Удосконалення розрахунку силової дії магнітного поля на якір циліндричного електромагніта броньового типу

2.Підвищення точності й ефективності практичного використання енергетичного методу при розрахунку тягового зусилля броньових електромагнітів для різних режимів магнітного стану сталі якоря й магнітопроводу. 

3.Магнітний розрахунок і визначення частки магніторушійної сили (МРС) обмотки намагнічування, що припадає на робочий проміжок, з урахуванням магнітного стану сталі магнітопроводу броньового електромагніта. 

4.Визначення впливу конструктивних особливостей електромагнітної системи броньового електромагніта на його тягове зусилля й статичну тягову характеристику.

5.Зменшення градієнта тягового зусилля, розглянутого як функція робочого проміжку, шляхом конструктивних рішень, що дозволяють змінювати жорсткість тягової характеристики. 

Об'єкт дослідження – розподіл магнітного поля в магнітній системі та електромеханічне перетворювання енергії в броньових електромагнітах. 

Предмет дослідження – статична тягова характеристика броньових електромагнітів із нелінійними магнітними властивостями матеріалу магнітопроводу.

Методи досліджень. Дисертація базується на наукових положеннях теорій та методів математичного моделювання фізичних процесів в електричних апаратах, методів розрахунку постійних магнітних полів і розрахунку електромагнітних систем, викладених у роботах вітчизняних і закордонних учених. А саме: метод розділення змінних і метод скінченних елементів з використанням сучасної обчислювальної техніки для аналізу й розрахунку магнітного поля в обмотувальному вікні броньового електромагніта; метод еквівалентного заміщення для розрахунку магнітного кола; методи апроксимації та інтерполяції для забезпечення стійкості ітераційних процесів; математичне моделювання магнітного поля на ЕОМ та експериментальні дослідження для перевірки теоретичних положень і наукових результатів. При виконанні досліджень використовувалися наступні програми: MATHCAD 2000 (professional trial 30-day version), FEMM ver. 3.4 (Freeware), TableCurve (Try Buy version), Microsoft EXCEL XP.

Ідея роботи. Використання аналітичного виразу розподілу магнітних потоків в обмотувальному вікні броньових електромагнітів на основі вирішення відповідного рівняння Пуассона для визначення характерних функціональних залежностей від основних конструкційних співвідношень електромагніта.

Наукова новизна одержаних результатів

1.Удосконалено математичне представлення розподілу векторного магнітного потенціалу й магнітних потоків розсіювання в обмотувальному вікні магнітних систем з осьовою симетрією, яке, на відміну від відомих підходів, дає можливість врахувати несиметрію магнітних полюсів відносно робочого проміжку. 

2.Дістав подальшого розвитку енергетичний метод визначення тягового зусилля в броньових електромагнітах шляхом уточнення потокозчеплення магнітного потоку з бокової поверхні якоря електромагніта з обмоткою намагнічування як функції геометричних розмірів електромагнітної системи й параметрів обмотки намагнічування, в якому, на відміну від існуючих підходів до застосування енергетичного методу, враховано неоднорідність потоків розсіювання.

3.Дістала подальшого розвитку теорія магнітного розрахунку броньових електромагнітів за еквівалентною схемою заміщення шляхом використання одноконтурної схеми заміщення із застосуванням аналітичного опису розподілу магнітних потоків розсіювання, яка дає можливість більш точно врахувати цей розподіл в порівнянні з існуючими методами.

4.Теоретично доведено й експериментально підтверджено, що запропонована методика розрахунку тягового зусилля броньового електромагніта, на відміну від відомих аналітичних методів, дозволяє визначати тягове зусилля з урахуванням потоків розсіювання й магнітного стану сталі магнітопроводу в широкому діапазоні зміни робочих проміжків.

Обґрунтованість і достовірність наукових результатів, висновків і рекомендацій базується на використанні теорії електромагнітного поля, забезпечується коректністю прийнятих у математичних моделях допущень і підтверджується збігом результатів теоретичних досліджень із відомими теоретичними результатами в крайніх випадках значень параметрів і з результатами експериментальних досліджень.

Практичне значення одержаних результатів: 

  отримані аналітичні вирази для тягової характеристики підвищують точність розрахунку броньових електромагнітів, скорочують час на проектування і дозволяють поліпшити конструкційні й робочі параметри електромагнітів броньового типу; 

  регулювання жорсткості кривої тягового зусилля дозволяє погоджувати електромагніт з навантаженням і зменшує ударні навантаження на якір електромагніта.

Результати роботи використовуються на ВАТ “Первомайський електромеханічний завод ім. К.Маркса” при проектуванні електромагнітів постійного струму, а також у навчальному процесі у Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля під час підготовки дипломних і магістерських робіт зі спеціальності “Електричні машини й апарати”, читання курсу “Спеціальні питання теорії електричних машин і апаратів” і на практичних заняттях за курсом “Електромагнітні розрахунки”. Також результати роботи були використані в науково-дослідній лабораторії “Мюонна обсерваторія” науково-дослідного сектору Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля при розробці технічного проекту лабораторного електромагніта Гопкінсона.

Особистий внесок здобувача. Основні ідеї й розробки, які виносяться на захист, отримані автором особисто. У наукових публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачеві належить: у роботах [1, 10] здобувачем визначені граничні умови для розв'язання рівняння Пуассона в обмотувальному вікні броньової магнітної системи. У роботах [2, 11] отримано вираз для потокозчеплення. У роботах [3, 4, 12] запропонована уточнена формула для визначення магнітного опору паразитного проміжку, розроблена схема заміщення для ненасиченої магнітної системи, проведені чисельні розрахунки й обчислювальний експеримент. У роботі [5] здобувачем поставлено завдання й показано можливість використання розробленого підходу до визначення тягового зусилля для електромагнітів з конусним якорем. У роботі [6] запропоновано новий спосіб зменшення тягового зусилля броньового електромагніта на малих робочих проміжках. У роботах [7-9] розроблено схему заміщення й алгоритм розрахунку падіння магніторушійної сили на ділянках магнітного кола. У роботі [13] проведено аналіз обчислювального експерименту стосовно електромагнітних механізмів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення й результати дисертаційної роботи доповідалися на: конференції професорсько-викладацького складу й наукових співробітників Східноукраїнського національного університету “НАУКА-2002” (Луганськ, 17-19 квітня 2002 р.); VIII науково-практичній конференції “Університет і регіон” (Луганськ, 25-26 грудня 2002 р.); Х Міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні технології: