Туманов Исакул Елегенович, к.т.н., доцент, доцент кафедры теплофизики и технической физики
050040, г. Алма-Ата, проспект Аль-Фараби, 71
Isakul E. Tumanov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Thermal Physics and Technical Physics
71 Al- Farabi Ave., Almaty 050040
Целью научной разработки является создание реверсивной электрической машины переменного тока вращательного движения на основе четырехконтурного силового модуля электромагнитного возбудителя низкочастотных механических колебаний, являющегося электрической машиной возвратно-поступательного (колебательного) движения. Объектом исследований служит трехфазный электромагнитный возбудитель низкочастотных механических колебаний, силовой модуль которого состоит из спаренных четырех идентичных резонансных контуров. Контуры включают индуктивность и последовательно включенный конденсатор в цепь питания. Конструирование данной электрической машины проводили в программной среде COMSOL MULTIPHYSICS. Для преобразования частоты напряжения питания (50 Гц) во входной цепи в низкочастотный диапазон механических колебаний на выходе каждого силового модуля осуществлялась настройка параметров (последовательно включенных) индуктивности катушки и конденсатора на резонанс напряжений. Для создания усиленного вращающего момента спаренные контуры силовых модулей поочередно воздействуют на якорь, расположенный в центре по аналогии с электрическими машинами вращательного движения. Полученные в результате компьютерного моделирования анимации процессов биений входных высокочастотных сигналов внутри медленно изменяющейся синусоиды тягового усилия демонстрируют возможность их плавной модуляции в низкочастотной области на выходе. Также полученные данные демонстрируют возможность создания реверсивного вращательного движения якоря электромагнита при изменении полярности (направления движения электрических токов) соответствующих пар в резонансных контурах, выполненных с учетом допущения обусловленной линейности пассивных элементов в резонансных контурах электрической цепи переменного тока и линеаризации зависимости активных параметров от пассивных. Таким образом, можно рекомендовать следующие области применения электромагнитных возбудителей низкочастотных механических колебаний: в двигательном режиме функционирования – в качестве исполнительного органа в технологических процессах перемешивания и подготовки жидких продуктов до однородной консистенции, в генераторном – в качестве преобразователя энергии возобновляемых источников в электрическую.
The creation of a reversible AC electric machine with rotary motion based on a four-circuit power module of an electromagnetic exciter of low-frequency mechanical oscillations, i.e., an electric machine of reciprocating (oscillatory) motion, represents a relevant research task. The research object includes a three-phase electromagnetic exciter of low-frequency mechanical oscillations, whose power module consists of four paired identical resonant circuits. The circuits include an inductor and a capacitor connected in series in the power supply circuit. The design of this electric machine was carried out using the COMSOL MULTIPHYSICS software environment. In order to convert the frequency of the supply voltage (50 Hz) in the input circuit to the low-frequency range of mechanical oscillations at the output of each power module, the parameters of the series-connected inductance of the coil and capacitor were adjusted to achieve voltage resonance. In order to generate an increased torque, the paired circuits of the power modules alternately acted on the anchor located in the center by analogy with electric machines of rotary motion. The animations depicting the processes of beating of the input high-frequency signals inside a slowly changing sinusoid of the traction force obtained as a result of computer simulation demonstrate the possibility of their smooth modulation in the low-frequency region at the output. The obtained data also demonstrate the possibility of creating a reversible rotary motion of the electromagnet anchor when changing the polarity (direction of movement of electric currents) of the corresponding pairs in the resonant circuits, performed taking into account the assumption of conditioned linearity of passive elements in the resonant circuits of the alternating current electric circuit and the linearization of the dependence of active parameters on passive ones. The following areas of application of electromagnetic exciters of low-frequency mechanical vibrations can be recommended: (1) in the motor mode of operation, as an actuator in technological processes of mixing and preparing liquid products to a homogeneous consistency; (2) in the generator mode, as a converter of energy from renewable sources into electrical energy.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.