Семина Ирина Александровна РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНЦЕНТРАТОРОВ. Магнитного Поля Железоотделителей на основе комбинированных магнитных систем.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
На правах рукописи






Семина Ирина Александровна


РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ
КОНЦЕНТРАТОРОВ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЖЕЛЕЗООТДЕЛИТЕЛЕЙ

НА ОСНО
ВЕ КОМБИНИРОВАННЫХ МАГНИТНЫХ СИСТ
ЕМ




Специальность 05.09.0
1




Электро
меха
ни
ка

и электрические аппараты
ª





АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени

кандидата технических наук
















Омск


201
5

2


Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего профессионального образования Омский
государственный технический университетª,

кафедра 
Электрическая техника
ª


Научный руководитель
:

Доктор технических наук, профессор, ФГБОУ
ВПО Омский государственный технический
университетª, профессор
кафедры Электрическая
техникаª

Андреева Елена Григорьевна
.


Официальные оппоненты:


Доктор
технических наук
,
доцент
,
профессор
кафедры

Электромеханикаª
ФГБОУ ВПО
Уфимск
ого

государственн
ого

авиац
ионн
ого

техническ
ого

университет
а
ª

Саттаров Роберт Радилович


Доктор технических наук,

профессор,

заведующий
кафедрой

Теоретические основы
электротех
ники
ª
,
ФГБОУ ВПО

Новосибирск
ого

государст
венн
ого

техническ
ого

университет
а
ª

Нейман Владимир Юрьевич

Ведущая организация:

Уральский энергетический институтª
Федерально
го

государственно
го

автономно
го

образовательно
го

учреждени
я

высшего
профессионального о
бразования Уральский
федеральный университет имени первого
Президента России Б.Н. Ельцинаª
.



Защита диссертации состоится

23

декабря
2015

года в 1
4
:
0
0
на заседании
объединенного
диссертационного совета Д
М212.178.03

при Омском
государственно
м

техническом университете

и Омском государств
енном
университете путей сообщения. Защита пройдет в Омском государственном
техническом университете

по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, корп
.

6, ауд.
340. Тел/факс (3812) 65
-
3
4
-
07
, е
-
mail
:
dissov
_
omgtu
@
om
gtu
.
ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского
государственного технического университета

и на сайте
omgtu
.
ru
.

Автореферат разос
лан ____________
2015

года.


Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью
учреждения, просим напр
авлять по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира 11, ученому
секретарю
объединенного

диссертационного совета Д
М
212.178.
03


Ученый секретарь объединенного

диссертационного совета Д
М
212.178.
03


канд. техн. наук







О.А. Лысенко

3


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы
.



В настоящее время развитие новых технологий и технологических систем
требует разработки эконо
мич
ески эффективных электротехниче
ских комплексов (ЭТК).
В состав современных электротехн
ических ком
плексов и систем входят
электротехнические устройства с различными

конструкциями магнитных систем, и в
частности, комбинированные магнитные системы.



Иссле
дуемые в диссертации комбинированный магнитные системы
представля
ют

собой

совокупность железоотделителя и
концентрирующих

насадок
переменного поперечного сечения.


Концентраторы магнитного поля

широко

используются в устройствах для
повышения магнитной инду
кции

магнитного поля

в

заданной области пространства


в
медицинских

приборах, в железоотделителях

для защиты технологического
обо
рудования от ферромагнитных тел, в магнитных уловителях, в устройствах для
повышения октанового числа нефтепродуктов.

Концентр
аторы магнитного поля
состоят из источника магнитного поля (например, цилиндрического магнитопровода с
обмоткой) и

ферромагнитных насадок переменного сече
ния.


Конструкции сердечников железоотделителей могут быть овальными,
круглыми
, прямоугольными

или кв
адратными.
В качестве источника

питания
исследуемых в диссертации железоотделителей с концентрирующими насадками
используют
ся

источники постоянного тока.


При исследовании
железоотделителей
в
диссертации решается задача усиления
и локализации магнитного по
ля в заданной области пространства

путем
применения

концентрирующих насадок

переменного поперечного сечения.


Предложенны
е в работе методики расчета дву
мерных
(
осесимметричных
и
плоскопараллельных)
и трехмерных магнитных полей позволяют
исследовать

магнитн
ые поля железоотделителей с концентрирующими насадками
сложной
геометрии,
постро
ить

график
и

результирующей

ма
гнитной индукции поля
.


Работа по исследованию

и

расчета
м

электромагнитного поля
электротехнических устройств интенс
ивно велась такими учеными как
Б
ессонов Л.А.
Демирчян К.С.,
Сарапулов Ф.Н.,
Коняев А.Ю.,

Нейман В.Ю.,

Лауренсон Л., Назаров
С.Л.,

Исмагилов Ф.Р.,

Никите
нко А.Г.,
Попов А.П., Пеккер И.И.,
Норри Д., Шимони
К.В.,

учены
ми
научной школы Кова
лёва Ю.З.:

Андреев
а

Е.Г.
, Татевосян А.С.

Среди
зару
бежных ученых, работающих в этом направлении следует
отметить

E. Lemke, J.
Labrunie.


Непрерывно повышающиеся требования к
точности

проводимых расчетов
магнитных п
олей
магнитных систем
,
делает рациональным

ис
пользовани
е

современных программных продуктов

таких как

пакеты прикладных программ

ANSYS
(профессиональная версия), программный пакет
Elcut 5.6

и другие.


Целью

диссертационной работы является разработка и иссле
дование
концентраторов магнитного поля

железоотделителей на основе
комбинированных
магнитных систем
для усиления магнитной индукции в
заданной области пространства
.

4



Задачи исследования
. Для достижения цели исследования в диссертации
реша
ются

следующие зад
ачи:

1.

Обзор
известных

математических моделей и численных методов
расчета магнитных
полей

железоотделителей

на основе комбинированных магнитных систем.

2.

Разработка методик расчета
двумерных

магнитных полей железоотделителей с
концентрирующими насадками

пере
менного поперечного сечения
. Р
е
ализация этих

методик
в комплексах программ
ANSYS

и
Elcut

5.6
.

3.

Разработка методик

расчета
трехмерных

магнитных полей железоотделителей с
концентрирующими насадками переменного поперечного сечения. Реализация этих
методик в ко
мплексах программ NSYS и Elcut 5.6.

4.

Определ
ение форм
ы

концентрирующих
насадок
железоотделител
ей

для получения
требуем
ого

значения

магнитн
ой

индукции


от
2
0

мТл

до 1,2 Тл
в заданных областях
пространства.

5.

Проверка достоверности
численных
расчетов

путем соп
оставления

с результатами
натурного

эксперимент
а.



Объект исследования


железоотделители с концентрирующими насадками
переменного поперечного сечения

на основе
комбинированн
ы
х

магнитны
х

систем
.



Предмет исследования



параметры
магнитного поля
железоотд
елител
ей

с
концентрирующими насадками переменного поперечного сечения
.


Методы

решения
поставленных
в диссертации
задач

базиру
ются

на
максвелловской теории электромагнитного поля, численны
х

метод
ах

решения
дифференциальных уравнений, алгоритмизация задач и

их программировани
и
.


Основные положения, выносимые на защиту
.


1.

М
етодик
а

и программа
расчета

дву
мерн
ых

магнитн
ых

пол
ей

железоотделител
ей

с
концентрирующ
ими

насадк
ами

переменного поперечного сечения
.

2.

Методика

расчета
трех
мерн
ых

магнитн
ых

пол
ей

железоотдели
тел
ей

с
концентрирующими насадками
переменного поперечного сечения
.

3.

К
онструкции
железоотделителей с
концентр
ирующи
ми

насад
ками

в виде усеченного
конуса,
седловидной
и ножевидной формы.


Научная новизна.
К основным научным результатам, представл
енным

к
защи
те, относятся следующие положения:

1.

Разработаны м
етодика и программа расчета двумерного магнитного поля

железоотделителя с
концентрирующей
на
садкой в виде усеченного конуса.

2.

Разработана м
етодика расчета трехмерного магнитного поля железоот
делителя с
концентрирующей
насадкой
седловидной
формы.

3.

Предложены
конструкции железоотделител
ей

с
концентрирующими
насадк
ами
в
виде усеченного конуса
, ножевидной

и седловидной
формы
, позволяющие
обеспечить
заданный диапазон изменения

магнитн
ой

индукци
и.

Достоверность

научных положений и выводов, сформулированных в
диссерта
ционной работе, обеспечивается
корректным применением необходимого
математического аппарата, совпадением результатов расчетов одних и тех же процессов
в различных программах (
ANSYS

и

El
cut
) с
результатами

натурного эксперимента.



5


Практическая значимость
.


1.

Предложены концентраторы магнитного поля
с
на
садкой в виде усеченного конуса

и
седловидной
формы

(
п
атент №
153850

от 21.10.2014г.
, патент №
153930

от
23.12.2014г.
).

2.

Программны
е

компле
кс
ы

расчета
двумерных и трехмерных

магнитных полей
железоотделителей с
концентрирующими
насадк
ами

в виде усеченного конуса и
седловидной

формы

в

программ
ах

ELCUT

и NSYS внедрены в производство

в
компании ООО Инновационные технологии в электроснабженииª г
. Омск

(
п
рограммный комплекс Алгоритм расчета магнитной системы открытого типа в
комплексе программ
ELCUT
ª


свидетельство о регистрации электронного ресурса
№ 120553 от 27.11.2014г.
, п
рограммный комплекс Алгоритм расчета трехмерной
модели магнитной сист
емы открытого типа в комплексе программ
ANSYS

Maxwell
ª


свидетельство о регистрации электронного ресурса № 120554 от 27.11.2014г.
,

акт
внедрения научно
-
технической продукции
)
.

3.

Программа расчета
магнитного
поля
концентратора

железоотделителя с насадкой
в
в
иде усеченного конуса
внедрен
а
в учебный процесс

в ФГБОУ ВПО Омский
государственный технический университетª

(Программа расчета магнитного поля
системы открытого типаª
-

свидетельство о регистрации электронного ресурса №
19723 от 3 декабря 2013г.
,

акт вн
едрения
в учебный процесс
).


Реализация результатов работы
Результаты исследования и имитационного
моделирования железоотделителей
с концентрирующими
насадками

переменного
поперечного сечения
используются при подготовке
бакалавро
в
и магист
р
ов

по
направлени
ю Электроэнергетика и электротехникаª
(
выполнени
е

научно


исследовательской работы
и выпускных квалификационных работ)

Разработанные в ходе выполнения диссертационной работы алгоритмы расчета
железоотделителей
с концентрирующими насадками

переменного сеч
ения

использованы на предприятии ООО Инновационные технологии в электроснабженииª

г.

Омск

при разработке программного обеспечения для расчета и моделирования
технических устройств, что позволило сократить время их проектирования и упростить
практическую р
еализацию разрабатываемых устройств.


Апробация работы.

Материалы работы докладывались на

конференциях
:

1.

Дина
мика систем, механизмов и машин:
материалы V
ΙΙ Междунар. науч.
-
техн. конф.
/ ОмГТУ.


Омск, 2009.

2.

Динамика систем, механизмов и машин : материалы

8 Междунар. науч.
-
техн. конф.
/
ОмГТУ.


Омск, 2012.

3.

Физико
-
математическое моделирование систем :
материалы VΙΙ Междунар. семинар.


Воронеж, 2011
.

4.

Актуальные проблемы энергетики АПК : материалы IV Междунар. науч.
-
практ.
конф. /
под ред. А. В. Павлова.


С
аратов, 2013
.

5.

Молодежь. Техника. Космос : труды
V

Общерос. молод. науч.
-
техн. конф. / Балт.
гос. тех. ун
-
т.


СПб., 2013.

6.

Россия молодая: передовые технологии


в промышленность! : материалы
V

Всерос.
науч.
-
техн. конф. с междунар. участием, 12
-
14 нояб. : в

3 кн. / отв. ред. А. В
. Косых ;
ОмГТУ.


Омск, 2013.

6


7.

Динамика систем, механизмов и машин : материалы 9 междунар.
науч.
-
техн. конф
.
-
Омск: изд
-
во ОмГТУ, 2014.

8.

Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов

материалы
III

Всерос. науч.
-
т
ехн. конф.
-
Тольятти, 2014.

9.

INTERNATIONAL SIBIRIAN CONFERENCE ON CONTROL AND
COMMUNICATIONS (SIBCON):
Материалы

междунар
.
конф
.


Омск
,

2015.

Результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах кафедры
Электрическая техникаª ОмГТУ в 2010
-
2015 годах.

Публикации.
По материалам диссертационной работы опу
бликовано 1
8

печатных работ, из них 3 в журнал
ах

списка ВАК
, получено 2 патента на полезные
модели, 3 свидетельства о регистрации алгоритмов в фонде алгоритмов и программ,
выпущено 2 учебных п
особия, одно из которых
рекомендовано

к изданию УМО.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения,
четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на
131
страницах, содержит 41

рисунков,
8

таблиц и 15
4

литературных источника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении
обоснована актуальность данной

диссертационной работы
,
сформулированы

цель и задачи исследований, перечислены основные результаты,
выносимые на защиту, определена их научная новизна и практич
еская значимость.

В первой главе

выполнен

обзор существующих

конструкций
железоотделителей

с концентрирующими насадками
,
включая патентный поиск;
приведен обзор

известных

математических моделей.
Рассмотрены: общая модель Максвелла, квазистационарная
модель
, магнитостатическая модель, гармоническая модель.

В
ыбрана
магнитостатическая модель в декартовой системе координат (двумерная

и трехмерная).
Р
ассмотрены аналитические и численные методы расчета
железоотделителей
. Для
решения исследуемого класса задач выбр
ан метод конечных элементов,
обеспечива
ющий
большую точность в расчёте характеристик поля, большую гибкость в
геометрии и задании источников поля по сравнению с методом
разделения переменных

и
методом конечных разностей
.

Конструкци
и

железоотделителей с кон
центрирующими насадками

переменного
п
оперечного сечения показаны на
рис
ун
ке

1.





а) б) в)

Рисунок 1.
Железоотделители

с
концентрирующими
на
садк
ами:
в

виде усеченного
конуса

(а),
ножевидной
формы (б), седло
видной
формы

(в)

7


Во второй главе
п
роведен обзор программных комплексов численного расчета
магнитных полей
железоотделителей

и выполнен

их расчет

в

программах

ANSYS
и
ELCUT
.
З
аданы основные допущения, граничные условия, определен тип задачи,
заданы намагничивающая сила обмо
т
ки и источник поля, определены свойства сред при
моделировании
. Чертеж железоотделителя

без насадки

(индуктора)

приведен на рисунке
2,а.

В
результате расчета
в программе
ANSYS

построена

картин
а

магнитн
ого

пол
я
(рисунок
2
,
в
) и график

распределения магнитной индукции (рисунок 2,б).



а)








б)





в)

Рисунок 2
.

(
а
)
Ч
ертеж
железоотделителя
без насадки
: 1


магнитопровод, 2


обмотка
;

)

г
рафик распределения магнитной индукции (осевой
Br

и радиальной
Bz
)
;
(в)к
артина магнитного поля
железоотделителя без насадки


В комплексе программ NSYS 10 [1,

2,

3] проведен расчет двумерного
магнитного пол
я железоотделителя с концентрирующей насадкой в виде усеченного
конуса (рисунок 3,а).

8



а)



б)


в)

Рисунок

3
.

(a
)

Чертеж железоотделителя с концентрирующей насадкой в виде
усеченног
о конуса
;
(б)
г
рафик распределения магнитной индукции (осевой
Br

и
радиальной
Bz
)
;

(
в
)

картина магнитного поля
железоотделителя с концентрирующей
насадкой

в виде усеченного конуса

На рисунке 3,а
1


обмотка, 2


магнитопровод, 3


насадка
.

Электромагнитные

процессы при расчет
е двумерных магнитных полей

железоотделителей
с
концентрирующими насадками описываются уравнениями Максвелла.

Исходные
уравнения магнитостатического поля:





(1)

,




(2)

.






(3)

9


По результатам расчетов

построен график распределения магнитной индук
ции
(рисунок 3,б) и картина магнитного поля железоотделителя (рисунок
3
,
в
). Показано, что
применение концентрирующих насадок переменного поперечного сечения
железоотделителей позволяет усилить магнитное поле в заданной области пространства
.

Разработан
а

ме
тодика

позволяющ
ая

рассчитать магнитную индукцию и
напряженность

двумерных и трехмерных магнитных полей железоотделителей на
основе

комбинированных магнитных систем, построить графики
результирующей
магнитной индукции и напряжен
ности магнитного поля как в
дву
мерной, так и в
трехмерной постановке задачи.
Методика

реализует два способа построения геометрии
расчетных
моделей магнитных систем, два способа задания шага дискретизации и
несколько способов прохождения по контуру расчетной модели магнитной системы
(
рисунок
12
).


Рисунок
12
.

М
етодик
а расчета магнитных систем


В третьей главе

п
роведен обзор
программных проду
ктов расчета
трехмерны
х
магнитных полей
железоотделителей с концентрирующими насадками переменного
поперечного сечения.

Расчет двумерного магнитного поля железоотделителя с
концентрирующей насадкой седловидной формы

(
рис
унок

4

)
,
выполнен в программе
10


ELCUT

[
15,

16
]
.
П
остроен график распределения магнитной индукции (рисунок
4
,
б
) и
картина магнитного поля
железоотделителя с
концентриру
ющей насадкой седловидной
формы

(рисунок
4
,
в
).



а)







б)










в)

Рисунок
4
.

(а)

Чертеж
железоотделителя

с
концентрирующей насадкой
седловидной
формы
;
(б)

г
рафик распределения магнит
ной индукции
железоотделителя с
концентрирующей насадкой седловидной формы
в направлении 02
; (в)

картина
магнитного поля

Выполнен р
асчет двумерного магнитного поля железоотделителя с
концентрирующей насадкой
ножевидной формы (
рису
нок

5

)
.

В

программе
ANSY
S

с
учетом принятых основных допущений, построены
график индукции магнитного поля
11


железоотделителя с концентрирующей ножевидной насадкой (рисунок
5
,б) и картина
магнитного поля (рисунок
5
,
в
).



а)







б
)






в)

Рисунок
5
.

)

Чертеж
железоотделителя

с
концентрирующей
ножевидной насадкой;

(б)

график индукции магнитного поля

железоотделителя с концентрирующей
ножевидной
насадкой вдоль линии ОE
(в)

картина магнитного поля

железоотделител
я с
концентрирующей насадкой
седловидной

формы

На рисунке
5
,а 1


обмотка, 2


магнитопровод, 3


насадка.

П
роведен

расчет трехмерно
го

магнитного поля
железоотделителя с
концентрир
ующей насадкой
седловидной

формы
в комплексе программ
ANSYS
Maxwell

(
рисун
о
к

6
,
а
)
.

12


При решении трехмерных задач

магнитно
е

пол
е

в системе координат (xyz)
,

где

учитывается изменение поля по всем трём координатам, решаются три уравнения
Пуассона относительно ск
а
лярных величин
[
4,

5
,

6
]
:





(4)





(5)





(6)


У
равнение для линейной однородной статической задачи
относительно вектора
магнитного потенциала

[8
,

9
,

10
]:



(7)



(8)




(9)

В трехмерных задачах м
агнитную индукцию
железоотделител
ей

с
концентрирующ
ими насадками

переменного сечения
определяют по формуле (
10
):

.

(10)

В

комплексе программ
ANSYS Maxwell

[
5,

9
,

10
,

13
]

для

трехмерно
го

магнитного
поля
железо
отделителя с концентрир
ующей насадкой

седловидной
формы
построена
картина распределения магнитной

индукции

(рисунок
6
,
а)

и
график индукции
магнитного поля

железоотделителя
вдоль линии
O
D

(рисунок
6
,
б)
.




13



а)

б)

Рисунок
6
.

(а)

Картина распределения вектора магнитной индукции
железоотделителя с
концентрирующей насадкой
седловидной

формы;

(б)

график индукции магнитного поля

железоотделителя с концентрирующей насадкой
седловидной
формы
вдоль линии ОD

В че
твертой главе

представлены результаты
численного и натурного
экспериментов
железоотделителей

с
концентрирующими насадками

переменного
поперечного
сечения.
Натурный
эксперимент
выполнен

с помощью

экспериментальн
ого
оборудования
-

цифрового миллитесламетра Т
ПУ

(рисунок 7)
,

п
редназначен
ного

для
исследований магнитны
х систем различного назначения и

контроля уровней магнитных
полей различных объектов на соответствие требованиям СанПиН 2.2.4.119103, для
измерений магнитной индукции вблизи

поверхности образцов и д
еталей.


Пределы основной относительной по
грешности δо при измерении постоянног
о
магнитного поля δо  ± 2,0 %.


Рисунок
7
.
Экспериментальн
ое оборудование

Исследуемый

образец
(
железоотделитель

с
концентрирующей
насад
кой в виде
ус
еченного конуса
)

состоит из
индуктор
а (
рисунок
2,а
)
,
изготовлен
ного

из
электротехнической стали

Э 45
(
диаметр 90 мм
,
высот
а

25 мм
) с медной обмоткой и

н
асадк
и

в виде усеченного конуса изготовлена из
электротехнической стали

Э 45

(диаметр
40 мм,
диаметр
20

мм
,

высот
а

45 мм
).

14


Число ампер
-
витков обмотки опытного образца составляет
Iw

=

2225 А.
Н
апряжение на зажимах обмотки

U

 14,26 В,
ток
I

=

0,089 А,
активное
сопротивление
R

 160 Ом.


Проведено сопоставление результатов
численн
ого

расчета
в программе
ELCUT

с результатами

натурн
ого

эксперимент
а

железоотделителя

с
концентрирующей
насадкой в виде усеченного конуса
(
рис
унок

3,а)
.
Графики магнитной индукции

численн
ого

расчета и
натурн
ого

эксперимент
а

представлены на рисунке
8
.


Рисунок
8
. График магнитной инду
кции
железоотделителя

с
концентрирующей
н
а
садкой в виде усеченного конуса 1


натурный

эксперимент; 2


численный
расчет

в
ELCUT

Значения параметров магнитной индукции в зависимости от расстояния
L

(рисунок
3,б
)
приведены в таблице 1.


Таблица 1 Значения м
агнитной индукции

L,
мм

В,Тл

натуральный

эксперимент

В,Тл

численный
расчет

Относительная
погрешность

%

0

0,0258

0,025

3,101

2,5

0,0245

0,0234

4,408

5

0,0188

0,0179

4,787

7

0,016

0,0152

5,000

11

0,0117

0,011

5,983

Относительное отклонение результатов

расчетов от измеренных значений
составляет

1,79 %.

15


На предприятии ОАО Омская макаронная фабрикаª для извлечения
ферромагнитных предметов из сыпучих материалов (муки) используется индуктор
(
П


образн
ый

электромагнитный железоотделител
ь) без насадки (рису
нок 9)
, габариты
которого существенно больше исследуемого в диссертации железоотделителя без
насадки (рисунок 2,а).

Также

вышеуказанный

П


образный

э
лектромагнитный
железоотделитель используется в учебном процессе в ФГБОУ ВПО Омский
государственный

техн
ический университет
ª
.

И
сследова
ны

магнитны
е

пол
я

П


образного
электромагнитного
железоотделителя
(рисунок
10
)
и комбинированн
ой

магнитн
ой

систем
ы
,

состоящей из П
-

образного электромагнитного железоотделителя и
концентр
ирующих насадок

в вид
е

усеченного кон
уса.

П


образн
ый электромагнитный
железоотделитель представляет собой сердечник

изготовлен
ный

из электротехнической
стали

Э 45 (
высот
а 160 мм,
длин
а

440 мм
)
,

состоящий из двух полюсов

и двух обмоток
возбуждения, подключенных к источнику постоянного тока.
Между ярмами полюсов
имеются воздушные зазоры.
Расстояние между полюсами составляет 120 мм.
Концентр
ирующие насадки

железоотделителя представляют собой сердечник

изготовлен
ный

из электротехнической стали Э 45
в форме усеченный конус

(
диам
етр

20
мм, диаметр

40 мм
,

высот
а

45 мм
)
.
Число ампер
-
витков обмот
ок

П

-

образного
электромагнитного железоотделителя I

w = 2
600

А. Напряжение на зажимах обмотки U
=
40
В, ток I 
4 А
.

При
расчете

в
программе
ELCUT

магнитных
полей

заданы
основные допущения,
граничные условия
, определен тип задачи, заданы намагничивающая сила обмо
т
ки и
источник поля, определены с
войства сред при моделировании.

По

результат
ам

расчета
построены
картины магнитного поля
г
рафики магнитной индукции П
-

образного
электромагнитного железоотделителя
(ри
сунок 10,а)
и комбинированной магнитной
системы

(рисунок
10

)
.


Рисунок
9
.

П
-

образн
ый

электромагнитн
ый
железоотделител
ь

16



а)


б)

Рисунок
1
0
.
(а)

Картина поля и график

магнитной индукции П

-

образного
электромагнитного железоотделителя
;

(б)

к
артина поля и график

магнитной индукции

ко
мбинированной магнитной системы

И
з графиков видно, насадки в виде усеченного конуса комбинированной
магнитной системы (рисунок 10 б) усилив
ают магнитное поле на удалении от П
-
образного электромагнитного железоотделителя. Эффект от применения
концентрирующих насадок составляет около 10%.

Проведено сопоставление результатов численного расчета магнитного поля в
программе ELCUT П
-

образного элек
тромагнитного железоотделителя (рисунок 10 а) с
результатами натурного эксперимента. Графики магнитной индукции численного
расчета и натурного эксперимента представлены на рисунке 11.

Значения параметром магнитной индукции в зависимости от расстояния
L

(ри
сунок 2,б
) приведены в таблице 2.




17


Таблица 2 Значения магнитной индукции

L

мм

1
-
натурный
эксперимент

В, Тл

2
-

численный
расчет

В, Тл

Относительная
погрешность


%

0

0,01

0,00973

2,679

50

0,014

0,01327

5,214

100

0,0195

0,0187

4,103

150

0,0286

0,0274

4,
196

200

0,0344

0,0327

4,942

250

0,03156

0,0301

4,626

300

0,0224

0,0213

4,911

350

0,0155

0,0143

7,742

400

0,0114

0,0107

6,140

Относительное отклонение результатов расчетов от измеренных значений составляет
4,95%


Рисунок 11 График магнитной индукции
П


образного электромагнитного
железоотделителя 1


натурный эксперимент; 2


численный расчет в
ELCUT


18


ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.

Разработаны
конструкции

железоотделител
ей

с концентрирующими насадками
переменного поперечного сечения
,
позволяющи
е получить

магнитн
ую

индукци
ю

требуемой

величины.

Для расчета
магнитных полей

железоотделителей
в
ыбраны
осесимметричная
, плоскопараллельная

и квазистаци
онарная математические модели,
метод конечных элементов.

2.

Разработ
аны методика

и программа
расчета
двумер
ных и трехмерных
магнитных
полей
желе
зотделителя

с
концентрирующей
насадкой в виде усеченного конуса
,
ножевидной

и седловидной насадкой

3.

Разработан
ы

алгоритм
ы

расчета
магнитных полей дву
мерных

и трехмерных
железоотделителя
с концентрирующими насадками пер
еменного поперечного
сечения
,
в комплексах программ Elcut 5.6 и NSYS.

4.

Определены формы насадок концентраторов магнитного поля железоотделителя для
получения требуемых
значений магнитной индукции
от
2
0

мТл

до 1,2 Тл
в заданных
областях пространства. Выбра
ны конструкции железоотделителя с
концентрирующей
ножевидной насадкой
,

значение магнитной индукции которой в
заданной области п
ространства составляет 1,215 Тл

и седловидной насадкой,
значение магнитной индукции которой в заданной области пространства сост
авляет
1,15 Тл.

5.

П
ро
веден
о

сопоставление результатов численного расчета с результатами натурного
эксперимента.
Относительное отклонение результатов расчетов от измеренных
значений
не превышает 7

%.



В приложении

представлены акты внедрения резу
льтатов дисс
ертационной
работы в производство и учебный процесс,

патент
ы на полезную модель, свидетельства
о регистрации в фонде алгоритмов и программ.


19


СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ


Статьи в периодических научных изданиях по перечню ВАК


1.

Андреева

Е.Г., Татевосян А.А., Семина И.А. Исследование
осесимметричной модели магнитной системы открытого типа // Омский
научный вестник.


2010.
-

Вып. 1 (87)
-

С.
110
-
113.

2.

Андреева Е.Г., Татевосян А.А., Семина И.А. Исследование моделей
магнитных систем открытого

типа в комплексах программ ELCUT

и NSYS//
Омский научный вестник.


2013.
-

вып.
2

(
120
)
-

С.
231
-
235
.

3.

Семина И.А. Имитационное моделирование трехмерной модели магнитной
системы открытого типа в комплексе программ NSYS// Электротехнические
и информационн
ые комплексы и системы. №1,

т.10, 2014
. С. 32
-
36.


Статьи

включенные в международные системы цитирования


4.

Semina

I
.
A
.,
Demin

A
.
V
.,
Andreeva

E
.
G
.

Исследование электромагнитных
процессов и характеристик систем с незамкнутым магнитопроводом (научная
статья)

The

Study

of


Processes

and

Characteristics

Systems

with

Open


Core
.

2015 INTERNATIONAL SIBIRIAN CONFERENCE ON
CONTROL ND COMMUNICTIONS (SIBCON): Материалы междунар.
конф.


Омск 2015. 978с.


Статьи в периодических научных изданиях
, материалы региональных и
международных конференций


5.

Андреева, Е. Г. Исследование магнитного поля системы открытого типа с
использованием комплекса программ
ELCUT

/

Е. Г. Андреева, А. А.
Татевосян, И. А. Семина // Динамика систем, механизмов и машин :
ма
териалы
VΙΙ

Междунар. науч.
-
техн. конф.
/ ОмГТУ.


Омск, 2009.


Кн. 1.


С. 111

114.

6.

Расчет трехмерной модели магнитной системы открытого типа в
комплексе программ
ANSYS

/ Е. Г. Андреева, В.В. Педдер, А. А. Татевосян,
И. А. Семина // Динамика систем, мех
анизмов и машин : материалы 8
Междунар. науч.
-
техн. конф.
/ ОмГТУ.


Омск, 2012.


Кн. 1.


С. 88

91.

7.

Андреева, Е. Г. Исследование магнитного поля системы открытого типа со
стальным и медным экранами при помощи комплекса программ
ELCUT

/ Е.
Г. Андреева,

М. Ю. Кульбака, И. А. Семина // Физико
-
математическое
моделирование систем : материалы
VΙΙ

Междунар. семинара.


Воронеж,
2011.


Ч. 2.


С. 216

219.

8.


Андреева, Е.

Г. Исследование поля магнитной системы открытого типа с
помощью программного пакета
ANSY
S

/

Е.

Г. Андреева, А.

А. Татевосян, И.

20


А. Семина
//
Динамика систем, механизмов и машин :материалы
VIII

междунар.
науч.
-
техн. конф
.
-
Омск: изд
-
во ОмГТУ, 2014.

№1.

С.173
-
175.

9.

Андреева, Е. Г.

Имитационное моделирование магнитных систем открытого
типа в ко
мплексе программ
ANSYS

с насадкой специальной конструкции

/
Е.
Г. Андреева
, И. А. Семина, А. И. Гергенредер // Россия молодая: передовые
технологии


в промышленность! : материалы V Всерос. науч.
-
техн. конф. с
междунар. участием, 12
-
14 нояб. : в 3 кн. / от
в. ред. А. В. Косых ; ОмГТУ.


Омск, 2013.


С. 19
4

19
7
.

10.

Беляев, П. В. Математическое моделирование электротехнического
комплекса преобразователь


микрокомпрессор / П. В. Беляев, И. А. Семина,
А. Ю. Самохвалова // Россия молодая: передовые технологии


в
промышленность! : материалы
V

Всерос. науч.
-
техн. конф. с междунар.
участием, 12
-
14 нояб. : в 3 кн. / отв. ред.
А. В. Косых ; ОмГТУ.


Омск, 2013.


С. 197

199.

11.

Ковалев Ю.З., Андреева Е.Г., Татевосян А.А., Колмогоров Д.В., Семина
И.А. Расчет электротехниче
ских устройств с использованием программного
пакета NSYS. (Учебное пособие) Омск: изд
-
во ОмГТУ, 2010.


60 с.

12.

Ковалев Ю.З., Андреева Е.Г., Татевосян А.А., Колмогоров Д.В., Семина
И.А. Расчет электротехнических устройств с использованием программного
паке
та NSYS. (Учебное пособие) (рекомендовано к изданию УМО) Омск:
изд
-
во ОмГТУ, 2013.


384 с.

13.


Программа расчета магнитного поля системы открытого типаª


свидетельство о регистрации электронного ресурса № 19723 от 03.12.2013г.

14.


Программный комплекс 
Алгоритм расчета магнитной системы открытого
типа в комплексе программ
ELCUT
ª


свидетельство о регистрации
электронного ресурса № 120553 от 27.11.2014г.

15.

Программный комплекс Алгоритм расчета трехмерной модели магнитной
системы открытого типа в комплексе
программ
ANSYS

Maxwell
ª


свидетельство о регистрации электронного ресурса № 120554 от 27.11.2014г.

16.

Семина, И. А. Имитационное моделирование поля электромагнитов в
программе
EL
С
UT

/ И. А. Семина, А. А. Баженов // Актуальные проблемы
энергетики АПК : матер
иалы
IV

Междунар. науч.
-
практ. конф. / под ред. А. В.
Павлова.


Саратов, 2013.


С. 378.

17.

Семина, И. А. Исследование электромагнитного поля системы
электромагнитов в комплексе программ
ELCUT

/ И. А. Семина, А. А. Баженов
// Молодежь. Техника. Космос : труд
ы
V

Общерос. молод. науч.
-
техн. конф. /
Балт. гос. тех. ун
-
т.


СПб., 2013.


С. 280.

18.


Семина, И. А. Моделирование магнитного поля системы открытого типа в
программе
ELCUT
/

И.А. Семина, А. В. Демин, А. И. Гергенредер
//

Энергоэффективность и энергобезопасн
ость производственных процессов
:материалы
III

Всерос. науч.
-
техн. конф.
-
Тольятти
,

2014.



С.



209
-
211.

21



Личный вклад
. В работах, опубликованных в соавторстве лично
соискателю принадлежит: в [1,2,4,5,6,11
,15,16,17
,18
]


моделирование дву
мерных

концентра
тор
ов

магнитного поля железоотделителей в комплексах программ
NSYS и ELCUT; в [
3,7,8,9,10]
-

моделирование дву
мерных

и трехмерных
концентратор
ов

магнитного поля железоотделителей с сердечниками переменного
поперечного сечения в комплексах программ NSYS;
в [11,12,13]


разработка
алгоритмов расчета
дву
мерн
ых

и трехмерн
ых

концентратор
ов

магнитного поля
железоотделителей в комплексах программ ELCUT и NSYS
Maxwell
.



























Печатается в авторской редакции


Подписано в печать
2
2

октября

2015г
. Формат 60х84/16. Бумага офсетная.

Отпечатано в дубликате. Усл. печ.
1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 33

Типография: 644050, Омск
-
50, пр. Мира 11,

ФГБОУ ВПО Омский государственный технический университетª,

Кафедра Дизайн и технологии медиа индустрииª


Приложенные файлы

  • pdf 15135717
    Размер файла: 908 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий