05.09.01 "Електричні машини і апарати"

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/18675

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 10 з 28

Дисковий магнітний сепаратор з покращеними умовами розвантаження
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Мелконова, Інна Вікторівна
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.
Дисковий магнітний сепаратор з покращеними умовами розвантаження
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Мелконова, Інна Вікторівна
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 "Електричні машини й апарати" – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2021 р. 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.
Моностабільні поляризовані електромагніти з покращеними силовими характеристиками для актуаторів комутаційних апаратів середніх напруг
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Вировець, Сергій Валерійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.09.01 «Електричні машини й апарати» (14 – Електрична інженерія) – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, 2021 р. Дисертація присвячена розробці та подальшому вдосконаленню моностабільного поляризованого електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами з витісненням магнітного потоку в область повітряного шунта для актуатора вакуумних комутаційних апаратів на середні напруги з покращеними силовими характеристиками. Сучасний ринок України відмикачів на середні напруги практично на 80 % складається з вакуумних відмикачів, велику частину яких становлять апарати закордонного виробництва, що представлені компаніями Європи, США та Азії. В Україні виробництвом вакуумних відмикачів на середні напруги займаються всього три виробника: ТОВ «РЗВА-ЕЛЕКТРИК», «Таврида Електрик Україна» і ВАТ «АВМ АМПЕР». Для задоволення потреб ринку України в вакуумних відмикачах на середні напруги, враховуючи поточну конкуренцію, актуальним стає розробка конструкції електромагніта для актуаторів вакуумних комутаційних апаратів на середні напруги. Розроблена конструкція електромагніта повинна мати силу утримання якоря в притягнутому положенні не нижче зразків наявних на сучасному ринку України, при цьому маючи меншу загальну масу. Для вирішення цього завдання необхідне проведення наукових досліджень, що спрямовані на створення принципово нових конструкцій електромагнітів з покращеними силовими характеристиками. Для досягнення мети були поставлені наступні задачі: – провести аналіз конструктивних особливостей вакуумних відмикачів на середні напруги та їх актуаторів; – розробити нову конструкцію моностабільного електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами для актуатора вакуумного відмикача на середню напругу з покращеними силовими характеристиками. Розробити рекомендації щодо вибору розмірів частин магнітопроводу, а також розмірів постійних магнітів для створення сили утримання якоря електромагніта при знеструмленій обмотці не менше заданої, а також визначити обмотувальні дані електромагніта, виходячи з відомої сили протидії. Визначити доцільність використання в розробленій конструкції поляризованого моностабільного електромагніта феромагнітного шунта в робочому зазорі і розробити рекомендації щодо вибору лінійних розмірів феромагнітного шунта; – дослідити і удосконалити математичну модель динамічних процесів вмикання та вимкнення моностабільних поляризованих електромагнітів з висококоерцитивними постійними магнітами з витисканням магнітного поля в область повітряного шунта; – провести експериментальні дослідження процесів в розробленій конструкції поляризованого моностабільного електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами для актуатора вакуумного відмикача. Експериментально підтвердити достовірність отриманих розрахунковим шляхом результатів досліджень. Визначити вплив параметрів ємнісного накопичувача енергії на можливість виконання відмикачем режиму автоматичного повторного вмикання. Об'єкт дослідження – електромагнітні, магнітні, механічні процеси в електромагнітном актуаторі для комутаційних апаратів середніх напруг. Предмет дослідження – параметри та характеристики моностабільного поляризованого електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами з витисканням магнітного поля в область повітряного шунта. Методи дослідження. В роботі використані чисельні методи розрахунку магнітних полів, а саме: метод кінцевих елементів, за допомогою якого проаналізовано вплив геометричних параметрів магнітної системи на силу утримання якоря в притягнутому положенні та розраховані статичні тягові характеристики у запропонованій конструкції електромагніта, визначено раціональні розміри феромагнітного шунта. Розрахунки проводили із застосуванням математичного пакету Maple та програми Femm. Для чисельного розв’язання диференційних рівнянь динаміки в часткових похідних використовували програмне середовище COMSOL Multiphysics. Експериментальні дослідження розробленого електромагніта здійснювалось на реальному відмикачі. Порівняння теоретичних та експериментальних розрахунків проводили визначенням відносної похибки. Наукова новизна отриманих результатів. Вперше отримані нові науково-обґрунтовані технічні рішення побудови моностабільного поляризованого електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами з витисканням магнітного поля в область повітряного шунта, які забезпечують збільшення сил утримання якоря при знеструмлених обмотках, що дозволило підвищити здатність до відмикання вакуумних відмикачів середньої напруги. Удосконалено математичну модель взаємопов'язаних електромагнітних, магнітних і механічних процесів динаміки включення та відключення моностабільних поляризованих електромагнітів з висококоерцитивними постійними магнітами з витисканням магнітного поля в область повітряного шунта, з урахуванням зміни маси рухомої частини актуатора, що дозволило обґрунтувати доцільність використання феромагнітних шунтів. Вперше встановлено вплив форми та розмірів феромагнітного шунта в робочому зазорі моностабільних поляризованих електромагнітів з висококоерцитивними постійними магнітами з витисканням магнітного поля в область повітряного шунта на статичні тягові характеристики, що дозволило вибрати найбільш раціональні форми та розмір феромагнітного шунта, які забезпечують збільшення тягових сил на початковому ході якоря та підтверджена можливість роботи вакуумного відмикача з використанням розробленої конструкції моностабільного поляризованого електромагніта в режимі автоматичного повторного вмикання на одному заряді ємнісного накопичувача енергії. У дисертаційній роботі вирішено науково-практичну задачу з розробки та подальшого удосконалення моностабільного поляризованого електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами для актуатора вакуумних комутаційних апаратів на середні напруги з покращеними силовими характеристиками. Проведено аналіз науково-технічної літератури за конструктивними особливостями вакуумних вимикачів на середні напруги, а також актуаторов, які використані в їх конструкціях. Розроблено нову конструкцію моностабільного електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами з витісненням магнітного потоку в область повітряного шунта для актуатора вакуумних комутаційних апаратів на середні напруги з покращеними силовими характеристиками. Розроблено рекомендації щодо вибору розмірів частин магнітопроводу, а також розмірів постійних магнітів для створення сили утримання якоря електромагніта при знеструмленій обмотці не менше заданої, а також визначені обмотувальні дані електромагніта, виходячи з відомої сили протидії. Визначено доцільність використання в розробленій конструкції поляризованого моностабільного електромагніта феромагнітного шунта в робочому зазорі і розроблені рекомендації щодо вибору форми та лінійних розмірів феромагнітного шунта. Досліджена і удосконалена математична модель динамічних процесів вмикання та вимкнення моностабільних поляризованих електромагнітів з висококоерцитивними постійними магнітами з витисканням магнітного поля в область повітряного шунта. Проведені експериментальні дослідження процесів в розробленій конструкції поляризованого моностабільного електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами для актуатора вакуумного відмикача. Експериментально підтверджена достовірність отриманих розрахунковим шляхом результатів досліджень. Визначено вплив параметрів ємнісного накопичувача енергії на можливість виконання відмикачем режиму автоматичного повторного вмикання. Матеріали дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі на кафедрі електричних апаратів НТУ "ХПІ" в дисциплінах спеціальності «141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» (спеціалізація «141.07 Електричні апарати»), курсовому та дипломному проектуванні та науково-дослідних роботах. Дисертаційна робота виконана на кафедрі електричних апаратів НТУ «ХПІ» в рамках договору з ТОВ "АВМ Ампер", м. Кременчук, про науково-технічне співробітництво та наукове консультування за темою «Удосконалення вакуумних комутаційних апаратів» (№ 33/227-2019), де здобувач був виконавцем окремих розділів.
Моностабільні поляризовані електромагніти з покращеними силовими характеристиками для актуаторів комутаційних апаратів середніх напруг
(Друкарня Мадрид, 2021) Вировець, Сергій Валерійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора фі-лософії) за спеціальністю 05.09.01 "Електричні машини й апарати" (14 – Електрична інженерія) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2021 р. Дисертація присвячена розробці та подальшому вдосконаленню моностабільного поляризованого електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами з ви-тісненням магнітного потоку в область повітряного шунта для актуатора вакуумних комутаційних апаратів на середні напруги з покращеними силовими характеристиками. Проведено аналіз конструктивних особливостей вакуумних відмикачів на середні напруги та їх актуаторів. Розробити нову конструкцію моностабільного електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами для актуатора вакуумного відмикача на середню напругу з покращеними силовими характеристиками. Розроблено рекомендації щодо вибору розмірів частин магнітопроводу, а також розмірів постійних магнітів для створення сили утримання якоря електромагніта при знеструмленій обмотці не менше заданої, а також визначити обмотувальні дані електромагніта, вихо-дячи з відомої сили протидії. Визначено доцільність використання в розробленій конструкції поляризованого моностабільного електромагніта феромагнітного шунта в робочому зазорі і розробити рекомендації щодо вибору лінійних розмірів феромагні-тного шунта. Досліджено та удосконалено математичну модель динамічних процесів вмикання та вимкнення моностабільних поляризованих електромагнітів з висококоерцитивними постійними магнітами з витисканням магнітного поля в область повітряного шунта. Проведено експериментальні дослідження процесів в розробленій конструкції поляризованого моностабільного електромагніта з висококоерцитивними постійними магнітами для актуатора вакуумного відмикача. Експериментально підтверджено достовірність отриманих за допомогою розрахунків результатів досліджень. Визначено вплив параметрів ємнісного накопичувача енергії на можливість виконання відмикачем режиму автоматичного повторного вмикання.
Підвищення ефективності лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів за рахунок мультиякірних конфігурацій
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Кочерга, Олександр Іванович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 "Електричні машини й апарати" (14 – Електрична інженерія) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2020 р. Дисертаційна робота присвячена удосконаленню лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів за рахунок мультиякірних конфігурацій. Для досягнення цієї мети були поставлені задачі: – провести аналіз конструкцій та сфер використання лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів індукційного, електродинамічного і електромагнітного типів в якості ударно-силових та прискорювальних пристроїв; – реалізувати в програмному середовищі COMSOL Multiphysics математичну модель лінійного імпульсного електромеханічного перетворювача мультиякірної конфігурації, яка враховує взаємопов’язані електричні, магнітні, механічні і теплові процеси та нелінійні магнітні і теплофізичні залежності; – провести аналіз електромеханічних характеристик лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів мультиякірних конфігурацій та за допомогою комплексного критерію оцінити їх ефективність; – встановити вплив форми струму збудження на ефективність лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів мультиякірних конфігурацій; – провести експериментальні дослідження лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів, запропонувати та випробувати моделі електромагнітної катапульти для безпілотного літального апарату, магнітно-імпульсного пресу для керамічних порошкових матеріалів, електромеханічного пристрою для скидання ожеледних та снігових відкладень з проводу лінії електропередачі та пристрою для знищення інформації на SSD накопичувачі. Об’єкт дослідження – електромеханічні процеси та показники лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів мультиякірних конфігурацій. Предмет дослідження – лінійні імпульсні електромеханічні перетворювачі мультиякірних конфігурацій силового та швидкісного призначення. Методи дослідження. При розв’язанні поставлених задач використовувалось математичне моделювання електромагнітних, механічних та теплофізичних процесів в лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачах імпульсної дії для проведення аналізу електромеханічних характеристик та встановлення впливу форми струму збудження на ефективність перетворювачів. Експериментальні дослідження лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів мультиякірної конфігурації проводились на експериментальних стендах, що дозволило випробувати моделі пристроїв. В роботі отримані такі наукові результати: – отримала подальший розвиток класифікація лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів мультиякірних конфігурацій, які включають феромагнітний, котушковий та суцільний електропровідний якоря; – удосконалено математичну модель лінійного імпульсного електромеханічного перетворювача за рахунок включення феромагнітного, котушкового та суцільного електропровідного якорів, які взаємодіють з рухомим якорем. Математична модель, яка реалізована в програмному середовищі COMSOL Multiphysics, містить взаємопов’язані електричні, магнітні, механічні та теплові процеси і враховує магнітні та теплофізичні нелінійні залежності; – вперше встановлено особливості протікання електромагнітних процесів та визначено електричні, магнітні та силові показники лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів мультиякірних конфігурацій силового призначення. Показано що практично всі перетворювачі мультиякірних конфігурацій забезпечують збільшення амплітуди та величини імпульсу електродинамічних зусиль у порівнянні з перетворювачем, що має один суцільний електропровідний якір; – вперше встановлено вплив геометричних параметрів рухомого і нерухомого електропровідних якорів, які взаємодіють з рухомим індуктором, що дозволило підвищити швидкісні показники лінійного імпульсного електромеханічного перетворювача; – вперше встановлено, що при збуджені коливально-загасаючою, аперіодичною та аперіодичною з підживленням формами струму в перетворювачах мультиякірних конфігурацій величина імпульсу електродинамічних зусиль збільшується у порівнянні з перетворювачем, що має один суцільний електропровідний якір. Дисертаційна робота виконана в НТУ "ХПІ" і є частиною науково-дослідних робіт кафедри загальної електротехніки. Робота виконувалися за держбюджетними темами "Розробка засобів підвищення ефективності лінійних ударних електромеханічних прискорювачів та силових пристроїв" (ДР № 0115U000522) і "Удосконалення технічних систем та пристроїв за рахунок імпульсних електромеханічних перетворювачів та електрофізичних технологій" (ДР № 0117U004881), госпдоговірної теми № 15812 "Розробка та дослідження високошвидкісного електродинамічного приводу" і ініціативної теми "Сучасні проблеми та перспективи розвитку електротехнічних пристроїв та систем" (ДР № 0119U002551), де автор був співвиконавцем.
Підвищення ефективності лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів за рахунок мультиякірних конфігурацій
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Кочерга, Олександр Іванович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 "Електричні машини й апарати" (14 – Електрична інженерія) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2020 р. Дисертаційна робота присвячена удосконаленню лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів силового та швидкісного призначення за рахунок використання декількох якорів, що взаємодіють з обмоткою індуктора. В дисертаційній роботі проведено аналіз конструкцій та сфер використання лінійних імпульсних електромеханічних перетворювачів індукційного, електромагнітного та електродинамічного типів в якості ударно-силових та прискорювальних пристроїв. Реалізовано в програмному середовищі COMSOL Multiphysics математичну модель лінійного імпульсного електромеханічного перетворювача мультиякірної конфігурації, яка враховує взаємопов’язані електричні, магнітні, механічні і теплові процеси, нелінійні магнітні та теплофізичні залежності. Розроблено класифікацію електромеханічних перетворювачів, які включають феромагнітний, котушковий та суцільний електропровідний якоря. Встановлено особливості протікання електромагнітних процесів та визначені електричні, магнітні та силові показники електромеханічних мультиякірних конфігурацій. Запропоновано комплексний критерій оцінювання ефективності, за допомогою якого проведено порівняльний аналіз перетворювачів мультиякірних конфігурацій з перетворювачами, що мають один якір. Встановлено вплив форми струму збудження на ефективність перетворювачів мультиякірних конфігурацій. Проведено експериментальні дослідження електромеханічних перетворювачів силового та швидкісного призначення з одночасним вимірюванням електричних, магнітних механічних та теплових параметрів. На базі електромеханічних перетворювачів мультиякірних конфігурацій розроблено оригінальні конструкції та випробувано моделі електромагнітної катапульти для БПЛА, магнітно-імпульсного пресу для керамічних порошкових матеріалів, електромеханічного пристрою для скидання ожеледних і снігових відкладень з проводу лінії електропередачі та пристрою для знищення інформації на твердотільному цифровому SSD накопичувачі.
Удосконалення системи форсованого керування електромагніта вакуумного контактора за допомогою електронної системи
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Король, Олена Геннадіївна
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 "Електричні машини й апарати" (14 – Електрична інженерія) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2020 р. Дисертаційна робота присвячена удосконаленню системи форсованого керування моностабільного електромагніта вакуумного контактора низької напруги за допомогою електронної системи для підвищення надійності (безвідмовності) роботи і терміну служби пристрою при експлуатації та на удосконалення конструкцій газорозподільних клапанів ракет-носіїв в умовах форсованих режимів за рахунок обґрунтованих технічних рішень та рекомендацій. Для досягнення зазначеної мети були поставлені задачі: – провести огляд та аналіз конструкцій вакуумних контакторів низької напруги та їх систем форсованого керування з пусковими та утримуючими шунтовими обмотками; – провести огляд та аналіз конструкцій газорозподільних клапанів ракет-носіїв; – провести експериментальні дослідження процесів у базовому електромеханічному пристрої (системі) форсованого керування з пусковими та утримуючими шунтовими обмотками моностабільним електромагнітом вакуумного контактора; – дослідити і удосконалити математичну модель динаміки форсованої електромагнітної системи вакуумних контакторів; – дослідити і удосконалити математичну модель стаціонарного нагріву шунтових обмоток вакуумних контакторів; – дослідити і удосконалити математичну модель форсованого нагріву шунтової обмотки газорозподільних клапанів ракет-носіїв; – удосконалити пристрій для форсованого керування з пусковими та утримуючими шунтовими обмотками моностабільним електромагнітом вакуумного контактора та провести експериментальні дослідження процесів в ньому. Об’єкт дослідження – електромагнітні, теплові стаціонарні і нестаціонарні процеси у колах шунтових обмоток моностабільних електромагнітів та колах пристрою форсованого керування цими обмотками. Предмет дослідження – пристрій для форсованого керування моностабільним електромагнітом вакуумними контакторами; моностабільний електромагніт газорозподільних клапанів ракет-носіїв. Методи дослідження. Комп’ютерне математичне моделювання перехідних електромагнітних механічних та теплових процесів у моностабільному електромагніті вакуумних контакторів та в шунтових обмотках газорозподільних клапанів ракет-носіїв з урахуванням особливостей їх роботи проводиться із застосуванням математичного пакету Maple, що дозволяє прискорити процес моделювання, виконувати громіздкі перетворення та отримати результати комп’ютерного моделювання в зручній табличній і / або графічній формі. Чисельне розв’язання диференційних рівнянь в часткових похідних проводиться у програмах, написаних здобувачем, результати яких були перевірені експериментально. В роботі отримані такі наукові результати. У дисертаційній роботі вирішено науково-практичну задачу з удосконалення системи форсованого керування моностабільного електромагніта вакуумного контактора низької напруги за допомогою електронної системи для підвищення надійності (безвідмовності) роботи і терміну служби пристрою при експлуатації та на удосконалення конструкцій газорозподільних клапанів ракет-носіїв в умовах форсованих режимів за рахунок обґрунтованих технічних рішень та рекомендацій. Проведено аналіз існуючих конструкцій вакуумних контакторів низьких напруг. Виявлено, що для зменшення їхніх розмірів, споживаної потужності, й для підвищення швидкодії та надійності у контакторах застосовують системи форсованого керування з пусковими та утримуючими шунтовими обмотками, а також ряд недоліків таких систем керування. Досліджена та проаналізована найбільш поширена (базова) система форсованого керування з пусковими та утримуючими шунтовими обмотками вакуумними контакторами за умови живлення від різних джерел електричної енергії, а також надано рекомендації щодо удосконалення цієї системи з метою усунення недоліків, які виникають під час роботи. Удосконалено математичну модель динаміки електромагніта у складі системи форсованого керування вакуумними контакторами, яка представляє собою систему диференційних рівнянь для нестаціонарних процесів у механічній системі, а також у магнітному та електричному колах форсованої електромагнітної системи. Застосування моделі дозволило враховувати взаємодію електромагніта з пристроєм керування під час спрацьовування вакуумного контактора, визначити необхідні параметри системи, встановити взаємозв’язок і вплив параметрів приводу та актуатора на динамічні характеристики системи, встановити час спрацьовування електромагніта та інтервал часу роботи таймера. Науково обґрунтовано характер протікання динамічних процесів у форсованій електромагнітній системі під час спрацьовування вакуумного контактора, що дало можливість підвищити ефективність його роботи. Удосконалено математичну модель стаціонарного нагріву шунтових обмоток електромагнітів в складних системах форсованого керування вакуумними контакторами. Вона враховує особливості теплообміну між обмотками, теплопередачі від обмоток в магнітопровід і навколишнє середовище з урахуванням пульсацій струмів, та інших особливостей роботи електромагнітів в форсованих електромагнітних системах. Розроблено алгоритм розрахунку стаціонарного нагріву шунтових обмоток електромагнітів, що працюють в форсованих електромагнітних системах вакуумних контакторів. Удосконалено математичну модель і алгоритм розрахунку форсованого нагріву шунтової обмотки електромагнітів постійного струму газорозподільних клапанів ракет-носіїв та проаналізовано значні перепади температур в обмотці та вплив на нагрів об’єктів, що оточують обмотку. Досліджена та проаналізована удосконалена напівпровідникова система форсованого керування з пусковими та утримуючими шунтовими обмотками вакуумними контакторами за умови живлення від різних джерел електричної енергії, а також надано рекомендації щодо практичної реалізації цієї системи. Результати дослідження були апробовані на макетах та дослідних зразках, які підтвердили отримані рекомендації та висновки і в подальшому використовувались при розробці вакуумних контакторів КВТн-250/1.14 НВП "Електродинаміка" з напівпровідниковим пристроєм форсованого керування моностабільним електромагнітом. Матеріали дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі НТУ "ХПІ" в дисципліні "Електричні апарати" для студентів спеціальності "141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка" (спеціалізації 141.07 "Електричні апарати" та 141.08 "Електропобутова техніка"), курсових проектах, дипломному проектуванні та науково-дослідних роботах, що проводяться на кафедрі електричних апаратів. Дисертаційна робота виконана на кафедрі електричних апаратів в рамках договору з ТОВ "АВМ Ампер", м. Кременчук, про науково-технічне співробітництво та наукове консультування за темою "Удосконалення вакуумних комутаційних апаратів" (№ 33/227-2019), а також ініціативної науково-дослідної роботи Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" К3301 "Удосконалення вакуумних комутаційних апаратів" (ДР №0119U002552), де здобувач була виконавцем окремих розділів.
Удосконалення системи форсованого керування електромагніта вакуумного контактора за допомогою електронної системи
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Король, Олена Геннадіївна
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 – електричні машини й апарати. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2020 р. Дисертаційна робота присвячена удосконаленню системи форсованого керування моностабільного електромагніта вакуумного контактора низької напруги за допомогою електронної системи для підвищення надійності (безвідмовності) роботи і терміну служби пристрою при експлуатації, а також удосконаленню конструкцій газорозподільних клапанів ракетносіїв в умовах форсованих режимів за рахунок обґрунтованих технічних рішень та рекомендацій. Розглянута та досліджена електромеханічна система форсованого керування з пусковими та утримуючими шунтовими обмотками моностабільним електромагнітом серійного триполюсного вакуумного контактора КВТн-250/1,14 науково-виробничого підприємства "Електродинаміка". Запропоновано напівпровідникову систему форсованого керування. Удосконалено і досліджено математичну модель динаміки форсованої електромагнітної системи; математичну модель стаціонарного нагріву шунтових обмоток вакуумних контакторів та математичну модель форсованого нагріву шунтової обмотки газорозподільних клапанів ракетносіїв. Розроблено дослідний зразок напівпровідникового пристрою форсованого керування моностабільним електромагнітом вакуумного контактора та проведено експериментальні дослідження процесів в ньому.
Науково-технічні засади підтримки конкурентоспроможності турбогенераторів і забезпечення їхньої ефективної роботи при тривалій експлуатації
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Шевченко, Валентина Володимирівна
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.01 "Електричні машини і апарати" – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Дисертація присвячена науково-прикладній проблемі дослідження особливостей роботи турбогенераторів (ТГ), що довгий час знаходяться в експлуатації на блоках ТЕС і АЕС, підвищенню їхньої енергоефективності, забезпеченню стійкої роботи на сучасну енергосистему, вирішенню питань продовження терміну експлуатації і підвищенню науково-технічної конкурентоспроможності нових ТГ на світовому ринку. Актуальність дослідження визначається особливістю сучасного періоду: екологічні проблеми, зростання населення планети, підвищення його енергетичної активності потребують подальшого збільшення вироблення електроенергії. В загальній енергосистемі України появились нові джерела, які мають активну державну підтримку, в той час, як класична електроенергетика (ТЕС і АЕС) не отримує достатнього державного фінансування для проведення науково-технічних робіт по вдосконаленню і оновленню електрообладнання. Тому було проведене прогнозування перспективних напрямків розвитку електроенергетики для підтвердження перспективності і необхідності виконання робіт по дослідженню і вдосконаленню ТГ як основних джерел електроенергії, по встановленню їхньої ролі в забезпеченні країни електроенергією, по вибору напрямків проведення робіт по створенню нових ТГ та модернізації ТГ, що довгий строк знаходяться в експлуатації, і заміна яких на нові неможлива через загальносвітову (і відповідно, вітчизняну) економічну кризу. Прогнозування подальшого розвитку електроенергетики та турбогенераторобудування виконане з використанням теорії циклічного розвитку (теорії "довгих хвиль" Кондратьєва М.Д.), яка дозволяє більш точно прогнозувати напрямки розвитку електроенергетики, знижує помилковість прийняття рішень. Проведено порівняння можливих сценаріїв розвитку сучасної електроенергетики України, з використанням теорії циклічного розвитку вибране найбільш доцільний сценарій, згідно з яким встановлені перспективні напрямки створення нових та модернізації ТГ, що тривалий стан знаходяться в експлуатації. Запропоноване вважати, що перспективним для України є стабілізаційне-стагнаційний сценарій розвитку з вибором сприятливого (помірного) шляху розвитку. Доказано, що майбутнє української електроенергетики, як і електроенергетики інших країн, пов'язане з роботою ТЕС і АЕС, тобто з досконалістю роботи ТГ. При будь-якому сценарії розвитку роботи по вдосконаленню ТГ повинні вестися безперервно, тому що їх характеристики і якість визначають енергетичну безпеку країни та конкурентоспроможність вітчизняної продукції. Для цього вибирались рішення, які повинні забезпечить стійку роботу ТГ в широкому діапазоні зміни параметрів, при роботі в різних режимах; вказані напрямки підвищення енергоефективності ТГ шляхом вдосконалення якості виготовлення, монтажу, обслуговування і ремонтів. Запропоноване при виготовленні і проведенні модернізації ТГ використовувати нові технологій, матеріали, розрахункові і конструктивні рішення. При розробці нових ТГ орієнтувались на світові стандарти в галузі турбогенераторобудування, розглядали поліпшення параметрів ТГ при модернізації спираючись на ці стандарти. Для визначення можливості підтримки науково-технічної конкурентоспроможності вітчизняних ТГ на світовому ринку встановлені напрямки, в яких зазначено відставання від світових фірм: слід підвищувати потужність в одиниці виконання, знижувати масогабаритні показники (в першу чергу, питому масу), удосконалювати діагностику стану ТГ і систем охолодження, вирішувати питання переведення ТГ потужністю 200-300 МВт з водневого на повітряне охолодження і т.ін. Для цього були вирішені питання розширення діапазону надійної експлуатації ТГ в різному технічному стані та при роботі в неномінальних режимах шляхом вдосконалення виробництва і монтажу, підвищення якості обслуговування та ремонтів; створення комплексних програм діагностики. Запропонована методика комплексного системного контролю стану ТГ в період довгої експлуатації з урахуванням особливостей режимів роботи енергетичних мереж та при переході до проведення ремонтів по фактичному стану, а не по графіку планово-попереджувальних ремонтів (ППР). Розроблені практичні пропозицій щодо використання нових конструкцій, технологій і матеріалів. При цьому враховували економічну доцільність рішень, що пропонуються. В роботі встановлена можливість і доцільність підвищення потужності ТГ в одиниці виконання. Показане, що сумарні маса, вартість і втрати потужності декількох ТГ завжди більші маси, вартості та втрат потужності однієї машини тієї ж сумарної потужності: при застосуванні одного ТГ, замість m ТГ такий же в сумі потужності, маса, вартість і втрати зменшуються приблизно в 4 m. Отримані залежності дозволяють визначити загальну тенденцію зміни маси і втрат ТГ і можуть бути використані для практичних розрахунків. Запропоновані напрямки зниження масогабаритних показників (в першу чергу, питомої маси) ТГ, напрямки вдосконалення системи їх охолодження з урахуванням вимог одночасного підвищення потужності без зміни габаритів і за умови заміни водневої системи охолодження внутрішнього об’єму ТГ маневрового діапазону потужності (200-300 МВт) на повітряну. Встановлено, що вітчизняні ТГ поступаються за масогабаритними параметрами практично всім фірмам, що вони в середньому на 30 % важче зарубіжних аналогів. Особливо це стосується параметрів неактивній зони ТГ. Порівняння питомих витрат матеріалів на одиницю потужності ТГ показали, що вага неактивній зони вітчизняних ТГ з водневою і повітряною системами охолодження досягає 38 % від загальної ваги ТГ, тоді як у світовій практиці це значення не перевищує 30 %, що значно знижує конкурентоспроможність вітчизняних ТГ. До причин, що визначають відставання від зарубіжних фірм, слід віднести застарілі технологій, недостатню профільну кваліфікацію інженерних кадрів; відсутність фінансування досліджень і робіт з освоєння нової техніки. Розроблена методика розрахунку механічної надійності модернізованих елементів і вузлів ТГ зі зниженими масогабаритними показниками. Запропоновані і обґрунтовані напрями зниження масогабаритних показників ТГ за рахунок вдосконалення їх неактивної зони шляхом використання більш перспективних технологій, стандартних профілів і нових матеріалів. При проведенні робіт по зниженню масогабаритних показників ТГ запропоновано проводити розрахунок технологічної оснащеності виробництва шляхом розрахунку загального та часткових коефіцієнтів технологічної оснащеності (КТО) по різним видам технологічної оснастки, що дозволяє порівняти технологічну оснащеність процесу виготовлення ТГ на вітчизняних підприємствах з підприємствами світу. Загальний КТО дозволяє пов'язувати технологічні процеси з діючими на заводах класифікаторами. Запропоновано для виготовлення ТГ підбирати технологі-чне обладнання як для умовно-дрібносерійного виробництва, використовувати уніфіковані пристосування, штампи, допоміжний інструмент і нормалізоване оснащення, що дозволить підвищити коефіцієнт технологічної оснащеності (КТО) на 30-50%. Проаналізоване стан і шляхи підвищення надійності систем охолодження, напрямки створення і діагностики сучасних охолоджувачів, розроблена методика компонування теплообмінників ТГ з урахуванням типу охолодного середовища і величини втрат при роботі в різних режимах. Встановлено зв'язки між агентами охолодження і масогабаритними показниками ТГ. Для оцінки проектних, експлуатаційних і економічних рішень, обраних під час проектування ТГ з повним повітряним охолодженням за умовою зниження масогабаритних показників, розроблена класифікація за чотирма основними напрямками: технічне, управлінське-кадрове, матеріально-постачальницьке та технологічне. Виконано порівняння масогабаритних показників конструктивних елементів ТГ з водневим і повітряним охолодженням. Вказані переваги і конструктивні відмінності конструкцій ТГ з повітряним охолодженням. Запропоновано конкретні зміни в конструкціях ТГ з повітряним охолодженням, що дозволяють без зміни їх габаритів забезпечити надійність і навіть підвищити потужність. Проведено економічне порівняння цих варіантів. Зібрано дані, проведено аналіз і запропоновані способи діагностики дефектів систем охолодження ТГ та засоби їх усунення в станційних умовах, встановлено вплив компонування числа ходів охолоджуючого газу в теплообміннику ТГ на експлуатаційні теплові напруги, на розподіл максимальної температури і її перепад по поверхні трубок, що дозволяє своєчасно діагностувати і усувати причини несправності охолоджувачів, розробляти рекомендації щодо проведення їхнього ремонту. Розроблено пропозиції щодо усунення причин руйнування охолоджувачів, визначені можливі причини незадовільної роботи нових охолоджувачів. Проведене дослідження особливостей роботи, діагностики, обслуговування і ремонтів ТГ, які мають тривалий термін експлуатації. Запропоновані алгоритм розрахунку гранично допустимого спрацювання елементів ТГ та форма таблиць для реєстрації їх фактичного стану в режимі on-line. Оцінка технічного стану ТГ та його елементів проводилась з метою визначення можливості їх подальшої експлуатації, встановлення об’єму необхідного ремонту, можливості реабілітації або повної заміни. Встановлене вплив швидкості наростання навантаження на деформацію стрижнів обмоток, на стан ізоляції і шихтованих осердь; визначене вплив "старіння" металів на надійність ТГ і довговічність їх експлуатації; проаналізоване і вибране найбільш доцільну конструкцію кріплення лобових частин обмоток статора. Визначено вплив якості складання шихтованого осердя на надійність і довговічність експлуатації ТГ, запропоновані причини руйнування осердь статорів ТГ, які тривалий час знаходяться в експлуатації. При роботі ТГ в неномінальних режимах враховували дію додаткових електромагнітних сил (ЕМС), створених потоками розсіювання в елементах кріплення осердя до корпусу. Величина цієї додаткової ЕМС мало залежить від змін активної і реактивної потужності, але її залежність від зміни напруги значна, що пояснює посилення вібрації осердя. Тому, якщо ТГ часто працює в неномінальних режимах, це посилення вібрації слід враховувати при складанні графіків проведення ремонтних робіт і визначення їх об’ємів. У стані зносу з'являються додаткові причини появи підвищеної вібрації в елементах конструкцій ТГ. В результаті досліджень шихтованих осердь ТГ, з використанням теорії деформації багатошарових об'єктів, розроблена модель, що дозволяє розрахунковим шляхом оцінювати вплив склейки пакетів шихтованих осердь, схеми укладання і відносного ковзання листів активної стали на згинальну жорсткість і надійність осердя. Запропонована методика розрахунку взаємного переміщення шихтованих листів в пакетах з різними схемами укладання листів. Виконана оцінка впливу "старіння" на жорсткість і міцність осердь статора. Підтримка постійного тиску пресування в шихтованому осерді ТГ збільшує його надійність і тривалість експлуатації. Складено модель дії сил, що діють між листами шихтованого осердя статора ТГ. Встановлено, що дія цих сил значна для крайніх листів пакетів осердь статорів і що добавка цих сил може бути однією з причин руйнування зубцевої зони: після відгинання крайнього листа умовно крайнім стає наступний лист, на нього діють сили, як і на перший лист, і так далі – ефект «доміно». Руйнуючий дії цих сил сприяє їх висока частота (100 Гц) і фактор старіння. Вважаємо, що ці сили пояснюють "розпушування" не тільки торцевих, але і центральних пакетів, а також пакетів, розташованих безпосередньо після крайніх склеєних пакетів. Запропоноване вважати, що вібрація є найбільш результативним показником стану ТГ, що важливо при виборі типу додаткових датчиків, які слід встановлювати при можливій відмові від системи ППР і переході до ремонтів за фактичним станом. Обмеження числа каналів контролю необхідно для зниження навантаження на операторів блоків електростанцій. Проведено огляд конструкцій лобових частин обмоток статорів ТГ ("кошика"), сформульовані пропозиції щодо виконання цього вузла для забезпечення допустимого рівня вібрацій і температурних напружень, синхронізації вібрацій з'єднаних елементів, стабілізації властивостей при тривалій експлуатації, для забезпечення технологічності і ремонтопридатності. Встановлено, що необхідно виконувати пружну стяжку лобових частин; застосовувати для фіксації лобових дуг в "кошику" ізоляційну мастику холодного затвердіння; використовувати для з'єднання зовнішнього конічного кільця з натискним кільцем осердя пружинні елементи, що допускають рух в аксіальному напрямку і обмежують – в радіальному. Розглянуті проблеми і запропоновані шляхи поліпшення професійної підготовки робітників ТЕС і АЕС, визначені напрямки підвищення їх економічної зацікавленості для утримання в національній електроенергетиці. Запропоноване підтримувати на державному рівні наукові дослідження щодо створення нової техніки і модернізації діючого устаткування в електроенергетичній галузі, показана необхідність удосконалювати систему освіти.
Науково-технічні засади підтримки конкурентоспроможності турбогенераторів і забезпечення їхньої ефективної роботи при тривалій експлуатації
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Шевченко, Валентина Володимирівна
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук. Спеціальність 05.09.01 – Електричні машини і апарати. – Кафедра електричних машин Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Дисертація присвячена науково-прикладної проблеми забезпечення надійної роботи сучасних ТГ на блоках ТЕС і АЕС, дослідженню особливостей роботи ТГ, які протягом тривалого часу перебувають в експлуатації, продовженню термінів їх експлуатації, підвищенню конкурентоспроможності нових ТГ на світовому ринку. Розроблені наукові концепції, що підтверджують перспективність виконання робіт з вдосконалення ТГ з урахуванням загальносвітових екологічних проблем, активного розвитку і зна-чною державної підтримки відновлюваних джерел енергії. З використанням теорії цик-лічного розвитку встановлено, що для України є перспективним стабілізаційне-стагнаційний сценарій, який передбачає подальше вдосконалення і розвиток теплової електроенергетики (ТЕС і АЕС), вдосконалення і підвищення потужності ТГ. Проведено комплекс досліджень щодо вдосконалення ТГ: підвищення потужності в одиниці виконання, зниження їх масогабаритних показників, вдосконалення систем охолодження, використання нових технологій і матеріалів. Складена структурно-логічна схема виконання робіт з підтримки науково-технічної конкурентоспроможності вітчизняних ТГ з урахуванням технічного рівня заводу-виробника і технічних можливостей супутніх галузей в напрямках зменшення питомої маси ТГ, заміни водневої системи охолодження на повітряну, збільшення потужності нових ТГ в одиниці виконання і потужності ТГ, що вже працюють на блоках електростанцій, без зміни габаритів. Доведе-на необхідність під час визначення черговості включення ТГ в енергосистему враховувати не тільки собівартість електроенергії, але і дані їх стану, а також те, що підтриму-вати номінальні параметри енергосистеми України доцільно турбогенераторами поту-жністю 200-300 МВт, встановленими на ТЕС, і використання для такого регулювання турбогенераторів АЕС неприпустимо. Виконано порівняння і показано наскільки і чому вітчизняні ТГ поступаються за питомою масою ТГ провідних світових фірм, чому вони важче зарубіжних аналогів. Вирішення цих питань дозволяє підвищити надійність ТГ, які тривалий час в експлуатації, і дозволяє впроваджувати перспективні рішення для підтримки конкурентоспроможності вітчизняних ТГ на світовому ринку. Запропонована методика комплексного системного контролю стану ТГ в період тривалої експлуатації з урахуванням особливостей режимів роботи енергетичних мереж і переході до проведення ремонтів по фактичному стану, а не за графіком планово-попереджувальних ремонтів. Запропоновані і обґрунтовані напрями зниження масогабаритних показників ТГ шляхом використання більш перспективних технологій, стандартних профілів і нових матеріалів при проведенні робіт з вдосконалення їх неактивної зони. Проаналізоване розвиток, стан і перспективи підвищення надійності систем охолодження, запропоновані напрями створення і діагностики сучасних охолоджувачів. Розроблено та науково обґрунтований метод контролю стану ТГ в режимі on-line, запропоновано вважати найбільш інформативним показником рівень вібрації, що скорочує необхідну додаткову кількість каналів контролю і знижує навантаження на операторів блоків електростанцій. Отримані в роботі наукові результати базуються на експериментальних даних, що були отримані при сервісному обслуговуванні і проведенні ремонтів ТГ на блоках електростанцій України та інших країн. Розглянуті проблеми і запропоновані напрямки поліпшення професійної підготовки робітників ТЕС і АЕС, визначені шляхи підвищення їхньої економічної зацікавленості для утримання в націо-нальній електроенергетиці.