DOI: https://doi.org/10.15407/techned2020.03.022

УДК 621.313:536.2.24:539.2

ВПЛИВ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОГО ЕЛЕМЕНТУ НА ПОКАЗНИКИ ЛІНІЙНОГО ІМПУЛЬСНОГО ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ІНДУКЦІЙНОГО ТИПУ

Автор
В.Ф. Болюх*, докт.техн.наук
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»,
вул. Кирпичова, 2, Харків, 61002, Україна,
e-mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it
* ORCID ID : https://orcid.org/0000-0001-9115-7828

Метою статті є дослідження впливу геометричних параметрів і розміщення коаксиально розташованого електропровідного елементу (ЕЕ), виконаного у вигляді тонкостінного диску, кільця або порожнистого циліндру на характеристики та показники лінійного імпульсного електромеханічного перетворювача (ЛІЕП) індукційного типу. Розроблено математичну модель, яка описує електромеханічні та теплові процеси в ЛІЕП індукційного типу з використанням зосереджених параметрів активних елементів. Показано, що ЕЕ, який коаксіально встановлений поблизу обмотки індуктора, здійснює негативний вплив на показники ЛІЕП. Найменше значення ККД перетворювача 6,1% виникає у разі використання ЕЕ у вигляді тонкого мідного диску висотою 0,5 мм, у якого радіальні розміри аналогічні розмірам обмоток індуктора та якоря, встановленого на мінімальній відстані від індуктора. У цьому разі перевищення температури ЕЕ максимальне і дорівнює 51°С. За збільшенням товщини ЕЕ та його віддалені від індуктора ККД ЛІЕП підвищується, а перевищення температури ЕЕ зменшується. У разі віддаленя дискового ЕЕ висотою 1,0 мм на відстань 10 мм від індуктора КПД ЛІЕП дорівнює 12,6%, а перевищення температура ЕЕ – 6°С. Бібл. 14, рис. 6.

Ключові слова: лінійний імпульсний електромеханічний перетворювач індукційного типу, електропровідний елемент, математична модель, електромеханічні та теплові процеси та показники.

Надійшла                        10.02.2020
Остаточний варіант        16.03.2020
Підписано до друку        05.05.2020

УДК 621.313:536.2.24:539.2

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОПРВОДНОГО ЭЛЕМЕНТА НА ПОКАЗАТЕЛИ ЛИНЕЙНОГО ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИНДУКЦИОННОГО ТИПА

Автор
В.Ф. Болюх, докт. техн. наук
Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт»,
ул. Кирпичева, 2, Харьков, 61002, Украина,
e-mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it

Целью статьи является исследование влияния геометрических параметров и расположения коаксиально расположенного электропроводящего элемента (ЭЭ), выполненного в виде тонкостенного диска, кольца или полого цилиндра, на характеристики и показатели линейного импульсного электромеханического преобразователя (ЛИЭП) индукционного типа. Разработана математическая модель, которая описывает электромеханические и тепловые процессы в ЛИЭП индукционного типа с использованием сосредоточенных параметров активных элементов. Показано, что ЭЭ, коаксиально установленный вблизи обмотки индуктора, оказывает негативное влияние на показатели ЛИЭП. Наименьшее значение КПД преобразователя 6,1 % возникает при использовании ЭЭ в виде тонкого медного диска высотой 0,5 мм, у которого радиальные размеры аналогичны размерам обмоток индуктора и якоря, установленного на минимальном расстоянии от индуктора. При этом превышение температуры электропроводящего элемента максимально и равно 51°С. При увеличении толщины ЭЭ и его удалении от индуктора КПД ЛИЭП повышается, а превышение температуры ЭЭ снижается. При удалении дискового ЭЭ высотой 1,0 мм на расстояние 10 мм от индуктора КПД ЛИЭП равно 12,6%, а превышение температуры ЭЭ равно 6°С. Библ. 14, рис. 6.

Ключевые слова: линейный импульсный электромеханический преобразователь индукционного типа, электропроводящий элемент, математическая модель, электромеханические и тепловые процессы и показатели.

Поступила                            10.02.2020
Окончательный вариант     16.03.2020
Подписано в печать             05.05.2020

The work was done on the state budget theme "Improvement of technical systems and devices due to impulse electromechanical converters and electrophysical technologies". State Registration Number: 0117U004881. (01/01/2017 - 31/12/2018).

Література
1. Angquist L., Baudoin A., Norrga S. et al. Low-cost ultra-fast DC circuit-breaker: Power electronics integrated with mechanical switchgear. IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT). Lyon. 2018. Pp. 1708-1713. DOI: https://doi.org/10.1109/ICIT.2018.8352439.
2. 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: https://doi.org/10.1109/tmag.2012.2198447.
3. Soda R., Tanaka K., Takagi K., Ozaki K. Simulation-aided development of magnetic-aligned compaction process with pulsed magnetic field. Powder Technology. 2018. Vol. 329. No 15. Pp. 364-370. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.01.035.
4. Bolyukh V.F., Dan’ko V.G., Oleksenko S.V. The effect of an external shield on the efficiency of an induction-type linear-pulse electromechanical converter. Russian Electrical Engineering. 2018. Vol. 89. Issue 4. Pp. 275–281. DOI: https://doi.org/10.3103/S106837121804003X. (Rus)
5. Bolyukh V.F., Katkov I.I. Cryogenic cooling system “Krioblast” increased efficiency and lowered the operation time of protective electrical induction-induced devices. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. San Diego, CA, US. 15-21 November 2013. Vol. 8B. Code 105847. Pp. V08BT09A003. DOI: https://doi.org/10.1115/IMECE2013-62383.
6. Bolyukh V.F., Vinnichenko A.I. Concept of an induction-dynamic catapult for a ballistic laser gravimeter. Measurement Techniques. 2014. Vol. 56. Issue 10. Pp. 1098-1104. DOI: https://doi.org/10.1007/s11018-014-0337-z. (Rus)
7. Go B.-S., Le D.-V., Song M.-G. et al. Design and electromagnetic analysis of an induction-type coilgun system with a pulse power module. IEEE Transactions on plasma science. 2019. Vol. 47, No. 1. Pp. 971–976. DOI: https://doi.org/10.1109/TPS.2018.2874955.
8. Gorodzha K.A., Podoltsev O.D., Troshchinsky B.A. Electromagnetic processes in a pulsed electrodynamic emitter for the excitation of elastic vibrations in concrete structures. Tekhnichna Elektrodynamika. 2019. No 3. Pp. 23-28. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2019.03.023. (Ukr)
9. Kondratenko I.P., Zhiltsov A.V., Paschin M.O., Vasyuk V.V. Choice of parameters of induction electromechanical converter for electrodynamic processing of welded joints. Tekhnichna Elektrodynamika. 2017. No 5. Pp. 83-88. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2017.05.083. (Ukr)
10. Kondratiuk M., Ambroziak L. Concept of the magnetic launcher for medium class unmanned aerial vehicles designed on the basis of numerical calculations. Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2016. Vol. 54, Issue 1. Pp. 163-177. DOI: https://doi.org/10.15632/jtam-pl.54.1.163.
11. Lim D.K., Woo D.K., Kim I.W. Characteristic analysis and design of a Thomson coil actuator using an analytic method and a numerical method. IEEE Transactions on Magnetics. 2013. Vol. 49. No. 12. Pp. 5749–5755. URL: https://www.ingentaconnect.com/content/iee/00189464/2013/00000049/00000012/art00024;jsessionid=1jo2grl3onerq.x-ic-live-03 DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2013.2272561
12. Vilchis-Rodriguez D.S., Shuttleworth R., Barnes M. Modelling thomson coils with axis-symmetric problems: practical accuracy considerations. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2017. Vol. 32. No. 2. Pp. 629-639. DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2017.2651979.
13. Bach Ju., Bricquet C. Electric switching device with ultra-fast actuating mechanism and hybrid switch comprising one such device. US Patent 8686814, H01H77/00. Assignee: Schneider Electric Industries SAS. 01.04.2014.
14. Zhou Y., Huang Y., Wen W. et al. Research on a novel drive unit of fast mechanical switch with modular double capacitors. Journal of Engineering. 2019. Vol. 2019. Issue 17. Pp. 4345-4348. DOI: https://doi.org/10.1049/joe.2018.8148.

PDF

Цей твір ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства — Некомерційна — Без Похідних 4.0 Міжнародна.