників лінійних електромеханічних перетворювачів ударної дії з високою магнітною сумісністю. Запропонована імітаційна математична модель лінійного електромеханічного перетворювача ударної дії, що описує взаємопов'язані просторово-часові електричні, магнітні, механічні та теплові процеси із змінними параметрами. Визначено геометричні параметри електропровідного якоря, феромагнітних осердя та екрана, при яких перетворювач забезпечує найбільші показники. Отримала подальший розвиток методика синтезу параметрів високоефективного лінійного електромеханічного перетворювача ударної дії, заснована на використанні комплексного критерію ефективності, який враховує основні показники при різних варіантах стратегії вибору. Встановлено, що кріогенне охолодження до температури рідкого азоту обмотки індуктора дозволяє збільшити ККД лінійних електромеханічних перетворювачів ударної дії в 1,6 раз, при охолодженні якоря – в 5 разів, а при одночасному їх охолодженні – в 11 разів. Розроблено конструктивні схеми лінійних електромеханічних перетворювачів ударної дії індукційно-електромагнітного типу ударної і ударно-поворотної дії. Розроблено методику експериментальних досліджень лінійних електромеханічних перетворювачів ударної дії з одночасним вимірюванням електричних і механічних показників.
The thesis for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05.09.01 – electrical machinery and apparatus. – National technical university "Kharkiv polytechnic institute", Kharkіv, 2016. The thesis is devoted to development of complex scientific and technical solutions aimed at improving the efficiency linear electromechanical transducers with high magnetic compatibility. The proposed computer model linear electromechanical transducers with ferro-magnetic core, describing connected field-temporal electrical, magnetic, mechanical and thermal processes with variable parameters. The optimum form of section and parameters conductive anchor linear electromechanical transducers induction type. The influence of the configuration and geometrical parameters ferromagnetic core, ferromagnetic shield, electromagnetic shield and combined on screen indicators linear electromechanical transducers. Further developed methods of synthesis parameters highly linear electromechanical transducers, based on a comprehensive criteria. The effect of cryogenic cooling efficiency linear electromechanical transducers. Developed design schemes linear electromechanical transducers electromagnetic induction-type. The method of experimental studies linear electromechanical transducers simultaneous measurement of electrical and mechanical performance. Experimentally confirmed the basic theoretical training is shown linear electromechanical transducers efficiency.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.01 - електричні машини і апарати. - Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м . Харків, 2003. Дисертація присвячена проблемі створення електромеханічних імпульсних перетворю вачів індукційного типу з кріорезистивними обмотками, що охолоджуються рідким азотом. Розроблена методика розрахунку кріогенних ЕІПІТ, яка враховує комплекс взаємопов’язаних електричних, магнітних, теплових та механічних процесів з урахуванням нелінійності основ-них параметрів. Визначені основні закономірності функціонування силових та енергетичних ЕІПІТ, що забезпечують лінійний рух якоря при збудженні від ємнісного накопичувача та джерела постійної напруги. Запропоновані структурно геометричний, схемний і конструктив-ний підходи удосконалення одно- та багатосекційних ЕІПІП з обґрунтуванням їх параметрів. Отримано експериментальні дані, які підтверджують достовірність прийнятих математичних моделей і технічних рішень. Основні результати досліджень використані при виконанні 7 держбюджетних і хоздоговірних науково-дослідних робіт, у науково-виробничих фірмах та в навчальному процесі.
Thesis for a Doctor's degree in Engineering Sciences by specialty 05.09.01 – Electrical Machines and Apparatus. – National Technical University “Kharkov Polytechnic Institute”, Kharkov, 2003. The dissertation deals with designing electromechanical impulse induction converters (EIIC) with liquid-nitrogen-cooled cryoresistive windings. On the basis of generalization of accumulated data in impulse electromechanics, a technique for designing cryogenic EIICs has been developed which takes into account interrelated electrical, magnetic, thermal, and mechanical complex processes with nonlinear critical parameters. The basic mechanisms of power and energy EIIC functioning which result in linear motion of the armature when the converter is excited from a capacitive accumulator or a constant-voltage source have been revealed. Structure-geometry, circuit, and design approaches for perfecting single- and multi-stage EIICs with valid parameters have been suggested. Experimental data have been obtained to validate developed mathematical models and engineering solutions. The main research results have been utilized and implemented at execution of seven state and commercial research projects, in research enterprises, and for students’ training.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 – електричні машини й апарати. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2017. Дисертаційна робота присвячена питанням розробки проектних моделей сталого режиму роботи та зіставленню варіантів електромагнітних систем асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором та трансформаторів з обертовим магнітним полем за критеріями маси, вартості, втрат, реактивної потужності та на основі узагальненого критерію, отриманого методом ідеальної точки. Для вирішення поставлених задач використовувався метод цільових функцій з відносними показниками технічного рівня та відносними керованими змінними. В проектних моделях показників сталого режиму роботи аксіальних електромагнітних систем вказаних перетворювачів враховувалася нерівномірність радіального розподілу магнітної індукції в елементах магнітного кола. Для асинхронних двигунів з внутрішніми та зовнішніми роторами, та аксіальним робочим проміжком, в тому числі з секціонуванням магнітопроводу, а також трансформаторів з обертовим магнітним полем визначені оптимальні геометричні спів-відношення. Показано, що застосування нетрадиційних варіантів електромагнітних систем індукційних перетворювачів дозволяє суттєво підвищити показники електротехнічних систем, зокрема доцільна заміна асинхронних двигунів з внутрішнім ротором на асинхронні двигуни з зовнішнім ротором та аксіальним магнітним полем при кількості пар полюсів 1–3 та 3–4 відповідно. Також розглянуті питання підвищення кратності пускового моменту асинхронних двигунів та розроблені методики визначення коефіцієнтів корисної дії та потужності перетворювачів в залежності від керованих змінних.
The thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in the specialty 05.09.01 – electrical machines and apparatus. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2017. The thesis is devoted to questions of development of mathematical models of parameters of steady state and comparison of electromagnetic systems’ variants of squirrel-cage induction motors and transformers with a rotating magnetic field by criteria of weight, cost, active power losses, reactive power and generalized criteria, which has been obtained by the ideal point method. The method of objective functions with relative technical level indications and relative controlled variables has been used for solution of assigned tasks. In mathematical models of parameters of steady state of axial electromagnetic systems of mentioned converters the uneven radial distribution of magnetic induction in the magnetic circuit elements has been taken into account. For induction motors with internal and external rotors, and an axial magnetic flux, including sectioning of magnetic core, and transformers with a rotating magnetic field the optimum geometrical ratios have been determined. It has been shown, that an application of non-traditional variants of electromagnetic systems of induction converters could significantly improve indications of electrotechnical systems, for example the replacement of induction motors with an internal rotor on induction motors with an external rotor and an axial magnetic flux has been recommended, when the number of pole pairs was 1–3 and 3–4 respectively. Also ways to increase the starting torque of induction motors have been considered, and the method of determining efficiency and power factors of induction converters, depending on the controlled variables, has been developed.