DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2020.4.01

ВОЗБУЖДЕНИЕ СЕРИЕЙ ИМПУЛЬСОВ ЛИНЕЙНОГО ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ТИПА, РАБОТАЮЩЕГО В СИЛОВОМ И СКОРОСТНОМ РЕЖИМАХ

V. F. Bolyukh, I. S. Schukin

Анотація


Представлена математическая модель линейного импульсного преобразователя электродинамического типа (ЛИПЭТ), в которой решения уравнений, описывающих взаимосвязанные электрические, магнитные, механические и тепловые процессы, представлены в рекуррентном виде. Исследованы электромеханические и электродинамические характеристики ЛИПЭТ при работе в скоростном режиме, обеспечивающем ускорение обмотки якоря с исполнительным элементом, и в силовом режиме, когда обмотка якоря заторможена. Показано, что при возбуждении одиночным импульсом ЛИПЭТ, работающего в скоростном режиме, по сравнению с силовым режимом происходит уменьшение амплитуды тока в обмотках на 7,5 %, амплитуды электродинамических усилий (ЭДУ) – на 21,8 %, значения импульса ЭДУ – на 27,1 %. При этом обмотка якоря с исполнительным элементом разгоняется до скорости  7,1 м/с. При возбуждении серией импульсов от одинаковых секций емкостного накопителя энергии (ЕНЭ) и работе ЛИПЭТ в силовом режиме амплитуды импульсов тока и ЭДУ практически неизменны, а при работе в скоростном режиме происходит последовательное уменьшение амплитуд токов и ЭДУ. Увеличение количества импульсов возбуждения при сохранении энергии ЕНЭ приводит к уменьшению основных показателей ЛИПЭТ. Но за счет уменьшения амплитуды ЭДУ, которая проявляется как сила отдачи, эффективность ЛИПЭТ увеличивается. Для ЛИПЭТ, работающего в скоростном режиме, предложено уменьшение максимальных амплитуд тока и ЭДУ за счет последовательного увеличения емкостей секций ЕНЭ, формирующих серии импульсов возбуждения. Для ЛИПЭТ, работающего в силовом режиме, целесообразно использовать одинаковые емкости всех секций ЕНЭ.

Ключові слова


линейный импульсный преобразователь электродинамического типа; математическая модель; скоростной и силовой режим работы; возбуждение серией импульсов; сила отдачи; критерий эффективности

Повний текст:

PDF ENG (English) PDF RUS

Посилання


Bissal A., Magnusson J., Engdahl G. Comparison of two ultra-fast actuator concept. IEEE Transactions on Magnetics, 2012, vol. 48, no. 11, pp. 3315-3318. doi: 10.1109/tmag.2012.2198447.

Tomashevsky D.N., Koshkin A.N. Modeling of linear impulse electric motors. Russian Electrical Engineering, 2006, no. 1, pp. 24-27. (Rus).

J. Young-woo, L. Hyun-wook, L. Seok-won. High-speed AC circuit breaker and high-speed OCD. Proceeding of the conf. «22-th international conference on electricity distribution». 2013, 10-13 June,Stockholm. – Paper 608.

D.-K. Lim, D.-K. Woo, I.-W. Kim, D.-K. Shin, J.-S. Ro, T.-K. Chung, H.-K. Jung. Characteristic Analysis and Design of a Thomson Coil Actuator Using an Analytic Method and a Numerical Method. IEEE Transactions on Magnetics, 2013, vol. 49, no. 12, pp. 5749-5755. doi: 10.1109/tmag.2013.2272561.

Puumala V., Kettunen L. Electromagnetic design of ultrafast electromechanical switches. IEEE Transactions on Power Delivery, 2015, vol. 30, no. 3, pp. 1104-1109. doi: 10.1109/TPWRD.2014.2362996.

Bolyukh V.F., Kashanskij Yu.V., Schukin I.S. Influence of geometrical parameters of the inductor and armature on the indicators of a linear pulse electromechanical converter of an electrodynamic type. Electrical engineering & electromechanics, 2019, no. 3, pp. 11-17. doi: 10.20998/2074-272X.2019.3.02.

Bolyukh V.F., Kashanskyi Yu.V., Shchukin I.S. Comparative analysis of power and speed indicators linear pulse electromechanical converters electrodynamic and induction types. Technical electrodynamics, 2019, no. 6, pp. 35-42. (Rus). doi: 10.15407/techned2019.06.035.

Bolyukh V.F., Oleksenko S.V., Shchukin I.S. Comparative analysis of linear pulse electromechanical converters electromagnetic and induction types. Technical electrodynamics, 2016, no. 5, pp. 46-48. (Rus). doi: 10.15407/techned2016.05.046.

Mishkin V.N., Tolstik A.I. Comparative evaluation of arresting devices on the electrodynamic and electromagnetic principle of action. Electromagnetic pulse systems, 1989, pp. 114-117. (Rus).

Balikci A., Zabar Z., Birenbaum L., Czarkowski D. Improved performance of linear induction launchers. IEEE Transactions on Magnetics, 2005, vol. 41, no. 1, pp. 171-175. doi: 10.1109/tmag.2004.839283.

Abdalla M.A., Mohamed H.M. Asymmetric multistage synchronous inductive coilgun for length reduction, higher muzzle velocity and launching time reduction. IEEE Transactions on Plasma Science, 2016, vol. 44, no. 5, pp. 785-789. doi: 10.1109/TPS.2016.2543500.

Bolyukh V.F., Vinnichenko A.I. Concept of an induction-dynamic catapult for a ballistic laser gravimeter. Measurement Techniques, 2014, vol. 56, iss. 10, pp. 1098-1104. doi: 10.1007/s11018-014-0337-z.

Bolyukh V.F., Omel’chenko A.V., Vinnichenko A.I. Effect of self-seismic oscillations of the foundation on the readout of a ballistic gravimeter with an induction-dynamic catapult. Measurement Techniques, 2015, vol. 58, no. 2, pp. 137-142. doi: 10.1007/s11018-015-0675-5.

Zhou Y., Huang Y., Wen W., Lu J., Cheng T., Gaoet S. Research on a novel drive unit of fast mechanical switch with modular double capacitors. Journal of Engineering, 2019, vol. 2019, no. 17, pp. 4345-4348. doi: 10.1049/joe.2018.8148.

Fan G., Wang Y., Hu Y., Yan Z. Research on energy recovery system based on HTSM for synchronous induction electromagnetic launcher system. IEEE Transaction on Plasma Science, 2020, vol. 48, no. 1, pp. 291-298. doi: 10.1109/TPS.2019.2960038.

Guangcheng F., Wang Y., Xu Q., Xinyi N., Yan Z. Design and analysis of a novel three-coil reconnection electromagnetic launcher. IEEE Transactions on Plasma Science, 2019, vol. 47, no. 1, pp. 814-820. doi: 10.1109/TPS.2018.2874287.

Niu X., Li W., Feng J. Nonparametric modeling and parameter optimization of multistage synchronous induction coilgun. IEEE Transactions on Plasma Science, 2019, vol. 47, no. 7, pp. 3246-3255. doi: 10.1109/TPS.2019.2918157.

Bolyukh V.F., Katkov I.I. Influence of the Form of Pulse of Excitation on the Speed and Power Parameters of the Linear Pulse Electromechanical Converter of the Induction Type. Volume 2B: Advanced Manufacturing, Nov. 2019, 8 p. doi: 10.1115/IMECE2019-10388.

Liu X., Yu X., Ban R., Li Z. Analysis of the capacitor-aided meat grinder circuits for an inductive pulsed power supply. IEEE Transactions on Plasma Science, 2017, vol. 45, no. 7, pp. 1339-1346. doi: 10.1109/TPS.2017.2705179.

Bolyukh V.F., Shchukin I.S. The thermal state of an electromechanical induction converter with impact action in the cyclic operation mode. Russian electrical engineering, 2012, vol.83, no.10, pp. 571-576. doi: 10.3103/s1068371212100045.

Vilchis-Rodriguez D.S., Shuttleworth R., Barnes M. Experimental Validation of a Finite Element 2D Axial Thomson Coil Model with Inductance and Resistance Compensation. 13th IET International Conference on AC and DC Power Transmission (ACDC 2017), 2017, Manchester, UK, 14-16 Feb. 2017. doi: 10.1049/cp.2017.0032.

Yadong Z., Ying W., Jiangjun R. Capacitor-driven coil-gun scaling relationships. IEEE Transactions on Plasma Science, 2011, vol. 39, no. 1, pp. 220-224. doi: 10.1109/TPS.2010.2052266.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Bissal A., Magnusson J., Engdahl G. Comparison of two ultra-fast actuator concept. IEEE Transactions on Magnetics, 2012, vol. 48, no. 11, pp. 3315-3318. doi: 10.1109/tmag.2012.2198447.
  2. Томашевский Д.Н., Кошкин А.Н. Моделирование линейных электродвигателей импульсного действия // Электротехника. – 2006. – № 1. – С. 24-27.
  3. J. Young-woo, L. Hyun-wook, L. Seok-won. High-speed AC circuit breaker and high-speed OCD. Proceeding of the conf. «22-th international conference on electricity distribution». 2013, 10-13 June,Stockholm. – Paper 608.
  4. D.-K. Lim, D.-K. Woo, I.-W. Kim, D.-K. Shin, J.-S. Ro, T.-K. Chung, H.-K. Jung. Characteristic Analysis and Design of a Thomson Coil Actuator Using an Analytic Method and a Numerical Method. IEEE Transactions on Magnetics, 2013, vol. 49, no. 12, pp. 5749-5755. doi: 10.1109/tmag.2013.2272561.
  5. Puumala V., Kettunen L. Electromagnetic design of ultrafast electromechanical switches. IEEE Transactions on Power Delivery, 2015, vol. 30, no. 3, pp. 1104-1109. doi: 10.1109/TPWRD.2014.2362996.
  6. Болюх В.Ф., Кашанский Ю.В., Щукин И.С. Влияние геометрических параметров индуктора и якоря на показатели линейного импульсного электромеханического преобразователя электродинамического типа. Електротехніка і електромеханіка, 2019, № 3, С. 11-17. doi: 10.20998/2074-272X.2019.3.02.
  7. Болюх В.Ф., Кашанский Ю.В., Щукин И.С. Сравнительный анализ силовых и скоростных показателей линейных импульсных электромеханических преобразователей электродинамического и индукционного типов. Технічна електродинаміка, 2019, № 6, С. 35-42. doi: 10.15407/techned2019.06.035.
  8. Болюх В.Ф., Олексенко С.В., Щукин И.С. Сравнительный анализ линейных импульсных электромеханических преобразователей электромагнитного и индукционного типов. Технічна електродинаміка, 2016, № 5, С. 46-48. doi: 10.15407/techned2016.05.046.
  9. Мишкин В.Н., Толстик А.И. Сравнительная оценка арретирующих устройств на электродинамическом и электромагнитном принципе действия. Электромагнитные импульсные системы, 1989, С. 114-117.
  10. Balikci A., Zabar Z., Birenbaum L., Czarkowski D. Improved performance of linear induction launchers. IEEE Transactions on Magnetics, 2005, vol. 41, no. 1, pp. 171-175. doi: 10.1109/tmag.2004.839283.
  11. Abdalla M.A., Mohamed H.M. Asymmetric multistage synchronous inductive coilgun for length reduction, higher muzzle velocity and launching time reduction. IEEE Transactions on Plasma Science, 2016, vol. 44, no. 5, pp. 785-789. doi: 10.1109/TPS.2016.2543500.
  12. Bolyukh V.F., Vinnichenko A.I. Concept of an induction-dynamic catapult for a ballistic laser gravimeter. Measurement Techniques, 2014, vol. 56, iss. 10, pp. 1098-1104. doi: 10.1007/s11018-014-0337-z.
  13.  Bolyukh V.F., Omel’chenko A.V., Vinnichenko A.I. Effect of self-seismic oscillations of the foundation on the readout of a ballistic gravimeter with an induction-dynamic catapult. Measurement Techniques, 2015, vol. 58, no. 2, pp. 137-142. doi: 10.1007/s11018-015-0675-5.
  14. Zhou Y., Huang Y., Wen W., Lu J., Cheng T., Gaoet S. Research on a novel drive unit of fast mechanical switch with modular double capacitors. Journal of Engineering, 2019, vol. 2019, no. 17, pp. 4345-4348. doi: 10.1049/joe.2018.8148.
  15. Fan G., Wang Y., Hu Y., Yan Z. Research on energy recovery system based on HTSM for synchronous induction electromagnetic launcher system. IEEE Transaction on Plasma Science, 2020, vol. 48, no. 1, pp. 291-298. doi: 10.1109/TPS.2019.2960038.
  16. Guangcheng F., Wang Y., Xu Q., Xinyi N., Yan Z. Design and analysis of a novel three-coil reconnection electromagnetic launcher. IEEE Transactions on Plasma Science, 2019, vol. 47, no. 1, pp. 814-820. doi: 10.1109/TPS.2018.2874287.
  17. Niu X., Li W., Feng J. Nonparametric modeling and parameter optimization of multistage synchronous induction coilgun. IEEE Transactions on Plasma Science, 2019, vol. 47, no. 7, pp. 3246-3255. doi: 10.1109/TPS.2019.2918157.
  18. Bolyukh V.F., Katkov I.I. Influence of the Form of Pulse of Excitation on the Speed and Power Parameters of the Linear Pulse Electromechanical Converter of the Induction Type. Volume 2B: Advanced Manufacturing, Nov. 2019, 8 p. doi: 10.1115/IMECE2019-10388.
  19. Liu X., Yu X., Ban R., Li Z. Analysis of the capacitor-aided meat grinder circuits for an inductive pulsed power supply. IEEE Transactions on Plasma Science, 2017, vol. 45, no. 7, pp. 1339-1346. doi: 10.1109/TPS.2017.2705179.
  20. Bolyukh V.F., Shchukin I.S. The thermal state of an electromechanical induction converter with impact action in the cyclic operation mode. Russian electrical engineering, 2012, vol.83, no.10, pp. 571-576. doi: 10.3103/s1068371212100045.
  21. Vilchis-Rodriguez D.S., Shuttleworth R., Barnes M. Experimental Validation of a Finite Element 2D Axial Thomson Coil Model with Inductance and Resistance Compensation. 13th IET International Conference on AC and DC Power Transmission (ACDC 2017), 2017, Manchester, UK, 14-16 Feb. 2017. doi: 10.1049/cp.2017.0032.
  22. Yadong Z., Ying W., Jiangjun R. Capacitor-driven coil-gun scaling relationships. IEEE Transactions on Plasma Science, 2011, vol. 39, no. 1, pp. 220-224. doi: 10.1109/TPS.2010.2052266.

 





Copyright (c) 2020 V. F. Bolyukh, I. S. Schukin


This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

ISSN 2074–272X (Print)
ІSSN 2309–3404 (Online)