Конструирование и анализ мультифизической модели трёхфазного электромагнитного возбудителя низкочастотных колебаний с четырёхконтурным силовым модулем

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.

1. Нитусов Ю.Е. Об одной схеме электромагнитного вибратора // Электричество. 1956. № 5. С. 81–84.

2. Туманов И.Е. Параметрический электромагнитный возбудитель низкочастотных механических колебаний для систем контроля, измерения и дозирования массы многофракционных жидких продуктов // Электротехника. 2013. № 8. С. 48–51. EDN: QIRCRJ.

3. Туманов И.Е. Электромагнитный возбудитель низкочастотных механических колебаний. Вопросы теории, моделирования, разработки и прикладной значимости // Интеллектуальная электротехника. 2021. № 1. С. 83–92. https://doi.org/10.46960/2658-6754_2021_1_83. EDN: FKFEXX.

4. Tumanov I.E., Orynbayev S.A., Baibutanov B., Kruglikov A., Kaceico P. Modeling of physical subsystem using an example of electromagnetic exciter of low-frequency oscillations // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 736. P. 97–102. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.736.97.

5. Nurimbetov A., Bekbayev A., Orynbayev S., Baibutanov B., Tumanov I., Keikimanova M. Optimization of windmill’s layered composite blades to reduce aerodynamic noise and use in construction of “green” cities // International scientific Conference Urban civil Engineering and Municipal facilities (Spbucemf-2015): Procedia Engineering. 2015. Vol. 117. Р. 273–287. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.162. EDN: UZYEBZ.

6. Каржавов Б.Н. Апроксиматоры синусоидальных функций в электроприводах с управляемым моментом в исполнительных двигателях // Электричество. 2015. № 9. С. 39–47.

7. Назаров А.И., Ибадуллаев М.И., Тилляходжаев М.М. Структурная схема электромагнитного вибровозбудителя с амплитудно-частотным управлением // Проблемы энерго- и ресурсосбережения. 2016. № 3-4. С. 55–59.

8. Афанасьев А.И., Закаменных Ю.Г. Анализ энергозатрат резонансных вибротранспорт ных машин // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2008. № 8. С. 107–109. EDN: KVXSWF.

9. Нуралиев А.К., Есенбеков А.Ж., Ибадуллаев М.И. Математическая модель электромагнитного вибратора с источником питания на основе инвертора // Вестник Московского энергетического института. 2022. № 1. С. 94–97. https://doi.org/10.24160/1993-6982-2022-1-94-97.

10. Ибадуллаев М.И., Нуралиев А.К., Есенбеков А.Ж., Назаров А.И. Резонансный электромагнитный вибровозбудитель колебаний с обратной связью // Вестник Московского энергетического института. 2020. № 1. С. 62–66. https://doi.org/10.24160/1993-6982-2020-1-62-66. EDN: GAVDKN.

11. Туманов И.Е. Параметрический синтез механической характеристики электромагнитного возбудителя низкочастотных колебаний на основе методов аналитической геометрии и его мультифизическое моделирование // Главный механик. 2023. № 11. С. 642–647.

12. Гаррис М., Лауренсон П., Стефенсон Дж. Системы относительных единиц в теории электрических машин / пер. с англ. В.Я. Беспалова. М.: Энергия, 1975. 120 с.

13. Ибадуллаев М.И., Тилляходжаев М.М., Абдуллаев Д.А. Определение структурных схем ЭВМ с автоматической настройкой на резонанс // Проблемы энерго- и ресурсосбережения. 2011. № 1-2. С. 136–140.

14. Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. Режим доступа: http://lib.ysu.am/open_books/37978.pdf (дата обращения: 30.09.2024).

15. Красильников П.С., Байков А.Е., Чуркина Т.Е. Прикладные методы исследования нелинейных колебаний: монография. Ижевск: АНО «ИИКИ», 2015. 528 с. EDN: VEYXHP.

16. Боголюбов Н.Н., Крылов Н.М. Собрание научных трудов. Т. 2: Математика и нелинейная механика. Нелинейная механика / отв. ред. А.Д. Суханов. М.: Наука, 2005. 828 c.

17. Борисов А.В., Мамаев И.С. Динамика твердого тела: монография. Ижевск: Регулярная и хаотическая динамика, 2001. EDN: TLWBKL.

18. Безгласный С.П. Управление движениями параметрического маятника // Известия Саратовского университета. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2015. Т. 15. № 1. С. 67–73. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2015-15-1-67-73. EDN: TMMCLN.

19. Bardin B.S. On nonlinear motions of a Hamiltonian system in the case of external resonance // Reports on Mathematical Physics. 2002. Vol. 49. No. 2-3. P. 133–142. https://doi.org/10.1016/S0034-4877(02)80013-1. EDN: LHGJDD.

20. Акуленко Л.Д., Нестеров С.В. Устойчивость равновесия маятника переменной длины ПММ // Прикладная математика и механика. 2009. Т. 73. № 6. С. 893–902. EDN: KXXQTX.

21. Антипов В.И., Ефременков В.В., Руин А.А., Субботин К.Ю. Повышение эффективности работы вибрационных механизмов за счет возбуждения низкочастотного резонансного режима колебаний // Стекло и керамика. 2007. Т. 80. № 5. С. 13–16.