Дослідження поверхневого ефекту в сталі на промисловій частоті за допомогою магнітоелектричних заступнихсхем

Автор(и)

  • M. V. Ostrenko Запорізький національний технічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-5028-8477
  • K. A. Mishenko Запорізький національний технічний університет, Україна
  • D. G. Patalakh Запорізький національний технічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-8264-8625
  • S. M. Tykhovod Запорізький національний технічний університет, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15588/1607-6761-2019-2-2

Ключові слова:

, магнітні поля, магнітоелектричні схеми заміщення, магнітні конденсатори, сплайни

Анотація

Мета роботи. Розробити методику і комп'ютерну програму для розрахунку процесів проникнення електромагнітного поля промислової частоти в сталеве тіло при обліку нелінійності характеристики намагнічення стали.

Методи дослідження. Для розрахунку електромагнітних полів у феромагнітному середовищі застосований метод магнітоелектричних схем заміщення. Особливістю методу є використання так званого "магнітного струму" - похідній магнітного потоку. Це дозволило ввести в схему "магнітні конденсатори", що помітно спростило рівняння стану, які складаються на основі законів Кирхгофа для електричних і магнітних кіл, закону електромагнітної індукції і закону повного струму. Методи числового інтегрування диференціальних рівнянь оформлені у вигляді додаткових рівнянь, які приєднуються до рівнянь стану. В результаті виходить система лінійних алгебраїчних рівнянь, яка на кожному кроці інтегрування має єдиний розв’язок. Крива намагнічення сталі апроксимована сплайнами, що дозволяє на кожному кроці інтегрування уточнювати змінні коефіцієнти системи рівнянь.

Отримані результати. Розроблена методика і алгоритм дозволили створити комп'ютерну програму для розрахунку динаміки проникнення електромагнітного поля в сталеве тіло. Розрахунки за цією програмою дозволили обчислювати глибину проникнення електромагнітного поля в сталеве тіло.

Запропонована методика дозволяє котушку з феромагнітним сердечником вважати лінійним елементом в інтервалах прикладеної напруги визначуваних в цій методиці, обчислювати еквівалентну магнітну проникність сердечника, а також індуктивність котушки.

Наукова новизна. Уперше застосований метод використання нелінійних магнітоелектричних схем заміщення для аналізу перехідних процесів проникнення електромагнітного поля в сталеве тіло, що дозволив скоротити час розрахунку більш ніж в два рази.

Практична цінність. На підставі досліджень визначені межі значень напруженості магнітного поля, в яких можна застосовувати лінійні методи аналізу. Це дозволяє застосовувати лінійні методи аналізу при моделюванні електромагнітних полів в елементах конструкції трансформаторів методом кінцевих елементів.

Біографії авторів

M. V. Ostrenko, Запорізький національний технічний університет

Ст. викл. Запорізького національного технічного університету, Запоріжжя

K. A. Mishenko, Запорізький національний технічний університет

Аспірант  Запорізького національного технічного університету, Запоріжжя

D. G. Patalakh, Запорізький національний технічний університет

Аспірант  Запорізького національного технічного університету, Запоріжжя

S. M. Tykhovod, Запорізький національний технічний університет

д-р техн. наук, доцент, завідувач кафедри теоретичної та загальної електротехніки Запорізького національного технічного університету, Запоріжжя

Посилання

[1] Nejman, L.R. (1949). Poverkhnostnyj effekt v ferromag-nitnykh telakh. Leninrad-Moscow. Gosenergoizdat, 190.

[2] Romanishin I. Sinitskij. (2004). Rozrakhunok slabkogo poverkhnevogo efektu v kruglomu feromagntnomu provdniku. Teoretichna elektrotekhnika, 57, 145-152.

[3] Bul O.B. (2009). Metody rascheta magnitnykh sistem elektricheskikh apparatov: Programma ANSYS. Uchebnoe posobie. Moscow, Akademiya, 288.

[4] Andreeva, E.G., Kolmogorov, D.V., Shamets, S.P. (2002). Konechno-elementnyj analiz sta-tsionarnykh magnitnykh polej s pomoschyu programmnogo paketa ansys. Uchebnoe posobie. Omsk, OMGTU, 92.

[5] COMSOL Multiphysics (Femlab), [elektronnyj resurs], rezhim dostupa: http://matlab.exponenta.ru/femlab

[6] Yarimbash, D. S., Yarimbash, S. T., Dvchuk, T., Kilimnik, M. (2016). Osoblivost rozpodlennya magntnikh potokv u rezhim nerobochogo khodu silovikh transformatorv. Electrical Engineering and Power Engineerin, 2, 5-12. (in Russian) doi: 10.15588/1607-6761-2016-2-1.

[7] Podoltsev, A.D., Kontorovich, L.N. (2011). Chislennyj Raschet elektricheskikh tokov, magnitnogo polya i elektrodinamicheskikh sil v silovom transformatore v avarijnykh rezhimakh s ispolzovaniem MATLAB/SIMULINK i COMSOL. Tekhnicheskaya elektrodinamika, 6, 3-10. (in Russian)

[8] Takehara J., Kitagawa M., Nakata T., Takahashi N. (1987). Finite element analysis of inrush currents in tree-phase transformers. IEEE trans. mag. v. 23, 2647-2649.

[9] Shakirov M.A. (2003). Magnitoelektricheskie skhemy zamescheniya katushek induktivnosti i transformatorov. Elektrichestvo, 11, 34-45 . (in Russian)

[10] Shakirov M.A. (2005). Analiz neravnomernosti raspre-deleniya magnitnykh nagruzok i poter v transforma-torakh na osnove magnitoelektricheskikh skhem zamescheniya. Elektrichestvo, 11, 15-27 . (in Russian)

[11] Shakirov M.A. (2006). Raschet nesimmetrichnykh rezhimov raboty transformatorov s uchetom namagnichivaniya stali. Elektrichestvo, 6, 21-33. (in Russian)

[12] Tikhovod S.M. (2014). Modifikatsiya magnitoelektricheskikh skhem zamescheniya elektromagnitnykh ustrojstv dlya analiza perekhodnykh protsessov. Elektrichestvo, 2, 53-60. (in Russian)

[13] Tikhovod S.M. (2014). Modelirovanie perekhodnykh protsessov v transformatorakh na osnove magnitoelektricheskikh skhem zamescheniya. Electrical Engineering and Power Engineering, 2, 59-68. (in Russian) DOI: 10.15588/1607-6761-2014-2-8

[14] Zirka S.E. , Moroz Y.I., Moroz E.Y., Evdokunin G.A., Dmitriev M.V., Arturi C.M. (2013). Printsipy modelirovaniya perekhod-nykh protsessov v transformatore s uchetom topologii i svojstv magnitoprovoda. Elektrotekhnika, 1, 16-24. (in Russian)

[15] Chua L.O. , Pen-Min. Lin (1985). Mashinnyj analiz elektronnykh skhem: algoritmy i vychislitelnye metody. [per. s angl.], Moscow, Energiya, 640 .

[16] K. de Bur. (1985). Prakticheskoe rukovodstvo po splajnam. per. s angl. Moscow, Radio i svyaz, 304

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-07-01

Як цитувати

Ostrenko, M. V., Mishenko, K. A., Patalakh, D. G., & Tykhovod, S. M. (2019). Дослідження поверхневого ефекту в сталі на промисловій частоті за допомогою магнітоелектричних заступнихсхем. Електротехніка та електроенергетика, (2), 23–33. https://doi.org/10.15588/1607-6761-2019-2-2

Номер

№ 2 (2019): Електротехніка та електроенергетика

Розділ

Електротехніка

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 M. V. Ostrenko, K. A. Mishenko, D. G. Patalakh, S. M. Tykhovod

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Положення про авторські права Creative Commons

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.