Автоматизація досліджень генераторів імпульсного струму на основі топологічно-ізоморфної моделі
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2025-1-3Ключові слова:
електромагнітні кола, топологічно-ізоморфна модель, індуктивно-ємнісні перетворювачі, генератор імпульсного струму, статичні електромагнітні пристрої, вторинні джерела живлення, трансформатори з керуванням магнітним потокомАнотація
Мета роботи. Оцінити реальну корисність топологічно-ізоморфної моделі потужних електромагнітних кіл на прикладі дослідження генераторів імпульсного струму.
Методи дослідження. Метод вузлових потенціалів, Метод контурних струмів, Топологічно-ізоморфні перетворення.
Отримані результати. Створений і програмно реалізований математичний апарат у MATLAB дозволяє вирішувати задачі моделювання та дослідження електромагнітних пристроїв по частинах (за видами накопиченої енергії). Це дає змогу спростити дослідження та оптимізацію таких технічних характеристик, як коефіцієнт корисної дії, масогабаритні покажчики тощо. Магнітопровід зображується так само детально, як і електрична схема, і описується контурною матрицею. Математичний опис електромагнітних пристроїв визначає індуктивні параметри, обумовлені геометричними розмірами, характеристиками магнітопроводів та обмоточними даними. Топологія електричного кола представлена матричними блоками, що дозволяє отримати математичний опис, який одночасно враховує розподіл струмів і зарядів в елементах електричного кола. Система рівнянь приведена до форми Коші та складена з урахуванням приростів магнітних потоків і потенціалів на конденсаторах, що спрощує її розв’язування чисельними методами на електрообчислювальних машинах. Таким чином, зручно контролювати енергетичні процеси в реактивних енергоспоживаючих елементах схеми. Розроблене програмне забезпечення (ПЗ) за представленою математичною моделлю, успішно реалізує розрахунки для потужних технологічних пристроїв з електромагнітними ланцюгами. ПЗ спрощує підготовку даних до моделі за рахунок не використання попередніх розрахунків параметрів магнітної частини кола, дозволяє отримати графіки миттєвих значень напруг і струмів перехідного процесу в усіх елементах електричної частини, дозволяє отримати графіки миттєвих значень магнітних потоків в металевих сердечниках електромагнітних перетворювачів та магнітних потоків розсіювання. У роботі наведений приклад дослідження зарядного пристрою генератора імпульсного струму з індуктивно-ємнісним перетворювачем. У прикладі дослідження були отримані очікувані якісні характеристики.
Наукова новизна. Математична модель електромагнітних кіл не передбачає еквівалентних перетворень, пов'язаних з геометричною конфігурацією магнітопроводів. Топологія електромагнітного кола представлена у вигляді окремих матриць, які з'єднані матрицею з'єднань котушок.
Практична цінність. Реалізоване програмне забезпечення в оболонці MATLAB використовує параметри магнітопроводів у вигляді геометричних розмірів магнітопроводів та їх технічних характеристик. Результати моделювання потужних електромагнітних пристроїв дозволяють оцінити накопичену енергію електричного заряду в конденсаторах і магнітне поле в магнітопроводах, проаналізувати коефіцієнт корисної дії і можливий вплив на навколишнє середовище. Представлена технологія підготовки даних дозволяє досліджувати процеси в більш складних магнітних конструкціях, наприклад, як в трансформаторах, що керуються магнітним потоком.
Посилання
Kevin Hermanns, Yarui Peng, H.A. Mantooth. (2020). The Increasing Role of Design Automation in Power Electronics: Gathering What Is Needed. IEEE Power Electronics Magazine 7(1):46-50. DOI: 10.1109/MPEL.2019.2959706
Ashok Bindra, H.A. Mantooth. (2019). Modern Tool Limitations in Design Automation: Advancing Au-tomation in Design Tools is Gathering Momentum. IEEE Power Electronics Magazine, 6(1):28-33. DOI: 10.1109/MPEL.2018.2888653
Yuzhuo Li, Johannes Kuprat, Yunwei Ryan Li, Yunwei Ryan Li, Marco Liserre, Marco Liserre. Graph-Theory-Based Derivation, Modeling and Control of Power Converter Systems. January 2022IEEE Jour-nal of Emerging and Selected Topics in Power Elec-tronics PP(99):1-1 DOI: 10.1109/JESTPE.2022.3143437.
Pawel Szczesniak, Pawel Szczesniak, Iwona Grobelna, Iwona Grobelna, Mateja Novak, Mateja Novak, Ul-rik Nyman, Ulrik Nyman. (2021). Overview of Con-trol Algorithm Verification Methods in Power Elec-tronics Systems. Energies 14(14):4360 DOI: 10.3390/en14144360.
Andrea Stratta, Davide Gottardo, Mauro Di Nardo, Jordi Espina, Mark C. Johnson. (2021). Optimal Inte-grated Design of a Magnetically Coupled Interleaved H-Bridge. IEEE Transactions on Power Electronics PP(99):1-1. DOI: 10.1109/TPEL.2021.3094025/
Mahmoud Mossa, Ahmed Diab, Najib El Ouanjli. (2021). Special issue (Contemporary Mathematics Journal): Mathematical Modelling for Electric Power Systems. DOI: 10.13140/RG.2.2.13085.79841
Pentegov I.V. (1982). Fundamentals of the theory of charging circuits of capacitive energy storage devices. Kyiv: Naukova Dumka, 424.
Nazieh Hasan, S. Yu. Makeiev, V. I. Emeljanenko, V. Ja. Osinniy. (2017). The Application of the Electric Discharge Technologies for Mining and Metallurgical Industry. ICIME 2017: Proceedings of the 9th Inter-national Conference on Information Management and Engineering, 196–200. https://doi.org/10.1145/3149572.3149592.
Electrical Discharge in Water Treatment Technology for Micropollutant Decomposition. WRITTEN BY Patrick Vanraes, Anton Y. Nikiforov and Christophe Leys. Submitted: May 16th, 2015 Reviewed: Octo-ber 23rd, 2015 Published: April 20th, 2016. DOI: 10.5772/61830.
Malyushevskaya, A.P.; Koszelnik, P.; Yushchishi-na, A.; Mitryasova, O.; Mats, A.; Gruca-Rokosz, R. Synergy (2017). Effect during Water Treatment by Electric Discharge and Chlorination. Environments 10, 93. https://doi.org/10.3390/ environ-ments10060093.
Bo Jiang; Jingtang Zheng; Shi Qiu; Mingbo Wu ; Qinhui Zhang; Zifeng Yan; Qingzhong Xue. (2014). Review on electrical discharge plasma technology for wastewater remediation. Chemical Engineering Jour-nal. Vol. 236, 15 January, 348-368.
Titov, E.; Bodrikov, I.; Titov, D. (2023). Control of the Energy Impact of Electric Discharges in a Liquid Phase. Energies, 16, 1683. https://doi.org/10.3390/en16041683.
Krasnov, V. V. and Siddelev, N. I. (2013), “Matrix-topological description of electromagnetic circuits” [Matrychno-topologichnyj opys elektromagnitnyh kil], Electrical and Computer Systems, Technica, Ki-ev, Ukraine, Vol. 11 (87), pp. 66-73.
Siddelev, N. I. (2015), “Matrix-topological descrip-tion of electromagnetic circuits in the form Cauchy” [Matrichno-topologicheskoe opisanie jelektromag-nitnyh cepej v forme Koshi], Electrical and Comput-er Systems, Science and Technical, Ukraine, Vol. 20 (96), pp. 63-73.
Siddelev, N. I. (2017), “Manage digital model based on matrix-topological description electromagnetic circuits” [Upravlyaemaya tsifrovaya model na os-nove matrichno-topologicheskogo opisaniya el-ektromagnitnyih tsepey], Electrical and Computer Systems, Science and Technical, Ukraine, Vol. 26 (102), pp. 32-40.
Siddelev N. I. (2018). Matrix-topological model of elec-tromagnetic circuits. Electrical engineering and power engineering, Ukraine, Zaporizhzhia: ZNTU,. Vol. 1, pp. 5-14.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 N. І. Siddelev
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 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.
