Influence of geometrical parameters of the inductor and armature on the indicators of a linear pulse electromechanical converter of an electrodynamic type

Abstract

Purpose. The aim of the paper is to study the influence of geometrical parameters, namely, the number of layers and the cross section of the copper tire of the inductor and the armature coils on the power and speed indicators of a linear pulse electromechanical converter (LPEC) of an electrodynamic type. Methodology. On the basis of the developed chain mathematical model, recurrent relations are obtained for the calculation of interconnected electromagnetic, mechanical and thermal processes of LPEC of an electrodynamic type. The effect of the thickness of a square copper tire and the number of its layers in the inductor and armature coils on the characteristics and characteristics of electrodynamic LPEC is investigated. It is these parameters that determine the number of turns and the axial height of the coils with limited radial dimensions. Results. The influence of the geometrical parameters of the inductor and the armature coils with limited radial dimensions on the electrical and mechanical characteristics of LPEC of an electrodynamic type is established. It has been established that with an increase in the thickness of a rectangular cross-section of copper tire from 1 to 2.5 mm, an increase in the amplitude and pulse of electrodynamic forces (EF) occurs. However, the maximum speed of the armature is the highest at LPEC wound with a 1.5 mm thick tire. The highest efficiency value is demonstrated by LPEC, in which the inductor and armature coils are wound with a 2 mm thick tire. With an increase in the number of layers of the inductor coil tire, the amplitude of the EF decreases significantly, and the magnitude of the EF pulse decreases slightly. As a result, the maximum armature speed, efficiency and temperature rise of the coils are reduced. Originality. It is established that the largest amplitude of the EF is realized in LPEC with the minimum number of layers of tires of the inductor and armature coils. The largest value of the pulse EF occurs when the maximum number of layers of the inductor and the armature. In this case, the largest values of the amplitude and pulse of the EF occur under the condition that the number of tire layers of the inductor and the armature coils are the same. Practical value. It has been established that the greatest efficiency 21.82 % is realized in LPEC, in which the number of tire layers is 2 mm thick with inductor and armature coils are 4. A catapult model for launching an unmanned aerial vehicle was made and tested on the basis of LPEC of an electrodynamic type.Розроблена ланцюгова математична модель лінійного імпульсного електромеханічного перетворювача (ЛІЕП) електродинамічного типу. Отримано рекурентні співвідношення для розрахунку взаємопов'язаних електромагнітних, механічних і теплових процесів. Встановлено, що при збільшенні товщини квадратної мідної шини котушок індуктора і якоря від 1,0 до 2,5 мм збільшуються амплітуда і величина імпульсу електродинамічних зусиль (ЕДЗ). Максимальна швидкість якоря найбільша у ЛІЕП, котушки індуктора і якоря якого намотані шиною товщиною 1,5 мм. Найбільше значення ККД у ЛІЕП, котушки якого намотані шиною товщиною 2,0 мм. При збільшенні кількості шарів шини котушки індуктора амплітуда ЕДЗ знижується істотно, а величина імпульсу ЕДЗ – незначно. Внаслідок цього знижуються максимальна швидкість якоря, ККД і перевищення температури котушок. Найбільша амплітуда ЕДЗ реалізується в ЛІЕП при мінімальній кількості шарів шин котушок індуктора і якоря, а найбільша величина імпульсу ЕДЗ виникає при максимальній їх кількості. При цьому найбільші значення амплітуди і імпульсу ЕДЗ виникають за умови, коли число шарів шини котушок однакові. Найбільший ККД (21,82 %) реалізується в ЛІЕП, у якого котушки індуктора і якоря намотані в чотири шари квадратної шини товщиною 2,0 мм. На базі ЛІЕП електродинамічного типу була виготовлена і випробувана модель катапульти для запуску безпілотного літального апарату.