05.09.05 "Теоретична електротехніка"
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Магнітне поле електромагнітів систем керування космічними апаратами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Чуніхін, Костянтин ВадимовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.09.05 «Теоретична електротехніка». – Державна установа «Інститут технічних проблем магнетизму Національної академії наук України». Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерство освіти і науки України, Харків, 2019. Дисертація присвячена удосконаленню математичної моделі магнітного поля електромагнітів постійного струму систем керування космічними апаратами з урахуванням неоднорідності намагнічування осердь циліндричної та складної форми. Через обмеженість ресурсів при знаходженні в навколоземному просторі все більше переходять на використання пасивних систем керування космічними апаратами, у тому числі магнітних систем керування. Перевагою пасивних над активними системами керування є відсутність робочого тіла, що являє собою ключовим фактором при тривалому знаходженні космічного апарата в навколоземному просторі. У випадку застосування магнітних систем керування, до яких входять також магнітні виконавчі органи, виникає проблема досягнення необхідного керуючого моменту при обмеженні габаритів космічного апарата. Оскільки для магнітних виконавчих органів основним показником керуючого моменту космічного апарата є магнітний момент, то необхідність досягнення заданого його рівня при зменшенні маси, енерговитрат та габаритів є однією з основних задач при проектуванні магнітних виконавчих органів. Одним із видів магнітних виконавчих органів є електромагніти постійного струму. У найбільш поширеному випадку вони складаються з циліндричного осердя із матеріалу з високою магнітною проникністю і співвісної намагнічувальної котушки. Для збільшення магнітного моменту електромагніту використовують полюсні наконечники, що розташовані поблизу торців циліндричного осердя. Розрахунок магнітного моменту такого електромагніту є досить складною науковою задачею. Пов’язано це з необхідністю врахування нелінійних властивостей матеріалу осердя при визначенні його магнітного моменту як основної складової магнітного моменту електромагніту. Проведено критичний аналіз відомих методів розрахунку магнітного поля та магнітного моменту осердь електромагнітів. Встановлено, що в методах, основаних на застосуванні коефіцієнтів розмагнічування та інтегральних рівнянь, не враховується неоднорідність і нелінійність намагнічування осердь циліндричної та складної форми, а також неоднорідності магнітного поля, що створюється котушкою. Показано, що застосування електростатичної аналогії для розрахунку магнітостатичного поля в неоднорідних намагнічуваних середовищах правильно на основі дипольної моделі намагнічування, проте в розрахункових формулах потенціального поля можливо коректне використання намагніченості молекулярними струмами. Інтегральне рівняння відносно поверхневої густини фіктивних магнітних зарядів перетворено на основі практично рівномірного розподілу намагніченості в поперечних перерізах осердя та за допомогою середніх за об’ємом кожного елемента осердя магнітних проникностей, що дозволяє розрахувати магнітне поле електромагнітів систем керування космічними апаратами з урахуванням крайових ефектів і кривої намагнічування матеріалу осердя. Досліджено вплив напруженості магнітного поля, створюваного котушкою, відносної довжини осердь циліндричної та складної форми з пермалою 50Н, а також розмірів і положень полюсних наконечників на магнітний момент електромагніту та встановлено, що циліндричні осердя, які мають відносну довжину b/R=16, 33, 66 при рівні магнітного поля, що створюється котушкою, H0=1647÷9888 А/м забезпечують діапазони магнітного моменту електромагнітів Mem=0,4÷2,3; 2,2÷12,2; 12,3÷28,8 А·м2 і полюсні наконечники циліндричних осердь збільшують магнітний момент електромагніту в залежності від їх розмірів та відстані від торців при b/R=16 до 50 %, при b/R=33 до 32 % і при b/R=66 до 11 %. На основі цих досліджень розроблено наступні рекомендації для забезпечення максимального ефективного питомого магнітного моменту електромагніту. Котушка електромагніту з осердям циліндричної та складної форми повинна забезпечувати такі рівні зовнішнього магнітного поля, при яких напруженість результуючого магнітного поля на переважній частині осердя знаходиться поза зоною насичення кривої намагнічування і відповідає більшій намагніченості. За таких умов зростання Mem може бути досягнуто збільшенням b/R, зовнішнього радіуса Rw та товщини hw полюсних наконечників. Використання циліндричних осердь з пермалою 50Н при b/R=16 неефективно, а полюсні наконечники підвищують ефективність осердь з b/R=16 при H06587 А/м. Для забезпечення максимального ефективного питомого магнітного моменту електромагнітів з осердями циліндричної та складної форми з пермалою 50Н з b/R=33 рекомендується рівень магнітного поля котушки H0=6587 А/м, а для осердь з b/R=66 – H0=3293 А/м. Полюсні наконечники повинні знаходитись на торцях осердя та мати такі розміри: при b/R=16 та 33 – Rw=11 мм, hw=1÷4 та 6÷12 мм, а при b/R=66 – Rw=8 мм, hw=8÷32 мм. Достовірність теоретичних результатів підтверджено вимірюваннями середніх значень індукції магнітного поля в поперечних перерізах циліндричного осердя, порівнянням з опублікованими розрахунковими значеннями магнітного моменту циліндричних осердь та тестуванням математичної моделі за допомогою аналітичних розв’язків аналогічних електростатичних задач. В роботі автором отримані наступні нові наукові результати. Отримало подальший розвиток використання електростатичної аналогії, що дозволило сформулювати інтегральне рівняння відносно поверхневої густини фіктивних магнітних зарядів для розрахунку плоскомеридіанного магнітостатичного поля в кусково-однорідному намагнічуваному середовищі та виконати тестування його чисельного розв’язку. Вперше на основі практично рівномірного розподілу намагніченості в поперечних перерізах осердя перетворено вихідне інтегральне рівняння для розрахунку магнітного поля електромагнітів, що дозволило зменшити порядок апроксимуючої системи алгебраїчних рівнянь у 10÷12 разів. Вперше для урахування нелінійних властивостей матеріалу осердя в чисельному розв’язку інтегрального рівняння для розрахунку магнітного поля електромагнітів використано середні за об’ємами елементів осердя магнітні проникності, що дозволило зменшити розміри області розв’язання інтегрального рівняння в 6÷9 разів. Отримані автором результати мають істотне практичне значення. Математична модель магнітного поля електромагнітів систем керування космічними апаратами, а також рекомендації щодо форми, розмірів осердь, рівня магнітного поля, яке створюється котушкою, можуть бути застосовані при проектуванні електромагнітів, котрі забезпечують заданий магнітний момент. Основні результати дисертації використані в ДУ «ІТПМ НАН України» при виконанні досліджень за бюджетною тематикою.Документ Магнітне поле електромагнітів систем керування космічними апаратами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Чуніхін, Костянтин ВадимовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.05 – теоретична електротехніка. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2019. Дисертація присвячена удосконаленню математичної моделі магнітного поля електромагнітів постійного струму систем керування космічними апаратами з урахуванням неоднорідності намагнічування осердь циліндричної та складної форми. Інтегральне рівняння відносно поверхневої густини фіктивних магнітних зарядів перетворено на основі практично рівномірного розподілу намагніченості в поперечних перерізах осердя та за допомогою середніх за об’ємом кожного елемента осердя магнітних проникностей, що дозволяє розрахувати магнітне поле електромагнітів систем керування космічними апаратами з урахуванням крайових ефектів і кривої намагнічування матеріалу осердя. Досліджено вплив напруженості магнітного поля, створюваного котушкою, відносної довжини осердь циліндричної та складної форми з пермалою 50Н, а також розмірів і положень полюсних наконечників на магнітний момент електромагніту та сформульовано рекомендації для забезпечення його максимального ефективного питомого магнітного моменту. Достовірність теоретичних результатів підтверджено вимірюваннями середніх значень індукції магнітного поля в поперечних перерізах циліндричного осердя, порівнянням з опублікованими розрахунковими значеннями магнітного моменту циліндричних осердь та тестуванням математичної моделі за допомогою аналітичних розв’язків аналогічних електростатичних задач.Документ Магнітне поле високовольтних кабельних ліній при двосторонньому заземленні екранів кабелів(Інститут технічних проблем магнетизму Національної академії наук України, 2018) Ткаченко, Олександр ОлеговичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.09.05 – теоретична електротехніка. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. Дисертація присвячена розвитку методів вирішення задачі фізико-математичного моделювання та розрахунку магнітного поля (МП) високовольтних трифазних кабельних ліній (КЛ), виконаних з одножильних кабелів, при двосторонньому заземленні їх екранів. Для високовольтної трифазної КЛ запропоновано фізико-математичну модель, що дозволяє виконувати розрахунок МП КЛ і струмів в екранах за будь-якої схеми прокладання кабелів. Отримано вирази для коефіцієнта екранування МП КЛ при прокладанні кабелів "у площині" і "у трикутник" та, з використанням перетворення Кларк, наближений компактний вираз при прокладанні кабелів "у площині", похибка якого не перевищує 5%. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість 2-4-кратного підвищення коефіцієнта екранування МП КЛ при двосторонньому заземленні екранів кабелів шляхом охоплення кабелів КЛ феромагнітними осердями. Отримано вирази для розрахунку коефіцієнта екранування в залежності від параметрів феромагнітних осердь, параметрів кабелів і схеми їх прокладання. Виконано верифікацію запропонованої фізико-математичної моделі та розрахункових співвідношень шляхом чисельного моделювання та на основі експерименту. Розроблено методику розрахунку МП КЛ та діючих значень струмів в екранах при двосторонньому заземленні власних екранів кабелів.Документ Магнітне поле високовольтних кабельних ліній при двосторонньому заземленні екранів кабелів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Ткаченко, Олександр ОлеговичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.09.05 – теоретична електротехніка. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. Дисертація присвячена розвитку методів вирішення задачі фізико-математичного моделювання та розрахунку магнітного поля (МП) високовольтних трифазних кабельних ліній (КЛ), виконаних з одножильних кабелів, при двосторонньому заземленні їх екранів. Для високовольтної трифазної КЛ запропоновано фізико-математичну модель, що дозволяє виконувати розрахунок МП КЛ і струмів в екранах за будь-якої схеми прокладання кабелів. Отримано вирази для коефіцієнта екранування МП КЛ при прокладанні кабелів "у площині" і "у трикутник" та, з використанням перетворення Кларк, наближений компактний вираз при прокладанні кабелів "у площині", похибка якого не перевищує 5%. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість 2-4-кратного підвищення коефіцієнта екранування МП КЛ при двосторонньому заземленні екранів кабелів шляхом охоплення кабелів КЛ феромагнітними осердями. Отримано вирази для розрахунку коефіцієнта екранування в залежності від параметрів феромагнітних осердь, параметрів кабелів і схеми їх прокладання. Виконано верифікацію запропонованої фізико-математичної моделі та розрахункових співвідношень шляхом чисельного моделювання та на основі експерименту. Розроблено методику розрахунку МП КЛ та діючих значень струмів в екранах при двосторонньому заземленні власних екранів кабелів.Документ Аналіз та синтез структури магнітного поля технічних об'єктів на основі просторових гармонік(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2018) Гетьман, Андрій ВолодимировичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.05 – теоретична електротехніка (141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми розвитку теоретичних основ, методів і засобів аналізу і синтезу просторової структури стаціонарного магнітного поля технічних об'єктів на основі витягнуто-сфероїдальних, сферичних, сплюснуто-сфероїдальних, а також циліндричних гармонік скалярного потенціалу. У дисертаційній роботі обґрунтовано засади практичного застосування просторового гармонічного аналізу магнітного поля поблизу поверхні технічних об'єктів (ТО) з урахуванням особливості їх форми. Для використання в якості теоретичної основи синтезу струмових джерел магнітного поля отримано узагальнене зображення векторного потенціалу у вигляді його взаємозв'язку з витягнуто-сфероїдальними, сферичними та сплюснуто-сфероїдальними гармоніками скалярного потенціалу магнітного поля. Розроблено метод експериментального визначення амплітудних коефіцієнтів просторових гармонік, заснований на узагальненому представленні сферичних і сфероїдальних гармонік магнітного поля, для практичного визначення просторової структури магнітного поля поблизу поверхні технічних об'єктів, з використанням єдиної експеримен-тально-методичної бази. Розроблено метод практичного визначення величин 24-х амплітудних коефіцієнтів сферичних гармонік магнітного поля за допомогою системи кругових контурних обмоток, який використовує при математичній обробці сигнатур обертання властивість зменшення відносного вкладу в вимірюваний магнітний потік від гармонік старших степенів магнітного поля при видаленні від поверхні ТО. Розроблено метод експериментального визначення мультипольних магнітних моментів, заснований на інтегральній обробці сигнатур трьох проекцій магнітної індукції, зафіксованих поблизу технічного об'єкта, при його лінійному переміщенні. Виконано класифікацію методів і засобів експериментального визначення сферичних гармонік магнітного поля технічних об'єктів. Обґрунтовано принципи побудови систем для експериментального визначення просторових гармонік магнітного поля ТО. Для пошуку параметрів конструкції циліндричного електромагніта з максимальним створюваним магнітним моментом розроблено аналітичну модель магнітного поля електромагніту, на основі циліндричного гармонічного аналізу індуктивної намагніченості його феромагнітного осердя. Для створення із заданою якістю просторової структури магнітного поля квадрупольного електромагніту розроблено метод мінімізації вкладів неквадрупольних середньо-інтегральних по довжині коефіцієнтів магнітної індукції в апертурі, на основі знайденого їх взаємозв'язку з параметрами конструкції залізного ярма і надпровідної струмової обмотки.Документ Аналіз та синтез структури магнітного поля технічних об'єктів на основі просторових гармонік(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Гетьман, Андрій ВолодимировичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.05 – теоретична електротехніка (141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми розвитку теоретичних основ, методів і засобів аналізу і синтезу просторової структури стаціонарного магнітного поля технічних об'єктів на основі витягнуто-сфероїдальних, сферичних, сплюснуто-сфероїдальних, а також циліндричних гармонік скалярного потенціалу. У дисертаційній роботі обґрунтовано засади практичного застосування просторового гармонічного аналізу магнітного поля поблизу поверхні технічних об'єктів (ТО) з урахуванням особливості їх форми. Для використання в якості теоретичної основи синтезу струмових джерел магнітного поля отримано узагальнене зображення векторного потенціалу у вигляді його взаємозв'язку з витягнуто-сфероїдальними, сферичними та сплюснуто-сфероїдальними гармоніками скалярного потенціалу магнітного поля. Розроблено метод експериментального визначення амплітудних коефіцієнтів просторових гармонік, заснований на узагальненому представленні сферичних і сфероїдальних гармонік магнітного поля, для практичного визначення просторової структури магнітного поля поблизу поверхні технічних об'єктів, з використанням єдиної експеримен-тально-методичної бази. Розроблено метод практичного визначення величин 24-х амплітудних коефіцієнтів сферичних гармонік магнітного поля за допомогою системи кругових контурних обмоток, який використовує при математичній обробці сигнатур обертання властивість зменшення відносного вкладу в вимірюваний магнітний потік від гармонік старших степенів магнітного поля при видаленні від поверхні ТО. Розроблено метод експериментального визначення мультипольних магнітних моментів, заснований на інтегральній обробці сигнатур трьох проекцій магнітної індукції, зафіксованих поблизу технічного об'єкта, при його лінійному переміщенні. Виконано класифікацію методів і засобів експериментального визначення сферичних гармонік магнітного поля технічних об'єктів. Обґрунтовано принципи побудови систем для експериментального визначення просторових гармонік магнітного поля ТО. Для пошуку параметрів конструкції циліндричного електромагніта з максимальним створюваним магнітним моментом розроблено аналітичну модель магнітного поля електромагніту, на основі циліндричного гармонічного аналізу індуктивної намагніченості його феромагнітного осердя. Для створення із заданою якістю просторової структури магнітного поля квадрупольного електромагніту розроблено метод мінімізації вкладів неквадрупольних середньо-інтегральних по довжині коефіцієнтів магнітної індукції в апертурі, на основі знайденого їх взаємозв'язку з параметрами конструкції залізного ярма і надпровідної струмової обмотки.Документ Ослабление статического геомагнитного поля ферромагнитными элементами домов(Государственное учреждение "Институт технических проблем магнетизма НАН Украины", 2015) Грецких, Светлана ВладимировнаДиссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.05 – теоретическая электротехника. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2016. Диссертация посвящена математическому моделированию явления ослабления статического геомагнитного поля (ГМП) в помещениях жилых домов и разработке рекомендаций по методам его нормализации до безопасного уровня. Полученные в диссертации результаты в совокупности составляют существенный вклад в решение научно-прикладной задачи теоретической электротехники по моделированию явления ослабления ГМП стальными ферромагнитными элементами конструкций домов и разработки рекомендаций по методам нормализации ГМП в помещениях до безопасного для людей уровня. Основные результаты выполненных в диссертации исследований и практических разработок использованы при выполнении тематического плана ГУ "ИТПМ НАН Украины", в Институте гигиены и медицинской экологии им. А. Н. Марзеева НАМН Украины при разработке "Государственных санитарных правил и норм защиты населения от влияния электромагнитных излучений", при проектировании и строительстве в г. Харькове современных каркасно-монолитных жилых домов с безопасными условиями проживания (ООО "АВУАР"). Результаты работы рекомендованы к применению научным и промышленным учреждениям и предприятиям, выполняющим разработку методов и средств моделирования, расчета и нормализации статического ГМП в жилых домах, проектирующим современные жилые дома с безопасными условиями проживания по магнитному полю.Документ Ослаблення статичного геомагнітного поля феромагнітними елементами будинків(НТУ "ХПІ", 2016) Грецьких, Світлана ВолодимирівнаДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.05 – теоретична електротехніка. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016. Дисертація присвячена математичному моделюванню явища ослаблення статичного геомагнітного поля (ГМП) в приміщеннях житлових будинків та розробці рекомендацій з методів його нормалізації до безпечного рівня. На прикладі циліндричної феромагнітної колони проведено моделювання ослаблення ГМП за допомогою методу еквівалентних (фіктивних) магнітних зарядів та розв’язано задачу розрахунку індукції ГМП, ослабленого протяжними феромагнітними елементами. Визначенні фізичні параметри феромагнітної колони, що впливають на інтенсивність ослаблення ГМП поблизу її поверхні, та умови зменшення до безпечного рівня інтенсивності ослаблення ГМП за рахунок зміни геометрії колони та зменшення початкової магнітної проникності її матеріалу. Здійснено розвиток методу ефективної магнітної проникності Аркадьєва для моделювання магнітного поля залізобетонних колон та міжповерхових перекриттів, армованих сталевим металопрокатом, та виконане чисельне моделювання інтенсивності ослаблення статичного ГМП в приміщеннях житлових будинків з несучими залізобетонними конструкціями і його верифікацію на основі результатів експерименту. Розроблені рекомендації з методів нормалізації ГМП при проектуванні сучасних житлових будинків для створення безпечних та комфортних умов проживання населення за статичним ГМП.