Determination of equivalent quantities of electromagnetic field in massive ferrous details of electric equipment under strongly varying loads

Abstract

EN: Purpose. To derive the relationships for calculating determination of equivalent quantities for electromagnetic field in massive ferrous bodies at strongly varying loads. Methodology. We have applied methodological fundamentals of skin-effect theory for massive ferrous bodies combined with methods of mathematical physics as well as physical and computer simulation. Findings. We have found the mathematical expressions for the equivalence ratios allowing calculate basic electromagnetic field quantities, such as magnetic flux and losses, in massive ferrous bodies under strongly varying loads. Their adequacy is confirmed by research on physical and computer models, as well as existing computational procedures of the additional losses in the massive units of energy-intensive electrical equipment for special purposes. Originality. For the first time, we have established mathematical dependencies between skin losses and magnetic flux in massive ferrous body and total and individual harmonic distortion of periodically varying magnetic and electric fields. Found dependences are the basis for the development of refined computational procedures for determining the parameters of the electromagnetic field in massive ferromagnetic elements of electrical equipment under stronglyvarying loads. Practical value. The use of derived expressions for the equivalence ratios enable successfully solve the problems aimed to optimize constructive components when designing electrical equipment for supplying consumers with stronglyvarying behavior of the load. UK: Мета роботи. Отримати співвідношення для розрахункового визначення еквівалентних параметрів електромагнітного поля в масивних феромагнітних тілах при різкозмінних навантаженнях. Методи дослідження. При дослідженні використані методологічні основи теорії поверхневого ефекту у масивних феромагнітних тілах у сполученні з методами математичної фізики, фізичним та комп’ютерним моделюванням. Отримані результати. Отримані математичні вирази коефіцієнтів еквівалентності, що дозволяють розрахувати основні параметри електромагнітного поля (магнітний потік и втрати) у масивних феромагнітних тілах при різкозмінних навантаженнях. Їх адекватність підтверджена дослідженнями на фізичних и комп’ютерних моделях, а також існуючими методами розрахунків додаткових втрат у масивних вузлах енергоємного електротехнічного обладнання спеціального призначення. Наукова новизна. Вперше встановлені математичні залежності поверхневих втрат та поверхневого магнітного потоку у масивному феромагнітному тілі від несинусоїдальності та спектрального складу вищих гармонік магнітного і електричного полів. Вони є основою для розробки більш точних інженерних методів розрахунку параметрів електромагнітного поля у масивних феромагнітних елементах конструкцій електроустаткування при різкозмінному характері навантаження. Практична цінність. Використання отриманих виразів коефіцієнтів еквівалентності дозволяє успішно вирішувати інженерні задачі оптимізації елементів конструкцій при проектуванні електротехнічного обладнання для живлення споживачів з різкозмінним характером навантаження.