Influence of the shape of the input pulses on the characteristics of hybrid electromagnetic system with magnetic flux modulation

Abstract

Nowadays, the accelerated development of materials and technologies and the finding of new ones is a prerequisite for the improvement of well-known electromagnetic constructions used in various devices, as well as for the development of new ones. New constructionof hybrid electromagnetic system with magnetic flux modulation (HEMSMM) is studied. The construction is composed of: ferromagnetic frame with air gaps, input and output coils and permanent magnets. Two input coils connected to the pulsed power supply are used to change the path of the generated by the permanent magnets constant magnetic flux. Input pulses with different shapes are applied to the input coils and signals in the output coils are obtained and compared. The main purpose of the work is to find the shape of the input pulses which leads to higher output power in comparison with the other shapes. Methods. Finite element method and COMSOL software is used for computer modelling of the proposed construction, where coupled electromagnetic field – electric circuit analysis is carried out. Results. A mathematical and numerical 3D model of new HEMSMM construction is realised and studied. The model allows to calculate and compare power efficiency of the studied device, when input pulses with different shapes are applied. Practical value. The developed computer model enables the study of the HEMSMM and other electromagnetic devices at different operating modes. It can be further improved and used in the search for optimal parameters of a particular electromagnetic device.

У наш час прискорене вдосконалення існуючих і винахід нових матеріалів та обладнання є необхідною умовою вдосконалення відомих електромагнітних конструкцій, що використовуються в різних пристроях, а також для розробки нових виробів. Досліджується нова конструкція гібридної електромагнітної системи з модуляцією магнітного потоку (ГЕСМММ). Конструкція складається з: феромагнітної каркасу з повітряними зазорами, вхідних та вихідних котушок та постійних магнітів. Дві вхідні котушки, підключені до імпульсного джерела живлення, використовуються для зміни шляху постійного магнітного потоку, що створюється постійними магнітами. Вхідні імпульси різної форми подаються на вхідні котушки, а сигнали у вихідних котушках отримуються та порівнюються. Основна мета роботи – знайти форму вхідних імпульсів, що призводить до вищої вихідної потужності в порівнянні з іншими формами. Методи. Метод скінченних елементів та програмне забезпечення COMSOL використовуються для комп'ютерного моделювання запропонованої конструкції, де проводиться аналіз зв'язаних електромагнітного поля та електричного кола. Результати. Реалізовано та досліджено математичну та числову тривимірну модель нової конструкції ГЕСМММ. Модель дозволяє розрахувати та порівняти енергетичну ефективність досліджуваного пристрою, коли застосовуються вхідні імпульси різної форми. Практична цінність. Розроблена комп'ютерна модель дозволяє досліджувати ГЕСМММ та інші електромагнітні пристрої при різних режимах роботи. Вона може бути додатково вдосконалена та використана для пошуку оптимальних параметрів конкретного електромагнітного пристрою.