Search

In the article proposes methods of increasing the maximum torque of built-in direct current torque motors by varying their design (the diameter of the armature winding wire; the dimensions of the armature in order to increase the number of conductors located on its outer surface; by changing the winding scheme) while maintaining the connection dimensions, which is an urgent task when designing or modernizing electric motors for autonomous transport devices. A number of calculations and experiments were carried out, the analysis of which showed that when the diameter of the winding wire increases, the resistance of the armature winding decreases and, as a result, the starting torque increases, the power consumption and losses in the armature winding also decrease. But at the same time, the starting current at a constant voltage increases by more than two times, which requires an increase in the installed capacity of the power source. Increasing the diameter of the armature allows you to increase the number of conductors and the cross-section of the armature copper while simultaneously reducing the width of the magnet and reducing the magnetic flux. As a result, the starting torque of the electric motor decreases. It is shown that changing the winding scheme can significantly complicate the technological process of manufacturing a simple loop winding and a complex multi-pass wave winding with a larger number of parallel branches and can create problems with the commutation of the armature winding. The work confirmed that increasing the diameter of the winding wire is the most effective and least expensive way to increase the maximum torque of built-in DC torque motors with excitation from permanent magnets and a slotless armature design, which have found their application in devices of autonomous objects (platforms). At the same time, changes are made only in the design of the anchor - the diameter of the anchor iron is reduced and the number of turns in the section is reduced. The magnetic system, brush-collector unit, bearing shields (if available) remain structurally unchanged., У роботі запропоновані методи підвищення максимального крутного моменту вбудованих моментних електродвигунів постійного струму шляхом варіювання їх конструкції (діаметра дроту обмотки якоря; розмірів якоря з метою збільшення кількості провідників, розташованих на його зовнішній поверхні; зміною схеми обмотки) при збереженні приєднувальних розмірів, що є актуальною задачею при проєктуванні або модернізації електродвигунів для пристроїв автономного транспорту. Проведено низку розрахунків та експериментів, аналіз яких показав, що при збільшенні діаметра обмотувального дроту опір якірної обмотки зменшується і, як наслідок, пусковий момент збільшується, також зменшується споживана потужність та втрати в обмотці якоря. Але при цьому пусковий струм при сталій напрузі збільшується більш ніж у два рази, що вимагає збільшення встановленої потужності джерела живлення. Збільшення діаметра якоря дозволяє збільшити кількість провідників і поперечний переріз міді якоря при одночасному зменшенні ширини магніту і зменшенні магнітного потоку. В результаті відбувається зниження пускового моменту електродвигуна. Показано, що зміна схеми обмотки може призвести до значного ускладнення технологічного процесу виготовлення простої петлевої обмотки і складної багатопрохідної хвильової обмотки з більшою кількістю паралельних гілок та може створити проблеми з комутацією обмотки якоря. У роботі підтверджено, що збільшення діаметра обмотувального дроту є найефективнішим і найменш витратним способом збільшення максимального моменту вбудованих моментних електродвигунів постійного струму із збудженням від постійних магнітів і безпазовою конструкцією якоря, які знайшли своє застосування в пристроях автономних об’єктів (платформ). При цьому зміни вносяться тільки до конструкції якоря – зменшується діаметр якірного заліза і зменшується кількість витків у секції. Магнітна система, вузол щітка-колектор, підшипникові щити (за наявності) залишаються конструктивно без змін.

The object of research reported in this work is the fluctuations of the discharge current in Hall thrusters. The presence of significant fluctuations in the discharge current in Hall thrusters causes a significant deterioration of the thruster parameters – thrust, specific impulse, and efficiency. The task addressed in the current work relates to determining the main factors that affect the conditions for the occurrence of discharge current fluctuations, finding ways to reduce them, and obtaining optimal values of the parameters of the Hall thruster. The review of literary sources revealed that the specified problem is typical and has not yet been solved. In order to solve this problem, studies of the ST-40M Hall thruster were carried out in order to determine the main factors that have the greatest influence on the occurrence of oscillations and means of reducing the oscillations of the discharge current. The result of the research determined that the fluctuations of the discharge current depend most significantly on the parameters of the magnetic field in the acceleration channel of the thruster. The parameters of the magnetic field are determined by the magnitude of the currents of the thruster electromagnet coils, and the nature of oscillations, amplitude, and frequency may differ significantly with a slight change in the coil currents. As a result of the study, it was found that for the values of the currents of the coils of the magnetic system of the thruster, for which the level of fluctuations of the discharge current is minimal, the average value of the discharge current of the thruster also takes a minimum value. The research made it possible to determine the optimal operating modes of the Hall thruster, which ensure, at a given level of specific power, the maximum values of thrust, specific impulse, and thruster efficiency. The conclusions from the study could be useful for most developers of electric propulsion systems based on Hall thrusters, Об’єктом дослідження даної роботи є коливання розрядного струму в холлівських двигунах. Наявність суттєвих коливань розрядного струму в холлівських двигунах викликає істотне погіршення параметрів двигуна – тяги, величини питомого імпульсу та коефіцієнта корисної дії. Проблема, яка вирішувалась в даній роботі, полягає у визначенні основних факторів, які впливають на умови виникнення коливань розрядного струму, пошук шляхів їх зменшення та отримання оптимальних значень параметрів холловського двигуна. Аналіз літературних джерел показав, що зазначена проблема є типовою і досі не вирішена. Для вирішення зазначеної проблеми були проведені дослідження холловського двигуна ST-40M з метою визначення основних факторів, які найбільше впливають на виникнення коливань, та засобів зменшення коливань розрядного струму. В результаті досліджень було визначено, що коливання розрядного струму найбільш суттєво залежать від параметрів магнітного поля в прискорювальному каналі двигуна. Параметри магнітного поля визначаються величиною струмів котушок електромагніту двигуна, причому характер коливань, амплітуда та частота можуть суттєво відрізняться при незначній зміні струмів котушок. В результаті досліджень було з’ясовано, що для значень струмів котушок магнітної системи двигуна, для яких рівень коливань розрядного струму мінімальний, середнє значення розрядного струму двигуна також приймає мінімальне значення. Дослідження дозволили визначити оптимальні режими роботи холловського двигуна, які забезпечують при заданому рівні питомої потужності максимальні значення тяги, питомого імпульсу та коефіцієнта корисної дії двигуна. Висновки, отримані за результатами досліджень, можуть бути корисними для більшості розробників електричних ракетних двигунних установок на базі холлівських двигунів

В результаті аналізу літературних даних встановлено, що до 20% електродного металу втрачається на угар і розбризкування, що зумовлене короткими замиканнями дугового проміжку великими краплями і їх вибухом. Для зменшення втрат примусово збільшують частоту переходу крапель імпульсами струму, механічними імпульсами, імпульсами магнітного поля

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 "Електричні машини й апарати" (14 – Електрична інженерія) – Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Сєвєродонецьк, 2021. Дисертація присвячена вирішенню актуального наукового завдання з покращення умов розвантаження дискових сепараторів з магнітними системами на основі постійних магнітів при вилученні феромагнітних включень з сипких немагнітних середовищ, що транспортуються стрічковими конвеєрами. Умови розвантаження покращуються завдяки використанню удосконалених структур магнітних систем та формуванню робочого магнітного поля з заданою топологією. У роботі набув подальшого розвитку математичний опис робочого процесу магнітних сепараторів, на основі якого для дискового магнітного сепаратора отримано аналітичний вираз, що враховує основні геометричні розміри робочого простору сепаратора, матеріал постійних магнітів, параметри сипучого матеріалу та феромагнітних тіл, швидкість руху стрічки конвеєру, що наближає результати розрахунків до реальних процесів. Вперше визначено раціональні характеристики (форму та геометричні розміри) постійних магнітів магнітної системи дискового сепаратора нового конструктивного виконання за допомогою методу багатоваріантних чисельно-польових розрахунків з врахуванням просторового розподілу силової функції магнітного поля. Проведено розрахунково-експериментальні дослідження робочого процесу дискових магнітних сепараторів. Dissertation for Candidate of Science Degree in Specialty 05.09.01 "Electrical Machines and Apparatuses" (14 – Electrical Engineering) – Volodymyr Dahl East Ukrainian National University Ministry of Education and Science of Ukraine, Severodonetsk, 2021. The thesis is devoted to the solution of the curren scientific problem of improvement of unloading conditions of Disk Separators with magnetic systems that is constructed on the basis of permanent magnets. Bulk substances are transported by belt conveyors. Unloading conditions are improved due to the using of advanced structures of magnetic systems and shaping of a working magnetic field with a preset topology. The mathematical description of the operating mode of magnetic separators is taken further development in this paper. Based on this description the Disk Magnetic Separator obtained new-made analytical expression that approximates the results of calculations to real processes and takes into account the basic geometric dimensions of the separator working space, permanent magnets material and parameters of bulk material, conveyor belt speed. For the first time the rational characteristics (shape and geometric dimensions) of the permanent magnets of the magnetic system of the disk separator of new design were determined with using the method of multivariate numerical-field calculations taking into account the spatial distribution of a force function for the magnetic field. Computational and experimental researchs of operating mode of the Disk Magnetic Separators were carried out. The dynamic problem of ferromagnetic solid motion in the working space of the Disk Magnetic Separator is formulated. The calculated relation is obtained which connects the basic geometric dimensions of the working space and takes into account the material of permanent magnets, parameters of bulk material and ferromagnetic solids and conveyor belt speed. The results thus obtained are compatible with experimental results and in practice of the known Magnetic Separation Devices with excitation of the working magnetic field from permanent magnets. In conclusion the direction of improvement of the Disk Magnetic Separator with the use of the combined magnetic system with ferrite magnets on the peripheral disk is offered. This will reduce the departure range of ferromagnetic inclusions and ensure their entry into the unloading zone at a constant speed of rotation of the nonmagnetic unloading disk.

As a result of the analysis of the literature data, it was found that up to 20% of the electrode metal is lost to waste and spattering caused by short circuits of the arc gap with large drops and their explosion. To reduce losses, the frequency of droplet transition is forcedly increased by current pulses, mechanical pulses, magnetic field pulses. To transfer droplets by pulses of the electrode wire feed speed, a 5 W synchronous electric motor is used. When using a mechanical oscillatory circuit, and overcoming the cavitation threshold at a frequency of more than 270 Hz, 2 W power is supplied to the excitation winding. When a drop is transported by an axial magnetic field, current pulses with an amplitude of 2500 A are required. They are provided by the energy of a capacitor charged up to 800 Volts. High currents require reliable switching devices, and high voltages require reliable insulation to protect the welder from electric shock. Therefore, the task to investigate the effect of design parameters on the magnitude of the magnetic field in the drop formation zone was set in order to reduce the parameters of control pulses. To fulfil the research, an inductor with a ferromagnetic coil without the cheek in its upper part was made. There is a winding on the coil, the current in which is regulated by the rectifier voltage. The segment of the electrode is located symmetrically to the magnetic circuit, that’s why it is possible to measure the magnetic induction in the upper and lower parts of the inductor. Measurements have shown that the induction at the top of the inductor is twice as high as at the bottom. This is due to the fact that the ferromagnetic coil cheek shunts the downward magnetic flux. When replacing the non-ferromagnetic current lead with a ferromagnetic one, the magnetic field induction in the upper part of the inductor has become three times higher as compared to its lower part. To increase the magnetic induction, the air gap was replaced with a ferromagnetic cylinder with a cone. The magnetic induction in the drop formation zone has increased up to 900 mTs, at only 500 ampere-turns. To create such a field in the known inductor, the ampere turns made up 2500 A × 28 = 70,000 ampere-turns, therefore, a decrease in the resistance of the magnetic circuit made it possible to reduce the magnetizing force by a factor of 100-140 and maintain the magnitude of the control pulses. To get it, it is necessary to reduce the air gaps to a minimum and swing the inductor 180°, В результате анализа литературных данных установлено, что до 20% электродного металла теряется на угар и разбрызгивание, обусловленное короткими замыканиями дугового промежутка большими каплями и их взрывом. Для уменьшения потерь принудительно увеличивают частоту перехода капель импульсами тока, механическими импульсами, импульсами магнитного поля, В результаті аналізу літературних даних встановлено, що до 20% електродного металу втрачається на угар і розбризкування, що зумовлене короткими замиканнями дугового проміжку великими краплями і їх вибухом. Для зменшення втрат примусово збільшують частоту переходу крапель імпульсами струму, механічними імпульсами, імпульсами магнітного поля

Статтю присвячено актуальній темі розроблення автоматизованої установки з оптимальними енергетичними і масо-габаритними параметрами для якісного намагнічування магнітів електромагнітних приводів зі збереженням цілісності їх обмоток. Розроблено методику розрахунку амплітуди і тривалості імпульсу намагнічування. Визначено час наростання його переднього фронту, який задовольняє умовам повного промагнічування магнітопроводу привода та збереження при цьому цілісності його обмотки збудження. Для формування імпульсу із заданими параметрами запропоновано електронний пристрій на основі зворотного зв’язку між обмоткою привода й імпульсним джерелом струму обмотки індуктора. Запропоновано методику синтезу магнітної системи індуктора за критеріями: досягнення заданої напруженості магнітного поля в робочому об’ємі індуктора; мінімальні габарити джерела живлення і його споживана енергія за намагнічування. Її результатом є отримання профілю перерізу каркаса індуктора з конкретними розмірами і числом витків обмотки. На основі комплексу отриманих результатів у роботі розроблено схему автоматизованої установки і запропоновано компоновку пульту управління і контролю необхідними пристроями та елементами. The paper is about the development of an automated unit with optimum energy and mass-dimensional parameters for high-quality magnetization of magnets of electromagnetic drives, while preserving the integrity of their windings. The authors develop an approach for calculating amplitude and width of magnetization pulse. The authors than estimate the rise time of leading edge of the pulse, with respect to conditions of complete magnetization of the electromagnetic drive’s magnetic conductor and preservation of its excitation winding integrity. For the formation of the magnetization pulse with given parameters, the authors propose an electronic device, which feedbacks bitween the drive winding and the pulse current source, which provides power to the inductor winding. The authors propose a method of the inductor magnetic system synthesis by criteria of: given magnetic field strength in inductor’s operating volume; power supply unit minimal dimensions and it power consumption while magnetizing. The final result is obtaining cross-section profile of the inductor electrical coil with certain dimensions and number of winding’s turns of a wire of certain diameter. In order to optimize the mass, size, magnetic and energy parameters of the inductor, the authors solve a problem of synthesizing its magnetic system in way of calculating the parameters of the magnetic field for operating volume of the inductor. It is determined by the characteristic overall dimensions of the NZTB type electromagnetic drives (brakes, 0.2 m in diameter), which were subject to magnetization in a field with strength of at least 400 A/m. The result is the determination of geometrical parameters and the crosssection profile of the inductor electrical coil. This profile ensures the uniformity of the magnetic field when magnetizing the electromagnetic drive of given overall dimensions. On the basis of all these results, the authors develop the functional scheme of the automated unit and propose a structure of a panel for monitoring and management of devices and units involved.

One of the effective methods of cleaning wells from ferromagnetic objects is the use of magnetic fishing tools. However, the known designs have a number of drawbacks. Therefore, new designs of high-efficiency fishing tools were proposed in the work. For development of these tools, magnetic systems consisting of cylindrical magnetic cores with segmented radially magnetized permanent magnets made of rare-earth materials between them were used. According to the results of theoretical research performed using the finite element method, rational parameters of the elements of the magnetic systems, namely, the length of the permanent magnets and the height of the magnetic system were established. This has made it possible to develop systems that are characterized by a maximum utilization of the power of permanent magnets. The paper presents results of experimental research into the hoisting capacity which confirm advantage of the developed fishing tools over the known counterparts. The use of new magnetic tools will increase efficiency of cleaning wells from ferromagnetic objects of varied shapes and weight during cutting “windows” in the casing and in the process of drilling branch holes, Запропоновано конструкцію магнітної системи ловильного пристрою з сегментними радіально намагніченими постійними магнітами із рідкісноземельних матеріалів. Встановлено раціональні геометричні співвідношення елементів систем, що забезпечують високі силові та магнітні характеристики. Розроблено три типорозміри ловильних пристроїв невеликого діаметру для очищення свердловин від феромагнітних предметів. Проведено експериментальні дослідження силових характеристик магнітних систем ловильних пристроїв, Предложена конструкция магнитной системы ловильного устройства с сегментными радиально намагниченными постоянными магнитами из редкоземельных материалов. Установлены рациональные геометрические соотношения элементов систем, обеспечивающих высокие силовые и магнитные характеристики. Разработаны три типоразмера ловильных устройств малого диаметра для очистки скважин от ферромагнитных предметов. Проведены экспериментальные исследования силовых характеристик магнитных систем ловильных устройств

Проведено огляд історії розвитку виробництва перетворювачів та електродинамічних перетворювачів. Приведено повну класифікацію гучномовців та їх принцип дії. Здійснили глибокий аналіз конструкції електродинамічних перетворювачів та їх принцип дії. Приведені основні елементи конструктивних рішень. Виконано моделювання конструктивного рішення планарного електродинамічного перетворювача. Виконано моделювання роботи магнітної та коливальної системи. Приведено графіки основних результатів моделювання та експериментальних вимірювань. Структура та об’єм роботи: дипломна робота складається з вступу, 3 розділів, висновків, списку використаної літератури. Загальний обсяг дипломної роботи складає (106) сторінок. Робота містить рисунків, (48) таблиць (20) та список використаних джерел із (12) найменувань. A review of the history of the production of converters and electrodynamic transducers was conducted. The full classification of speakers and their principle of action are given. The deep analyzes of the structures of electrodynamic transducers and their principle of action are carried out. The basic elements of constructive decisions are given. The simulation of the constructive decision of a planar electrodynamic converter is executed. The simulation of the work of the magnetic and oscillating system is performed. The graphs of the main results of simulation and experimental measurements are presented. Structure and volume of work: the thesis consists of the introduction, 3 chapters, conclusions, list of used literature. The total volume of the thesis is (106) pages. The work contains drawings, (48) tables (20) and list of sources used from (12) names.

Розроблено методику визначення режимів роботи асинхронного тягового приводу на основі рішення задачі багатокритеріальної оптимізації. Обрано вектор параметрів, що складається з наступних компонентів: режим роботи приводу, коефіцієнт модуляції та ковзання. Критерієм ефективності приводу обраний ККД приводу. Визначено обмеження у вигляді нерівностей та рівності. The method of determining the mode of asynchronous traction in the water-based solution of multi-objective optimization. Chosen parameter vector consisting of the following components: drive mode, modulation factor and sliding. The criterion of effectiveness over efficiency of the selected drive. Defined constraints as inequalities and equality.

Суттєвою проблемою в електроенергетиці стали так звані стрибки струму при ввімкненні силових трансформаторів, які становлять небезпеку для обмоток трансформаторів, а також мають вплив на точність та надійність роботи релейного захисту.

Описано умови експлуатації ловильного інструменту, визначено чинники, які впливають на стабільність магнітних параметрів пристроїв, встановлено вимоги до їх магнітних систем. Проведено порівняльний аналіз характеристик основних класів сучасних магнітотвердих матеріалів, визначено ефективну область їх застосування у магнітних ловильних пристроях залежно від умов експлуатації. Встановлено критерії та обґрунтований вибір раціонального різновиду постійних магнітів для систем уловлювачів. Наведено криві розмагнічування рідкоземельних магнітів системи неодим-залізо-бор марок N48, N42SH та феритових магнітів марки 28БА190. Показано вплив температури на характеристики магнітних матеріалів. Проведено розрахунок магнітних полів елементарних систем із рідкоземельними і феритовими магнітами методом скінченних елементів. Обґрунтовано доцільність використання високоенергетичних магнітів у системах ловильних пристроїв., Operation conditions for magnetic fishing tool are described; factors affecting the stability of the magnetic device parameters are identified; requirements for their magnetic systems are established. A comparative analysis of the main classes of modern hard-magnetic materials characteristics is conducted. Effective range of application magnetic materials in magnetic fishing devices is determined, with operation conditions in view. Selection criteria are determined, based on which the choice of the appropriate type of permanent magnets to be used in magnetic fishing tool systems is proven. Demagnetization curves of rare-earth neodymium iron boron magnets of grades N48, N42SH and ferrite magnets of grade 28BA190 are presented. The action of temperature on the characteristics of the magnetic materials is established. Finite element method based calculation of the magnetic fields of elementary systems with rare-earth and ferrite magnets are presented. Applicability of high-energy magnets in magnetic fishing tools systems is validated.