Електротехніка та електроенергетика - 2018, №1
Постійне посилання зібранняhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27323
Переглянути
Нові надходження
Документ Математическая модель быстродействующего привода автоматического выключателя с индукционно-динамическим и бистабильным механизмом(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Байда, Е. И.; Волкова, Ольга Григорьевна; Байда, Є. І.; Волкова, Ольга Григорівна; Baida, E. I.; Volkova, O. G.RU: Цель работы. Разработка математической модели индукционно-динамического привода выключателя с двумя катушками, работающего с бистабильным механизмом, обеспечивающим фиксацию индукционно-динамического механизма (ИДМ) в крайних положениях траектории движения контактной системы. Методы исследования. Решение поставленных в работе задач выполнялось с использованием методов расчёта электромагнитного поля, конечных элементов, теоретической механики и решения дифференциальных уравнений. Полученные результаты. Разработана математическая модель быстродействующего привода на базе индукционно-динамического и бистабильного механизма, которая базировалась на уравнениях электромагнитного поля электрической цепи и кинематики движения механизма переключения. Преимуществом данной модели является возможность динамического расчета привода выключателя на основании данных по контактному нажатию, ходу и провалу контактов. Исходными данными построения модели являлись: индуктивность внешней цепи; активные сопротивления катушек, рассчитанные исходя из сечения проводника и геометрии катушек. Начальные условия удовлетворяли условиям Дирихле. Система уравнений математической модели решалась в цилиндрической системе координат. Решение задачи проводилось в системе Comsol Multiphysics. Движение подвижной части ИДМ моделировалось деформацией расчетной сетки. На основании исходных данных о контактном нажатии, а также ходе и провале контактов, определялась жесткость пружины и усилия в конструкции бистабильного механизма. По расчетным данным представлены графики, позволяющие проанализировать выбор упругих элементов и внести необходимые корректировки на стадии проектирования и отладки конструкции. Рассчитаны параметры работы механизма в стадии включения и отключения ИДМ. Представлены графические значения хода и скорости движения якоря выключателя, токи ускоряющей и тормозящей катушки, значение суммарной электромагнитной силы и суммарной противодействующей u1089 силы. Научная новизна. Разработана математическая модель быстродействующего привода на основе ИДМ и бистабильного механизма, который включает в себя уравнения электромагнитного поля электрической цепи и уравнения движения. Модель корректно описывает физические процессы и может быть использована для разработки и изучения конструкций высокоскоростных приводов. Практическая ценность. На основании вариантных расчетов можно решать задачи, по поиску требуемых параметров привода ставя целью получить: а) малое временя замыкания контактов и избегать «дребезг» при включении; б) высокую начальную скорость и общее малое время (менее 1 мс) размыкания контактов, уменьшить динамические нагрузки на элементы привода и контактную систему. UK: Мета роботи. Розробка математичної моделі індукційно-динамічного привода відмикача з двома катушками, працюючого з бістабільним механізмом, що забезпечує фіксацію індукційно-динамічного механізму (ІДМ) у крайніх положеннях траєкторії руху контактної системи. Методи дослідження. Рішення поставлених в роботі задач виконувалося з використанням методів розрахунку електромагнітного поля, кінцевих елементів, теоретичної механіки і рішення диференціальних рівнянь. Отримані результати. Розроблена математична модель швидкодіючого привода на базі індукційнодинамічного та бістабільного механізму, яка заснована на рівняннях електромагнітного поля електричного кола і кінематики руху механізму перемикання. Перевагою даної моделі є можливість динамічного розрахунку привода відмикача на основі даних по контактному натисканню, ходу і провалу контактів. Вхідними даними побудови моделі були: індуктивність зовнішнього кола; активний опір катушок, розраховані за перерізом провідника та геометрії катушок. Початкові умови вимоги відповідали умовам Дирихле. Система рівнянь математичної моделі вирішувалась у циліндричній системі координат. Рішення задачі проводилось у системі Comsol Multiphysics. Рух рухомої частини ІДМ моделювався за допомоги деформації розрахункової сітки. На основі вхідних даних о контактним натисканні, а також ході та провалу контактів визначалась жорсткість пружини і зусилля у конструкції бістабільного механізму. За розрахунковими даними представлені графіки, що дозволяють проаналізувати вибір пружних елементів та внести необхідні корективи та стадії проектування і налагодження конструкції. Розраховані параметри роботи механізму в стадії включення та відключення ІДМ. Представлені графічні значення ходу та швидкості руху якоря відмикача, струмоприскорюючої та гальмуючої котушки, значення сумарної електромагнітної сили і сумарної протидіючої сили. Наукова новизна. Розроблена математична модель швидкодіючого привода на основі ІДМ і бістабільного механізму, яка включає рівняння електромагнітного поля електричного кола та рівняння руху. Модель коректно описує фізичні процеси та може бути використана для розробки та вивчення конструкції високошвидкісних проводів. Практична цінність. На основі варіативних розрахунків можна вирішувати задачі по пошуку необхідних параметрів привода маючи на меті отримати: а) мале значення часу замикання контактів та уникати «брязкіт» при включені; б) високу початкову швидкість та загальне мале значення часу (менш за 1 мс) розмикання контактів, зменшити динамічні навантаження та елементи привода і контактну систему. EN: Purpose. Development of a mathematical model of an induction-dynamic drive of a switch with two coils, working with a bistable mechanism, which ensures the fixation of the instant-dynamic mechanism (IDM) in trajectory extreme positions of the contact system. Methodology. The solution of the problems posed in the work was carried out using methods for calculating the electromagnetic field, finite elements, theoretical mechanics, and solving differential equations. Findings. The mathematical model of quick-driving actuator as part of instant-dynamic and bistable mechanism was developed. It was based on electrical circuit’s electromagnetic equations and kinematic movements of the switching mechanism. Advantage of the given model is possibility of a breaker drive dynamic analysis basing on data of a contact pressure, pretravel and snatch gap. Initial data of the model formulation were outer circuit inductance, resistance of coils, which calculated on conductor cross-section and coils configuration. Initial conditions corresponded by Dirichlet conditions. Mathematical model equations system was calculated in cylindrical coordinate system. Problem was solved with the help ComsolMultiphysics system. Motion of the IDM movement part was modeled by deformation of a computational grid. Spring force and stress in a bistable mechanism construction were determined by initial data of a contact pressure, pretravel and snatch gap. Graphs by calculation data are shown, which allow to analyze of springing elements chose and make necessary adjustments on design stage and debugging construction. Operation parameters of mechanism work on IDM switch on and switch off stages were calculated. Value of movement, motion speed of armature breaker, currents of accelerating and retarding coils, summed electromagnetic and opposite force were figured. Originality. The mathematical model of quick-driving actuator as part of instant-dynamic and bistable mechanism was developed. The model contains equations of electromagnetic field and motion equation. The mathematical model describes properly of physical process and can be used for development and research a design of quick-driving actuator. Practical value. It follows from the calculations that with the help of variants of calculations it is possible to obtain the required drive parameters: a) short switching-on time which allows avoiding contact bounce during switching; b) high initial speed, hole short time (less than 1 ms) of contacts opening and reduce dynamic force on actuator elements and contact system.Документ Моделювання контактного електроопору(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Лоскутов, Степан Васильович; Щетініна, Мирослава Олегівна; Зеленіна, Олена Анатоліївна; Loskutov, S. V.; Schetinina, M. O.; Zelenina, O. A.UK: Мета роботи. Визначити вклад реального розподілу плям контакту у загальну провідність контакту провідників. Методи дослідження. Дослідження електричного опору стягування здійснювались на моделях. Експериментальна частина даної роботи виконувалась на папері з графітовим шаром з перетинками (перший тип) і на електропровідних рідинах з дискретними перегородками (другий тип). Отримані результати. Показано, що контактний електроопір в основному визначається величиною фактичної площі контакту металів. Отримано експериментальні залежності електроопору моделі другого типу від відстані між електродами та розподіл потенціалу по поверхні зразка для моделі першого типу. Розглянуто теоретичну модель, засновану на принципі суперпозиції електричних полів. Залежності, отримані експериментально і розраховані за допомогою теоретичної моделі, добре узгоджуються. Наукова новизна. Вперше досліджені закономірності формування електричного опору стягування на великій кількості перетинок. Розроблена нова модель дискретного електричного контакту на основі рідини як провідного середовища з перетинкою з ядерної мембрани. Зроблено висновки про адитивність контактного і об’ємного електроопору. Практична цінність. На основі результатів даних досліджень була розроблена нова експериментальна методика кінетичного макроідентування, що в якості параметра деформування поверхневого шару металів використовує площу фактичного контакту. Дана методика дозволяє визначати величину середніх контактних напружень, межу плинності, зміну напружень по глибині деформування у залежності від режимів обробки поверхні. EN: Purpose. To determine the contribution of the real contact spots distribution in the total conductivity of the conductors contact. Methodology. The electrical contact resistance research was carried out on models. The experimental part of this work was done on paper with a graphite layer with membranes (the first type) and conductive liquids with discrete partitions (the second type). Findings. It is shown that the contact electrical resistance is mainly determined by the real area of metal contact. The experimental dependence of the electrical resistance of the second type model on the distance between the electrodes and the potential distribution along the sample surface for the first type model were obtained. The theoretical model based on the principle of electric field superposition was considered. The dependences obtained experimentally and calculated by using the theoretical model are in good agreement. Originality. The regularity of the electrical contact resistance formation on a large number of membranes was researched for the first time. A new model of discrete electrical contact based on the liquid as the conducting environment with nuclear membrane partitions was developed. The conclusions of the additivity of contact and bulk electrical resistance were done. Practical value. Based on these researches, a new experimental method of kinetic macroidentation that as a parameter of the metal surface layer deformation uses the real contact area was developed. This method allows to determine the value of average contact stresses, yield point, change of the stress on the depth of deformation depending on the surface treatment.Документ Исследование частотно-температурной зависимости диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС в диапазоне низких частот(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Золотаревский, Алексей Иванович; Лущин, Сергей Петрович; Золотаревський, Олексій Іванович; Лущин, Сергій Петрович; Zolotarevskiy, A. I.; Lushchin, S. P.RU: Цель работы. Исследовать частотно-температурную зависимость диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС в диапазоне низких частот Методы исследования. Для получения частотно-температурной зависимости диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС использовалась методика определения емкости конденсатора, между обкладками которого размещался исследуемый образец. По полученному значению емкости конденсатора вычислялось значение диэлектрической проницаемости образца Полученные результаты. Авторами получена частотно-температурная зависимость диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС в диапазоне низких частот. При низкой температуре диэлектрическая проницаемость практически не зависит от частоты переменного напряжения, с увеличением температуры ее значение возрастает и наблюдается зависимость от частоты. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС удовлетворительно описывается экспоненциальной функциональной зависимостью в диапазоне низких температур. Из графика зависимость логарифма диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС от обратной температуры определена энергия активации поляризации. Различные значения энергии активации для двух температурных участков свидетельствуют о существовании различных механизмов поляризации пьезокерамики ЦТС в исследованном температурном диапазоне. Научна новизна. Авторами исследована частотно-температурная зависимость диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС в диапазоне низких частот. Установлено, что температурная зависимость диэлектрической проницаемости пьезокерамики ЦТС удовлетворительно описывается экспоненциальной функциональной зависимостью в диапазоне низких температур. Определена энергия активации поляризации для двух температурных участков. Практическая ценность. Результаты исследований могут быть использованы для изучения механизма поляризации пьезокерамических материалов ЦТС, эксплуатируемых в электротехнических и электронных изделиях при воздействии переменных электрических полей различных частот и изменении температуры. UK: Мета роботи. Дослідити частотно-температурну залежність діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС в діапазоні низьких частот. Методи дослідження. Для отримання частотно-температурної залежності діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС використовувалася методика визначення ємності конденсатора, між обкладками якого розміщувався досліджуваний зразок. За отриманого значення ємності конденсатора обчислювалося значення діелектричної проникності зразка. Отримані результати. Авторами отримано частотно-температурна залежність діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС в діапазоні низьких частот. При низькій температурі діелектрична проникність практично не залежить від частоти змінної напруги, зі збільшенням температури її значення зростає і спостерігається залежність від частоти. Температурна залежність діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС задовільно описується експоненціальною функціональною залежністю в діапазоні низьких температур. З графіка залежність логарифма діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС від зворотної температури визначена енергія активації поляризації. Різні значення енергії активації для двох температурних ділянок свідчать про існування різних механізмів поляризації п'єзокераміки ЦТС в дослідженому температурному діапазоні. Наукова новизна. Авторами досліджено частотно-температурна залежність діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС в діапазоні низьких частот. Встановлено, що температурна залежність діелектричної проникності п'єзокераміки ЦТС задовільно описується експоненціальною функціональною залежністю в діапазоні низьких температур. Визначено енергія активації поляризації для двох температурних ділянок. Практична цінність. Результати досліджень можуть бути використані для вивчення механізму поляризації п'єзокерамічних матеріалів ЦТС, експлуатованих в електротехнічних і електронних виробах при впливі змінних електричних полів різних частот і зміні температури. EN: Purpose. To investigate the frequency-temperature relationship of the dielectric permittivity of PZT piezoceramics in the low frequency range. Methodology. To obtain the frequency-temperature relationship of the dielectric permittivity of the PZT piezoceramics, a technique was used to determine the capacitance of the capacitor, between which plates the sample was placed. The value of the dielectric permittivity of the sample was calculated from the capacitor capacitance obtained. Findings. The frequency-temperature relationship of the dielectric permittivity of the PZT piezoceramics in the low frequency range has been obtained by the authors. The dielectric permittivity is not practically related to the frequency of the alternating voltage at a low temperature, with increasing in temperature its value increases and frequency relationship is observed. The temperature relationship of the dielectric permittivity of the PZT piezoceramics is satisfactorily described by the exponential functional dependence in the low-temperature range. The activation energy of the PZT piezoceramics polarization is determined from the graph of the dependence of the logarithm of the dielectric permittivity upon the inverse temperature. Different values of the activation energy for the two temperature regions prove on the existence of different mechanisms of the PZT piezoceramics polarization in the temperature range being investigated. Originality. The authors investigated the frequency-temperature relationship of the dielectric permittivity of the PZT piezoceramics in the low-frequency range. It is established that the temperature relationship of the dielectric permittivity of the PZT piezoceramics is satisfactorily described by an exponential functional relationship in the lowtemperature range. The activation energy of polarization is determined for two temperature sections. Practical value. The research results can be used to study the mechanism of polarization of PZT piezoceramic materials operating in electrical and electronic products under the influence of alternating electric fields of different frequencies and temperature changes.Документ Matrix-topological model of electromagnetic circuits(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Siddelev, N. І.; Сідєлєв, М. І.EN: Purpose. To develop a digital model of electromagnetic devices for research and optimization of powerful secondary electric power sources and electromagnetic converters. Methodology. Nodal potential method, Contour current method, Topologically isomorphic transformations. Findings. The purpose of this work is to create a mathematical apparatus that allows solving problems of modeling and researching electromagnetic devices in parts (by types of accumulated energy). This will simplify the research and optimization of technical characteristics such as efficiency, weight and size indicators, etc. The proposed mathematical model of electromagnetic circuits has the greatest degree of detail of the electric and magnetic circuit. The magnetic circuit is represented in the same detail as the electric circuit, and is described by a contour matrix. A mathematical description of electromagnetic devices is obtained in which inductive parameters are determined by the geometric dimensions and characteristics of magnetic circuits. The topology of the electrical circuit is represented by matrix blocks, which allowed obtaining a mathematical description, which simultaneously takes into account the distribution of currents and charges in the elements of the circuit. The system of equations reduces to the Cauchy form and is composed with respect to increments of magnetic fluxes and potentials on capacitors, which simplifies its solution by numerical methods on a computer. Thus, it is convenient to monitor the energy processes in the reactive powerconsuming elements of the circuit. A stable and adaptive digital model of electromagnetic circuits has been developed that makes it possible to combine several methods of integrating a system of differential equations. Feedback is provided through a special parameter. This makes it possible to maximize the correctness of the computations for the energy components in the simulation of the electromagnetic circuit. The originality of the mathematical description lies in the fact that the topology of the electromagnetic circuit is represented in the form of separate matrices that are connected by a matrix of coil connections. The practical value of the digital model of the electromagnetic circuit is that the parameters of the magnetic circuits are introduced in the form of geometric dimensions of the magnetic circuits. This eliminates the need for equivalent transformations to produce data for a specific model. This simplifies the study of secondary power supplies and other powerful electric power consumers by efficiency criteria, weight and size parameters. Originality. The topology of the electromagnetic circuit is represented in the form of separate matrices that are connected by a matrix of coil connections. Practical value. The parameters of the magnetic circuits are introduced in the form of geometric dimensions of the magnetic circuits. UK: Мета роботи. Розробити цифрову модель електромагнітних пристроїв для дослідження та оптимізації потужних вторинних джерел живлення та електромагнітних перетворювачів. Методи дослідження. Метод вузлових потенціалів, метод контурних струмів, топологічно-ізоморфні перетворення. Отримані результати. Сучасні системи автоматизованого проектування вимагають розробки спеціального математичного забезпечення. Основними вимогами до розробки моделей можуть бути найбільша ступінь деталізації, допустима якість моделювання, простота отримання параметрів моделі. В автономних електроенергетичних системах всі пристрої можна поділити на три групи: джерела живлення, перетворювачі і споживачі електроенергії. Серед них пристрої, що відносяться до другої групи, за масою і габаритами іноді сумірні з джерелами живлення і часто перевищують за цими параметрами споживачі електроенергії. Кількість спожитої енергії перетворювачем впливає в гіршу сторону на економічність автономної системи і тому часто є критерієм дослідження. Метою даної роботи є створення математичного апарату, що дозволяє вирішувати задачі моделювання та дослідження електромагнітних пристроїв по частинах (за видами накопичуваної енергії). Це дозволить спростити дослідження і оптимізацію таких технічних характеристик, як коефіцієнт корисної дії, масогабаритні показники тощо. Запропонована математична модель електромагнітних кіл має найбільший ступінь деталізації електричного і магнітного кола. Магнітне коло представлено так само докладно, що і електричне коло, і описується контурної матрицею. Отримано математичний опис електромагнітних пристроїв, в которому індуктивні параметри визначаються геометричними розмірами і характеристиками магнітного кола. Топологія електричного кола представлена матричними блоками, що дозволило отримати математичний опис, котрий одночасно враховує розподіл струмів і зарядів в елементах схеми. Система рівнянь зводиться до форми Коші і складена u1074 відносно приросту магнітних потоків і потенціалів на конденсаторах, що спрощує її рішення чисельними методами на комп'ютері. Таким чином, зручно стежити за енергетичними процесами в реактивних енергоємних елементах схеми. Розроблена стійка і адаптивна цифрова модель електромагнітних кіл, що дозволяє об'єднати кілька методів інтегрування системи диференціальних рівнянь. Зворотній зв'язок надається через спеціальний параметр. Це дозволяє домогтися максимальної коректності обчислень для енергетичних компонентів при моделюванні електромагнітного кола. Оригінальність математичного опису полягає в тому, що топологія електромагнітного кола представлена у вигляді окремих матриць, котрі пов'язані між собою матрицею виткових зачеплень. Практична цінність цифрової моделі електромагнітного кола полягає в тому, що параметри магнітних кіл вводяться в вигляді геометричних розмірів магнітопроводів. Це виключає необхідність проводити еквівалентні перетворення для підготовки даних конкретної моделі. Це спрощує вивчення вторинних джерел живлення та інших потужних споживачів електроенергії за критеріями ефективності, вагових і розмірних параметрів. Наукова новизна. Топологія електромагнітного кола представлена у вигляді окремих матриць, з'єднаних матрицею виткових зачеплень. Практична цінність. Параметри магнітних кіл вводяться у вигляді геометричних розмірів магнітних кіл.