s13 54

Про інститут

DOI: https://doi.org/10.15407/publishing2019.54.103

УДК 621.313:621.365:621.314:537.523.9

ВДОСКОНАЛЕННЯ БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНИХ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ СИСТЕМ ДЛЯ ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЙ

І.В. Божко*, канд. техн. наук, О.М. Карлов**, канд. техн. наук, І.П. Кондратенко***, докт. техн. наук, Р.С. Крищук****, канд. техн. наук, К.О. Липківський*****, докт. техн. наук, А.Г. Можаровський******, канд. техн. наук, А.П. Ращепкін*******, докт. техн. наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна,
e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів, Вам потрібно включити JavaScript для перегляду
* ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-7955-246X
** ORCID ID : https://orcid.org/0000-0002-1350-1870
*** ORCID ID : http://orcid.org/0000-0003-1914-1383
**** ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-1933-0144
***** ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-3292-1360
****** ORCID ID : https://orcid.org/0000-0001-9801-2728
******* ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-3308-8032

Представлено результати досліджень, проведених у відділі електромагнітних систем у 2018 році. Розвинено методи розрахунку електромагнітного поля в електромагнітній системі, що утворена струмовими контурами, які розміщуються в просторі за законом біжучого магнітного поля. Досліджено електродинамічні сили і розподіл джерел теплоти при взаємодії магнітного поля трифазної системи контурів і металевої стрічки обмеженої ширини. Встановлено можливість індукційного нагріву феромагнітних стрічок з задовільною рівномірністю за шириною. Визначено умови для електродинамічної стабілізації стрічки за віссю повітряного проміжку. Отримав розвиток метод розрахунку електромагнітного поля торцевих двигунів з дисковим біметалевим ротором. Встановлено аналітичні вирази для розрахунку аксіальних магнітних сил, тривимірний розподіл індукції магнітного поля в зазорі з урахуванням лінійної швидкості руху ротора. Розраховано механічну та робочу характеристики, аксіальні сили, що діють на ротор асинхронного двигуна великої потужності, який призначено для безредукторного приводу кульових млинів. Представлено результати експериментальних досліджень бар’єрного розряду на поверхню води. Експериментально доведено, що в повітрі атмосферного тиску за встановлених довжини фронту імпульсів напруги та амплітудних значень електричного поля в газі є можливим існування однорідного імпульсного бар’єрного розряду на поверхню плівки води. Виконано комплекс робіт, що обґрунтовують можливість та доцільні шляхи підвищення ефективності використання встановленої потужності трансформуючого елемента з секціонованою обвиткою в складі трансформаторно-ключової виконавчої структури стабілізатора напруги змінного струму. Бібл. 34, рис. 24, табл. 3.
Ключові слова: індукційний нагрів, торцевий асинхронний двигун, однорідний бар’єрний розряд, трансформаторно-ключові структури.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЙ

И.В. Божко, канд. техн. наук, А.Н. Карлов, канд. техн. наук, И.П. Кондратенко, докт. техн. наук, Р.С. Крищук, канд. техн. наук, К.А. Липковский, докт. техн. наук, А.Г. Можаровский, канд. техн. наук, А.П. Ращепкин, докт. техн. наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина,
e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів, Вам потрібно включити JavaScript для перегляду

Представлены результаты исследований, проведенные в отделе электромагнитных систем в 2018 году. Развиты методы расчета электромагнитного поля в электромагнитной системе, созданной токовыми контурами, которые размещаются в пространстве по принципу бегущего магнитного поля. Исследованы электродинамические силы и распределение источников теплоты при взаимодействии магнитного поля трехфазной системы контуров и металлической ленты ограниченной ширины. Установлена возможность индукционного нагрева ферромагнитных лент с удовлетворительной равномерностью по ширине. Определены условия для электродинамической стабилизации ленты по оси воздушного промежутка через выбор частоты тока. Получил развитие метод расчета электромагнитного поля торцевых дугостаторних двигателей с дисковым биметаллических ротором. Метод включает задание реального распределения трехфазной обмотки двусторонней дугостаторной машины. Установлены аналитические выражения для расчета аксиальных магнитных сил торцевых дугостаторних асинхронных двигателей с биметаллическими дисковыми роторами, трехмерное распределение индукции магнитного поля в зазоре с учетом линейной скорости движения ротора. Рассчитаны механическая и рабочая характеристики, аксиальные силы, действующие на ротор асинхронного двигателя большой мощности, предназначенного для безредукторного привода шаровых мельниц. Представлены результаты экспериментальных исследований барьерного разряда на поверхность воды. Экспериментально доказано, что в воздухе атмосферного давления при установленных длине фронта импульсов напряжения и амплитудных значениях электрического поля в газе возможно существование однородного импульсного барьерного разряда на поверхность пленки воды. Выполнен комплекс работ, обосновывающий возможность и целесообразные пути повышения эффективности использования установленной мощности трансформирующего элемента с секционированной обмоткой в составе трансформаторно-ключевой исполнительной структуры стабилизатора напряжения переменного тока. Библ. 34, рис. 24, табл. 3.
Ключевые слова: индукционный нагрев, торцевой асинхронный двигатель, однородный барьерный разряд, трансформаторно-ключевые структуры.

Робота фінансується за держбюджетною темою «Розвиток теорії електрофізичних процесів в імпульсних системах електромагнітної обробки електропровідних середовищ» (шифр “БАР’ЄР-2”), яка виконується за Постановою Бюро ВФТПЕ Президії НАН України від 04.07.2018 р., протокол №11, державний реєстраційний номер теми 0117U007714 та за темою "Розвиток та узагальнення теорії трансформаторно-ключових виконавчих структур (ТКВС) перетворювачів напруги з урахуванням багатоваріантності схемотехнічних рішень та мультифізичності процесів" (шифр "Рестан"), державний реєстраційний номер 0115U002579.

Література
1. Ращепкин А.П., Кондратенко И.П. Методологические основы анализа электромагнитных процессов в линейных индукционных машинах. Киев: Ин-т электродинамики НАН Украины, 2017. 355 с.
2. Виштак П.А., Кондратенко И.П., Крутилин В.А., Ращепкин А.П. Метод расчета линейных индукторов с концентрическими обвитками для нагрева металлических лент. Техн. электродинамика. 1987. № 2. С. 6-12.
3. Карлов А.Н., Кондратенко И.П., Крищук Р.С., Ращепкин А.П. Двухобмоточный безжелезный индуктор бегущего магнитного поля. Праці Інституту електродинаміки НАН України. 2018. Вип. 49. С. 39-50.
4. Тамм И.Е. Основы теории электричества. Москва: Наука. 1989. 504 с.
5. Карлов О.М., Кондратенко І.П., Крищук Р.С., Ращепкін А.П. Енергетичні показники торцевих дугостаторних асинхронних двигунів з біметалевими дисковими роторами. Праці Інституту електродинаміки НАН України. 2017. Вип. 48. С. 76–82. DOI: https://doi.org/10.15407/publishing2017.48.076
6. Карлов О.М., Кондратенко І.П., Крищук Р.С., Ращепкін А.П. Аксіальні магнітні сили торцевого дугостаторного двигуна з дисковим біметалевим ротором. Праці Інституту електродинаміки НАН України. 2018. Вип. 50. С. 71–78.
7. Kogelschatz Ulrich. Dielectric-barrier Discharges: Their History, Discharge Physics and Industrial Applications. Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2003. Vol. 23. No 1. Рр. 1–46.  DOI: https://doi.org/10.1023/A:1022470901385
8. Kogelschatz Ulrich. Filamentary, Patterned, and Diffuse Barrier Discharges. IEEE Transactions on Plasma Science. 2002. Vol. 30. No 4. Pр. 1400–1408. DOI: https://doi.org/10.1109/TPS.2002.804201
9. Shao Tao, Long Kaihua, Zhang Cheng, Yan Ping, Zhang Shichang, Pan Ruzheng. Experimental study on repeti-tive unipolar nanosecond-pulse dielectric barrier discharge in air at atmospheric pressure. Journal of Physics D: Applied Physics. 2008. Vol. 41. Pp. 215203 (8 pp).  DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/41/21/215203
10. Shuai Zhang, Li Jia, Wen-chun Wang , De-zheng Yang, Kai Tang, Zhi-jie Liu. The influencing factors of nano-second pulse homogeneous dielectric barrier discharge in air. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Bio-molecular Spectroscopy. 2014. Vol. 117. Pp. 535–540. DOI: https://doi.org/10.1016/j.saa.2013.08.051
11. T. Somekawa, T. Shirafuji, O. Sakai, K. Tachibana, K. Matsunaga. Effects of self-erasing discharges on the uni-formity of the dielectric barrier discharge. Journal of Physics D: Applied Physics. 2005. Vol. 38. Pp. 1910–1917.  DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/38/12/010
12. Божко І.В., Карлов О.М., Кондратенко І.П., Чарний Д.В. Розробка комплексу для обробки води імпульсним бар’єрним розрядом. Технічна електродинаміка. 2017. № 6. С. 80-86. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2017.06.080
13. Chong Liu, Danil Dobrynin, Alexander Fridman. Uniform and non-uniform modes of nanosecond-pulsed dielectric barrier discharge in atmospheric air: fast imaging and spectroscopic measurements of electric fields. Journal of Physics D: Applied Physics. 2014. Vol. 47. Pp. 252003 (7 pp).  DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/25/252003
14. Walsh J. L., Konga M. G. 10 ns pulsed atmospheric air plasma for uniform treatment of polymeric surfaces. Applied Physics Letters. 2007. Vol. 91. Pp. 251504 (3pp). DOI: https://doi.org/10.1063/1.2825576
15. Baroch P., Saito N., Takai O. Special type of plasma dielectric barrier discharge reactor for direct ozonization of water and degradation of organic pollution. Journal of Physics D: Applied Physics. 2008. Vol. 41. P. 085207 (6 pp).  DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/41/8/085207
16. Golubovskii Yu.B., Maiorov V.A., Behnke J. F., Tepper J., Lindmayer M. Study of the homogeneous glow-like discharge in nitrogen at atmospheric pressure. Journal of Physics D: Applied Physics. 2004. Vol. 37. Pp. 1346–1356. DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/37/9/008
17. Bo Jiang, Jingtang Zheng, Shi Qiu, Qinhui Zhang, Zifeng Yan, Qingzhong Xue. Review on electrical discharge plasma technology for wastewater. Chemical Engineering Journal. 2014. No 236. Pp. 348–363.  DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.09.090
18. Magureanu Monica, Piroi Daniela, Mandache Nicolae Bogdan, Parvulescu Vasile. Decomposition of methylene blue in water using a dielectric barrier discharge: Optimization of the operating parameters. Journal of Applied Physics. 2008. No 104. Рp. 103306 (7 рр). DOI: https://doi.org/10.1063/1.3021452
19. Shen Zhao, Chunjing Hao, Di Xu, Yiyong Wen, Jian Qiu, Kefu Liu. Effect of Electrical Parameters on Energy Yield of Organic Pollutant Degradation in a Dielectric Barrier Discharge Reactor. IEEE Transactions on Plasma Science. 2017. Vol. 45. No 6. Pр. 1043–1050.  DOI: https://doi.org/10.1109/TPS.2017.2691726
20. Кондратенко И.П., Ращепкин А.П. Индукционный нагрев плоского проката металлов. Новини енергетики. 1998. № 11. С. 40–42.
21. Bozhko I.V., Serdyuk Y.V. Determination of Energy of a Pulsed Dielectric Barrier Discharge and Method for Increasing Its Efficiency. IEEE Transactions on Plasma Science. 2017. Vol. 45. No 12. Pр. 3064–3069. DOI: https://doi.org/10.1109/TPS.2017.2760888
22. Bimal, K Bose. Power Electronics. Why the Field is so Exciting. IEEE Power Electronics Society Newsletter Fourth Quarter. 2007. V. 19. No 4. P. 11–20.
23. Липковский К.А. Трансформаторно-ключевые исполнительные структуры преобразователей переменного напряжения. Киев: Наук. думка, 1983. 216 с.
24. Липківський К.О., Можаровський А.Г. Особливості комплексування секцій обвитки трансформуючого елемента трансформаторно-ключової виконавчої структури перетворювача змінної напруги. Праці Ін-ту електродинаміки НАН України. 2018. Вип. 51. С. 60–64.  DOI: https://doi.org/10.15407/publishing2018.51.060
25. Липківський К.О., Можаровський А.Г. Пристрій для регулювання величини напруги змінного струму. Патент України на корисну модель №126885, МПК G05F 1/00, H02M 7/00. 2018.
26. Huang M., Dong L., Zhang J., Wang J., Hao Z. Research on the Differential Protection Algorithm of Multi-Tap Special Transformer. Journal of Power and Energy Engineering. 2014. Vol. 2. No 09. Pp. 98–105. DOI: http://dx.doi.org/10.4236/jpee.2014.29014
27. Electronic Tap Switching Voltage Regulator. URL: http://www.ustpower.com/comparing-automatic-voltage-regulation-technologies/avr-guide-electronic-tap-switching-voltage-regulator/ (accessed 05.03.2019)
28. Willems W., Vandoorn T.L., De Kooning, J. D., Vandevelde L. Development of a smart transformer to control the power exchange of a microgrid. 4th International Conf. Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe. 6-9 Oct. 2013, At Lyngby, Denmark. Pp. 1–5. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ISGTEurope.2013.6695300
29. Voltage Adjuster VA-1200. URL: https://www.radiomuseum.org/r/instant_voltage_adjuster_va_1200.html (ac-cessed 16.03.2019).
30. Szczesniak, Pawel. The compensator of voltage sage/swell installed in connection terminals of small industrial plant or selected loads. In: 2017 19th European Conference on Power Electronics and Applications. Europe, 2017. Pp. 1–6. DOI: http://dx.doi.org/10.23919/EPE17ECCEEurope.2017.8099029
31. Липківський К.О., Можаровський А.Г. Сучасний стан та тенденції розвитку перетворювачів напруги змінного струму з трансформаторно-ключовими виконавчими структурами. Технічна електродинаміка. 2018. № 5. С. 44–51. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2018.05.044
32. Липківський К.О., Можаровський А.Г. Визначення потужності трансформуючих елементів при реконфігурації трансформаторно-ключових виконавчих структур стабілізаторів напруги змінного струму. Аналіз факторів впливу. Технічна електродинаміка. 2018. № 3. С. 48–55.  DOI: https://doi.org/10.15407/techned2018.03.048
33. COMSOL Multiphysics. URL: http://www.comsol.com.
34. Липківський К.О., Можаровський А.Г. Визначення впливу зміни меж діапазону вхідної напруги на потужність трансформуючого елемента стабілізатора напруги з трансформаторно-ключовою виконавчою структурою. Технічна електродинаміка. 2019. № 3. С. 46–54. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2019.03.046

Надійшла 06.05.2019

PDF