У дисертаційній роботі на основі отриманих теоретичних і прикладних результатів та їх систематизації розв’язано актуальну наукову задачу вдосконалення аналітичного розрахунку тягового зусилля броньових електромагнітів для широкого діапазону зміни робочого проміжку з урахуванням магнітного стану сталі магнітопроводу. Це дозволяє підвищити ефективність дослідження електромеханічних і магнітних процесів у броньовому електромагніті і, на відміну від відомих підходів, дозволяє врахувати розподіл магнітного поля в системі броньового електромагніта і магнітний стан матеріалу магнітопроводу, що дозволяє отримувати броньові електромагніти з поліпшеними робочими та конструкційними параметрами. Виконані в дисертаційній роботі дослідження дозволяють сформулювати наступні висновки: Аналіз існуючих методик розрахунку броньових електромагнітів показав відсутність аналітичних методик, які дозволяють визначати тягові зусилля електромагнітів з необхідною точністю у широкому діапазоні зміни значень ходу якоря через неадекватність відомих підходів щодо визначення розподілу магнітних потоків розсіювання. Це призводить до завищення розрахункової магніторушійної сили обмотки, збільшення маси й габаритів, а також споживаної потужності електромагніта. Доведено, що вдосконалення методу розрахунку тягового зусилля броньового електромагніта можливе шляхом удосконалення розрахунку магнітних потоків розсіювання в обмотувальному вікні й, відповідно, потокозчеплення в системі, на основі загального енергетичного підходу до визначення тягового зусилля як похідної потокозчеплення по робочому проміжку. Отримано аналітичні вирази, що дозволяють визначати магнітні потоки із залізних ділянок обмотувального вікна в броньовій магнітній системі при довільному положенні якоря, які, як це випливає з порівняння даних розрахунку по отриманих виразах і даних обчислювального експерименту, дозволяють досягти похибки менше 8 %, що є достатнім для практичних інженерних розрахунків. Показана можливість застосування обчислювального експерименту на основі програм для розв`язання рівнянь Максвелла методом скінченних елементів для перевірки отриманих аналітичних виразів, а також те, що цей обчислювальний експеримент може розглядатися як еквівалентна заміна експерименту на натурних зразках або фізичних моделях броньових електромагнітів. Отримано новий аналітичний вираз для тягового зусилля броньових електромагнітів із плоским і конічним стопом, що враховує нерозривність магнітного потоку з торця й бічної поверхні якоря, на відміну від відомих виразів для тягового зусилля, отриманих за умови порушення цієї нерозривності. На основі порівняння даних обчислювального експерименту й експерименту на фізичній моделі доведено практичну придатність запропонованого методу визначення тягового зусилля броньового електромагніта. На підставі результатів аналітичного розрахунку магнітних потоків в обмотувальному вікні броньового електромагніта для його магнітного кола запропоновано одноконтурну схему заміщення із нелінійними параметрами з урахуванням розподілу цих потоків в системі. Для цієї схеми безпосередніми числовими розрахунками показана її адекватність при визначенні розподілу магнітних потоків у розглянутій системі, у порівнянні з відомою схемою заміщення. Показано, що застосування розробленої методики розрахунку тягового зусилля при проектуванні електромагнітів дозволяє підвищити робочі й конструкційні параметри електромагнітів, а саме: при розрахунку електромагніта на задане початкове зусилля знизити масу й габаритні розміри електромагніта, знизити споживану потужність, зменшити ударні навантаження на якір і, як наслідок, шум пристрою. Алгоритм розрахунку тягового зусилля броньового електромагніта відрізняється простотою і достатньою точністю, що дозволяє застосувати його в інженерній практиці для визначення тягової характеристики електромагніта по відомій магніторушійній силі обмотки з урахуванням магнітного стану матеріалу магнітопроводу. Проведені дослідження показали, що зниження ударних навантажень наприкінці ходу якоря є можливим через збільшення магнітного опору в зоні прохідного фланця і якоря за рахунок зміни форми хвостовика якоря; відповідна зміна конструкції й розмірів хвостовика якоря дозволяють збільшувати жорсткість тягової характеристики броньових електромагнітів.
Основні наукові положення і результати дисертації опубліковані у наступних роботах: 1. Бранспиз Ю.А., Пшеничный А.Н. Расчет векторного потенциала в обмоточном окне осесимметричного электромагнита с несимметричным зазором // Вестник Восточноукраинского национального университета им. В. Даля.– 2002. –№ 8. – С. 34-41. 2. Бранспиз Ю.А., Пшеничный А.Н. К определению потокосцепления магнитного потока с боковой поверхности якоря броневого электромагнита // Вестник Национального технического университета «ХПИ». – 2002. - Т. 12,– № 9. – С. 29-32. 3. Бранспиз Ю.А., Пшеничный А.Н. Расчет тягового усилия броневого электромагнита с ненасыщенной магнитной системой // Технічна електродинаміка. - 2004.– Тем. випуск: Проблеми сучасної електротехніки. - Ч.2. – С. 71-74. 4. Бранспиз Ю.А., Пшеничный А.Н. Тяговое усилие броневого электромагнита с большим рабочим зазором // Вестник Национального технического университета «ХПИ».–2004.–№22.–С .7-14. 5. Бранспиз Ю.А., Пшеничный А.Н. Аналитический расчет тягового усилия броневого электромагнита с конусным якорем // Електротехніка і електромеханіка. – 2005. – № 2. – С. 8-10. 6 Бранспиз Ю.А., Пшеничный А.Н. Математическое моделирование демпфирования якоря с хвостовиком специальной формы в броневом электромагните // Вісник Національного технічного університету „Харківський політехнічний інститут”. Тем. випуск: Електроєнергетіка та перетворююча техніка. – Харків: НТУ „ХПІ”. – 2005. – №36. – С. 11-18 7. Бранспиз Ю.А., Загирняк М.В. Пшеничный А.Н. Учет магнитных свойств материала магнитопровода броневого электромагнита при расчете тяговой характеристики // Електротехніка і електромеханіка. – 2006. – №2. – С. 17-20. 8. Бранспиз Ю.А., Пшеничный А.Н., Бранспиз М.Ю. Особенности использования в исследованиях электромагнитных систем компьютерного вычислительного эксперимента// Технічна електродинаміка: Тем. випуск: Проблеми сучасної електротехніки. – 2006. – Частина 7. – С.20-22. 9. Branspiz Yu.A., Zagirnyak M.V., Pshenichnyi A.N. Method of Shell-type Electromagnet Calculation on Single-loop Equivalent Circuit // Przeglad Elektrotechniczny. – 2006 №12 . – Р. 126-129. 10. Бранспиз Ю.А., Пшеничный А.Н. К расчету магнитных потоков броневых электромагнитов // Зб. наук. пр. Східноукраїнського нац. ун-та (матеріали VII міжнарод. наук.-практ. конф. „Університет і регіон”). – Луганськ: Вид-во Східноукр. нац. ун-та, 2001. – С. 81. 11. Branspiz Yu.A., Pshenichnyi A.N. To definition of a magnetic linkage of a magnetic flux from a lateral area of a keeper of an armored electromagnet // Анотації доповідей Х міжнарод. наук.-практ. конф. „Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров`я” (MicroCAD 2002). –Харків: НТУ „ХПІ”. –2002. –С.231. 12 Branspiz Yu.A., Pshenichnyi A.N. Calculation of a tractive effort of the shell-type electromagnet with the big running clearance // Анотації доповідей ХII міжнарод. наук.-практ. конф. „Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров`я” (MicroCAD 2002). –Харків: НТУ „ХПІ”.– 2004. – С. 364. 13 Branspiz Yu.A., Zagirnyak M.V., Pshenichnyi A.N. Shell-tape electromagnetic system calculation on the basis of the Poisson’s equation solution in winding zone // XVI Sympozjum srodowiskowe PTZE.-Wisla : PTZE. – 2006 – P. 59-62. |
